1、钻井液体系简介钻井液体系简介钻井液工艺原理电子教案钻井液工艺原理电子教案 第二章第二章 上一内容 下一内容回主目录O返回钻井液工艺原理电子教案第七章 上一内容 下一内容回主目录O返回 本章要点：本章要点：1、了解常见钻井液体系及其特点 2、了解几种新型钻井液及其特点钻井液工艺原理电子教案第七章 上一内容 下一内容回主目录O返回7-1 分散钻井液分散钻井液 由淡水、配浆膨润土和各种分散剂由淡水、配浆膨润土和各种分散剂（对粘土、钻屑起分散作用的处（对粘土、钻屑起分散作用的处理剂）配制而成的水基钻井液称为分散钻井液。为了与钙处理钻井液相理剂）配制而成的水基钻井液称为分散钻井液。为了与钙处理钻井液相区
2、别，有时又称为区别，有时又称为细分散钻井液细分散钻井液或淡水钻井液。它是油气钻井中或淡水钻井液。它是油气钻井中最早使最早使用并且使用时间相当长用并且使用时间相当长的一类水基钻井液。的一类水基钻井液。特别是在钻开表层时，至今仍然普遍使用。特别是在钻开表层时，至今仍然普遍使用。1膨润土及原浆的配制膨润土及原浆的配制 膨润土逐渐分散在淡水中致使泥浆的粘度、切力不断增加的过程膨润土逐渐分散在淡水中致使泥浆的粘度、切力不断增加的过程称为造浆，每吨粘土能配出表观粘度为称为造浆，每吨粘土能配出表观粘度为15mpas的钻井液体积称做粘土的钻井液体积称做粘土的造浆率。的造浆率。在配置原浆时，还需要加入适量的纯碱
3、，以提高粘土的造浆率。在配置原浆时，还需要加入适量的纯碱，以提高粘土的造浆率。一、分散钻井液的组成一、分散钻井液的组成7-1 分散钻井液分散钻井液2、分散剂和钻井液、分散剂和钻井液 用于分散型钻井液的降粘剂（分散剂）种类较多，主要降粘剂有丹丹宁碱液、铁铬木质素磺酸盐、褐煤及其改性产品宁碱液、铁铬木质素磺酸盐、褐煤及其改性产品；主要降滤失剂有：钠羧钠羧甲基纤维素甲基纤维素CMC、聚阴离子纤维素、磺化褐煤或磺化酚醛树脂、聚阴离子纤维素、磺化褐煤或磺化酚醛树脂；烧碱调节pH值；重晶石做加重剂。国内深井、超深井使用的抗高温钻井液-三磺钻井液配方三磺钻井液配方：磺化丹宁磺化丹宁或磺化栲胶或磺化栲胶、磺化
4、褐煤磺化褐煤、磺化酚醛树脂磺化酚醛树脂。重铬酸钾和Span-80提高抗温性。7-1 分散钻井液分散钻井液二、分散钻井液的特点二、分散钻井液的特点 分散钻井液的主要特点是粘土在水中高度分散，正是通过高度分散的分散钻井液的主要特点是粘土在水中高度分散，正是通过高度分散的粘土颗粒使钻井液具有所需的流变和降滤失性能。粘土颗粒使钻井液具有所需的流变和降滤失性能。1、优点、优点 (1)配制方法简便、成本较低；配制方法简便、成本较低；(2)固相容量高，适于配制高密度钻井液，密度可高达固相容量高，适于配制高密度钻井液，密度可高达2.00gcm3以上；以上；(3)抗温能力较强，比如以磺化栲胶、磺化褐煤和磺化酚醛
5、树脂为主处理抗温能力较强，比如以磺化栲胶、磺化褐煤和磺化酚醛树脂为主处理剂的三磺钻井液是我国常用于钻深井的分散钻井液体系，抗温可达剂的三磺钻井液是我国常用于钻深井的分散钻井液体系，抗温可达160-200。7-1 分散钻井液分散钻井液 2、缺点：、缺点：（分散钻井液在使用、维护过程中存在难克服的缺点和局限（分散钻井液在使用、维护过程中存在难克服的缺点和局限性）：性）：(1)性能不稳定性能不稳定，容易受粘土和可溶性盐类的污染。钻遇盐膏层时，少，容易受粘土和可溶性盐类的污染。钻遇盐膏层时，少量石膏、岩盐就会使钻井液性能发生较大的变化；量石膏、岩盐就会使钻井液性能发生较大的变化；(2)滤液的矿化度低，
6、容易引起井壁附近的泥页岩水化、松散、垮塌，滤液的矿化度低，容易引起井壁附近的泥页岩水化、松散、垮塌，并使井壁的岩盐溶解，即钻井液抑制性能差，并使井壁的岩盐溶解，即钻井液抑制性能差，不利于防塌不利于防塌；(3)体系中固相含量高，特别是粒径小于体系中固相含量高，特别是粒径小于1 um的亚微米颗粒所占比例相的亚微米颗粒所占比例相当高，因此对当高，因此对机械钻速有明显的影响机械钻速有明显的影响，尤其不宜在强造浆地层中使用；，尤其不宜在强造浆地层中使用；(4)滤液侵入易引起粘土膨胀，因而滤液侵入易引起粘土膨胀，因而不能有效地保护油气层不能有效地保护油气层，钻遇油气，钻遇油气层时必须加以改造才能达到要求。
