第三章钻井液.

1、第三章第三章 钻井液钻井液第一节第一节 钻井液的定义和功用钻井液的定义和功用第二节第二节 钻井液的组成和分类钻井液的组成和分类第三节第三节 钻井液的性能钻井液的性能第四节第四节 钻井液的固相控制钻井液的固相控制第五节第五节 井塌及防塌措施井塌及防塌措施第六节第六节 油气层保护及完井液油气层保护及完井液第一节第一节 钻井液的定义和功用钻井液的定义和功用 一、钻井液的定义一、钻井液的定义 钻井时用来清洗井底并把岩屑携带到地面、维持钻井操钻井时用来清洗井底并把岩屑携带到地面、维持钻井操作正常进行的流体称为钻井液或洗井液。作正常进行的流体称为钻井液或洗井液。 二、钻井液的功用二、钻井液的功用 1 1携

2、岩携岩 2 2冷却和润滑钻头及钻柱冷却和润滑钻头及钻柱 3 3造壁性能造壁性能 4控制地层压力控制地层压力 平衡地层压力的钻井液密度：平衡地层压力的钻井液密度：式中：式中： D 井深，井深，m； 钻井液密度，钻井液密度，gcm3； 地层压力，地层压力，MPa。 再加一附加值再加一附加值 (gcm3)。 对于气层，附加值为对于气层，附加值为0.070.15gcm3；对于油层，附加值；对于油层，附加值为为0.050.10gcm3。Dppd00981. 0dpp 5循环停止时悬浮钻屑和加重材料，防止下沉（即悬循环停止时悬浮钻屑和加重材料，防止下沉（即悬浮作用）浮作用） 6从所钻地层获得资料从所钻地层

3、获得资料 7传递水力功率传递水力功率 一、钻井液的组成一、钻井液的组成 1、液相液相：液相是钻井液的连续相，可以是水或油。：液相是钻井液的连续相，可以是水或油。 2、活性固相活性固相：包括人为加入的商业膨润土、地层进：包括人为加入的商业膨润土、地层进入的造浆粘土和有机膨润土入的造浆粘土和有机膨润土(油基钻井液用油基钻井液用)。 3、惰性固相惰性固相：惰性固相是钻屑和加重材料。：惰性固相是钻屑和加重材料。 4、各种钻井液、各种钻井液添加剂添加剂。第二节第二节 钻井液的组成和分类钻井液的组成和分类 二、钻井液的分类二、钻井液的分类 1、不分散体系不分散体系。 2、分散体系分散体系。 3、钙处理体系

4、钙处理体系。含。含Ca2+ 120mg/L，用以控制易塌页岩及井眼，用以控制易塌页岩及井眼扩大。扩大。 4、聚合物体系聚合物体系。能够有效地增加粘度，降低失水和稳定。能够有效地增加粘度，降低失水和稳定性能；可以减少为维持粘度所需的膨润土用量；稳定性好；润性能；可以减少为维持粘度所需的膨润土用量；稳定性好；润滑性能好。滑性能好。 5 5、低固相体系低固相体系。总固相含量大约在。总固相含量大约在6 61010。膨润土固。膨润土固相少于相少于3 3，其固相与膨润土的比值应小于，其固相与膨润土的比值应小于2 2：1 1。可以明显地提。可以明显地提高钻速。高钻速。 6 6、饱和盐水体系饱和盐水体系。饱和

5、盐水体系具有。饱和盐水体系具有189g189gL L的氯根浓度。的氯根浓度。盐水体系具有盐水体系具有6 6189g/L189g/L的氯根含量。主要用于钻盐岩层与泥页的氯根含量。主要用于钻盐岩层与泥页岩易塌地层，具有较强的防塌能力。岩易塌地层，具有较强的防塌能力。 7 7、完井修井液体系完井修井液体系。具有抑制粘土膨胀保护储层的作用。具有抑制粘土膨胀保护储层的作用。由经高度处理的钻井液由经高度处理的钻井液( (封隔液封隔液) )和混合盐或清洁盐水组成。和混合盐或清洁盐水组成。 8 8、油基钻井液体系油基钻井液体系。 包括两种类型：包括两种类型： 反相乳化钻井液，是属油包水流体，以水为分散相，油为

