钻井液承德石油高等专科学校

钻井液概念:钻井液是指在钻进过程中，以其多种功能满足钻井工艺需要的各种循环流体的总称。钻井液最基本的功用有以下几点：1)携带和悬浮岩屑2)稳定井壁和平衡地层压力3)冷却和润滑钻头、钻具4)传递水动力5)其他作用钻井液的类型：按其密度大小可分为非加重钻井液和加重钻井液；按与粘土水化作用的强弱可分为非抑制性钻井液和抑制性钻井液；按其固相含量的不同，将固相含量较低的叫做低固相钻井液，基本不含固相的叫做无固相钻井液。按钻井液中流体介质和体系的组成特点来进行分类，总体上分为水基钻井液、油基钻井液、合成基钻井液和气体型钻井液等四种类型配浆土膨润土抗盐土有机粘土的造浆率是指It干粘土能配制粘度为15mPa-s钻井液的体积(m3)0蒙脱石水化膨胀分散的原因各晶层之间以分子间力连接，连接力弱，水分子易进入晶层之间，引起晶格膨胀，那表面和外表面均可进行水化及阳离子交换。为膨胀型粘土矿物。粘土(胶体)：粒度〈2“M；⑵泥质：粒度为2〜74“m；(3)砂质：粒度＞74“m0振动筛工作振动器使筛架在一定的振击力下产生高频振动，当钻井液流过筛面时，直径大于筛孔的固相不能通过筛孔从筛布上滚下，而钻井液和小于筛孔的固相通过筛孔流下后继续参与钻井液循环。钻井液固相含量对钻速的影响：钻速随固相含量的升高而下降②在不同的固相含量范围内，钻速随固相含量的降低而升高的幅度不同③钻井液中粒径小于卬m的胶体颗粒对钻速的影响最大2)钻井液中固相含量高，会产生以下危害：①使钻井液密度升高，降低机械钻速，缩短钻头使用寿命。滤饼增厚，且质地松散，摩擦系数高，导致起下钻遇阻遇卡，易引起粘附卡钻；另外，滤失量增大，可造成井壁膨胀、缩径、剥落、坍塌等；再者，滤饼渗透性大，滤失量大，可降低油层渗透率和原油生产能力；固相高，滤饼厚，还可能影响固井质量。含砂量高，严重磨损钻头、钻具和机械设备，使钻井不能顺利进行。钻井液性能不稳定，粘度、切力升高，流动性不好.易发生粘土侵和化学污染。砂样混杂，电测不顺利，测井资料不准确。处理频繁，使钻井液成本升高进行钻井液固相控制的方法主要有机械法、稀释法和化学絮凝、旋流器工作原理在压力作用下，含有固体颗粒的钻井液由进浆口沿切线方向进入旋流器。在高速旋转过程中，较大较重的颗粒在离心力作用下被甩向器壁，沿壳体螺旋下降，由底流口排出；而夹带细颗粒的旋流液在接近底部时会改变方向，形成内螺旋向上运动，经溢流口排出。这样，在旋流器内就同时存在着两股呈螺旋流动的流体，一股是含有大量粗颗粒的液流向下做螺旋运动，另一股是携带较细颗粒连同中间的空气柱一起向上做螺旋运动分离点这个概念，即如果某一尺寸的颗粒在流经旋流器之后有50%从底流口被清除，其余50%从溢流口排出后又回到钻井液循环系统，那么该尺寸就称为这种旋流器的50%分离点，简称分离点(CutPoint)旋流器按其直径不同，可分为除砂器、除泥器和微型旋流器三种类型。泵排量的计算公式：Q=nK(2-1)式中：Q钻井泵排量，L/s；n冲速，冲/分钟；K—排量系数，各类泵的K值可通过查表得出。钻井液清洁器是一组旋流器和一台细目振动筛的组合。上部为旋流器，下部为细目振动筛。