钻井液(司钻06)

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钻井液DRILLINGFLUIDS韩松2006.5 第一章概述§1.1钻井液及其作用1．钻井的目的凿开地层，建立地下油气资源的输出通道。获取地下岩石和油、气、水等有关信息。 第一章概述最早的钻井工艺—顿钻泥浆的作用—软化地层、携带岩屑 §1.1钻井液及其作用2．钻井工艺过程简介1）钻前工程（井场准备）2）安装设备（搬家安装）3）正常钻进（钻头破碎地层岩石）4）循环泥浆（清除岩屑）5）起下钻（换钻头）6）固井（下套管、注水泥）7）特殊工艺（定向钻井、测井、堵漏、压井、解卡……） §1.1钻井液及其作用3．钻井液(DRILLINGFLUIDS)钻井过程中在钻具管内和钻具与井壁的环形空间中流动的一种工作液。有钻井的血液之称。最初常用粘土和水配制而成，故又称“泥浆”（Mud）。 §1.1钻井液及其作用3．DiscriptionofDrillingFluids)Allfluidsusedinawellboreduringdrillingoperationsmaybeclassifiedasdrillingfluids.Thetermisgenerallyrestrictedtothosefluidswhicharecirculatedintheboreholeinrotarydrilling. 钻井液循环示意图CirculationSystem 钻井液循环示意图CirculationSystem 钻井液循环系统示意图 §1.1钻井液及其作用4．钻井液的功能(FunctionofDrillingFluids)1）软化地层，帮助破岩;2）悬浮和携带岩屑;3）保护井壁，防止垮塌;4）清洗井底，提高破岩效率;5）传递水力功率到井底钻具;6）冷却和清洗钻头;7）平衡地层压力，防止地下油气喷出;8）传递井下信息。 §1.2钻井液性能要求和主要成分钻井液的性能要求(Properties)─要求有足够的粘滞性和密度；─要求有足够的密度、良好的造壁性、以及适当的化学性能；─要求有适当的密度；─要求有较低的流动阻力(流变性)；─要求有较好的散热性能；─要求与地层岩石或流体有较好的相容性。1）悬浮和携岩2）保护井壁，防止垮塌3）平衡地层压力，防止井喷4）传递水功率，清洗底5）冷却和清洗钻头6）传递井下信息 §1.2钻井液性能要求和主要成分钻井液的成份(Composition)─水、油或者气体─不溶于上述连续相的固体或流体─调节性能所需的物质1）一种流动介质（连续相）2）一些分散介质（分散相）3）添加剂例如水基钻井液：水+粘土+处理剂 §1.3常用钻井液类型1）钻井液的类型(Class)根据连续相流体介质的不同，可将钻井液分为以下类型钻井液体系液体气体气液混合物空气天然气废气油基钻井液水基钻井液充气钻井液(以液为主)泡沫钻井液(以气为主)普通油基油包水乳状液粗分散体系细分散体系不分散体系 §1.1钻井液及其作用DiscriptionofDrillingFluidsFluidsemployedforthispurposeincludegases,liquids,andsolidssuspendedinliquids.Emulsionsofoilinwaterorwaterinoilarealsousedforthesuspensionofsolids.Thegaseswhichhavebeenusedasdrillingfluidsincludeair,naturalgas,exhaustgasesfrominternalcombustionengines,andcommercialnitrogen. §1.3钻井液及其作用2）各类钻井液的特点(Characteristic)水基钻井液（WaterBaseDrillingFluids）是使用最早、最广泛的一种钻井液，水基钻井液一般以水为连续介质，以粘土为分散相，配合其他处理剂组成。