6、连反相乳化钻井液，是属油包水流体，以水为分散相，油为连续相；续相； 油浆或油相钻井液，常由氧化沥青、有机酸、碱、各种药剂油浆或油相钻井液，常由氧化沥青、有机酸、碱、各种药剂和柴油混合而成。和柴油混合而成。 常用于钻开油气层或异常低压地层，以及易发生粘卡的地层。常用于钻开油气层或异常低压地层，以及易发生粘卡的地层。 9 9、空气、雾、泡沫和气体体系空气、雾、泡沫和气体体系。 常用于欠平衡压力钻井技术。常用于欠平衡压力钻井技术。 一、钻井液的密度一、钻井液的密度 钻井液的密度指单位体积钻井液的质量。钻井液的密度指单位体积钻井液的质量。 二、钻井液的流变性能二、钻井液的流变性能 液体分为牛顿液体和非

7、牛顿液体液体分为牛顿液体和非牛顿液体，非牛顿液体又分为塑，非牛顿液体又分为塑性液体、假塑性液体和膨胀型液体三种类型。性液体、假塑性液体和膨胀型液体三种类型。第三节第三节 钻井液的性能钻井液的性能 (一一)塑性流型塑性流型 1塑性流型的特点塑性流型的特点 (1)所加切应力达到某一最低值之后所加切应力达到某一最低值之后才开始流动，这个最低切应力称为静切应才开始流动，这个最低切应力称为静切应力。力。 又称凝胶强度。又称凝胶强度。 (2)当切应力继续增大，流变曲线出当切应力继续增大，流变曲线出现直现直 线段，称为动切应力或屈服值。线段，称为动切应力或屈服值。图图3-1 四种基本流型四种基本流型 2 2

8、塑性流型的流变方程塑性流型的流变方程 引入屈服值后，塑性流体的流变曲线可用下列方程描述：引入屈服值后，塑性流体的流变曲线可用下列方程描述：dxdvpvo 3塑性流型的流变参数及物理意义塑性流型的流变参数及物理意义 (1) (静切力，静切应力静切力，静切应力)：使钻井液开始流动所需的最低切应力，：使钻井液开始流动所需的最低切应力，它是钻井液静止时单位面积上所形成的连续空间网架结构强度的量度。它是钻井液静止时单位面积上所形成的连续空间网架结构强度的量度。 (2) (动切应力，屈服值动切应力，屈服值)：延长流变曲线直线段与切应力轴相交：延长流变曲线直线段与切应力轴相交得，它是一假想值，反映钻井液处于

9、层流状态时钻井液中网状结构强得，它是一假想值，反映钻井液处于层流状态时钻井液中网状结构强度的量度。度的量度。so (3) (3) 塑性粘度：塑性粘度： 塑性粘度是塑性流体流变曲线段斜率的倒数，它不随剪塑性粘度是塑性流体流变曲线段斜率的倒数，它不随剪切力而变化。切力而变化。 它是由流体在层流状态下体系中固相颗粒之间、固相颗它是由流体在层流状态下体系中固相颗粒之间、固相颗粒与周围液相间以及液相分子间的摩擦形成的。粒与周围液相间以及液相分子间的摩擦形成的。pvdxdvopv/ (4)表观粘度表观粘度 ：表观粘度又称视粘度或有效粘度。它：表观粘度又称视粘度或有效粘度。它是在某一流速梯度下剪切应力与相应

10、流速梯度的比值，见图是在某一流速梯度下剪切应力与相应流速梯度的比值，见图3-1： A点的表观粘度点的表观粘度 而而B点的表观粘度点的表观粘度 说明钻井液在不同流速梯度下的表观粘度是不同的。说明钻井液在不同流速梯度下的表观粘度是不同的。AAAvAdxdvBBAvBdxdvAv图图3-1 四种基本流型四种基本流型 对塑性流体对塑性流体 ，表观粘度为：，表观粘度为：屈服值是与层流时体系中网架结构的密度和强度有关，故屈服值是与层流时体系中网架结构的密度和强度有关，故 称为钻井液的结构粘度，故塑性流体的表观粘度称为钻井液的结构粘度，故塑性流体的表观粘度 称之动塑比，反映钻井液中结构强度和塑性粘度的比例关

