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钻井液讲义

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钻井 讲义
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泥浆工艺原理 复杂情况处理 (1学时 ) 油基钻井液 (钻井液的功用 清除井底钻屑并将其携带至地面 控制地层压力 冷却和润滑钻头、钻柱 提供低渗透、韧性好的泥饼保护井壁 停止循环时悬浮环空中的钻屑及加重材料 给钻头传递水力能量钻井液不应具有: 既不能伤害钻井人员,又不能损害或污染环境 对所设计的地层评估有不利的性能 对产层产生伤害 对钻井设备和管材造成任何腐蚀钻井液的分类液 体 气体气-液混合物混水基泥浆 泡沫 充气泥浆 空气 天然气油基泥浆钻井液的组成 水基泥浆:固相颗粒悬浮在水中或盐水中 , 油可以乳化到水中 , 此时 , 水是连续相 。 (粘土 +水 +化学处理剂 ) 油基泥浆:固相颗粒悬浮在油中 , 水或盐水乳化在油中 , 即油是连续相 。(柴油 +沥青 /有机搬土 +处理剂 ) 气体:用高速气体或天然气清除钻屑 生日礼物送什么最好 典型粘土结构简介 高岭土、蒙脱石、伊利石、海泡石 粘土颗粒(片体)的双电层 粘土的水化作用分散体系 分散体系:一种或几种物质分散在另一种物质中的混合体系。 分散相:在分散体系中被分散的物质。 分散介质:分散相颗粒所在的连续介质 按分散相颗粒的分散程度不同,分散体系可分为三类:粒大小粗分散体系(悬浮体、乳状液)> m(1X 10体分散体系(溶胶) m~1m  050力学因素引起的井壁不稳定 井壁岩石三个主应力的可能排布当 1和 3(最大和最小主应力)的差值大于岩石的强度时,断裂便发生 化学因素引起的井壁不稳定 防止页岩的水化膨胀在地壳里,三个可能的应力图213123132激动压力 起下钻和钻井过程中,由于钻柱的上下移动、泥浆泵的开动等原因,使井内液柱压力产生变化的现象。 影响激动压力的因素: 钻柱运动速度 钻头现钻柱的泥包程度 环形空间的间隙、井深 泥浆性能(粘度、切力)泥浆的失水和造壁性失水:泥浆中的自由水在压差的作用下向具有孔隙的地层渗透的现象泥饼:泥浆中水分进入地层,粘土颗粒附着在井壁上,形成泥饼。失水过程 泥浆水 =化学结合水 +吸附水 +自由水 瞬时失水: 新井形成瞬间,泥浆水便向地层渗透,未形成泥饼 动失水: 在泥浆循环的情况下,泥浆建立、增厚、直至平衡而失水速度也由开始较大逐渐减少至恒定。失水过程 静失水 :停止循环时,不存在泥浆液对泥饼的冲刷力,随着失水的进行,泥饼逐渐加厚,失水也逐渐减少。静失水的失水量比动失水小。 失水与地层的孔隙度、渗透率、温度、压力有关。泥浆失水与造饼性与钻井的关系 泥浆失水过大会引起: 水敏性泥岩 、 页岩的垮塌 、 缩径 损害油气层 泥饼厚会引起: 引起上提力增加 , 甚至发生泥饼卡钻 。 易引起钻头泥包 , 使起下钻压力激动增大 。 妨碍套管下入 , 固井时不利用水泥与井壁的胶结对失水和泥饼的要求: 失水:在成本可行的条件下,尽量降低失水并控制自由水的性质。 泥饼:薄、致密、韧性好。失水和造壁性的调节控制泥浆的失水和造壁性,关键要控制泥饼的渗透性,而渗透性决定于构成泥饼的粘土及其它颗粒的尺寸,形状与水化程度。具体措施如下: 使用搬土,以便形成致密泥饼 加入适量纯碱、烧碱或有机分散剂,提高粘土颗粒的分散度。 加入 保护粘土颗粒, 堵孔作用。 加入极细的胶体粒子。