所以又称为“泥浆”（Mud)。水基钻井液具有源料广泛、价格便宜、适用范围宽、工艺成熟等优点，而被广泛使用。存在抗污染能力弱，对油气层有损害等缺点。 §1.3钻井液及其作用2）各类钻井液的特点(Characteristics)油基钻井液（OilBaseDrillingFluids）以柴油或原油为连续介质，以水或粘土等材料为分散相。油基钻井液具有抗污染能力强，对油气层损害小等优点。由于油基钻井液成本较高，有环境污染等问题。因而主要用于对水介质较为敏感的地层。 §1.3钻井液及其作用2．各类钻井液的特点(Characteristic)天然气、空气、废气，和泡沫钻井液以及充气钻井液是近十年来发展起来的新型钻井液。此类钻井液有钻速高、不损害油气层等优点。由于其对设备要求高和工艺较复杂，目前主要用于低压低渗油气层，以及对水或固体微粒敏感的油气层。 §1.4钻井液工艺发展概况钻井液类型清水—泥浆—油基泥浆—泡沫、气体水基钻井液体系细分散体系—粗分散体系—不分散体系钻井液处理剂粘土、天然植物—数百种添加剂 思考题（一）1．钻井液是什么？2．钻井液有什么作用？3．钻井液的有哪些类型？4．钻井液的主要成份是什么？5．钻井工艺对钻井液性能的主要要求是什么？ 第二章水基钻井液的配制与性能测定§2.1水基钻井液的配制1）水基钻井液的组分(Components)水(Water)粘土(膨润土)(Clay)处理剂(DrillingFluidAdditives) 第二章水基钻井液的配制与性能测定§2.1水基钻井液的配制2）膨润土的特性与作用形状和尺寸表面电荷与水化性能在泥浆中的状态（分散、絮凝、聚结）在泥浆中的作用（悬浮能力、造壁性能） 第二章水基钻井液的配制与性能测定§2.1水基钻井液的配制2）膨润土的的特性与作用粘土(Clay):小于2微米，具有塑性的矿物原料。粘土矿物:构成粘土的主体矿物。大都具有晶体本性，其化学成份是含水（镁）硅酸盐。粘土矿物的结构：层状（二层、三层、混层）；链状（纤维状）。膨润土(Bentonite)：主要成分为蒙脱石的粘土矿物。蒙脱石(Montmorillonite)：三层(2:1)型粘土矿物，层间为O和O层相接，因只有范氏力层间引力弱，表面吸附能力强，易水化膨胀和分散。 §2.1水基钻井液的配制2）膨润土的的特性与作用粘土的电性质:电泳电渗 §2.1水基钻井液的配制2）膨润土的的特性与作用扩散双电层：ξ电位电解质对双电层的影响 粘土在泥浆中的状态 第二章水基钻井液的配制与性能测定§2.1水基钻井液的配制3．水基钻井液的配制工艺粘土与水的用量计算粘土-水的混合与预水化 第二章水基钻井液的配制与性能测定§2.2水基钻井液的性能1)密度(Density)或比重(MudWeight)检测仪器(比重称)(Mudbalance)测定方法 第二章水基钻井液的配制与性能测定§2.2水基钻井液的性能2)漏斗粘度(FunnelViscosity)检测仪器：漏斗粘度计(马氏漏斗)(Marshfunnel)测定方法在漏斗内装入700ml泥浆,记录自然流出500ml所用的时间(秒)在马氏漏斗内装入1500ml泥浆,记录自然流出1夸脱（946ml）所用的时间(秒) 第二章水基钻井液的配制与性能测定§2.2水基钻井液的性能钻井液的触变性搅动后变稀,静置后变稠。静切力随静置时间延长而增大。