11、系。它称之动塑比，反映钻井液中结构强度和塑性粘度的比例关系。它决定钻井液在环空中的流态，与钻井液携带岩屑效果密切相关。一般情决定钻井液在环空中的流态，与钻井液携带岩屑效果密切相关。一般情况下要求况下要求 0.360.48之间。之间。dxdvpvopvoAvdxdvdxdvo/结构pvAvpvopvo ndxdvk (二二)假塑性流型和膨胀流型假塑性流型和膨胀流型 n流性指数，表示假塑性流体在一定流速范围内的非牛流性指数，表示假塑性流体在一定流速范围内的非牛顿性程度，顿性程度，n1时为假塑性流体；时为假塑性流体；n1时为膨胀型流体。时为膨胀型流体。一般要求一般要求n值在值在0.70.4之间。之间

12、。 k稠度系数，与流体在稠度系数，与流体在1s-1流速梯度下的粘度有关，流速梯度下的粘度有关，k值值越大，粘度越大。越大，粘度越大。 (三三)流变参数的测定流变参数的测定 1静切力（六速旋转粘度计）静切力（六速旋转粘度计） 一般要测定初切一般要测定初切(10s切力切力)和终切和终切(10min切力切力)。 初切测定：将钻井液在初切测定：将钻井液在600rmin下搅拌下搅拌10s，静置，静置10s后测得后测得3rmin下的表盘读数，该读数乘以下的表盘读数，该读数乘以0511即得即得初切力初切力(Pa)。 终切测定：将钻井液在终切测定：将钻井液在600rmin下搅拌下搅拌10s，静置，静置10mi

13、n后再测得后再测得3rmin下的表盘读数，该读数乘以下的表盘读数，该读数乘以0511，即得终切力即得终切力(Pa)。 Avpvo300600pvnk1022600511. 0 2其它流变参数其它流变参数 用六速旋转粘度计测得用六速旋转粘度计测得600rmin和和300rmin表盘读数表盘读数(600，300)，就可计算下列流变参数。，就可计算下列流变参数。 表观粘度：表观粘度： 0.5600(mPas) 塑性粘度：塑性粘度： 600一一300(mPas) 动切力动切力(屈服值屈服值)： 0511(300一一 )(Pa) 流性指数：流性指数：n3321g （无因次）（无因次） 稠度系数：稠度系数

14、： (mPasn) 三、钻井液的造壁性能及降滤失量剂三、钻井液的造壁性能及降滤失量剂 (一一)滤失和造壁过程滤失和造壁过程 钻井液中的液体钻井液中的液体(刚开始也有钻井液刚开始也有钻井液)在压差的作用下向在压差的作用下向地层内渗滤的过程称为钻井液的地层内渗滤的过程称为钻井液的滤失滤失。 滤饼在井壁上的形成过程称为滤饼在井壁上的形成过程称为造壁过程造壁过程。 1静滤失量静滤失量 静滤失量即常称的静滤失量即常称的API滤失量，用滤失量，用API滤失量仪测定，滤失量仪测定，是在常温、是在常温、0.7MPa 压差下测量压差下测量30min所得的滤液体积所得的滤液体积（mL）。）。 钻油气层时，钻油气层

15、时，API滤矢量不能高于滤矢量不能高于5mL。 2 2高温高压滤失量高温高压滤失量 试验在试验在150150温度、温度、3.53.5MPaMPa压差下压差下30min30min所测得的滤失所测得的滤失量值乘以量值乘以2 2即得高温高压滤矢量。即得高温高压滤矢量。 钻油气储层时，高温高压滤失量不得大于钻油气储层时，高温高压滤失量不得大于1515mLmL。 (二二)几种滤失的概念几种滤失的概念 1瞬时滤失瞬时滤失 在滤饼尚未形成的一段时间内的滤失称为在滤饼尚未形成的一段时间内的滤失称为瞬时滤失瞬时滤失。 影响瞬时滤失的因素包括地层孔隙大小、钻井液中固影响瞬时滤失的因素包括地层孔隙大小、钻井液中固相

16、含量及颗粒尺寸分布、钻井液及滤液粘度等。相含量及颗粒尺寸分布、钻井液及滤液粘度等。 2 2动滤失动滤失 钻井液在井内循环流动时的滤失过程称为钻井液在井内循环流动时的滤失过程称为动滤失动滤失。动滤。动滤失的特点是滤饼薄，滤失量大。它除了受地层条件、压差、失的特点是滤饼薄，滤失量大。它除了受地层条件、压差、钻井液中固相类型和含量及粘度影响外，钻井液的流变参数钻井液中固相类型和含量及粘度影响外，钻井液的流变参数与动滤失密切相关，平衡滤饼的厚度与钻井液的流速与流态与动滤失密切相关，平衡滤饼的厚度与钻井液的流速与流态有关。有关。 3 3静滤失静滤失 钻井液在停止循环时的滤失过程称为钻井液在停止循环时的滤

