钻井液完井液-第一章课件

1、钻井液工艺学钻井液工艺学第一章第一章 钻井液概论钻井液概论第一节第一节 钻井液的功用、类型和组成钻井液的功用、类型和组成1、定义、定义钻井液钻井液 油气钻井过程中以其多种功能满足钻井工作需要油气钻井过程中以其多种功能满足钻井工作需要的各种循环流体的总称。钻井液又称做钻井泥浆（的各种循环流体的总称。钻井液又称做钻井泥浆（Drilling Muds），或简称为泥浆），或简称为泥浆(Muds) 。第一节第一节 钻井液的功用、类型和组成钻井液的功用、类型和组成完井液完井液 在油气井完井作业过程中所使用的工作液统称为完井液（在油气井完井作业过程中所使用的工作液统称为完井液（Completion Flui

2、ds）。这些作业包括钻开油层、下套管、射孔、防砂）。这些作业包括钻开油层、下套管、射孔、防砂、试油、增产措施和修井等。因此、试油、增产措施和修井等。因此从广义上讲从广义上讲，从钻开油层到采油及各，从钻开油层到采油及各种增产措施过程中的每一个作业环节，所使用的与产层接触的各种工作种增产措施过程中的每一个作业环节，所使用的与产层接触的各种工作液体系统称为完井液。国外一般把钻开油层的工作液称为液体系统称为完井液。国外一般把钻开油层的工作液称为钻井液钻井液（Drill-in fluids），将射孔、防砂以及各种增产措施中用于产层的工作液），将射孔、防砂以及各种增产措施中用于产层的工作液称为称为完井液完

3、井液（Completion-Fluids），将为维护或提高产能而修井时所），将为维护或提高产能而修井时所用的工作液称为用的工作液称为修井液修井液（Workover Fluids）。）。 2、钻井液循环流程、钻井液循环流程钻井液循环系统：钻井液循环系统： 钻井液流经的各种管线和设备循循 环环 流流 程：程：泥浆泵泥浆罐地面高压管汇立管水龙带 水龙头方钻杆钻 杆钻铤钻头钻柱与井壁形成的环形空间从井口返出，流经固控设备进行处理，清除钻屑钻井液定义及其循环流程钻井液定义及其循环流程2、钻井液循环流程、钻井液循环流程3、钻井液的主要功用、钻井液的主要功用携带、悬浮岩屑携带、悬浮岩屑控制压力控制压力形成泥

4、饼形成泥饼冷却、润滑冷却、润滑保护油气层保护油气层传递水功率传递水功率3、钻井液的主要功用、钻井液的主要功用1 1）携带和悬浮岩屑）携带和悬浮岩屑（这是钻井液首要和最基本的功用这是钻井液首要和最基本的功用）3、钻井液的主要功用、钻井液的主要功用 携带作用：携带作用：钻井液循环时，通过其本身的循环，将井底被钻头破碎的 岩屑携至地面，以保持井眼清洁，使起下钻畅通无阻，并保证钻头在井底始终接 触和破碎新地层，不造成重复切削，保持安全快速钻进。V返V沉悬浮作用：悬浮作用：在接单根、起下钻或因故停止循环时，钻井液又将井内的钻屑悬浮在钻井液中，使钻屑不会很快下沉，防止沉砂卡钻等情况的发生。3、钻井液的主要

5、功用、钻井液的主要功用2 2）稳定井壁和平衡地层压力）稳定井壁和平衡地层压力地层地层压力压力钻井液钻井液压力压力钻井液钻井液井壁井壁平衡地层压力：平衡地层压力：选择合适的钻井液密度，使液柱压力大于地层压力， 防止井喷。稳定井壁稳定井壁（1） 选择合适的钻井液密度选择合适的钻井液密度：使使液柱压力能够平衡地层压力，从液柱压力能够平衡地层压力，从而而 防止井塌等井下复杂情况的发防止井塌等井下复杂情况的发生。生。 （2）钻）钻 井液具有良好的滤失造井液具有良好的滤失造壁性能：在井壁上形成一层薄而壁性能：在井壁上形成一层薄而韧的泥饼，以稳固已钻韧的泥饼，以稳固已钻 开的地层开的地层并阻止液相侵入地层，