①快的强凝胶②慢的强凝胶③快的弱凝胶④慢的弱凝胶1234τt 第二章水基钻井液的配制与性能测定§2.2水基钻井液的性能3)切力(GelStrength)有初切和终切之分检测仪器(旋转粘度计、切力计)(Rheometer、Shearometer)测定方法 第二章水基钻井液的配制与性能测定§2.2水基钻井液的性能流变曲线①牛顿液(NewtonianFluid)②指数液(Power-lawFluid)③塑性液(BinghamFluid)④膨胀液(SwellFluid)γττOτS12345 §2.2水基钻井液的性能宾汉模式(BinghamModel) 第二章水基钻井液的配制与性能测定§2.2水基钻井液的性能4)塑性粘度ηS(PV-PlasticViscosity)5)动切应力τO(屈服值)(YP-YieldPoint)检测仪器:旋转粘度计(Rheometer)测定方法参数计算 第二章水基钻井液的配制与性能测定§2.2水基钻井液的性能旋转粘度计(Rheometer) §2.2水基钻井液的性能常用英制单位换算泊（P）=100厘泊（CP）1厘泊（CP）=1毫帕秒（mPaS)10达因/厘米2(Dyne/cm2)=1帕(Pa) 第二章水基钻井液的配制与性能测定§2.2水基钻井液的性能6)稠度系数(K值)(Consistencyindex)7)流性指数(n值)(Flowbehaviorindex)检测仪器测定方法参数计算 第二章水基钻井液的配制与性能测定§2.2水基钻井液的性能钻井液流变模式 第二章水基钻井液的配制与性能测定§2.2水基钻井液的性能8)失水量(Filtrationlossquality或Waterloss)9)泥饼厚度(Filtercake)检测仪器(泥浆失水仪)(Filterpress)测定方法 第二章水基钻井液的配制与性能测定§2.2水基钻井液的性能10)PH值(PH)检测手段(PH试纸)测定方法用PH试纸浸入滤液，然后与比色板对照。PH=7为中性，大于7为碱性。 第二章水基钻井液的配制与性能测定§2.2水基钻井液的性能11)固相含量(Solidcontent)检测仪器(泥浆固相含量测定仪)测定方法取20ml泥浆，加热蒸干后测取冷凝液体积。 第二章水基钻井液的配制与性能测定§2.2水基钻井液的性能总之:密度(Density)流变性(Rheology)失水造壁性(Filtrationproperties)是钻井液最重要的三大性能 思考题（二）1．水基钻井液的主要成分是什么？2．膨润土有何特性？3．膨润土在钻井液中有什么作用？4．为什么要研究粘土胶体化学?5．钻井液有哪些主要性能？6．钻井液的流变性如何测定与计算？7.钻井液性能对钻井工艺有哪些影响？ 第三章钻井液处理剂§3.1无机处理剂1)粘土类膨润土(搬土)、海泡石2)加重材料重晶石、碳酸钙、钛铁矿粉、氧化铁、方铅矿3)无机盐类NaCl、CaCl2、NaBr、CaBr2、ZnBr2、CaSO4、Na2CO34)无机碱NaOH、KOH、CaOH2 第三章钻井液处理剂§3.2有机处理剂1)降粘剂产品：丹宁、栲胶、铁铬盐、磺化丹宁、磺化栲胶作用原理：优先吸附在粘土端面，拆散网加结构。2)增粘剂产品：高粘CMC、羟乙基纤维素、生物聚合物（XC）作用原理：形成高分子网架结构3)降失水剂产品：腐植酸钠、低粘CMC、磺化酚醛树脂（SMP）作用原理：有机膜护胶、高分子护胶 第三章钻井液处理剂§3.3表面活性剂1)特点能显著降低界面张力;具有两亲结构,两亲(HLB)值与作用密切相关;HLB值应用领域HLB值应用领域1～3消泡剂12～15润湿剂3～6油包水型乳化剂13～15洗涤剂8～18水包油型乳化剂15～18增溶剂 第三章钻井液处理剂§3.3表面活性剂2)产品ABS、AS、SP-80、OP10、TW-80、CP-233、硬酯酸铝、十二烷基三甲基溴化铵、……3)作用润湿、乳化、起泡、消泡、润滑、抑制页岩水化、提高热稳定性 第三章钻井液处理剂§3.4钻井液处理剂的类型API／IADC分类：1）粘土类2）加重材料3）增粘剂4）降粘剂5）降滤失剂6）堵漏材料7）消泡剂8）絮凝剂9）页岩抑制剂和防塌剂10）润滑剂11）发泡剂12）杀菌剂13）解卡剂14）乳化剂15）腐蚀抑制剂16）高温稳定剂17）清洁剂18）碱度控制剂19）油基钻井液添加剂 思考题（三）1．