17、失过程称为静滤失静滤失。 (三三)影响静滤失量的因素影响静滤失量的因素式中式中 Vf钻井液的滤失量，钻井液的滤失量，mL； A过滤面积，过滤面积，cm2； K滤饼的渗透率；滤饼的渗透率； Cc滤饼中固相含量滤饼中固相含量(以体积计以体积计)，；，； Cm钻井液中固相含量钻井液中固相含量(以体积计以体积计)。；。； p压差，压差，MP； t滤失时间，滤失时间，min 钻井液滤液粘度，钻井液滤液粘度，mPas。101ptCCKAVmcf 1滤失时间滤失时间式中式中 Vf2时间时间t2时的未知滤矢量，时的未知滤矢量，mL； Vf1时间时间t1时的已知滤失量，时的已知滤失量，mL。 例：如果例：如果7

18、.5min内的滤失量内的滤失量Vf1是是5mL，则在，则在30min内的内的滤矢量将是：滤矢量将是： mL1212ttVVff105 . 73052fV 2 2压差压差 滤矢量应该与压差的平方根成正比。但在泥饼的情况下并滤矢量应该与压差的平方根成正比。但在泥饼的情况下并非如此，要根据所形成滤饼的性质决定。非如此，要根据所形成滤饼的性质决定。 3 3温度温度 温度升高引起滤液粘度下降，导致滤失速率增加。温度升高引起滤液粘度下降，导致滤失速率增加。 4 4固相含量及类型固相含量及类型 ，C Cc cC Cm m 比值下降，就会降低滤失量，使比值下降，就会降低滤失量，使C Cm m 增大或使增大或使

19、C Cc c 降低。降低。Cc Cc 越小，说明滤饼中固相含量越低；越小，说明滤饼中固相含量越低；而水分含量越高，粘土颗粒的束缚水就多，在压差作用下易而水分含量越高，粘土颗粒的束缚水就多，在压差作用下易于变形，使滤饼渗透性降低，失量减少。于变形，使滤饼渗透性降低，失量减少。 5 5滤饼的渗透率滤饼的渗透率 主要取决粘土类型及其颗粒的尺寸、级配、形状和水化主要取决粘土类型及其颗粒的尺寸、级配、形状和水化程度。程度。1mcfCCV ( (四四) )降滤失剂及其作用机理降滤失剂及其作用机理 1 1护胶作用护胶作用 一方面能吸附在粘土颗粒表面形成吸附层，以阻止粘土颗粒一方面能吸附在粘土颗粒表面形成吸附

20、层，以阻止粘土颗粒絮凝变粗；絮凝变粗； 另一方面能把在钻井液循环搅拌作用下，所拆散的细颗粒吸另一方面能把在钻井液循环搅拌作用下，所拆散的细颗粒吸附在分子链上，不再粘结成大颗粒，而形成薄而韧的泥饼，称之附在分子链上，不再粘结成大颗粒，而形成薄而韧的泥饼，称之为降滤失剂的护胶作用。为降滤失剂的护胶作用。 2 2增加钻井液中粘土颗粒的水化膜厚度，降低滤失量增加钻井液中粘土颗粒的水化膜厚度，降低滤失量 降滤失剂吸附于钻井液中的粘土颗粒上，使粘土颗粒周围降滤失剂吸附于钻井液中的粘土颗粒上，使粘土颗粒周围的水化膜增厚，形成的滤饼在压差作用下容易变形，滤饼的渗的水化膜增厚，形成的滤饼在压差作用下容易变形，滤

21、饼的渗透率降低。透率降低。 3 3提高滤液粘度，降低滤失量提高滤液粘度，降低滤失量 4降滤失剂分子本身的堵孔作用降滤失剂分子本身的堵孔作用 常用的降滤失剂有：常用的降滤失剂有：Na-CMC(羧甲基纤维素钠盐羧甲基纤维素钠盐)，SMP(磺化酚醛树脂磺化酚醛树脂)、NH4HPAN(水解聚丙烯腈铵盐水解聚丙烯腈铵盐)、Na-HPAN(水解聚丙烯腈钠盐水解聚丙烯腈钠盐)、Ca-HPAN(水解聚丙烯水解聚丙烯腈钙盐腈钙盐)、SPNH(磺化褐煤树脂磺化褐煤树脂)及及PAC系列产品。系列产品。第四节第四节 钻井液的固相控制钻井液的固相控制 一、钻井液中的固相对钻速的影响一、钻井液中的固相对钻速的影响 1 1

