钻井液工艺学7-8

第七章油基钻井液

CP7OilbasedDrillingFluids书山有路勤为径学海无崖苦作舟§7—1概况一、优点1．失的是油，基本不失水，可防止页岩膨胀。2．抗污染能力强，不影响产层渗透率。3．热稳定性好，润滑钻具，腐蚀性小。二、用途1．钻定向井，高温深井（>7千米）效果好。2．作钻开产层的洗井液。3．钻大段石膏、岩盐层、严重坍塌层。定义：以油为连续相的钻井液。三、发展概况原油作洗井液→普通油基泥浆→油包水乳化泥浆四、分类§7—2普通油基钻井液一、组成柴油主要组成氧化沥青稳定剂1.油相选粘度低，闪点高、苯胺点为70℃以上的优质柴油（0～2号）闪点：加热柴油到某一值，即蒸发气与空气混合引以火苗，即闪火燃烧，此时温度即闪点柴油组成：①芳香烃（具有完全溶解沥青的能力）②石蜡（不能溶解沥青）③芳香烃量高>>25%分子（形不成滤饼）低<<25%太粗（滤饼质量差）适量20～25%胶体（滤饼薄、致密）芳香烃含量常用苯胺点表示苯胺点：等体积的油类和苯胺相至完全溶解的最低温度值。芳香烃含量高，对橡胶件损害越严重。2.氧化沥青沥青质不溶于油中组成胶质溶于油中油质

胶质在空气中进行氧化可以转变为沥青质，沥青质多少用软化点表示。苯胺点、软化点决定油基泥浆分散相分散程度及泥浆性能。故3.稳定剂（1）表面活性剂硬酯酸类、环烷酸类。作用：Ⅰ.吸附在粘土、石灰石粉和水等表面使其成为亲油胶体

Ⅱ.起油水乳化作用（2）生石灰（CaO）作用：Ⅰ.在油浆中形成钙

Ⅱ.调节PH值（8.5～10.5）

Ⅲ.吸收多余水分二、工艺措施1．配方配方性能柴油（0号）闪点大于82℃，燃点大于93℃，苯胺点>60℃漏斗粘度40～50S氧化沥青（软化点150℃，含15%左右石灰粉）10～12%密度1.0～1.04g/cm3有机搬土：2～3%API失水0ml乳化剂工业植物油酸3%25～35mPS水相用淡水19～29mPaS碱度调节剂：8～10%石灰粉

4.0～7.5Pa加重剂：石灰粉2．配制工艺打入柴油后，预热至30～50℃，加沥青粉和有机土。在泵压较高条件下，进行循环冲刺一小时，待亲油胶体全部分散在油中，再加油酸、石灰和水。测试密度和流变性。当油浆动切力在4Pa以上，进行加重。3．顶替作业为了防止油浆与井筒中水发生串槽污染损失泥浆。顶替前打4方柴油作隔离液。随后迅速泵入油浆，水和混有水的柴油以防喷管浅排出。4．性能调整维护提粘切------加亲油固体降粘切------加柴油降失水量----石灰石粉比重调节-----石灰石粉或重晶石§7—3油包水乳化钻井液W/O乳化泥浆是以水珠为分散相，以油作分散介质，并添加乳化剂，采油固体以及其它处理剂，加重剂所形成的稳定乳状液。与油浆的差别：1．分散相----乳化水珠2．水相具高矿化度----防塌3．性能取决于W/O乳状液稳定性，关键在乳化剂的选择。一、组成1．油相选粘度低、闪点高、苯胺点在70℃以上的矿物油。2．水相淡水、盐水或海水均可作水相。3.乳化剂（1）乳化剂选择（根据HLB值选择）（2）乳化剂复配主乳化剂：亲油性强的乳化剂例：石油磺酸铁，Span—80，硬酯酸钙辅乳化剂：与主乳化剂作用的水溶物例：ABS，聚氧乙烯蓖麻油。混合后HLB=3～64．亲油胶体亲油胶体有：有机土，氧化沥青，亲油褐煤等可作增稠剂及滤矢量降低剂。5.增稠剂不溶皂类，沥青，有机土。三种增稠剂的作用是不相同的，沥青是利用增加固相浓度，钠它是靠形成胶束，而有机土是形成网状结构而增稠。6．滤失量降低剂有机胶体7．其它处理剂(1)碱度调节剂：用石灰(2)润湿反转剂防止水润湿固体侵污油基泥浆二、油包水乳状液的稳定机理油溶性主乳化剂和水溶性辅乳化剂在油水界面形成密堆复合膜，降低了油水界面张力。较高的连续相粘度和适当的界面膜粘度有利于稳定。固体颗粒的稳定作用。用离子型乳化剂时的电稳定作用。三、影响油包水乳化泥浆性能的因素1.油水比(1)影响乳状液稳定性油水比最大值26∶74。再大乳化剂反相。有资料介绍油水比约为40∶60时，乳状液最稳定。(2)影响流变性和滤失量Ⅰ.高密度的体系需要高的油水比，固相高需要大量油包围，另外这样流动性好。Ⅱ.密度非常低的体系也需要高的油水比2．乳化剂的品种和加量3．有机搬土加量4．润湿反转剂的品种和数量5．PH值的影响6．温度压力的影响（1）温度与压力对粘度的影响