钻井液清洁器处理钻井液的过程分为两步：第一步是旋流器将钻井液分离成低密度的溢流和高密度的底流，其中溢流返回钻井液循环系统，底流落在细目振动筛上。第二步是细目振动筛将高密度的底流再分离成两部分，一部分是重晶石和其他直径小于网孔的颗粒透过筛网，另一部分是直径大于网孔的颗粒从筛网上被排出。钻井液密度对钻井的影响：一是平衡地层压力二是对钻速的影响钻井对钻井液密度的基本要求是“压而不死，活而不喷”。即密度大，但不能把油层压死；密度小，但不能发生井喷。1）提高钻井液密度的方法一般可在钻井液中加入惰性的、密度大的固体粉末，如重晶石粉、石灰石粉、蚌壳粉等。还可加入可溶性盐类，如NaCl、CaC12,等。使用最普遍的是加重晶石粉。2）降低钻井液密度的方法a机械除砂，即用振动筛、除砂器、除泥器清除钻井液中的钻屑、砂粒等有害固相，减少钻井液固相含量，从而降低密度。b加入大量的清水稀释。c加入一定数量的发泡剂。d使用化学絮凝剂，使部分固体颗粒聚结沉淀而降低密度。表观粘度的概念是：用一定体积的钻井液流经规定尺寸的小孔所需的时间来表示，故也叫漏斗粘度。用大写字母“T”表示，单位“s”。（漏斗粘度）1）提高钻井液粘度的方法提高固相含量②加入水溶性高分子③提高固相分散度化合物2）降低钻井液粘度的方法增加钻井液中自由水。补充清水即可。②加入稀释剂（或降粘剂）③升高温度API滤失量定义：钻井液在常温及一定压差（油压滤失仪的压力为0.098MPa,API标准为10。磅/英寸2^0.689MPa）作用下，30min内，透过一定的渗滤断面（通常采用滤纸作为渗滤介质，直径为90mm）所滤失的水量叫滤失量，又叫钻井液的滤失，也称为低温低压滤失量HTHP：钻井液在高温（API标准300oFr150°C）、高压（API标准为5001b/in2e3.5MPa）作用下，30min内，透过一定的渗滤断面（高温高压滤失测定仪过滤面积的直径为低温低压的一半，45mm,故测定结果乘以2钻井工艺对滤失量和泥饼质量有哪些基本要求？泥饼质量高，具有润滑作用，有利于防止粘附卡钻，有利于井壁稳定，防止地层坍塌与剥蚀掉块。钻井液滤失量过大，泥饼厚而虚，会引起一系列问题易造成地层孔隙堵塞损坏油气层，滤液大量进入油气层，会引起油气层的渗透率等物性变化，降低产能；泥饼在井壁堆积太厚，环空间隙变小，泵压升高；易引起泥包钻头，下钻遇阻、遇卡或堵死水眼；在高渗透地层易造成较厚的泥饼而引起阻卡，甚至发生压差卡钻；电测不顺利，并且由于钻井液滤液进入地层较深，水侵半径增大，若超过测井仪所测范围，其结果是电测解释不准确而易漏掉油气层；对松软地层，易泡垮易塌地层，会形成不规则井眼，引起井漏等。液态流体分为牛顿流体和非牛顿流体。凡是流变性符合牛顿内摩擦定律的流体都称为牛顿流体；1）牛顿流型2）塑性流型3）假塑性流型4）膨胀流型钻井液的流动特点：塑性流体流动可经过静止、塞流（或叫柱流）、不完全层流（也称准层流或平板型层流）、层流（或称线性流）、紊流等五种流态触变性：钻井液的触变性是指搅拌后钻井液变稀（切力降低），静止后又变稠（切力升高）的特性。