钻井液处理剂的类型有哪些？2．常用加重剂的区别有哪些特点？3．有机降粘剂用量越多是否降粘效果越好？4．有机降失水剂的作用机理是什么?5.表面活性剂有哪些作用? 第四章常用水基钻井液体系§4.1淡水钻井液（细分散泥浆）1)性能特点粘土高度分散以满足所需的泥浆性能。性能不稳定、抗污染能力弱。钻粘土含量高的泥页岩地层时，粘、切上升快，比重增加；钻盐膏层时，粘、切升高，失水增大；钻遇大段岩盐层时，还可能粘、切下降，失水猛增。滤液为淡水，防塌能力差、对油气层污染大。 第四章常用水基钻井液体系2)性能调节方法a.提密度加碳酸钙、或加重晶石、或加钛铁矿粉；b.降密度加水、或加稀的处理剂溶液、或清除部分固体 第四章常用水基钻井液体系2)性能调节方法c.提粘度加高粘CMC、加预水化原浆、加海泡石(泥浆)d.降粘度加降粘剂——磺甲基丹宁（SMT）、或磺甲基栲胶（SMK）、或铁铬木质素磺酸盐（FCLS）加水、加稀的处理剂溶液 第四章常用水基钻井液体系2)性能调节方法e.降失水及泥饼厚度影响因素及关键——护胶加磺甲基褐煤（SMC）加低粘酸甲基纤维素（LV-CMC）、加磺甲基酚醛树脂（SMP）等降失水剂；加磺化沥青（SAS）等胶体材料 第四章常用水基钻井液体系3)受侵及处理a.盐侵及盐水侵现象：初期粘度、切上升、失水增大；后期可能粘切下降，甚至水土分层。NaCl%粘度、切力、失水 第四章常用水基钻井液体系3)受侵及处理a.盐侵及盐水侵处理：如盐水侵应先提高密度控制盐水进入；加抗盐降粘剂（SMT、FCLS等）降粘、切；加抗盐降失水剂（CMC、SMP等）降失水；必要时加预水化新浆或磺化沥青等补充胶体。 第四章常用水基钻井液体系3)受侵及处理b.钙侵处理现象：钻水泥塞或钻遇石膏层时粘度、切上升、失水增大；处理：可用纯碱除钙，然后再进行处理（亦可不除钙)；加抗钙降粘剂（SMT、FCLS等）降粘、切；加抗钙降失水剂（SMC、SMP等）降失水；转化成钙处理泥浆 第四章常用水基钻井液体系§4.2钙处理钻井液（粗分散泥浆）1)性能特点利用分散剂与电解质互相制约,使粘土处于适度絮凝的粗分散状态,以满足所需的泥浆性能。性能较稳定、抗污染能力强滤液矿化度高，对油气层污染小。 第四章常用水基钻井液体系§4.2钙处理钻井液（粗分散泥浆）2)配制工艺要点配制工艺：先配膨润土原浆并充分预水化,然后加抗钙处理剂护胶,最后加钙处理剂调整性能。转化工艺：调整井浆的固相含量，然后加足抗钙处理剂护胶，最后加钙处理剂。 第四章常用水基钻井液体系§4.2钙处理钻井液（粗分散泥浆）3)常用处理剂常用护胶剂：褐煤、丹宁、栲胶、FCLS、SMC、SMT、SMK、SMP常用钙处理剂：石灰、石膏、氯化钙。 第四章常用水基钻井液体系§4.3盐水钻井液（粗分散泥浆）1)配制工艺要点配制工艺：先配膨润土原浆并充分预水化,然后加抗钙处理剂护胶,最后加盐调整性能。2)常用处理剂常用护胶剂：褐煤、丹宁、栲胶、FCLS、CMC、SMC、SMT、SMK、SMP 第四章常用水基钻井液体系§4.3盐水钻井液（粗分散泥浆）3)饱和盐水钻井液工艺要点选用抗盐能力强的处理剂铁铬盐(FCLS)+羧甲基纤维素(CMC)磺化褐煤(SMS)+磺化丹宁(SMT)+磺化酚醛树脂(SMP)处理好过饱和与重结晶问题加预水化新浆、HV-CMC或海泡石解决提粘难问题用磺化沥青等胶体材料帮助控制失水造壁性用AS等表面活性剂提高抗温稳定性 第四章常用水基钻井液体系§4.4海水钻井液（粗分散泥浆）配制工艺要点先配膨润土含量较大的原浆并充分预水化；然后加抗盐钙处理剂护胶；最后与海水混合。 