22、固相含量对钻速的影响固相含量对钻速的影响 如图如图3-23-2所示。所示。钻速随固相含量升高而下降，固相含量钻速随固相含量升高而下降，固相含量每降低每降低1，钻速至少可提高，钻速至少可提高10。 2 2固相类型对钻速的影响固相类型对钻速的影响 如图如图3-33-3所示。从图中可以看出：所示。从图中可以看出：固相含量相同时，固相含量相同时，用用不分散钻井液体系，其钻速大于分散钻井液体系的钻速。不分散钻井液体系，其钻速大于分散钻井液体系的钻速。钻井液中固相含量钻井液中固相含量(体积体积)图图3-3 钻井液中固相含量相同时钻井液中固相含量相同时钻井液类型对钻速的影响钻井液类型对钻速的影响 钻井液中固

23、相含量钻井液中固相含量(体积体积)图图3-2 钻井液中固相含量与钻速的关系钻井液中固相含量与钻速的关系 二、固相控制方法二、固相控制方法 1 1大池子沉淀大池子沉淀 利用固相与液相的密度差，在重力的作用下，钻屑从钻利用固相与液相的密度差，在重力的作用下，钻屑从钻井液中沉降下来。井液中沉降下来。 2 2清水稀释清水稀释 向钻井液中加水，固相含量相对减少。向钻井液中加水，固相含量相对减少。 3 3替换部分钻井液替换部分钻井液 用水或固相含量低的钻井液替换部分固相含量高的钻井液，从用水或固相含量低的钻井液替换部分固相含量高的钻井液，从而达到降低整个钻井液固相含量的目的。而达到降低整个钻井液固相含量的

24、目的。 4利用机械设备清除固相利用机械设备清除固相 固相分离的设备有振动筛（清除固相分离的设备有振动筛（清除0.5mm以上）、旋流分离以上）、旋流分离器和离心机（清除器和离心机（清除25m以上的粗颗粒）三大类。根据清除固以上的粗颗粒）三大类。根据清除固相颗粒尺寸不同，旋流分离器又分为除砂器（一般在相颗粒尺寸不同，旋流分离器又分为除砂器（一般在74m以上，以上，也可以分离少部分也可以分离少部分4074m的固相颗粒）、除泥器（的固相颗粒）、除泥器（ 1074m的固相颗粒）和超级旋流分离器（的固相颗粒）和超级旋流分离器（ 5l0m的固相颗粒）的固相颗粒）三种。三种。 三、聚合物絮凝剂三、聚合物絮凝剂

25、 1聚合物絮凝剂的类型聚合物絮凝剂的类型 (1)全絮凝剂：聚合物能使钻井液中所有的固相都发生絮全絮凝剂：聚合物能使钻井液中所有的固相都发生絮凝沉淀，如聚丙烯酰胺。凝沉淀，如聚丙烯酰胺。 (2) (2)选择性絮凝剂：只絮凝钻屑和劣质土，而不絮凝膨润选择性絮凝剂：只絮凝钻屑和劣质土，而不絮凝膨润土的聚合物絮凝剂，如合适水解度的部分水解聚丙烯酰胺。土的聚合物絮凝剂，如合适水解度的部分水解聚丙烯酰胺。 常用的有机聚合物絮凝剂有聚丙烯酰胺常用的有机聚合物絮凝剂有聚丙烯酰胺(PAM)(PAM)、部分水解、部分水解聚丙烯酰胺聚丙烯酰胺( (PHP)PHP)、80A80A5151、醋酸乙烯酯、醋酸乙烯酯顺丁烯

26、二酸酐共顺丁烯二酸酐共聚物聚物( (VAMA)VAMA)。 2 2有机聚合物絮凝剂的作用机理有机聚合物絮凝剂的作用机理 絮凝作用分三个步骤：絮凝作用分三个步骤： (1)(1)吸附吸附：通过分子链上的吸附基团：通过分子链上的吸附基团( (如羟基如羟基-OH-OH、酰胺基、酰胺基- -CONHCONH2 2) )与粘土表面的氧原子或氢氧原子之间形成氢键而发生吸与粘土表面的氧原子或氢氧原子之间形成氢键而发生吸附，同时通过分子链上的离子化基团附，同时通过分子链上的离子化基团( (如羧钠基如羧钠基- -COONaCOONa) )还可以还可以与粘土颗粒断键边缘产生静电吸附。与粘土颗粒断键边缘产生静电吸附。