6、减弱泥页并阻止液相侵入地层，减弱泥页岩水化膨胀和分散的程度。岩水化膨胀和分散的程度。 （3）钻井液具有良好的抑制作用，）钻井液具有良好的抑制作用，减弱泥页岩水化膨胀和分散的程减弱泥页岩水化膨胀和分散的程度。度。3、钻井液的主要功用、钻井液的主要功用3 3）冷却和润滑钻头、钻具）冷却和润滑钻头、钻具1、通过钻井液不断地循环作用，、通过钻井液不断地循环作用，将这些热量及时带走。将这些热量及时带走。热热量量来来源源冷冷却却和和润润滑滑机机理理1、井底温度高、井底温度高2、钻头与井底岩石、钻头与井底岩石/钻柱钻柱 与井壁摩擦而产生热量与井壁摩擦而产生热量2、利用钻井液良好的润滑作用，、利用钻井液良好的

7、润滑作用，降低摩擦降低摩擦3、钻井液的主要功用、钻井液的主要功用4 4）传递水动力）传递水动力（1 1）直接破碎岩石：钻井液在钻头喷嘴处以极高的）直接破碎岩石：钻井液在钻头喷嘴处以极高的流速冲击井底，从而提高了钻井速度和破岩效率。流速冲击井底，从而提高了钻井速度和破岩效率。 高压喷射钻井正是利用了这一原理，即采用高泵压高压喷射钻井正是利用了这一原理，即采用高泵压钻进，使钻井液所形成的高速射流对井底产生强大钻进，使钻井液所形成的高速射流对井底产生强大的冲击力，从而显著地提高钻速。的冲击力，从而显著地提高钻速。（2 2）带动井下工具：在使用涡轮或螺杆钻具钻进时，）带动井下工具：在使用涡轮或螺杆钻具

8、钻进时，钻井液由钻杆内以较高流速流经涡轮叶片或螺杆转钻井液由钻杆内以较高流速流经涡轮叶片或螺杆转子，使涡轮或螺杆旋转并带动钻头破碎岩石。子，使涡轮或螺杆旋转并带动钻头破碎岩石。3、钻井液的主要功用、钻井液的主要功用5）传递井下信息、及时发现油气显示和高、低压地层）传递井下信息、及时发现油气显示和高、低压地层钻井液携带至地面的岩屑、油、气、水等信息，可以显示井下地层含油气情况，我们称之为“钻井液录井”或“岩屑录井”。6）保护油气层）保护油气层4、钻井液的分类、钻井液的分类无固相低固相按固相含量二氧化碳气等气基，空气、天然气、油基，纯油基和合成基性水基，抑制性和非抑制按分散介质非加重加重按密度4、

9、钻井液的分类、钻井液的分类按流体介质按流体介质4、钻井液的分类、钻井液的分类 分散钻井液(Dispersed Drilling Fluids)钙处理钻井液（ Calcium-treated drilling fluids)盐水钻井液（saltwater drilling fluid)饱和盐水钻井液（saturated saltwater drilling fluids) 聚合物钻井液(polymer drilling fluids)钾基聚合物钻井液（potassium-based polymer drilling fluids)油基钻井液（oil-based drilling fluids)合

10、成基钻井液（synthetic drilling fluids)气体型钻井流体（gas-typed drilling fluids)保护储层的钻井液（drilling-in fluids)综合分类法：分为10类5、钻井液的组成、钻井液的组成分散相分散相+分散介质分散介质+化学处理剂化学处理剂1、水基钻井液、水基钻井液水水+膨润土膨润土+各种处理剂各种处理剂+加重剂等加重剂等2、油基钻井液、油基钻井液油油+水（分散相）水（分散相）+乳化剂乳化剂+润滑剂润滑剂+亲油固体亲油固体+加重剂等加重剂等第二节第二节 钻井液的性能及测试钻井液的性能及测试 按照按照API推荐的钻井液性能测试标准，需检测的钻井

11、推荐的钻井液性能测试标准，需检测的钻井液常规性能包括：液常规性能包括： 常常规规性性能能流流 变变 性：性：漏斗粘度、塑性粘度、漏斗粘度、塑性粘度、 动切力、静切力、动切力、静切力、密密 度：度：g/cm3滤滤 失失 量：量：API滤失量、滤失量、HTHP滤失量滤失量滤液分析：滤液分析：氯离子、碱度、石灰、氯离子、碱度、石灰、 硬度、硫酸钙硬度、硫酸钙其其 他：油水含量、固相含量、膨润土含量等他：油水含量、固相含量、膨润土含量等第二节第二节 钻井液的性能及测试钻井液的性能及测试一、钻井液密度及其测试和调整一、钻井液密度及其测试和调整1、钻井液密度（1）定义：单位体积钻井液的质量。）定义：单位体