第四章常用水基钻井液体系§4.5聚合物钻井液（不分散泥浆）钻井液固相与性能对钻井的影响作用固相含量高可导致密度,粘度过高；固相含量高可导致泥饼增厚；使流动阻力增加,产生“压持效应”,造成重复破碎,导致钻速降低。 第四章常用水基钻井液体系§4.5聚合物钻井液（不分散泥浆）聚合物不分散钻井液特点地层粘土不易造浆,容易保持低密度；流变性能稳定；剪切稀释性好,适合于喷射钻井的要求;泥饼润滑性好,不易卡钻;具有防塌能力;钻速高。 第四章常用水基钻井液体系§4.5聚合物钻井液（不分散泥浆）聚合物的作用絮凝作用全絮凝选择性絮凝剪切稀释与紊流减阻；防塌作用。 第四章常用水基钻井液体系§4.5聚合物钻井液（不分散泥浆）聚合物钻井液的常用类型聚合物无固相快速钻井液；出口处用全絮凝剂PAM,入口处用选择性絮凝剂PHP利用大土池絮沉钻屑聚合物低固相钻井液； 作业题（四）1．试求配制100方密度为1.05(g/cm3)的原浆所需的膨润土量（吨）。膨润土密度取2.6(g/cm3）。2．要将1方密度为1.05(g/cm3)的原浆加重为密度为1.50(g/cm3)的重浆，需密度为4.2(g/cm3)的重晶石多少吨？3．配制100方密度为1.50(g/cm3)的重浆，问需密度为1.05(g/cm3)的原浆多少方？需重晶石多少吨？ 第五章钻井液固相控制§5.1钻井液中的固相活性固体与惰性固体活性固体：膨润土、泥页岩、粘土、石膏；隋性固体：重晶石、碳酸钙、砂岩、砾石等有用固体与有害固体有用固体：膨润土、重晶石、碳酸钙等；有害固体：泥页岩、粘土、石膏、砂岩、砾石等 第五章钻井液固相控制§5.1钻井液中的固相固相的影响作用膨润土、加重材料提供必要的密度、流变性、以及失水造壁性能；固相含量过高的不利影响密度过高、粘切过大、泥饼厚度增加导致钻速降低、卡钻、井漏等井下复杂情况加剧设备磨损超细颗粒堵塞油气层 第五章钻井液固相控制§5.1钻井液中的固相固相的尺寸分布10μ25μ40μ74μ离心机除泥器除砂器震动筛重晶石岩屑超级旋流器图1固相尺寸分布与机械分离设备的使用范围 第五章钻井液固相控制§5.2钻井液的固相控制方法加水稀释、加稀的处理剂溶液替换部分钻井液在大池中沉降机械分离 §5.3钻井液固控设备1）振动筛（Shaleshakers） 第五章钻井液固相控制§5.3钻井液固控设备1）振动筛（Shaleshakers）结构组成：支架、筛网、振动轴、电机工作原理常见类型：隋圆形和直线式；单层式和双层式主要参数：处理量、筛网目数“目”的含意及其选择依据 §5.3钻井液固控设备2）旋流器（Hydrocyclones）结构组成支架、锥体、砂泵类型除砂器（Desander）除泥器（Desilter）超级旋流器 第五章钻井液固相控制2）旋流器工作原理影响因素流量(压力)尺寸主要参数处理量底流密度底流形状 第五章钻井液固相控制§5.3钻井液固控设备2）旋流器尺寸与分离点旋流器直径（in）234681250分离颗粒尺寸(μm)4～107～3010～4015～5232～6446～80300～400 §5.3钻井液固控设备3）离心机（Decantingcentrifuges）结构组成外筒、内筒、离心泵、电机类型标准离心机高速离心机 §5.3钻井液固控设备3）离心机（Decantingcentrifuges）工作原理内、外筒同向高速向旋转,离心力使岩屑甩向外筒壁。由于内外筒转速差异产生的螺旋推力，使岩屑推向排屑端。液体从排液端返回。 第五章钻井液固相控制§5.4固控设备的正确使用合理配置振动筛+除砂器+除泥器振动筛+除砂器+除泥器+离心机振动筛+除砂器+清洁器注意使用顺序大颗粒——小颗粒设备处理能力按钻井液最大排量的125%配备 §5.4固控设备的正确使用合理配置 第五章钻井液固相控制§5.4固控设备的正确使用使用注意事项a.