27、 (2) (2)架桥架桥：由于絮凝剂的分子链较长，分子链上有多个吸：由于絮凝剂的分子链较长，分子链上有多个吸附基团，所以一条长链上可以同时吸附多个粘土颗粒，这一附基团，所以一条长链上可以同时吸附多个粘土颗粒，这一作用过程就是长链分子在粘土颗粒间的架桥作用。作用过程就是长链分子在粘土颗粒间的架桥作用。 (3)(3)形成团块，在重力作用下下沉形成团块，在重力作用下下沉：当架桥作用完成后，：当架桥作用完成后，聚合物分子链本身及其链段发生旋转和运动聚合物分子链本身及其链段发生旋转和运动( (称之痉挛称之痉挛) )，将，将小的粘土颗粒聚集到一块，形成絮凝固块，在重力作用下絮小的粘土颗粒聚集到一块，形成絮

28、凝固块，在重力作用下絮凝团块下沉，从钻井液中除去，全絮凝作用机理见图凝团块下沉，从钻井液中除去，全絮凝作用机理见图3-53-5。 图图3-5 聚合物全絮凝作用机理示意图聚合物全絮凝作用机理示意图 3 3聚合物絮凝剂的加量聚合物絮凝剂的加量 达到最佳絮凝效果的加量：聚合物絮凝剂的加量为钻井液达到最佳絮凝效果的加量：聚合物絮凝剂的加量为钻井液中固相饱和吸附量的中固相饱和吸附量的1/21/2。 第五节第五节 井塌及防塌措施井塌及防塌措施 井塌就是指井眼不稳定，即井壁岩石碎块掉入井内的现象。井塌就是指井眼不稳定，即井壁岩石碎块掉入井内的现象。 一、井塌的征兆与危害一、井塌的征兆与危害 (1) (1)

29、粘度、切力、密度和含砂量都增高粘度、切力、密度和含砂量都增高, ,泵压忽高忽低泵压忽高忽低, ,有有时突然憋泵。时突然憋泵。 (2)(2)井口返出的岩屑增多，砂样混杂，有上部地层的岩石，井口返出的岩屑增多，砂样混杂，有上部地层的岩石，有时返出大块岩样。有时返出大块岩样。 (3)(3)起钻遇阻，下钻达不到井底起钻遇阻，下钻达不到井底, ,有时造成环空堵塞，引起有时造成环空堵塞，引起憋泵或卡钻。憋泵或卡钻。 二、产生井塌的原因二、产生井塌的原因 (1)(1)地质因素地质因素：异常高压地层、地质破碎带、断层、含大：异常高压地层、地质破碎带、断层、含大量微裂纹地层及煤层等；量微裂纹地层及煤层等； (2

30、)(2)工程因素工程因素：钻井液排量大、起下钻速度快、井内液柱：钻井液排量大、起下钻速度快、井内液柱压力低及钻井液浸泡时间过长等；压力低及钻井液浸泡时间过长等； (3)(3)泥页岩的水化泥页岩的水化造成井壁不稳定造成井壁不稳定 水化分表面水化和渗透水化两种：水化分表面水化和渗透水化两种： 表面水化：粘土表面带负电荷，吸附钻井液中的水分子，表面水化：粘土表面带负电荷，吸附钻井液中的水分子，引起粘土表面水化，使粘土变软和膨胀。引起粘土表面水化，使粘土变软和膨胀。 渗透水化：当泥页岩水分中电解质的浓度高于周围钻井液渗透水化：当泥页岩水分中电解质的浓度高于周围钻井液中的电解质浓度时，由于渗透作用，水分