7、层时必须加以改造才能达到要求。7-1 分散钻井液分散钻井液三、钻井液的受侵及其处理三、钻井液的受侵及其处理 其中最常见的是钙侵、盐侵和盐水侵，此外还有其中最常见的是钙侵、盐侵和盐水侵，此外还有Mg2+、CO32-、H2S和和O2等造成的污染。等造成的污染。1钙侵钙侵 Ca2+进入钻井液的途径：进入钻井液的途径：危害：危害：处理方法：处理方法：7-1 分散钻井液分散钻井液2、盐侵和盐水侵、盐侵和盐水侵 （1）变化规律及作用机理：）变化规律及作用机理：（2）处理）处理 目前常用的处理方法是目前常用的处理方法是及时补充抗盐性强的各种处理剂，将分及时补充抗盐性强的各种处理剂，将分散钻井液转化为盐水钻井
8、液散钻井液转化为盐水钻井液。7-1 分散钻井液分散钻井液3硫化氢污染硫化氢污染 H2S主要来自含硫地层，此外某些磺化有机处理剂以及木质素磺酸盐某些磺化有机处理剂以及木质素磺酸盐在井底高温下也会分解产生在井底高温下也会分解产生H2S。H2S对人有很强的毒性对人有很强的毒性，在其浓度为800mgL以上的环境中停留就可能因窒息而导致死亡。同时，H2S对钻具和套管有极强的腐蚀作用。总的腐蚀过程可用下式表示：(臭鸡蛋味臭鸡蛋味)Fe+xH2SFeSx+xH2关于腐蚀的机理，目前普遍认为是由于氢脆的发生。由于由于H2S、HS-、S2-以及以及FeSx等的存在，电离出的等的存在，电离出的H+会迅速地吸附在金
9、属会迅速地吸附在金属表面，并进而渗入金属晶格内，转变为原子氢。当金属内有夹杂物、晶格表面，并进而渗入金属晶格内，转变为原子氢。当金属内有夹杂物、晶格错位现象或其它缺陷时错位现象或其它缺陷时(通常都比较严重通常都比较严重)，原子氢便在这些易损部位聚结，原子氢便在这些易损部位聚结，结合成结合成H2。7-1 分散钻井液分散钻井液4.清除污染物所需处理剂用量的确定清除污染物所需处理剂用量的确定 在判断出进入钻井液的是何种污染物，并已决定选用在判断出进入钻井液的是何种污染物，并已决定选用何种处理剂将其清除之后，剩下的问题就是如何确定处理何种处理剂将其清除之后，剩下的问题就是如何确定处理剂的用量。由于采取
10、的是化学清除方法，因此确定处理剂剂的用量。由于采取的是化学清除方法，因此确定处理剂用量的用量的基本原则基本原则是：是：所用处理剂与污染物在钻井液滤液中所用处理剂与污染物在钻井液滤液中的当量浓度应保持相等的当量浓度应保持相等。7-1 分散钻井液分散钻井液第三节 粘土的水化膨胀作用钻井液工艺原理电子教案钻井液工艺原理电子教案 第二章第二章7-2 钙处理钻井液钙处理钻井液 钙处理钻井液是在使用分散钻井液的基础上，于钙处理钻井液是在使用分散钻井液的基础上，于20世纪世纪60年代发展起年代发展起来的来的具有较好的抗盐、抗钙污染能力和对泥页岩水化具有较强抑制作用的具有较好的抗盐、抗钙污染能力和对泥页岩水化
11、具有较强抑制作用的一类钻井液一类钻井液。由于由于体系中粘土颗粒处于适度絮凝的粗分散状态，因此又称之为粗分体系中粘土颗粒处于适度絮凝的粗分散状态，因此又称之为粗分散钻井液散钻井液。目前常用的无机絮凝剂有三种：石灰、石膏和氯化钙。为了进一步增目前常用的无机絮凝剂有三种：石灰、石膏和氯化钙。为了进一步增强其抑制性能，采用石灰和强其抑制性能，采用石灰和KOH联合处理，称为钾石灰钻井液。联合处理，称为钾石灰钻井液。这四种钙处理钻井液都是以这四种钙处理钻井液都是以Ca2+提供抑制性化学环境，使提供抑制性化学环境，使钻井液中的钻井液中的钠土转变为钙土，从而使粘土颗粒由高度分散转变为适度絮凝钠土转变为钙土，从