12、积钻井液的质量。g/cm3 kg/m3 （2）对钻井的影响）对钻井的影响b 与油气层损害有关与油气层损害有关c 影响钻井速度影响钻井速度a 影响井下安全（井喷、井漏、井塌和卡钻等）影响井下安全（井喷、井漏、井塌和卡钻等）一、钻井液密度及其测试和调整一、钻井液密度及其测试和调整2、钻井液密度的测试、钻井液密度的测试 钻井液比重称钻井液比重称1-称杆；称杆；2-主刀口；主刀口；3-泥浆杯；泥浆杯；4-杯盖；杯盖；5-校正筒；校正筒；6-游码；游码； 7-底座；底座；8-主刀垫；主刀垫；9-档壁档壁一、钻井液密度及其测试和调整一、钻井液密度及其测试和调整3、钻井液密度调整1）提高钻井液密度）提高钻井

13、液密度（1）方法：加入高密度材料）方法：加入高密度材料（2）加重材料）加重材料高密度不溶性矿物或矿石粉末高密度不溶性矿物或矿石粉末高密度的可溶性盐类高密度的可溶性盐类一、钻井液密度及其测试和调整一、钻井液密度及其测试和调整2）降低钻井液密度）降低钻井液密度降低钻井液固相含量（机械降低钻井液固相含量（机械+化学絮凝）化学絮凝）加水稀释（增加处理剂用量和钻井液费用）加水稀释（增加处理剂用量和钻井液费用）混油（影响地质录井和测井解释）混油（影响地质录井和测井解释）充气（需额外设备）充气（需额外设备）二、钻井液流变性二、钻井液流变性钻井液流变性钻井液流变性（Rheological Properties

14、 of Drilling Fluids ）是指在外力作用下，钻井液发生流动和变形的特）是指在外力作用下，钻井液发生流动和变形的特性，其中流动是主要的方面。性，其中流动是主要的方面。三、钻井液滤失造壁性三、钻井液滤失造壁性 在压力差作用下，钻井液中的自由水向井壁孔隙或裂缝在压力差作用下，钻井液中的自由水向井壁孔隙或裂缝渗透，钻井液中的固相颗粒附着在井壁上渗透，钻井液中的固相颗粒附着在井壁上形成泥饼的形成泥饼的过程。过程。 随着泥饼的不断加厚以及在压差作用下被压实，泥饼对随着泥饼的不断加厚以及在压差作用下被压实，泥饼对裸眼井壁起到有效稳定和保护作用，这是钻井液的裸眼井壁起到有效稳定和保护作用，这是

15、钻井液的造壁性造壁性。四、钻井液的四、钻井液的pH值和碱度值和碱度1、钻井液的、钻井液的pH值值 pH值表示法值表示法钻井液对钻井液对pH值要求：值要求： 一般控制在（一般控制在（8-11）范围，即维持在一）范围，即维持在一 个较弱的碱性环境。个较弱的碱性环境。原因：原因：粘土具有适当的分散度，便于控制和调整钻井液性能粘土具有适当的分散度，便于控制和调整钻井液性能可以使有机处理剂充分发挥其效能可以使有机处理剂充分发挥其效能对钻具腐蚀性低对钻具腐蚀性低可抑制体系中钙、镁盐的溶解可抑制体系中钙、镁盐的溶解四、钻井液的四、钻井液的pH值和碱度值和碱度2、钻井液的碱度、钻井液的碱度碱度：碱度：指溶液或

16、悬浮体系对酸的中和能力。指溶液或悬浮体系对酸的中和能力。 用用0.01mol/L的标准硫酸中和的标准硫酸中和1ml样品至酸碱指示剂变色时样品至酸碱指示剂变色时所需要的体积（单位：毫升）。表示样品中和酸的能力。所需要的体积（单位：毫升）。表示样品中和酸的能力。用用Pm、Pf 、Mm、Mf 表示各种表示各种碱度碱度优点优点: 较方便地确定钻井液滤液中的较方便地确定钻井液滤液中的OH- 、 CO32- 、 HCO3- 含量含量 可以确定钻井液体系中悬浮石灰的量（储备碱度）可以确定钻井液体系中悬浮石灰的量（储备碱度）五、钻井液含砂量五、钻井液含砂量 钻井液含砂量是指钻井液中不能通过钻井液含砂量是指钻井

17、液中不能通过200200目筛网，即目筛网，即粒径大于粒径大于7474m m的砂粒占钻井液总体积的百分数。在现场的砂粒占钻井液总体积的百分数。在现场应用中，该数值越小越好，一般要求控制在应用中，该数值越小越好，一般要求控制在0.50.5以下。以下。含砂量过大的危害：含砂量过大的危害： (1) (1)使钻井液密度增大，对提高钻速不利。使钻井液密度增大，对提高钻速不利。 (2) (2)使形成的泥饼松软，滤失量大，不利于井壁稳定。使形成的泥饼松软，滤失量大，不利于井壁稳定。 (3) (3)泥饼的摩擦系数增大，容易造成压差卡钻。泥饼的摩擦系数增大，容易造成压差卡钻。 (4) (4)增加对钻头和钻具的磨损