31、子由电解质浓度较低的中的电解质浓度时，由于渗透作用，水分子由电解质浓度较低的钻井液中渗入到电解质浓度高的泥页岩内部，造成井壁水化膨胀、钻井液中渗入到电解质浓度高的泥页岩内部，造成井壁水化膨胀、坍塌。坍塌。 三、防止井壁坍塌的措施三、防止井壁坍塌的措施 1钻井液中钻井液中加入加入K+、NH+4等无机阳离子等无机阳离子 (1) K+的固定作用。的固定作用。 K+直径为直径为0.265mm图图3-6 K+的固定作用的固定作用(1)正视图；正视图；(2)俯视图俯视图 o O(氧氧) Si(硅硅) (2) K(2) K+ +的水化较弱，抑制粘土水化膨胀。的水化较弱，抑制粘土水化膨胀。K K+ +离子的水

32、化能离子的水化能(322 (322 J Jmol)mol)比比NaNa+ +离子的水化能离子的水化能(406 J(406 Jmol)mol)低，当它进入粘土的层间，既减少粘土的水化，又增加粘土层低，当它进入粘土的层间，既减少粘土的水化，又增加粘土层间的吸引力。间的吸引力。 (3)(3)使粘土颗粒的扩散双电层变薄，利于有机处理剂分子在使粘土颗粒的扩散双电层变薄，利于有机处理剂分子在粘土上的吸附。粘土上的吸附。 2 2加入高聚物加入高聚物 （1 1）高聚物在井壁上形成多点吸附，巩固井壁。）高聚物在井壁上形成多点吸附，巩固井壁。 高聚物通常以三种方式进行吸附。如图高聚物通常以三种方式进行吸附。如图3

33、-73-7所示：所示： A A为单点吸附；为单点吸附； B B为环为环轨轨尾吸附，两个吸附点间的链段构成环，环和尾吸附，两个吸附点间的链段构成环，环和链尾部飘在溶液中；链尾部飘在溶液中； C C为多点吸附，通过吸附，高聚物为多点吸附，通过吸附，高聚物“躺卧躺卧”或贴在粘土或贴在粘土上，也称卧式吸附。上，也称卧式吸附。 ABC图图3-7 聚合物吸附模型聚合物吸附模型 常用的高聚物有聚丙烯酰胺常用的高聚物有聚丙烯酰胺(PAM)(PAM)、部分水解聚丙烯酰、部分水解聚丙烯酰胺胺(PHP)(PHP)、阳离子聚丙烯酰胺、各种阳离子聚合物、两性离、阳离子聚丙烯酰胺、各种阳离子聚合物、两性离子聚合物子聚合物

34、FA367FA367等。如果这些高聚物分子吸附在钻屑上，则等。如果这些高聚物分子吸附在钻屑上，则能防止钻屑分散，这就是所说的包被作用。能防止钻屑分散，这就是所说的包被作用。 （2 2）高聚物分子的护胶和堵孔作用。）高聚物分子的护胶和堵孔作用。 高聚物分子的护胶和堵孔作用，使滤饼渗透率降低，滤高聚物分子的护胶和堵孔作用，使滤饼渗透率降低，滤失量减少，防止井壁粘土水化膨胀。失量减少，防止井壁粘土水化膨胀。 3 3利用沥青类物质在井壁上起封堵作用利用沥青类物质在井壁上起封堵作用 沥青类物质亲水性弱，亲油性强，可有效地涂敷在井壁上，沥青类物质亲水性弱，亲油性强，可有效地涂敷在井壁上，在井壁上形成一层油

35、膜。在井壁上形成一层油膜。 常用的封堵类防塌剂有磺化沥青、氧化沥青、植物渣油、常用的封堵类防塌剂有磺化沥青、氧化沥青、植物渣油、磺化妥尔油沥青等。磺化妥尔油沥青等。 一、储层损害的主要原因及防止措施一、储层损害的主要原因及防止措施 1 1外来流体中的外来流体中的固体颗粒对储层的损害固体颗粒对储层的损害 在井内液柱压差的作用下，外来流体中粒径极小的固体颗在井内液柱压差的作用下，外来流体中粒径极小的固体颗粒粒( (粘土、岩屑、加重材料等粘土、岩屑、加重材料等) )在滤饼形成前会侵入储层，造成在滤饼形成前会侵入储层，造成储层油气流通道堵塞，储层渗透性降低。储层油气流通道堵塞，储层渗透性降低。 与流体