或者说，钻井液的切力随静止时间的增长而增大的特性塑性粘度：指钻井液层流时，固体颗粒与固体颗粒之间、固体颗粒与液体分子之间、液体分子与液体分子之间摩擦力的总和结构粘度（塑〃）：钻井液内部存在空间网架结构，这种网架结构同样会对钻井液流动产生阻力，由空间网架结构形成的这部分流动阻力叫结构粘度。表观粘度：又称有效粘度或视粘度，是指在某一剪切速率下，剪切应力与剪切速率的比值，2).钻井液流变性与钻井液携带岩屑能力的关系1；钻井液携屑能力随钻井液粘度的升高而增加。2紊流携屑优于层流携屑。3钻杆旋转有助于岩屑的上返.钻井液流变性与岩屑和加重剂悬浮的关系当钻井液停止循环时，希望钻井液中的岩屑和加重剂能稳定地悬浮或缓慢下沉，不出现沉砂卡钻。在这里起决定作用的是钻井液的静切力和触变性。静切力高，钻井液形成空问网架结构的能力强，悬浮能力强。触变性好，循环停止时，钻井液能够很快达到一定的切力值有利于悬浮岩屑和加重剂。钻井液中的固相含量；是指钻井液中除液体以外的全部固体占钻井液总体积的百分数，用"％”表示。钻井液含砂量：是指钻井液中不能通过20。目筛网(即边长为74“心的砂粒，也可说成直径大于0.074mm的砂粒占钻井液总体积的百分数，用符号“N”表示。粘土矿物会发生离子交换？：一是离子的晶格取代作用；二是粘土矿物裸露在外面的0H-与H+发生解离，使粘土颗粒带负电。为什么要测定钻井液的碱度？一是由碱度测定值可以较方便地确定钻井液滤液中0H-,HC03-和C032-等三种离子的含量，从而可判断钻井液碱性的来源;二是可以确定钻井液体系中悬浮石灰的量，即储备碱度。盐水钻井液的pH值一般随含盐量的增加而下降，一方面是由于滤液中的Na+与粘土矿物晶层间的H+发生离子交换；另一方面是由于工业食盐中含有的MgC12杂质与滤液中的0H反应，生成Mg(0H)2沉淀，从而消耗了0H-所导致的结果。盐水钻井液的特点⑴由于矿化度高，因此盐水钻井液具有较强的抑制性，能有效地抑制泥页岩的水化膨胀，保持井壁稳定，防止坍塌。尤其在克服泥页岩的水化膨胀、坍塌和掉块方面，效果显著。盐水钻井液不仅抗盐侵的能力很强，而且能够有效地抗钙侵和抗高温，适用于钻含岩盐地层或含盐膏地层，以及在深井和超深井中使用。由于钻出的岩屑不易在盐水中水化分散，在地面容易被清除，因此盐水钻井液有利于保持较低的固相含量。盐水钻井液能有效地抑制地层造浆，流动性好，性能稳定，悬浮能力强。由于盐水钻井液滤液性质与地层原生水比较接近，故对油气层的损害较轻。如何进行膨润土预水化？将所需数量的膨润土、水和烧碱或纯碱在罐中搅拌并用泵循环2〜4h,然后将其静置16〜24h。如必要，加入一定数量的处理剂。钙处理钻井液的组成及作用絮凝剂：主要作用是提供Ca2+,使部分钠土转化为钙土，使粘土形成一定程度的絮凝。多用石灰、石膏和氯化钙。稀释剂：主要由单宁碱液、铁铭木质素磺酸盐、磺甲基褐煤等。其作用是将一定絮凝程度的粘土保护起来，拆散较大、较强的絮凝结构，使粘土处于适度絮凝状态。降滤失剂：一般用CMC降低和控制滤失量。烧碱：主要作用是调节pH值，控制石灰的溶解度，使处理剂处于溶解状态钙处理钻井液的类型：石灰钻井液石膏钻井液氯化钙钻井液钾石灰钻井液聚合物钻井液的特点固相含量低，且亚微粒子所占比例也低。