12、而使粘土颗粒由高度分散转变为适度絮凝。钙处理钻。钙处理钻井液可在很大程度上克服细分散钻井液的缺点，具有防塌、抗污染和在含井液可在很大程度上克服细分散钻井液的缺点，具有防塌、抗污染和在含有较多有较多Ca2+时使性能保持稳定的特点。时使性能保持稳定的特点。一、钙处理钻井液的配制原理及特点一、钙处理钻井液的配制原理及特点 Ca2+改变粘土分散度的作用机理，可以从以下两方面来理解。改变粘土分散度的作用机理，可以从以下两方面来理解。一方面一方面，Ca2+通过通过Na+Ca2+交换，交换，将钠土转变为钙土将钠土转变为钙土。钙土水化能。钙土水化能力弱，分散度低，故转化后体系分散度明显下降。转化的程度取决于粘
13、土力弱，分散度低，故转化后体系分散度明显下降。转化的程度取决于粘土的阳离子交换容量和滤液中的阳离子交换容量和滤液中Ca2+的浓度。粘土的阳离子交换容量越高，所的浓度。粘土的阳离子交换容量越高，所吸附吸附Ca2+的量就越大。同时，通过控制滤液中的量就越大。同时，通过控制滤液中Ca2+的浓度，可以控制钠土的浓度，可以控制钠土转变为钙土的数量，从而控制钻井液中粘土的分散度。转变为钙土的数量，从而控制钻井液中粘土的分散度。另一方面另一方面，Ca2+本身是一种无机絮凝剂本身是一种无机絮凝剂，会压缩粘土颗粒表面的扩散，会压缩粘土颗粒表面的扩散双电层，使水化膜变薄，电动电位下降，从而引起粘土晶片面双电层，使
14、水化膜变薄，电动电位下降，从而引起粘土晶片面面和端面和端面聚结，造成粘土颗粒分散度下降。面聚结，造成粘土颗粒分散度下降。第三节 粘土的水化膨胀作用钻井液工艺原理电子教案钻井液工艺原理电子教案 第二章第二章7-2 钙处理钻井液钙处理钻井液 使钻井液处于适度絮凝的粗分散状态有两条途径：使钻井液处于适度絮凝的粗分散状态有两条途径：一是在分散钻井液一是在分散钻井液中同时加入适量的钙盐中同时加入适量的钙盐(或石灰或石灰)和分散剂和分散剂；二是在受钙侵后处于絮凝状态二是在受钙侵后处于絮凝状态的钻并液中及时加入分散剂的钻并液中及时加入分散剂。在适度絮凝的粗分散状态中，其絮凝和分散。在适度絮凝的粗分散状态中，
15、其絮凝和分散程度也有所区别，加人分散剂可使颗粒变细，絮凝程度降低；反之加钙盐程度也有所区别，加人分散剂可使颗粒变细，絮凝程度降低；反之加钙盐则使颗粒变粗，絮凝程度提高。则使颗粒变粗，絮凝程度提高。第三节 粘土的水化膨胀作用钻井液工艺原理电子教案钻井液工艺原理电子教案 第二章第二章7-2 钙处理钻井液钙处理钻井液 优点优点：与分散钻井液相比，钙处理钻井液的优点主要表现在以下方面：（1）性能较稳定性能较稳定，具有较强的抗钙污染、盐污染和粘土污染的能力。（2）固相含量相对较少固相含量相对较少，容易在高密度条件下维持较低的粘度和切力，有利于提高钻速。（3）能在一定程度上抑制泥页岩水化膨胀；滤失量较小，
16、泥饼薄且韧性好，有利于井壁稳定有利于井壁稳定。（4）由于钻井液中粘土细颗粒含量较少，对油气层的损害程度相对较对油气层的损害程度相对较小小。第三节 粘土的水化膨胀作用钻井液工艺原理电子教案钻井液工艺原理电子教案 第二章第二章7-2 钙处理钻井液钙处理钻井液第三节 粘土的水化膨胀作用钻井液工艺原理电子教案钻井液工艺原理电子教案 第二章第二章7-3 盐水钻井液盐水钻井液一、盐水钻井液的定义和分类一、盐水钻井液的定义和分类 凡凡NaCl含量超过含量超过1的钻井液统称为盐水钻井液。一般将其分为以下的钻井液统称为盐水钻井液。一般将其分为以下三种类型：三种类型：(1)一般盐水钻井液一般盐水钻井液 其含盐量自
17、其含盐量自1直至饱和之前均属此类。直至饱和之前均属此类。(2)饱和盐水钻井液饱和盐水钻井液 是指含盐量达到饱和，即常温下浓度为是指含盐量达到饱和，即常温下浓度为3.15105mg/L左右的钻井液。注意左右的钻井液。注意NaCl溶解度随温度变化而变化。溶解度随温度变化而变化。(3)海水钻井液海水钻井液 是指用海水配制而成的含盐钻井液。体系中不仅含有是指用海水配制而成的含盐钻井液。体系中不仅含有约约3104mg/L的的NaCl，还含有一定量的，还含有一定量的Ca2+和和Mg2+。二、盐水钻井液的配制原理及特点二、盐水钻井液的配制原理及特点 与钙处理钻井液的配制原理相同与钙处理钻井液的配制原理相同，