36、的滤失性能、固相含量及颗粒分布、压差及流体与与流体的滤失性能、固相含量及颗粒分布、压差及流体与地层的接触时间有关。地层的接触时间有关。 第六节第六节 油气层保护及完井液油气层保护及完井液 (1)(1)实施屏蔽暂堵技术实施屏蔽暂堵技术 选择规则是架桥颗粒的直径为储层平均孔径的选择规则是架桥颗粒的直径为储层平均孔径的1/21/22/32/3。在完井液中，架桥粒子的加入量一般大于在完井液中，架桥粒子的加入量一般大于3 3。 常用的架桥粒子有超细碳酸钙常用的架桥粒子有超细碳酸钙( (酸活性酸活性) )、油溶树脂、氯、油溶树脂、氯化钠化钠( (水溶性水溶性) )等，再配用充填粒子和可变形粒子，如磺化沥等

37、，再配用充填粒子和可变形粒子，如磺化沥青、氧化沥青、石蜡、树脂等。青、氧化沥青、石蜡、树脂等。 (2)(2)使用无固相清洁盐水做完井液。使用无固相清洁盐水做完井液。 2 2储层内部储层内部微粒运移造成的损害微粒运移造成的损害 流体在油气层孔隙通道流动时，带动地层中的微粒移动，流体在油气层孔隙通道流动时，带动地层中的微粒移动，大于孔喉直径的微粒便被捕集而沉积下来，对孔喉造成堵塞，大于孔喉直径的微粒便被捕集而沉积下来，对孔喉造成堵塞，也可能几个微粒同时聚集在孔喉处形成桥堵。也可能几个微粒同时聚集在孔喉处形成桥堵。 防止储层内的微粒运移的方法：防止储层内的微粒运移的方法：控制流体控制流体( (包括储

38、层内流体包括储层内流体和外来流体和外来流体) )的的流速流速低于临界流速；低于临界流速；加入加入粘土微粒粘土微粒防运移剂防运移剂。 粘土微粒防运移剂主要是通过粘土表面的两个基本性粘土微粒防运移剂主要是通过粘土表面的两个基本性质质( (带负电、羟基化带负电、羟基化) )或化学键的形成起作用。或化学键的形成起作用。 粘土微粒防运移剂是阳离子型聚合物和非离子型聚合物。粘土微粒防运移剂是阳离子型聚合物和非离子型聚合物。阳离子型聚合物主要是通过粘土微粒表面的负电性，非离子阳离子型聚合物主要是通过粘土微粒表面的负电性，非离子型聚合物则主要通过粘土微粒的羟基化表面，将微粒桥接到型聚合物则主要通过粘土微粒的羟

39、基化表面，将微粒桥接到地层表面。地层表面。 3 3储层内粘土储层内粘土水化膨胀引起孔喉堵塞水化膨胀引起孔喉堵塞 预防储层内粘土水化膨胀的措施是减少入井流体的滤夫量，预防储层内粘土水化膨胀的措施是减少入井流体的滤夫量，提高滤液的矿化度提高滤液的矿化度( (提高滤液的抑制性提高滤液的抑制性) )和使用粘土防膨剂。和使用粘土防膨剂。 粘土防膨剂是指能抑制粘土膨胀的化学剂。粘土防膨剂是指能抑制粘土膨胀的化学剂。它主要通过三它主要通过三种机理起防膨作用。种机理起防膨作用。 (1)(1)减少粘土表面的负电性，这类防膨剂包括盐减少粘土表面的负电性，这类防膨剂包括盐( (如如KC1KC1、NHNH4 4Cl)

40、Cl)、阳离子型表面活性剂和阳离子聚合物等。、阳离子型表面活性剂和阳离子聚合物等。 (2)(2)防膨剂与粘土表面的羟基作用，使粘土变成亲油表面或防膨剂与粘土表面的羟基作用，使粘土变成亲油表面或将晶层联接起来，这类防膨剂是烃基卤代硅烷，如二甲基二氯甲将晶层联接起来，这类防膨剂是烃基卤代硅烷，如二甲基二氯甲硅烷、二乙基二氯甲硅烷等。硅烷、二乙基二氯甲硅烷等。 (3)(3)转变粘土矿物类型，将膨胀型粘土矿物转变为非膨胀型转变粘土矿物类型，将膨胀型粘土矿物转变为非膨胀型的其它矿物。在一定条件下硅酸钾或氢氧化钾可将蒙脱石转变为的其它矿物。在一定条件下硅酸钾或氢氧化钾可将蒙脱石转变为非膨胀型的钾硅铝酸盐。非膨胀型的钾硅铝酸盐。 4 4流体的不配伍性性对储层的损害流体的不配伍性性对储层的损害 流体的不配伍是指不同流体相遇后会