这是聚合物钻井液的基本特征，是聚合物处理剂选择性絮凝和抑制钻屑分散的结果，对提高钻井速度是极为有利的。具有较强的触变性、较强的剪切稀释特性和适宜的流型，即在环形空间中形成平板型层流。因此聚合物钻井液悬浮和携带岩屑的效果好，可有效地减少钻屑的重复破碎，使钻头进尺明显提高。钻井速度快。由于聚合物可有效地抑制泥页岩的吸水分散作用，所以稳定井壁的能力较强，井径比较规则。由于聚合物钻井液的密度低，可实现近平衡压力钻井；由于固相含量少，可减少固相的侵入，因而对油气层的损害小，有利于发现和保护产层。具有良好的防渗透性漏失的作用。由于聚合物钻井液的处理剂用量较少，钻井速度快，缩短了完井周期，因此可大幅度降低钻井总成本。聚合物钻井液所谓“不分散”具有两个含义：一是指组成钻井液的粘土颗粒直径尽量维持在1〜30"虬二是指混入这种钻井液体系的钻屑不容易分散变细深井钻井液应具备的特点：（1）具有抗高温的能力。（2）在高温条件下对粘土的水化分散具有较强的抑制能力（3）具有良好的高温流变性。（4）具有良好的润滑性ECD是当量循环密度的简称，是指钻井液静液柱压力与钻井液循环时由于流阻所增加的对地层的压力之和油包水乳化钻井液：是以油作为连续相（外相），以水分散成稳定的不连续的细小水滴作为不连续相（又称分散相或内相），并添加适量的添加剂（如乳化剂、润湿剂、亲油胶体和加重剂等），形成一个稳定的乳状液体系.这个体系又称为反相乳化钻井液或逆乳化钻井液。苯胺点是指等体积的油和苯胺相互溶解时的最低温度.油包水钻井液的组成：1）油相2）水相3）乳化剂4）润湿剂5）亲油胶体或油中可分散胶体6）加重剂.钻井液发生油气侵后的性能变化规律：因地层流体失去控制，喷到地面或是窜至其他地层里的现象称为井喷如何预防和处理井喷？钻开高压油、气、水层前的准备在钻开高压油、气、水层前，应对地面设备、循环系统、井口防喷装置、混合漏斗、钻井液求等进行全面检查，并保证运转正常。同时应将处理剂、加重材料准备充足。调整好钻井液性能，使其具有较好的抗污染能力。最后根据地质预告和邻近井的资料，确定油、气、水层深度、厚度及压力，设计钻井液加重和维护处理方案。钻开高压油、气、水层后的工作根据钻井液性能的设计要求，对各种可能遇到的污染进行处理，特别是加重过程，一定里按设计程序和上下限要求进行；另外，要及时进行捞油除气。压井工作溢流往往是井喷征兆的第一信号。因而一旦发现溢流，必须立即关闭防喷器，用一定密度的钻井液进行压井，以迅速恢复液柱压力，重新建立压力平衡，防止溢流。.在钻进过程中，如果钻井液发生了二氧化碳，该如何进行处理？在钻进过程中，如果钻井液发生了氧气侵入，该如何进行处理？除氧方法：采取物理脱氧的方法，及充分利用除气器等设备，并在搅拌过程中尽量控制氧的侵入量；将钻井液的pH值维持在10以上也可在一定程度上抑制氧的腐蚀；最有效的方法是化学清除法，即选用某种除氧剂与氧发生反应，降低钻井液中氧的含量。常用的除氧剂有亚硫酸钠（Na2S03）、亚硫酸铉［（NH4）2S03］、二氧化硫（S02）和＞（N2H4）等，其中以使用亚硫酸钠最为普遍。钻井液密度大对钻井有哪些危害？损害油气层，使钻速降低。压差太大，易产生压差卡钻。易将地层憋漏。容易引起过高的