18、通过人为地添加无机阳离子来抑制粘，通过人为地添加无机阳离子来抑制粘土颗粒的水化膨胀和分散，并在分散剂的协同作用下，形成土颗粒的水化膨胀和分散，并在分散剂的协同作用下，形成抑制性粗分散钻抑制性粗分散钻井液井液的。的。盐水钻井液的盐水钻井液的pH值一般随含盐量的增加而下降，这一方面是由于滤液中值一般随含盐量的增加而下降，这一方面是由于滤液中的的Na+与粘土矿物晶层间的与粘土矿物晶层间的H+发生了离子交换；另一方面则是由于工业食盐发生了离子交换；另一方面则是由于工业食盐中含有的中含有的MgCl2杂质与滤液中的杂质与滤液中的OH-反应，生成反应，生成Mg(OH)2沉淀，从而消耗了沉淀，从而消耗了OH-
19、所导致的结果。因此，在使用所导致的结果。因此，在使用盐水钻井液时应注意及时补充烧碱盐水钻井液时应注意及时补充烧碱，以便，以便维持一定的维持一定的pH值。一般情况下，盐水钻井液的值。一般情况下，盐水钻井液的pH值应保持在值应保持在9.511.0之间。之间。第三节 粘土的水化膨胀作用钻井液工艺原理电子教案钻井液工艺原理电子教案 第二章第二章7-3 盐水钻井液盐水钻井液优点优点：（1）由于矿化度高，因此这种体系具有较强的抑制性，能有效地抑制泥页岩水化，保证井壁稳定井壁稳定；（2）不仅抗盐侵的能力很强，而且能够有效地抗钙侵和抗高温，适于适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钻含岩盐地层
20、或含盐膏地层，以及在深井和超深井中使用；（3）由于其滤液性质与地层原生水比较接近，故对油气层的损害较轻对油气层的损害较轻；（4）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，因而有利于保持较低的固相含量有利于保持较低的固相含量；（5）盐水钻井液还能有效地抑制地层造浆，流动性好，性能较稳定流动性好，性能较稳定。缺点缺点：（1）维护工艺比较复杂维护工艺比较复杂；（2）对钻柱和设备的腐蚀性较大对钻柱和设备的腐蚀性较大；（3）配制成本相对较高。第三节 粘土的水化膨胀作用钻井液工艺原理电子教案钻井液工艺原理电子教案 第二章第二章7-3 盐水钻井液盐水钻井液第三节 粘土的水化膨胀作用钻井液工艺原理
21、电子教案钻井液工艺原理电子教案 第二章第二章 上一内容 下一内容回主目录O返回7-4 聚合物钻井液聚合物钻井液 聚合物钻井液是自聚合物钻井液是自20世纪世纪70年代初发展起来的一种新年代初发展起来的一种新型钻井液体系。广义地讲，型钻井液体系。广义地讲，凡是使用线型水溶性聚合物作凡是使用线型水溶性聚合物作为处理剂的钻井液体系都可称为聚合物钻井液为处理剂的钻井液体系都可称为聚合物钻井液。但通常是。但通常是将将聚合物作为主处理剂或主要用聚合物调控性能的钻井液聚合物作为主处理剂或主要用聚合物调控性能的钻井液体系体系称为聚合物钻井液。称为聚合物钻井液。一、聚合物钻井液概述一、聚合物钻井液概述1发展概况发
22、展概况 聚合物钻井液最初是为提高钻井效率提高钻井效率开发研究的。研究资料指出：钻井液的固相含量是影响钻井速度的一个主要因素。所以，清水的钻井速度清水的钻井速度应最高应最高。但当时并没有能够有效清除钻井液中固相的手段。直到1958年首次应用了聚合物絮凝剂聚丙烯酰胺聚合物絮凝剂聚丙烯酰胺(简称PAM)后，才实现了真正的清水钻井。PAM可同时絮凝钻屑和蒙脱土，称为完全絮凝剂完全絮凝剂。在钻井液中加入极少量的PAM即可使钻屑絮凝而全部除去。清水钻井大大提高了钻速，但因其携带钻屑能力差，滤失量大，影响井壁稳定等缺点，不能广泛使用，只携带钻屑能力差，滤失量大，影响井壁稳定等缺点，不能广泛使用，只能用于地层