T↗

粘度↘

P↗

粘度↗如果温度和压力同时增加，并保持适当比率，则柴油的粘度可维持在某一固定值上。井筒内粘度变化规律

由此可见压力比温度影响更大一般情况下，在地面重晶石不沉淀，在井下也不会发生沉淀。排浆过程吸入阶段相对粘度吸入阶段井底0深度地表循环第八章钻井液固相控制

CP8ChapterEightSolidControl

按作用分：有用固相粘土重晶石无用固相钻屑按性质分：活性固相惰性固相按粒度分：粘土：d<2m泥：2

m<d<74m砂：d>74m钻井液固相的分类有害固相对钻井所带来的不利影响使钻速降低，钻头进尺减小钻井设备磨损加剧泥浆比重、粘度升高泥饼加厚钻井液费用增加伤害油气层固相控制的意义提高钻速,延长钻头寿命减薄泥饼,减少压差卡钻和测井工具遇卡率降低粘度,利于高压喷射,减小激动压力减轻油气层损害使钻井液性能稳定,简化维护处理,减少钻井液费用降低密度,减少井漏可能是聚合物不分散低固相泥浆实现的一个关键

一、加重——任何一种比水密度大的物质，都可以使泥浆密度增加。目的：控制地层压力、防井喷、井塌。二、固相对流变性的影响

1.固相尺寸的影响颗粒小，吸附水多，自由水减少，粘度明显上升。搬土全是由极细颗粒组成，搬含在5%粘度明显上升;而重晶石粒径相对较大，重晶石含量在50%粘度明显上升.§8—1固相的作用 5%50%固相含量表观粘度搬土重晶石2.固相的活性粘土和页岩颗粒都与水反应，称为“活性固相”。长石，石英等为惰性固相。与水反应程度主要取决于矿物本身，搬土水化程度高，对粘度影响大，而重晶石对粒度影响小。三、固相对泥饼厚度的影响厚度与固含有关从上式可看出Cm愈多，h愈厚，为了保证给定滤失量，不使泥饼变厚，应使C0高些，Cm愈低，供裸眼形成滤饼的固相就越低。所以泥浆中需有适当的搬含。四、固相对钻速的影响除了固相含量对钻速影响外，还与粒子尺寸有关。五、对环空钻屑的影响在环形空间，泥浆返速较慢，产生钻屑滞留，地面测得泥浆密度比在环空的流动泥浆密度稍小。要使环空泥浆密度不要过大，那么只有增大泥浆返速和降低钻速。§8—2固相控制工艺一、固相控制方法（一）地面絮沉法----泥浆中的钻屑带到地面，加入絮凝剂使钻屑在地面泥浆池中絮沉的方法。（二）稀释法稀释法分为纯冲稀法和部分替换法两种。1.纯冲稀法指往泥浆中加水或稀流体用增加泥浆体积方法降低固含。缺点：（1）泥浆体积不断增加（2）不断补充处理剂来维护泥浆性能，成本增加。10%固相5%固相5%固相+水水纯冲稀法示意图2.部分替换法----指弃掉部分循环泥浆，然后冲稀的方法缺点：（1）浪费一次泥浆（2）处理泥浆费用较高优点：（1）减少容器（2）少了冲稀液10%固相5%固相+水弃掉（三）机械清除1.以钻屑最浓集的形式除去。2.用少量冲稀液便可维持泥浆性能3.减少处理剂用量4.废浆的运输量较低二、清除泥浆固相的设备（一）振动筛1.结构马达带动偏心轮旋转产生振动,粗颗粒从筛布上分离出去,液相及细颗粒进入循环系统.2.类型单层筛多层筛现场常用细筛网下垫一层粗筛网提高其强度。3.筛网（1）筛目：12～80目，可清除粒子直径为74um以上粒子。（2）筛布的选择尽可能细一些，以提高效率。注意泥浆和筛网强度问题。使用中发生堵塞的原因是钢丝上粘附了颗粒，解决方法，除了换较粗的筛网外还可用清水喷射筛网。（二）旋流分离器1.结构过振动筛的钻井液加压后经进液管沿水平切线方向射入园柱形液腔,沿内壁作向下的螺旋运动,粗重颗粒在离心力作用下被甩向器壁,然后下降,连同少量液体由排砂孔排出,分离器中心线附近压力低,形成空气柱,大部分带较细颗粒的液体在接近排砂孔时改变方向,螺旋上升,沿气柱经溢流管进入循环系统.2.工作原理离心力3.影响分离效率的因素（1）颗粒的性质两种密度不同的固相，二者的尺寸符合一定的数字关系，会有相同的沉降速度（2）流体的性质（3）流动参数

Ⅰ工作压力适当

Ⅱ通过旋流器后的压力降。（通过底流口调节）底流呈伞形雾状排出为宜（4）旋流器的尺寸50年代开始使用旋流器，可消除74um以上粒子（API砂）称为除砂器，62年开始使用旋流器，可消除74um以下粒子称为除泥器。目前旋流器的名称与尺寸范围及除固范围4.分离器尺寸和数目的确定尺寸---由清除固相大小确定数目---决定处理量，按处理125%的循环泥浆确定（保证全部被处理）。名称尺寸除固范围除砂器6～12“44um以上除泥器2～5〃8um以上(三)清洁器1.作用回收重晶石，贵重液相2.筛网尺寸（使用200目筛）从理论上说，从排泄孔中排除小于74um重晶石粉，返回泥浆体系重晶石粉尺寸10～74um，多数重晶石粉可通过200目筛，现场常使125目左右。使用清洁器要损失一部分重晶石粉，其原因是重晶石粉附在粘土和钻屑颗粒表面。被清除掉约30%。（四）离心机1.结构工作原理泥浆由进液管进入输送器，从输送器的孔中流出，在离心力作用下粗重颗粒被甩外壳壁，由输送器推至端部孔眼排出，而胶体-液体则经溢流孔排出。2.离心机的类型（1）重晶石回收离心机作用：从排