振动筛（Shaleshakers）一般配备2～3台，以保证全流处理钻井液。筛网目数的正确选择。筛网尺寸应尽可能选细一些，以钻井液流过筛网的2/3长度为宜。保持筛网的整洁与平顺。既要防止跑泥浆，又要严禁人为破坏筛网。 第五章钻井液固相控制§5.4固控设备的正确使用使用注意事项b.除砂器(Desander)除砂器的使用率应在75%以上。维持正常工作压力。调节好底流孔径。底流密度应至少高于进口密度0.12～0.30。调整好底流形状，以伞形雾状排屑的分离效率最高。以绳状排屑时虽底流密度高，但分离效率低。 第四章钻井液固相控制§4.4固控设备的正确使用使用注意事项b.除砂器工作状态正常和异常 第五章钻井液固相控制§5.4固控设备的正确使用使用注意事项b.除泥器非加重钻井液尽量使用，处理率应在70%以上。维持正常工作压力。调节好底流孔径。调整好底流形状，以伞形雾状排屑的分离效率最高。以绳状排屑时虽底流密度较高，但分离效率低。高密度钻液应慎用除泥器。据沉降速度重晶石R2与钻屑R1具有相同u时，R1/R2=1.5 第五章钻井液固相控制§5.4固控设备的正确使用使用注意事项c.离心机在非加重钻井液中断续使用。在高密度钻液中“反向”使用。即回收从排屑口排出的加重材料，放弃排液口返出的液相和超细粘土。在昂贵的液相钻井液体系中使用旋流器与离心机串联的二级分离方式回收液相。或者使用清洁器回收液相。 §5.4固控设备的正确使用二级分离方式 §5.4固控设备的正确使用用清洁器回收液相 第五章钻井液固相控制§5.5固控设备使用的经济性评价评价思路a.求出使用固控设备分离出钻屑（总量为Qs）所发生的费用C1；b.计算把Qs当作粘土配制成原井浆性能相同的钻井液所需的费用C2；c.当：C1<2C2时，认为固控设备的使用是有经济效益的。 思考题（五）1．水基钻井液中固相的类型有哪？2．固相对钻井液性能的影响作用有哪些？3．常用固相控制设备名称及其工作原理。4．固相控制设备的合理配置。5．每一种固控设备的使用注意事项。 第六章复杂情况下的钻井液工艺§6.1井漏及其防治1）井漏的现象a)泥浆出口流量小于进口流量；b)泥浆池液面下降；c)严重时泥浆有进无出。 第六章复杂情况下的钻井液工艺§6.1井漏及其防治2）井漏的类型a)渗透性漏失漏速0.5～4m3/h，多发生在渗透性砂岩、砂砾岩中。b)裂缝性漏失漏速数十～上百m3/h，多发生在碳酸盐地层和裂缝性砂岩中。有天然裂缝和人为裂缝两种类型。“漏气同层”时常引起赶井喷。c)溶洞性漏失漏速>100m3/h，多发生于碳酸盐地层中。常伴有跳钻、钻具放空现象若“漏气同层”会较快引发生井喷。 第六章复杂情况下的钻井液工艺§6.1井漏及其防治3）井漏的预防a)使用低密度、低粘切钻井液；b)减小压力激动、防止人为裂缝；c)保持较低钻井液返速；d)用稠浆钻表层疏松井段；e)制定合理的井身结构。 第六章复杂情况下的钻井液工艺§6.1井漏及其防治4）常用堵漏方法a)起钻静置；(适应于渗漏和人为裂缝性漏失)b)降低密度、适当提高粘切、小排量循环；（适用于地表疏松地层）c)用桥塞剂堵漏；粒状：碎砖、碎核桃壳、碎桃核、碎橡胶、重晶石、膨胀珍珠岩纤维状：甘蔗渣、木纤维、革屑、石棉、棉子壳、猪毛、亚麻、尼龙片状：云母、玻璃纸、木刨花、赛珞璐片 第六章复杂情况下的钻井液工艺§6.1井漏及其防治4）常用堵漏方法c)用桥塞剂堵漏；配方例：碎核桃壳、碎桃核（23kg/m3）+木纤维、蔗渣(11.5kg/m3)+革屑、尼龙（3kg/m3）+玻璃纸片（8.5kg/m3）用量一般为16～80(m3)常用比例：粒:纤维:片=3：2：1 第六章复杂情况下的钻井液工艺§6.1井漏及其防治4）常用堵漏方法d)凝胶堵漏；柴油搬土聚丙烯酰胺+搬土+水泥e)水泥浆堵漏；f)特殊堵漏工艺（尼龙袋堵漏、金属异型管堵漏、抢钻过漏层下套管等） 第六章复杂情况下的钻井液工艺§6.1井漏及其防治5）堵漏工艺要点a)选择合适的堵漏方法根据漏层岩性和漏速大小确定b)准确确定漏失层位注意钻井时发生漏失与加重时发生漏失不同c)充分暴露漏层在确保不发生卡钻的前提下尽量钻穿漏层 §6.1井漏及其防治5）堵漏工艺要点d)根据漏失层特点确定堵漏剂配方例如桥塞剂的种类、尺寸、用量搭配；水泥浆的凝结时间；化学凝胶的凝结时间和化学与温度环境等。