钻井液防塌机理与措施-第六组

1、钻井液防塌机理与措施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目录页contents0101井塌原因井塌原因0202防塌措施防塌措施0303防塌机理防塌机理0404结束语结束语1 1、井塌、井塌井塌 well slough 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-油田化学定义定义定义1 1、井塌、井塌原因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

2、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、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 2、井塌措施、井塌措施总措施适当提高钻井液密度或化学适当提高钻井液密度或化学固壁固壁（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改进钻井液性能，如调整钻井液密度和加入页岩抑制剂2 2、防塌措施、防塌措施具体措施防塌具体措施防塌具体

3、措施页岩抑制页岩抑制剂剂油基泥浆油基泥浆硅酸盐钻井硅酸盐钻井液液聚乙烯醇聚乙烯醇钻井液钻井液聚丙烯肽胺聚丙烯肽胺钻井液钻井液聚丙烯酸聚丙烯酸钾钻井液钾钻井液两性复合离两性复合离子聚合物钻子聚合物钻井液井液页岩抑制页岩抑制剂剂油基泥浆油基泥浆硅酸盐钻井硅酸盐钻井液液页岩抑制页岩抑制剂剂油基泥浆油基泥浆3 3、防塌机理、防塌机理总机理a.a.聚合物包被作用聚合物包被作用 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.b.无机盐离子作用原理无机盐离子作用原理 利用无机盐类离子，与粘土

4、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：从总体上看，钻井液的防塌机理主要体现在：3 3、防塌机理、防塌机理总机理c.c.封堵作用封堵作用 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，从而起到防止粘土矿物水化膨胀。d.d.正电势垒稳定机理正电势垒稳定机理 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

5、抑制了粘土矿物的渗透水化而膨胀。3 3、防塌机理、防塌机理总机理e.e.活度平衡原理活度平衡原理 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，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 3、防塌机理、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）的化学剂页岩抑制剂：抑制页岩膨胀或分散（包括剥落）的化学剂

6、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盐阳离子表面活性剂阳离子表面活性剂阳离子型聚合物阳离子型聚合物3 3、防塌机理、防塌机理页岩抑制剂非离子型聚合物非离子型聚合物改性沥青改性沥青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 3、防塌机理、防塌机理油基泥浆a泥页岩的脱水硬化这种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

7、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。油基泥浆油基泥浆3 3、防塌机理、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

8、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硅酸盐钻井液3 3、防塌机理、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聚乙烯醇钻井液3 3、防塌机理、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肽胺钻井液聚丙烯肽胺钻井液3 3

9、、防塌机理、防塌机理聚丙烯酸钾钻井液a聚丙烯酸钾能有效地对钻屑产生“包被”作用，抑制地层造浆b钾离子能防止软泥页岩和硬脆性泥页岩的水化与剥落，起到稳定孔壁的作用。从防塌机理可知，聚丙烯酸钾和聚丙烯酞胺的防塌机理相似，其防塌能力应无大的差别聚丙烯酸钾钻井液聚丙烯酸钾钻井液3 3、防塌机理、防塌机理两性复合离子聚合物钻井液 两性复合离子聚合物钻井液体系的防塌机理与其他聚合物钻井液体系的防塌机理相似，只是在防塌作用过程中，它的抑制作用表现的更强:同时包被作用和吸附性也有所提高。两性复合离子聚合物两性复合离子聚合物钻井液钻井液聚合物钻井液的机理聚合物钻井液的机理a聚合物长链分子的结构特性和含有极强吸附

10、能力的基因对泥页岩进行多点吸附,防止水分子吸入，降低水化度，保持泥页岩的冻结强度，b一些大分子聚合物还具有封闭泥页岩微裂缝的作用c堵孔作用（如改性后的沥青制品通过化学作用吸附于泥页岩边缘，防止液体进入泥页岩，而且，沥青也参与了泥饼的组成。）4 4、结束语 钻井过程中井壁的垮塌失稳问题是钻探行业钻井过程中井壁的垮塌失稳问题是钻探行业中共存的一个重点和难点，无论是油气田勘探开中共存的一个重点和难点，无论是油气田勘探开发还是其他矿产的勘探开发，其开发费用主要是发还是其他矿产的勘探开发，其开发费用主要是钻井成本，因此保持井壁稳定，快速顺利地钻井钻井成本，因此保持井壁稳定，快速顺利地钻井是降低钻探开发成本的主要因素。是降低钻探开发成本的主要因素。 为此，我们希望采取一些有效的防范措施来为此，我们希望采取一些有效的防范措施来避免此类井壁失稳垮塌问题的发生，从而提高钻避免此类井壁失稳垮