18、，缩短其使用寿命。增加对钻头和钻具的磨损，缩短其使用寿命。六、钻井液固相含量六、钻井液固相含量无用固相：钻屑无用固相：钻屑2、固相控制方法、固相控制方法(1) 沉降法沉降法(2) 稀释法稀释法(3) 机械设备法：振动筛、除砂器、除泥器、离心机机械设备法：振动筛、除砂器、除泥器、离心机(4) 化学法：使用絮凝剂化学法：使用絮凝剂1、钻井液固相类型、钻井液固相类型有用固相：配浆粘土、加重材料有用固相：配浆粘土、加重材料 固控固控: 在保存适量有用固相的前提下在保存适量有用固相的前提下,尽可能清除无用固相的工艺。尽可能清除无用固相的工艺。活性固相：膨润土活性固相：膨润土惰性固相：重晶石惰性固相：重晶

19、石用途用途性质性质六、钻井液固相含量六、钻井液固相含量3、固相含量与井下安全的关系、固相含量与井下安全的关系（1）使钻井液流变性不稳定）使钻井液流变性不稳定（2）泥饼质量差）泥饼质量差（3）钻井液性能难以维护）钻井液性能难以维护 (4) 固相含量高，对油气层损害严重固相含量高，对油气层损害严重4、固相含量对钻速的影响、固相含量对钻速的影响固相含量：固相含量：钻井液中全部固相的体积占钻井液总体积的百分数钻井液中全部固相的体积占钻井液总体积的百分数固相含量越高，钻速越小。固相含量越高，钻速越小。固相类型不同，钻速影响不一样。固相类型不同，钻速影响不一样。七、钻井液中膨润土含量七、钻井液中膨润土含量

20、为什么测钻井液膨润土含量？为什么测钻井液膨润土含量？正面作用正面作用： 提粘切提粘切 降滤失降滤失负面作用负面作用： 影响钻速影响钻速七、钻井液中膨润土含量七、钻井液中膨润土含量膨润土含量的测定膨润土含量的测定亚甲基蓝法亚甲基蓝法 原理原理：亚甲基蓝是一种阳离子染料，易与钻井液中：亚甲基蓝是一种阳离子染料，易与钻井液中的膨润土发生离子交换。发生交换的阳离子数目可的膨润土发生离子交换。发生交换的阳离子数目可通过消耗的亚甲基蓝确定。通过消耗的亚甲基蓝确定。步骤步骤：先用亚甲基蓝法测出钻井液中阳离子：先用亚甲基蓝法测出钻井液中阳离子 交换交换容量容量(CEC) m ，再通过计算确定膨润土的含量。，再

21、通过计算确定膨润土的含量。八、钻井液滤液分析八、钻井液滤液分析1、CL- 的测定的测定 硝酸银滴定法硝酸银滴定法2、Ca2+ 、Mg2+的测定的测定EDTA滴定法滴定法P17第三节第三节 钻井液技术的发展概况钻井液技术的发展概况1. 初步形成时期初步形成时期 1888-1928年；年；2. 快速发展时期快速发展时期 1928-1948年；年；3. 高速发展时期高速发展时期 1948-1965年；年；4. 科学化科学化 时期时期 1965年年-现在。现在。第三节第三节 钻井液技术的发展概况钻井液技术的发展概况1. 初步发展时期 自然造浆阶段 主要解决问题：主要解决问题： 携带钻屑携带钻屑 控制地层压力控制地层压力 典型技术：典型技术： 水水+钻屑钻屑+地面土地面土 使用重晶石、铁矿粉（使用重晶石、铁矿粉（1920年年)第三节第三节 钻井液技术的发展概况钻井液技术的发展概况2. 快速发展时期 细分散泥浆阶段 主要解决问题：主要解决问题： 泥浆性能的稳定泥浆性能的稳定 井壁稳定井壁稳定 典型技术：典型技术： 性能测定仪器研制出来性能测定仪器研制出来 使用膨润土、单宁、烧碱、褐煤使用膨润土、单宁、烧碱、褐煤第三节第三节 钻井液技术的发展概况钻井液技术的发展概况3 3. . 高速发展阶段高速发展阶段 粗分散泥浆阶段粗分散泥