23、特别稳定的浅层井段能用于地层特别稳定的浅层井段。1960年，发现有两类高聚物，即部分水部分水解聚丙烯酰胺解聚丙烯酰胺(简称PHPA或PHP)和醋酸乙烯酯醋酸乙烯酯马来酸酐共聚物马来酸酐共聚物(简称VAMA)，具有选择性絮凝作用选择性絮凝作用。第三节 粘土的水化膨胀作用钻井液工艺原理电子教案钻井液工艺原理电子教案 第二章第二章7-4 聚合物钻井液聚合物钻井液对钻屑的分散具有良好的抑制能力，处理过的钻井液体系中亚微米颗粒对钻屑的分散具有良好的抑制能力，处理过的钻井液体系中亚微米颗粒含量明显低于其它类型的水基钻井液，这对提高钻井速度是十分有益的。含量明显低于其它类型的水基钻井液，这对提高钻井速度是十
24、分有益的。这类新型的聚合物钻井液体系称为这类新型的聚合物钻井液体系称为“不分散低固相聚合物钻井液不分散低固相聚合物钻井液”。1966年，泛美石油公司在加拿大西部油田首次系统地使用了这种不分散低固相年，泛美石油公司在加拿大西部油田首次系统地使用了这种不分散低固相聚合物钻井液，聚合物钻井液，大幅度提高了钻速大幅度提高了钻速。随后，这种钻井液体系在世界范围内。随后，这种钻井液体系在世界范围内推广应用，经受了不同地层、不同井深和不同密度等方面的考验，在提高推广应用，经受了不同地层、不同井深和不同密度等方面的考验，在提高钻井速度和降低钻井成本等方面效果显著，证明是一种技术先进的钻井液钻井速度和降低钻井成
25、本等方面效果显著，证明是一种技术先进的钻井液体系。体系。1971年，在年，在第八届世界石油大会上，不分散低固相聚合物钻井液的第八届世界石油大会上，不分散低固相聚合物钻井液的成功开发被列为成功开发被列为70年代初钻井工艺最有影响的新进展之一年代初钻井工艺最有影响的新进展之一，表明对钻井技，表明对钻井技术发展的促进作用是显著的。术发展的促进作用是显著的。第三节 粘土的水化膨胀作用钻井液工艺原理电子教案钻井液工艺原理电子教案 第二章第二章7-4 聚合物钻井液聚合物钻井液 为进一步提高聚合物钻井液的防塌能力，为进一步提高聚合物钻井液的防塌能力，70年代后期发展了年代后期发展了聚合物与聚合物与无机盐无机
26、盐(主要是氯化钾主要是氯化钾)配合的钻井液体系，发现该体系对水敏性地层的防配合的钻井液体系，发现该体系对水敏性地层的防塌效果显著。近塌效果显著。近20年来，聚合物处理剂的发展也很快，除带阴离子基团的年来，聚合物处理剂的发展也很快，除带阴离子基团的处理剂如处理剂如PHPA、VAMA、水解聚丙烯腈铵盐、水解聚丙烯腈铵盐(简称简称NPAN)、聚丙烯酸盐等、聚丙烯酸盐等以外，近期又开发出以外，近期又开发出带阳离子基团的阳离子聚合物带阳离子基团的阳离子聚合物和分子链中同时带阴离和分子链中同时带阴离子基团、阳离子基团和非离子基团的子基团、阳离子基团和非离子基团的两性离子聚合物处理剂两性离子聚合物处理剂，使
27、聚合物钻，使聚合物钻井液技术得到不断发展和完善。井液技术得到不断发展和完善。第三节 粘土的水化膨胀作用钻井液工艺原理电子教案钻井液工艺原理电子教案 第二章第二章7-4 聚合物钻井液聚合物钻井液目前，根据聚合物处理剂的离子特性，可将聚合物钻井液分为阴离子聚目前，根据聚合物处理剂的离子特性，可将聚合物钻井液分为阴离子聚合物钻井液、阳离子聚合物钻井液和两性离子聚合物钻井液。合物钻井液、阳离子聚合物钻井液和两性离子聚合物钻井液。自自20世纪世纪70年代以来，聚合物钻井液技术已在我国得到普遍推广应用。年代以来，聚合物钻井液技术已在我国得到普遍推广应用。同时，还对聚合物处理剂的抑制性、降滤失和降粘等作用机
28、理进行了系统同时，还对聚合物处理剂的抑制性、降滤失和降粘等作用机理进行了系统研究。目前，我国在各种聚合物钻井液体系的基础研究、新产品开发和推研究。目前，我国在各种聚合物钻井液体系的基础研究、新产品开发和推广应用方面，已接近或达到世界先进水平。主要介绍不分散低固相聚合物广应用方面，已接近或达到世界先进水平。主要介绍不分散低固相聚合物钻井液的组成、特点、涉及的基本理论以及现场应用等。钻井液的组成、特点、涉及的基本理论以及现场应用等。第三节 粘土的水化膨胀作用钻井液工艺原理电子教案钻井液工艺原理电子教案 第二章第二章7-4 聚合物钻井液聚合物钻井液2聚合物钻井液的特点聚合物钻井液的特点 与其它水基钻
