油田化学钻井液化学

关于油田化学钻井液化学第1页，课件共38页，创作于2023年2月钻井液化学

钻井液是指在旋转钻井工程中用作洗井的流体的总称，原称钻井泥浆。钻井液是由不同液体、固体以及化学处理剂混合而成的多相分散体系。钻井液化学主要研究钻井液的组成、性能、及其控制与调整，目的在于实现优质、快速、安全、经济地钻井。第2页，课件共38页，创作于2023年2月钻井液性能的好坏直接关系到钻井的成败，人们常以钻井液是钻井的血液来比喻其重要性。充分显示了泥浆在钻井工作中的重要性。第3页，课件共38页，创作于2023年2月第4页，课件共38页，创作于2023年2月第一节钻井液一、钻井液的功能

携带和悬浮钻屑

泥浆的一个基本功用，就是要把钻头破碎的岩屑从井底带出井眼。当接钻杆换钻头或临时停止循环时，泥浆又把井眼内的钻屑悬浮住，不致很快下沉，防止沉砂卡钻的危险。第5页，课件共38页，创作于2023年2月第6页，课件共38页，创作于2023年2月稳定井壁

井壁稳定、井眼规则是优质快速钻井也是调制泥浆的基本立足点。

泥浆的滤失性能应有利于在井壁上形成薄而韧、摩擦系数小的泥饼。

泥浆的组成必须对钻遇的泥页岩的水化膨胀和分散具有较强的抑制作用。第7页，课件共38页，创作于2023年2月第8页，课件共38页，创作于2023年2月

冷却和冲洗钻头、润滑钻头

钻井过程中，钻头、钻柱与地层摩擦产生大量的热，必须用循环的钻井液带至地面散发掉，从而起到冷却钻头和钻杆的作用。第9页，课件共38页，创作于2023年2月

平衡地层压力

调节钻井液密度建立与地层压力相适应的液柱压力p=ρgh，防止发生井喷、井长、井漏的井下复杂问题。

井口防喷器组合

井口安装

第10页，课件共38页，创作于2023年2月第11页，课件共38页，创作于2023年2月

2003年12月23日22时15分，重庆开县高桥镇小阳村黄泥垭口附近，正在施工的中国石油西南油气田分公司川东北气矿罗家16H矿井发生井喷事故。混有剧毒硫化氢毒气的天然气顿时冲天而起，冲高30米左右，并迅速向高桥镇、正坝镇、麻柳镇等附近乡镇蔓延。截至25日18时40分，事故已造成191人死亡、数百人不同程度受伤。事故发生后，重庆市委、市政府，开县各部门展开了紧急抢救，10万群众被连夜紧急疏散。第12页，课件共38页，创作于2023年2月

家住高桥镇的周永祥告诉记者，23日晚10时20分左右，他正在家里看电视，忽然闻到一股刺鼻的煤气味道，他还以为是家里的煤气罐泄漏，就跑到厨房去检查，没发现什么问题。后来，味道越来越浓，他预感不妙，赶紧到街上看情况。结果让他大吃一惊：街上几个八九岁的小孩走路都走不稳了，“歪歪倒倒，像喝醉了酒一样”！第13页，课件共38页，创作于2023年2月第14页，课件共38页，创作于2023年2月二、钻井液的组成和分类

1、钻井液的组成

固体（如粘土）液体（如水、油）化学处理剂（如丹宁）混合而成的多相分散体系—胶体悬浮体。

第15页，课件共38页，创作于2023年2月

2、钻井液的分类水基钻井液

连续相是水，水可以是淡水、海水、硬水、软水等，内相包括固体、液体和气体。

第16页，课件共38页，创作于2023年2月油基钻井液

连续相是油，内相是水，水含量5-50%，含水10%以上的称为油包水乳化泥浆，低于10%的称为油基泥浆。

特点是：对油层损害小，抗可溶性盐浸的能力强第17页，课件共38页，创作于2023年2月

（1）油包水泥浆

以柴油或原油作分散介质，水及有机膨润土或其它的亲油粉末物质作分散相，加乳化剂等处理剂配制而成。

特点是：热稳定性高，有较好的防塌、润滑效果，对油气层的损害小，常用于超深井的高温地段，钻进易塌地段。

第18页，课件共38页，创作于2023年2月（2）油基泥浆

由柴油或原油和氧化沥青或有机膨润土及有关处理剂配成。

大部分地区使用水基钻井液。油基钻井液由于成本高一般用于钻高温、复杂的水敏地层，钻大斜度的定向井和水平井，或者水基钻井液会使油层严重破坏的地层。第19页，课件共38页，创作于2023年2月第二节钻井液性能要求与调整一、钻井液密度