钻井液体系的分类 天然钻井液 分散钻井液 钙处理钻井液 聚合物钻井液 低固相钻井液 盐水钻井液 修井完井液 油基钻井液 气体类钻井液分散钻井液体系 组成:水 +膨润土 +分散剂 处理剂:对粘土和钻屑起分散作用分散剂,如降粘作用的聚磷酸盐、单宁碱液、铁锘木质素黄酸盐、褐煤。降滤失作用的特点: 可容纳较多的固相,适合配高密度的钻井液 可形成较致密的高质量泥饼,失水低。 耐温能力强。 缺点: 固相含量高,粘度、切力较大,机械钻速低 对可溶性盐类较敏感,易受其污染。 滤液为淡水、容易引起水敏性泥页岩垮踏,污染产层。钙处理泥浆 在分散体系中同时加入一定量的 分散剂, 过与水化作用很强的钠膨润土发生离子交换,使一部分钠膨润土转变成钙膨润土,从而减弱水化的程度。分散剂的作用是防止 起体系中的粘土颗粒絮凝过度,使其保持在适度絮凝的状态。钙处理泥浆的关键是泥浆中的颗粒处于适度絮凝状态,使泥浆具有适宜粘度、切力和失水。钙处理泥浆 石灰钻井液 1120l 悬浮石灰: 3000l 石膏钻井液  600l 悬浮石灰: 6000l 用盐水配制而成,含盐量从 1%( l)直到饱和( 89000mg/l) 特点: 由于矿化度较高,能有效地防止粘土的分散而防塌 对盐的敏感性低,耐盐和耐钙、镁的能力强; 滤液性质与原生水比较接近,对油气层的损害较轻 岩屑不易在盐水中分散,容易被清楚。盐水钻井液 应用: 造浆水本身含盐量较高,如海水 地层中有盐水流 钻遇盐脉或岩盐层以及水敏性页岩的水化 饱和盐水钻井液钻井液中 基钻井液体系 以各种聚合物钾、铵、钙盐和 特点: 对蒙脱石含量高,水敏性强的泥页岩地层的防塌效果好。 抑制泥页岩造浆的能力强。 体系中亚微米级的颗粒含量低,可维持较低的钻井液密度和固相含量。 用作完井液时,对储层的粘土矿物也有一定的稳定作用。不分散聚合物钻井液体系 以某些具有絮凝和包被作用的高分子量聚合物为主处理剂的水基钻井液。由于聚合物的存在,体系所包含的各种固相颗粒可保持在较粗的范围内,同时,钻屑因受到包被保护而不易分散成微细颗粒。不分散聚合物钻井液体系 优点: 钻井液密度和固相含量低,机械钻速高。 剪切稀释特性强。环空粘度、切力较高;而极限高剪粘度低,钻头处流动阻力小,有利于提高钻速。 主处理剂有较强的包被和不分散作用,有利于保护井壁。 对产层的损害小。聚合物的主要作用机理 絮凝(或选择性絮凝)作用 通过与粘土离子吸附、架桥、成网和沉降,而实现絮凝作用。 影响因素:分子量大小、分子链中的基团(吸附基、水化基)、水解度。 包被作用抑制页岩分散的作用。聚合物的主要作用机理 成网能力 聚合物以链束和链团存在 聚合物吸附粘土,并将粘土包被起来(降滤失、增粘 一条聚合物吸附多个粒子,形成链桥(降滤失、增粘 若几个聚合物链束同时吸附一个粘土粒子,或包裹粘土的聚合物链束又彼此连接,则形成空间网架。(分散体系、剪切稀释特性) 在此空间网架结构中,大量空间被束缚水占据,若此网架结构过强,则将这些束缚水挤出,造成水土分离。(絮凝作用)聚合物的主要作用机理 防塌作用长链聚合物在泥页岩井壁表面发生多点吸附,封堵了微裂缝,阻止泥页岩剥落。 聚合物浓度较高时,在泥页岩井壁形成较致密的吸附膜,可以阻止或减缓水进入泥页岩。聚合物的主要作用机理 对流型的改进取决于聚合物的品种、加量。 需要在聚合物泥浆中加入惰性降滤失剂(超细 碳黑、磺化度适当的磺化沥青)以改善泥饼质量。典型的聚合物泥浆体系 不分散低固相聚合物钻井液 不分散聚合物加重钻井液 两性复合离子聚合物钻井液体系 阳离子聚合物钻井液体系两性复合离子聚合物 特点: 能有效地降低钻井液的结构粘度 能使非结构粘度降低,特别是 也有所降低,下降的越多越好。 能增强而不是削弱体系的抑制能力。两性复合离子聚合物 现有产品主要有两个型号:降粘剂 (强包被剂 ( 降粘剂( 分子量较小( 74 使钻速降低,钻头进尺减小 钻井设备磨损加剧 泥饼比重粘度升高 泥饼加厚 伤害油气层清除泥浆固相的方法 加水稀释 化学方法 :使用絮凝剂使钻屑呈团簇絮凝状,加快固体下沉速度。 