29、井液相比，聚合物钻井液优点：7个 (1)固相含量低固相含量低 (2)具有良好的流变性具有良好的流变性 (3)钻井速度高钻井速度高 (4)稳定井壁的能力较强，井径比较规则稳定井壁的能力较强，井径比较规则。(5)对油气层的损害小，有利于发现和保护产对油气层的损害小，有利于发现和保护产层。(7)钻井成本低钻井成本低。(6)可防止井漏的发生可防止井漏的发生。第三节 粘土的水化膨胀作用钻井液工艺原理电子教案钻井液工艺原理电子教案 第二章第二章7-4 聚合物钻井液聚合物钻井液缺点缺点：在现场应用中遇到的、还需要进一步研究解决一些问题。在现场应用中遇到的、还需要进一步研究解决一些问题。（1）当钻速太快时，无
30、用固相不能及时清除，）当钻速太快时，无用固相不能及时清除，难以维持低固相难以维持低固相，在，在强造浆井段尤其如此；强造浆井段尤其如此；（2）对一些强分散地层，有时）对一些强分散地层，有时抑制能力也显得不足抑制能力也显得不足，这时钻井液的，这时钻井液的流变性变得难以控制，比如切力太高，导致钻屑更不容易清除，产生恶性流变性变得难以控制，比如切力太高，导致钻屑更不容易清除，产生恶性循环，不得不加入分散剂降低钻井液结构强度，以改善流动性。这将以部循环，不得不加入分散剂降低钻井液结构强度，以改善流动性。这将以部分损害聚合物钻井液的优良性能为代价。分损害聚合物钻井液的优良性能为代价。第三节 粘土的水化膨胀
31、作用钻井液工艺原理电子教案钻井液工艺原理电子教案 第二章第二章7-4 聚合物钻井液聚合物钻井液3聚合物处理剂的主要作用机理聚合物处理剂的主要作用机理(1)桥联与包被作用桥联与包被作用(2)絮凝作用絮凝作用(3)增粘作用增粘作用(4)降滤失作用降滤失作用 (5)抑制与防塌作用抑制与防塌作用(6)降粘作用降粘作用 第三节 粘土的水化膨胀作用钻井液工艺原理电子教案钻井液工艺原理电子教案 第二章第二章7-4 聚合物钻井液聚合物钻井液第三节 粘土的水化膨胀作用钻井液工艺原理电子教案钻井液工艺原理电子教案 第二章第二章 上一内容 下一内容回主目录O返回7-5 正电胶钻井液正电胶钻井液MMH正电胶钻井液的特
32、性正电胶钻井液的特性 1电性的调节电性的调节 2稳定性稳定性 3流变性流变性 4抑制性抑制性 5抑制钻屑分散和稳定井壁的机理抑制钻屑分散和稳定井壁的机理 (1)“滞流层”机理 (2)“胶粒吸附膜稳定地层活度”机理 (3)“束缚自由水”机理 第三节 粘土的水化膨胀作用钻井液工艺原理电子教案钻井液工艺原理电子教案 第二章第二章7-6 抗高温水基钻井液抗高温水基钻井液一、深井水基钻井液应具备的特点一、深井水基钻井液应具备的特点(1)具有抗高温的能力。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。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。具有
33、良好的高温流变性。(4)具有良好的润滑性。具有良好的润滑性。二、高温对深井水基钻井液性能的影响二、高温对深井水基钻井液性能的影响 1钻井液中粘土的高温分散作用钻井液中粘土的高温分散作用 2高温对钻井液处理剂的影响高温对钻井液处理剂的影响(1)高温降解(2)高温交联 3高温对处理剂与粘土相互作用的影响高温对处理剂与粘土相互作用的影响(1)高温解吸附作用(2)高温去水化作用 第三节 粘土的水化膨胀作用钻井液工艺原理电子教案钻井液工艺原理电子教案 第二章第二章7-6 抗高温水基钻井液抗高温水基钻井液3常用的抗高温处理剂常用的抗高温处理剂(1)抗高温降粘剂抗高温降粘剂 磺甲基单宁（磺甲基单宁（SMT）