e)确保部分堵漏剂进入漏层根据漏失速度与漏层压差确定是否挤注。f)注意防止卡钻和堵钻具用光钻杆堵漏，注水泥时注意起钻到一定高度循环等。 第六章复杂情况下的钻井液工艺§6.1井漏及其防治6）漏层的测定方法a)井温测井法静置一定时间后测井温，灌泥浆之后立即再测井温，对比两次井温曲线，有区别的层位即为漏层。b)流量测井法在漏失的情况下测定流速与井深曲线。c)示踪剂量测井法在钻井液中添加发射性示踪剂，然后进行放射性测井。 第六章复杂情况下的钻井液工艺§6.2井塌及其防治1）井塌的现象a)返出岩屑多而杂、且棱角园滑；b)泥浆密度、粘切升高、泵压不稳或蹩泵；c)钻进时蹩跳严重、接单根下不到底、起钻有阻卡；d)下钻遇阻频繁、下钻下不到底、划眼困难、甚至越划越浅。 第六章复杂情况下的钻井液工艺§6.2井塌及其防治2）井塌的原因a)力学原因页岩孔隙压力异常、构造应力、岩层强度低；b）物理化学原因泥页岩水化膨胀（分表面水化和渗透水化两种；与岩石成分、钻井液性能、温度以及浸泡时间有关）；c）钻井工艺诱因钻井液冲蚀、井下缺吸压力过大、井漏、起钻未灌泥浆、钻具碰撞或剌漏； 第六章复杂情况下的钻井液工艺§6.2井塌及其防治3）防塌机理a)力学平衡泥浆液柱压力≥地层孔隙压力(或坍塌应力)；b）化学平衡改变渗透压防止泥页岩水化（尤其是渗透水化）； 第六章复杂情况下的钻井液工艺§6.2井塌及其防治4）防塌钻井液a)低失水高矿化度水基钻井液即：一低（失水）、二高（矿化度、滤液粘度）、二适当（密度、粘度）；b）油包水乳化钻井液水相用CaCl2饱和；c）钾基聚合物钻井液利用K+离子和聚合物的双重作用； 第六章复杂情况下的钻井液工艺§6.2井塌及其防治5）防塌特殊实验a)页岩成分分析（X射线衍射）b)页岩水分分析（含水量及活度）c)膨胀实验d)分散性实验e)浸泡试验和三轴应力试验 §6.2井塌及其防治5）防塌特殊实验自动X射线粉末衍射仪 第六章复杂情况下的钻井液工艺§6.2卡钻及其防治1）卡钻的类型及其特点a)泥饼粘附卡钻（压差卡钻）b)砂桥卡钻c)井塌卡钻d)钻头泥包卡钻e)缩径卡钻e)键槽卡钻（除此之外均与泥浆性能有关） 第六章复杂情况下的钻井液工艺§6.2卡钻及其防治2）防卡途径a)适当的钻井液密度（过高导致压差卡钻、过低导致井塌卡钻）b)调整好钻井液性能（良好的流变性和造壁性）c)降低泥饼磨擦系数 第六章复杂情况下的钻井液工艺§6.2卡钻及其防治3）防卡措施a)混油b)用好固控设备c)加润滑减阻剂（石墨、二硫化钼、塑料小球）d)加表面活性剂 第六章复杂情况下的钻井液工艺§6.2卡钻及其防治4）解卡方法a)上提、下放、转动、蹩通循环b)浴井解卡（泡水、泡油、泡解卡剂、泡酸）c)使用震击器d)套铣倒扣 第六章复杂情况下的钻井液工艺§6.2卡钻及其防治5）卡点测定方法a)据弹性虎克定律b)卡点深度 第六章复杂情况下的钻井液工艺§6.2卡钻及其防治5）卡点测定方法c)例：（E=2.06×105MPa,D=41/2吋d=10cm，A=2.35×10-3m2)如果使(F2-F1)=4.84×10-4N（即约4.94吨）则： 思考题（六）1．井漏的原因及类型有哪些？2．常用的堵漏方法有哪些？3．常用的漏层测定方法有哪些？4．井塌的现象及原因有哪些？5．