机械方法 振动筛 旋流除砂器 旋流除泥器 离心机钻井液中的重要处理剂 加重材料 作用:提高钻井液密度以控制地层压力 重晶石( 密度 铁矿物氧化铁:密度 铁矿:铁矿: 铅矿:重剂用量( V:原钻井液体积( w:加重剂密度 ( g/ 0:原钻井液密度 ( g/ 2:加重后钻井液密度 ( g/02 )(与粘土颗粒的分散程度有关,影响钻井液的粘土和其它性能参数。 碱性,这是因为: 保持适度分散 可减轻对钻具的腐蚀 可抑制钻井液中 的溶解 可预防钻具的氢脆破坏 许多有机处理剂在碱性环境中才能起作用 碱、纯碱、石灰。降失水剂 改善泥饼质量 常用处理剂 膨润土:一般水基钻井液 淀粉:易发酵主要用于低温 纤维素类:主要产生品有 合成聚合物类: 分散剂:丹宁碱液、褐煤、黄酸盐 乳化原油或柴油 沥青类产品复杂情况处理( 井漏) 井漏的类型 渗透性漏失多发生在渗透性良好的砂岩、砂砾岩。一般漏失量较小,漏速慢。 裂缝性漏失 天然裂缝:碳酸岩、白云岩、裂缝性砂岩 人为裂缝:井内压力过大使结合力较弱的层面产生裂缝其漏失速度视裂缝性大小而定。 溶洞漏失石灰岩、白云岩堵漏方法 起钻静止(深井) 降低比重,适当提高粘度,小排量循环 泵入堵漏泥浆 堵漏能力取决于堵漏剂的尺寸、种类和形状 加入高聚物,在井壁形成保护性泥饼 挤水泥 平衡法、加压法、卡喉法井 塌( 井塌的原因) 地质方面的原因:井内液柱压力小于坍塌压力。关键是计算岩层的坍塌压力。 页岩孔隙压力异常 受构造应力的页岩 强度较低的页岩在侧压力的作用下向井内移动井 塌( 井塌的原因) 物理-化学方面的原因:泥-页岩的水化作用 钻井工艺上的原因 泥浆对井壁的冲蚀 井内液柱压力激动过大,使井内瞬时的液柱压力过小,造成井内岩石不平衡 严重井漏、井喷等导致井塌。防塌措施 提高钻井液密度,使井内液柱压力高于岩层的坍塌压力 使用防塌泥浆体系,抑制页岩水化 低失水、高矿化度、高滤液粘度的水基泥浆 钾基泥浆、 油基泥浆卡钻( 卡钻的类型 ) 泥饼卡钻(压差卡钻) 沉砂卡钻 砂桥卡钻 井塌卡钻 泥包卡钻 缩径卡钻卡钻( 解决措施) 在钻机负荷允许的条件下,上提钻柱 泡解卡泥浆 爆炸松扣、套铣 填井、侧钻油基钻井液 以油作为分散相的钻井液。 优点: 防塌 润滑、防卡 不损坏低压油层的渗透性,有利于保护油层 具有很好的热稳定性油基泥浆的类型 普通油基钻井液组成:柴油+沥青+乳化剂+少量的水( 10%以内) 油包水乳化钻井液组成:柴油、乳化水( 10%、乳化剂、润湿剂、亲油胶体油基泥浆的类型 低胶质油包水乳化钻井液组成:柴油、乳化水( 15%左右)、乳化剂、润湿剂、少量亲油胶体 低毒油包水乳化钻井液组成:矿物油、乳化水( 10%、乳化剂、润湿剂、亲油胶体乳化剂的作用: 乳化剂在油一水界面形成一种紧固的膜,当液滴相碰时,不易合并变大,使乳状液稳定。 降低油水界的张力,使乳化剂富集,有利于形成较稳定的乳化剂层。 增加外相粘度,以增加粒子碰撞的阻力,从而提高乳状液的稳定性。润湿剂 、 亲油胶体 润湿剂使重晶石和钻屑等亲水的固体粒子在油基泥浆中从亲水变为亲油。 亲油胶体有机土、氧化沥青、褐煤粉、二氧化锰等固体粒子。提 示下次课讲授“喷射钻井”请带 《 钻井工艺原理 》 中册钻井液作业 叙述钻井液的循环路径 粘土颗粒周围双电层是如何形成的?结合双电层理论,概述电解质对水基泥浆性能的影响。 概述以下泥浆性能对钻井工作的影响: 密度、粘度、切力、触变性、剪切稀释特性、失水和泥饼。
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