钻井液防塌机理与措施-第六组课件.ppt

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1、钻井液防塌机理与措施第六组组长：杨守刚组员：乐杰赵春平夏平马磊晁兴旺油田化学研究性学习答辩目录页contents01井塌原因02防塌措施03防塌机理04结束语1、井塌井塌wellslough井壁岩石剥落掉块，导致井径变大的现象钻井过程中井壁失稳垮塌的现象---一般定义---油田化学定义定义1、井塌原因工程因素高压地层的压力释放、高构造应力的应力释放、松散地层的坍塌及盐岩底层的塑性变形等页岩与水接触的影响起下钻过程中的钻头对井壁的碰撞、环空钻井液流量过大引起对井壁的过度冲刷和起下钻过快引起的压力波动等物理化学因素地质因素高压地层的压力释放、高构造应力的应力释放

2、、松散地层的坍塌及盐岩底层的塑性变形等地质因素工程因素起下钻过程中的钻头对井壁的碰撞、环空钻井液流量过大引起对井壁的过度冲刷和起下钻过快引起的压力波动等页岩与水接触的影响物理化学因素2、井塌措施总措施适当提高钻井液密度或化学固壁（如用水玻璃与井壁矿物中可交换的钙镁离子反应生成硅酸钙、硅酸镁固结井壁）地质因素引起改进钻井工艺物理化学因素引起工程因素引起改进钻井液性能，如调整钻井液密度和加入页岩抑制剂2、防塌措施具体措施防塌具体措施页岩抑制剂油基泥浆硅酸盐钻井液聚乙烯醇钻井液聚丙烯肽胺钻井液聚丙烯酸钾钻井液两性复合离子聚合物钻井液页岩抑制剂油基泥浆硅酸盐钻井液页

3、岩抑制剂油基泥浆3、防塌机理总机理a.聚合物包被作用聚合物钻井液体系中的水溶性聚合物可以很好的吸附在井壁岩层或粘土矿物表面上，进而形成一层高分子吸附膜，这样就阻止了粘土与水的接触，从而抑制了泥页岩的粘土水化膨胀。b.无机盐离子作用原理利用无机盐类离子，与粘土矿物的泥页岩表面进行离子之间的交换，改变粘土矿物的活性，进而控制粘土矿物的水化膨胀。从总体上看，钻井液的防塌机理主要体现在：3、防塌机理总机理c.封堵作用在钻井液体系中的加入特定的添加剂，进而可用来暂堵属于力学不稳定因素引起的泥页岩层的微裂缝，从而防止钻井液体系中的水分沿着岩层的裂缝渗入地层中，从而起到防

4、止粘土矿物水化膨胀。d.正电势垒稳定机理粘土矿物能够与混合金属层状氢氧化物形成复合体后，在带有负电荷的粘土矿物颗粒周围形成一层带有正电荷的势垒，这样就能有效的阻止粘土矿物与水分子发生的离子交换，进而有效地抑制了粘土矿物的渗透水化而膨胀。3、防塌机理总机理e.活度平衡原理使钻井液体系的活度与地层中水的活度相平衡，从而利用渗滤的原理来有效的抑制粘土矿物的水化膨胀，保持井壁的稳定。在钻井过程中井壁不稳定的主要因素是孔隙压力扩散，即在钻井过程中由于钻井液滤液进入岩石孔隙，使得岩石的孔隙压力不断增大，粘土矿物颗粒之间的结合力就会随之不断降低，从而岩石强度也会降低。其次

5、，是地层中粘土矿物颗粒之间本来存在的氢键等非化学结合力不断的被水破坏。3、防塌机理页岩抑制剂页岩抑制剂：抑制页岩膨胀或分散（包括剥落）的化学剂压缩页岩表面扩散双电层的厚度，减小§电位a中和页岩表面的负电性b使页岩表面反转为亲油表面a中和页岩表面的负电性b在粘土片间桥接吸附盐阳离子表面活性剂阳离子型聚合物3、防塌机理页岩抑制剂非离子型聚合物改性沥青a浊点效应低温水溶，高温析出，形成乳状液封堵孔隙b竞争吸附优先吸附，阻止水分子进入，挤走吸附在粘土表面的水分子吸附在页岩表面，封堵页岩的孔隙，形成憎水油膜，减少页岩与水的接触3、防塌机理油基泥浆a泥页岩的脱水硬化这种

6、脱水硬化作用是通过两种形式的半透膜即油基泥浆在井壁表面形成的半透膜和油包水乳滴自身的半透膜来实现的。半透膜两侧高盐度水相与泥页岩原生水的活度差产生了渗透驱动力，萃取泥页岩中的水，使泥页岩硬化，强度增大。b增大泥页岩的毛细管压力，阻止泥浆水进入泥页岩。油基泥浆3、防塌机理硅酸盐钻井液硅酸盐在水中可以形成不同尺寸的胶体和高分子的纳米级粒子。这些粒子通过吸附、扩散或在压差作用下进入井壁的微小孔隙中，其硅酸根离子与岩石表面或地层水中的钙、镁离子发生反应，生成的硅酸钙沉淀覆盖在岩石表面起封堵作用:当进入地层的硅酸根遇到pH值小于9的地层水时，会立即变成凝胶，形成三维凝

7、胶网络，封堵地层的孔喉与裂缝当温度超过80℃（在105℃以上更明显）时，硅酸盐的硅醇基与粘土矿物的铝醇基发生缩合反应，产生胶结性物质，将粘土等矿物颗粒结合成牢固的整体，从而封固井壁硅酸盐钻井液3、防塌机理聚乙烯醇钻井液由达西定律可知，液体流动速率与滤液的粘度成反比，粘度增加导致流体侵入速率的减小，从而有利于页岩的稳定。同时聚乙烯醇类分子能降低钻井液滤液的化学活性聚乙烯醇钻井液3、防塌机理聚丙烯酞胺钻井液a长链的聚丙烯酞胺在泥页岩井壁表面上产生多点吸附，并可横过裂缝，从而阻止泥页岩的剥落b聚丙烯酞胺浓度较高时，在泥页岩井壁表面形成较致密的吸附膜，减慢自由水向泥

8、页岩渗透的速度，对泥页岩的水化膨胀起到抑制作用聚丙烯