防塌的途径是什么?6.常用的防塌泥浆有哪些?7.卡钻的原因及类型有哪些?8.如何预防压差卡钻(泥饼粘附卡钻)?9.常用的解卡方法有哪些? 第七章深井钻井液工艺§7.1深井的不利条件1）裸眼井段长2）钻井周期长3）井底温度高4）井底压力高5）塌、漏、喷、卡等复杂情况多 第七章深井钻井液工艺§7.2高温对深井钻井液的影响1）高温对泥浆中粘土的影响作用a）高温分散作用(水分子、粘土运动、阳离子扩散均加剧)b）高温聚结作用(处理剂的作用削弱)c）高温钝化作用(粘土表面活性降低)OH-有利于高温对粘土的影响作用，从高温作用后PH值下降得以证实。 第七章深井钻井液工艺§7.2高温对深井钻井液的影响2）高温对处理剂的影响作用a）高温降解作用(C-C、C-N、C-S键较稳定，-O-（醚）键抗温能力弱)b）高温交联作用(高分子互相联接，分子量变大)适度交联有利于抵消高温降解的不利影响，过度交联会使钻井液粘切过高。 §7.2高温对深井钻井液的影响2）高温对处理剂的影响作用常用处理剂的抗温能力序号处理剂抗温能力(℃)1磺甲基酚醛树脂（SMP）220～2302腐植酸及其衍生物（NaC）200～2303水解聚丙烯腈（HPAN）200～2304磺甲基丹宁（SMT）180～2005羧甲基纤维素（CMC）140～1806铁铬盐（FCLS）130～1807钻井粉70～100 第七章深井钻井液工艺§7.2高温对深井钻井液的影响3）高温所引起的物理化学作用a）高温解吸附作用(处理剂作用效果下降，粘土分散、聚结、钝化、胶凝加剧)；b）高温去水化作用(高温使粘土或处理剂表面水化膜变薄，降粘、降失水作用变差)；c）高温降粘作用高温使液相粘度降低)；d）高温加剧可溶盐对钻井液的污染盐溶度增加，处理剂保护减弱) 第七章深井钻井液工艺§7.3抗高温处理剂的作用原理1）抗高温处理剂的要求a）热稳定性好，高温下不易降解；b）对粘土吸附能力强，受温度影响小；c）降粘剂须能抑制粘土的高温分散；d）有较强的亲水基，且抗高温、抗盐能力强；e）在低PH值下也能充分发挥作用；f）降失水剂应不使钻井液严重增稠。 第七章深井钻井液工艺§7.3抗高温处理剂的作用原理2）抗高温处理剂的分子结构特征a）分子主链应为C-C、C-N、或C-S键；b）有较强的吸附基，例如通过鳌合吸附、静电吸附或嵌入式吸附；c）适当使用高价阳离子，如Cr3+、Al3+、Fe3+、Zn2+、Ca2+等；d）主要水化基应为离子基，如：磺酸基-SO3-、磺甲基-CH2SO3-、羧基-COO-等。 第七章深井钻井液工艺§7.3抗高温处理剂的作用原理3）常用抗高温处理剂a）抗高温降粘剂羧甲基纤维素（CMC）、磺甲基褐煤（SMC）、铬-腐植酸（Cr-NaC）、磺甲基酚醛树脂（SMP1、SMP2）、Resinex、水解聚丙烯腈及其衍生物（HPAN等）。b）抗高温降失水剂铁铬盐（FCLS）、磺甲基丹宁（SMT）、铬-磺甲基褐煤（Cr-SMC） 第七章深井钻井液工艺§7.4深井钻井液体系1）抗高温水基钻井液体系的特点a）优选粘土类型和含量b）采用抗温、抗盐钙能力强的处理剂c）配合使用表面活性剂 §7.4深井钻井液体系2）常用抗高温水基钻井液体系序号处理剂类型1SMC体系淡水泥浆2PHP-CPA-HPAN体系淡水泥浆3Spensence/XP20体系淡水泥浆4FCLS-CMC体系盐水泥浆5FCLS-SMC体系盐水泥浆6SMC—SMP1体系盐水泥浆7SMC-SMT-SMP2体系饱和盐水泥浆 第七章深井钻井液工艺§7.5深井钻井液特殊实验1）高温高压失水与泥饼2）高温高压流变性3）热稳定性实验 思考题（七）1．高温对粘土和处理剂的影响有哪些？2．高温对钻井液性能的影响有哪些？3．抗高温处理剂有哪些特点？4．常用的抗高温钻井液类型有哪些?5.深井特殊实验有哪些? 谢谢！