34、，简称磺化单宁。），简称磺化单宁。磺甲基栲胶（磺甲基栲胶（SMK），简称磺化栲胶。），简称磺化栲胶。(2)抗高温降滤失剂抗高温降滤失剂 磺甲基褐煤（磺甲基褐煤（SMC），简称磺化褐煤。），简称磺化褐煤。磺甲基酚醛树脂，简称磺化酚醛树脂，分磺甲基酚醛树脂，简称磺化酚醛树脂，分 I 型产品（型产品（SMP-I）和）和II 型产品型产品 （SMP-II）。）。（3）DMDAAC/AA/AM/AMPS，共聚单体为丙烯酰胺、，共聚单体为丙烯酰胺、2-丙烯丙烯酰胺基酰胺基-2-甲基丙磺酸、二甲基二烯丙基氯化铵、丙烯酸。降滤失能甲基丙磺酸、二甲基二烯丙基氯化铵、丙烯酸。降滤失能力强，抗温高于力强，抗温高于1
35、80，抗盐至饱和，可有效的抑制钻屑的分散。，抗盐至饱和，可有效的抑制钻屑的分散。第三节 粘土的水化膨胀作用钻井液工艺原理电子教案钻井液工艺原理电子教案 第二章第二章7-6 抗高温水基钻井液抗高温水基钻井液第三节 粘土的水化膨胀作用钻井液工艺原理电子教案钻井液工艺原理电子教案 第二章第二章 上一内容 下一内容回主目录O返回7-7 其他水基钻井液其他水基钻井液一、聚合醇钻井液一、聚合醇钻井液 聚合醇水基钻井液体系是聚合醇与其它处理剂配伍使用的钻井液体聚合醇水基钻井液体系是聚合醇与其它处理剂配伍使用的钻井液体系。该钻井液体系是八十年代初发展起来的一种新型水基钻井液，具有系。该钻井液体系是八十年代初发
36、展起来的一种新型水基钻井液，具有较强的抑制性、良好的润滑性、生物毒性小、易生物降解、对地层损害较强的抑制性、良好的润滑性、生物毒性小、易生物降解、对地层损害小等特点。现场应用表明，聚合醇在稳定井眼、提高钻速、降低钻井事小等特点。现场应用表明，聚合醇在稳定井眼、提高钻速、降低钻井事故等方面具有较好的效果，已成功地用于大斜度井、大位移井、水平井故等方面具有较好的效果，已成功地用于大斜度井、大位移井、水平井以及高温高压活性泥页岩地层的钻井施工中。以及高温高压活性泥页岩地层的钻井施工中。1、聚合醇性能、聚合醇性能 （1）吸附特性。）吸附特性。（2）润滑特性。）润滑特性。（3）调整流变性。）调整流变性。
37、（4）聚合醇荧光级别低。）聚合醇荧光级别低。（5）聚合醇的生物毒性小。）聚合醇的生物毒性小。第三节 粘土的水化膨胀作用钻井液工艺原理电子教案钻井液工艺原理电子教案 第二章第二章7-7 其他水基钻井液其他水基钻井液2、聚合醇作用机理聚合醇作用机理 a.降低活度，即通过渗透作用稳定泥页岩；降低活度，即通过渗透作用稳定泥页岩；b.浊点行为，通过聚合醇颗粒封堵泥页岩；浊点行为，通过聚合醇颗粒封堵泥页岩；c.吸附作用吸附作用。第三节 粘土的水化膨胀作用钻井液工艺原理电子教案钻井液工艺原理电子教案 第二章第二章7-7 其他水基钻井液其他水基钻井液二、二、硅酸盐钻井液硅酸盐钻井液井壁稳定机理：井壁稳定机理：
38、（1）硅酸盐进入地层孔隙形成三维凝胶结构和不溶沉淀物，快速在井壁）硅酸盐进入地层孔隙形成三维凝胶结构和不溶沉淀物，快速在井壁处堵塞泥页岩孔隙和微裂缝，阻止滤液进入地层，同时减少了压力穿透作处堵塞泥页岩孔隙和微裂缝，阻止滤液进入地层，同时减少了压力穿透作用；用；（2）硅酸盐抑制泥页岩中粘土矿物的水化膨胀和分散；）硅酸盐抑制泥页岩中粘土矿物的水化膨胀和分散；KCl/聚合物聚合物/硅酸硅酸盐体系盐体系（代号（代号KPS）各处理剂间的协同作用，使粘土产生脱水而收缩，使）各处理剂间的协同作用，使粘土产生脱水而收缩，使泥页岩的结构强度提高；泥页岩的结构强度提高；（3）硅酸盐可能与泥页岩中的粘土矿物发生反应
39、，生成类似氟石的非晶）硅酸盐可能与泥页岩中的粘土矿物发生反应，生成类似氟石的非晶质的联结非常致密的新矿物，增强井壁的稳定性；质的联结非常致密的新矿物，增强井壁的稳定性；（4）氯化钠或氯化钾的协同增效作用。可溶性硅酸盐溶液还具有抗腐）氯化钠或氯化钾的协同增效作用。可溶性硅酸盐溶液还具有抗腐蚀性能，能有效地抑制非膨胀粘土矿物悬浮液蚀性能，能有效地抑制非膨胀粘土矿物悬浮液 pH值升高时界面上硅石的溶值升高时界面上硅石的溶解，保持聚结晶体里的晶间凝结力。解，保持聚结晶体里的晶间凝结力。第三节 粘土的水化膨胀作用钻井液工艺原理电子教案钻井液工艺原理电子教案 第二章第二章7-7 其他水基钻井液其他水基钻井