作用主要用来调节钻井液的静液柱压力，以平衡地层压力，防止发生井喷、井塌。

p=ρgh

式中g=9.8N/kg,h的单位是m,ρ的单位是kg/m3。压强的单位是帕斯卡,即牛顿／平方米。

调整提高密度采用合格的加重剂如石灰石、重晶石；降低密度可采用加水稀释，或是气体或加稀的处理剂。

第20页，课件共38页，创作于2023年2月二、钻井液的固含量

（一）定义泥浆中所含固相物质的多少称为泥浆的固相含量，一般用体积百分数来表示。（二）分类根据钻井液中固体的性质可将其分为活性固体和惰性固体两类：

第21页，课件共38页，创作于2023年2月活性固体

这些固体在水中水化分散，它们的物理化学性质受水中离子和钻井液处理剂的影响，如粘土。活性固体受化学剂处理以后可以控制钻井液的性质。惰性固体

这些固体不溶于水，它在水中也不水化分散，如重晶石、石灰石等。第22页，课件共38页，创作于2023年2月（三）钻井液固含量对钻速的影响

水是钻速最快的液体，当水中加入固体物质以后将导致钻速下降。固含量越高，钻井速度越慢。空气和天然气是钻速最快的流体。

固相含量是影响钻速最主要的因素，因而现代钻井工艺中特别强调控制固相含量。第23页，课件共38页，创作于2023年2月三、钻井液的酸碱度

一般钻井液的PH值控制在8.5～11.5之间。一些钻井液的最佳控制是基于PH值。第24页，课件共38页，创作于2023年2月四、可溶性盐类含量

总矿化度：是指钻井液中水溶性无机盐的总浓度含盐量：指钻井液中NaCl的含量含钙量：指钻井液中游离的Ca2+含量游离石灰含量：指在钻井液中未溶解Ca(OH)2的含量第25页，课件共38页，创作于2023年2月五、钻井液的滤失性和造壁性1、滤失性

在钻井过程中，在液柱压力与地层压力差以及浓度的作用下，钻井液的水向地层渗透的现象。2、造壁性

钻井液在滤失水的同时，其中固体颗粒在井壁上形成一层滤饼，称为造壁性。第26页，课件共38页，创作于2023年2月第27页，课件共38页，创作于2023年2月

3、滤失量

钻井液在一定的压差下和温度下，通过45.8±0.6cm2过滤面积的滤纸，经过30min后滤液的数量称为滤失量，单位是（ml）。

第28页，课件共38页，创作于2023年2月4、滤失量大造成的危害泥浆的失水量过大造成滤饼过厚进而下钻遇阻，甚至遇卡；妨碍套管的顺利下入。水敏性泥页岩的垮塌；损害油、气产层；第29页，课件共38页，创作于2023年2月5、滤饼的质量好的泥浆的滤饼一定要薄、致密、韧性好能经受泥浆流循环时的冲刷，滤失量低。6、影响钻井液滤失量和滤饼质量的因素经数学推导和物理模型简化，钻井泥浆的滤失量可用达西公式表示：第30页，课件共38页，创作于2023年2月A：滤饼面积（cm2）；K：滤饼的渗透率（达西）；：钻井液滤液粘度（厘泊）；ΔP：压差（Pa）；T：时间（s）；Cc：滤饼中固相的体积分数；Cm：钻井液中固相体积分数；第31页，课件共38页，创作于2023年2月其中固相含量系数、K主要由钻井液固相含量、固相类型、颗粒分布以及水化分散程度有关，具体来讲：钻井液中优质活性固体——膨润土含量增加一般滤失量下降。然而钻井液中固相含量增加会使钻井液粘度升高，为了使钻井液有好的流动性，不采用提高钻井液固相含量的方法来降低滤失量。降滤失剂如CMC、磺甲基褐煤、酚醛树酯等能堵塞滤饼的孔，降低K。第32页，课件共38页，创作于2023年2月六、钻井液体系简介

1、自然钻井液体系（1904—1921）

开始于1904年—1921年间，使用清水钻井，不加任何处理剂。使用时经常出现复杂井下问题。第33页，课件共38页，创作于2023年2月

2、细分散钻井液体系（1921—）又称Na基泥浆，特点是粘土颗粒高度分散。在本阶段中，人为地加入粘土来配制钻井液，并加入一些化学分散剂如纯碱、烧碱、丹宁等，使粘土充分分散，大大改善了钻井液性能。

随着井的加深，井温的升高，此种钻井液对地层的盐类和粘土特别敏感，性能不稳定，粘度和切力变化比较大。第34页，课件共38页，创作于2023年2月

3、粗分散钻井液（1946—）其特点是采用了多种无机盐作粘土分散抑制剂如CaCl2等，配合以耐盐的稀释剂、降滤失剂而配制成粗分散体系，从而大大提高了其耐温和抗各种侵污能力。有粗分散的钙处理泥浆、饱和盐水泥浆。第35页，课件共38页，创作于2023年2月4、不分散低固相聚合物钻井液体系

（1966～）其特点是使用了有选择性絮凝剂，如聚丙烯酰胺、醋酸乙烯酯与顺丁烯二酸酐的共聚物。它们可以对岩屑起