40、液三、三、欠平衡钻井液欠平衡钻井液 1、常规钻井液、常规钻井液 液体 充气流体 泡沫 气雾 空气/气体 适用于欠平衡钻井的流体适用于欠平衡钻井的流体第三节 粘土的水化膨胀作用钻井液工艺原理电子教案钻井液工艺原理电子教案 第二章第二章7-7 其他水基钻井液其他水基钻井液2、空气流体、空气流体 空气流体是指空气或天然气，氮气、二氧化碳、防腐剂及干燥剂空气流体是指空气或天然气，氮气、二氧化碳、防腐剂及干燥剂等组成的循环流体。等组成的循环流体。空气钻井装备需要具有高压大排量压风机，以满足施工要求，此空气钻井装备需要具有高压大排量压风机，以满足施工要求，此外还要有井口防喷器，旋转头，密封钻杆，岩屑排除管
41、汇及测量仪表外还要有井口防喷器，旋转头，密封钻杆，岩屑排除管汇及测量仪表等。空气钻井的等。空气钻井的优点优点：（1）空气钻井技术可大幅度降低压差，可大大提高机械钻速，延长）空气钻井技术可大幅度降低压差，可大大提高机械钻速，延长钻头使用寿命；钻头使用寿命；（2）减少对敏感地层的损害，可有效的保护低压油气层；）减少对敏感地层的损害，可有效的保护低压油气层；可有效的钻穿易漏层。可有效的钻穿易漏层。空气钻井的空气钻井的缺点缺点：易引起井下着火与爆炸，造成井下钻具破坏，：易引起井下着火与爆炸，造成井下钻具破坏，所以空气钻井选择气体类型很重要。所以空气钻井选择气体类型很重要。第三节 粘土的水化膨胀作用钻井
42、液工艺原理电子教案钻井液工艺原理电子教案 第二章第二章7-7 其他水基钻井液其他水基钻井液3、雾流体、雾流体 雾流体是空气、发泡剂、防腐剂和少量水混合组成的循环流体，是空气钻井中的一种过渡性工艺，即当钻遇地层出液量大于24m3/h，就只能采用泡沫流体钻进。4、充气水基或油基钻井液体系（充气流体）、充气水基或油基钻井液体系（充气流体）充气流体是将空气注入钻井液内来降低流体液柱压力，充气钻井液流体的密度最低可达到0.59g/cm3，钻井液和空气的混配比一般为10:1。用空气钻井液钻井时，环空速度要达到0.8-8m/s，地面正常工作压力为3.5-8Mpa。在钻进过程要注意空气的分离和防腐，防冲蚀等问
43、题，要求有配套工艺和地面充气设备。5、泡沫流体、泡沫流体 泡沫流体是气体介质分散在液体中，并配以发泡剂，稳泡剂或粘土泡沫流体是气体介质分散在液体中，并配以发泡剂，稳泡剂或粘土形成的分散体系。它使钻进低压产层常用而有效的工作液，油田用泡沫形成的分散体系。它使钻进低压产层常用而有效的工作液，油田用泡沫流体一般为硬胶泡沫和稳定泡沫。硬胶泡沫是气体、粘土、稳定剂和发流体一般为硬胶泡沫和稳定泡沫。硬胶泡沫是气体、粘土、稳定剂和发泡剂配成的稳定性比较强的分散体系，它用于需要泡沫寿命长，携带能泡剂配成的稳定性比较强的分散体系，它用于需要泡沫寿命长，携带能力强的场所，如解决大直径钻井携带岩屑和清洗井底或防漏、
44、堵漏、堵力强的场所，如解决大直径钻井携带岩屑和清洗井底或防漏、堵漏、堵水等问题，其成本低，但它对电解质及油品的污染较敏感，一般不宜在水等问题，其成本低，但它对电解质及油品的污染较敏感，一般不宜在油气井中应用；稳定泡沫是指空气（气体）、液体发泡剂和稳定剂配成油气井中应用；稳定泡沫是指空气（气体）、液体发泡剂和稳定剂配成的分散体系，稳定泡沫能与各类电解质、原油及钻井作业过程的污染物的分散体系，稳定泡沫能与各类电解质、原油及钻井作业过程的污染物配伍，且能处理水。据美国空气钻井公司介绍，在配伍，且能处理水。据美国空气钻井公司介绍，在10m3/h的出水量情况的出水量情况时，用泡沫流体钻井不会发生复杂问题
45、，对低压易漏地层特别有效。时，用泡沫流体钻井不会发生复杂问题，对低压易漏地层特别有效。第三节 粘土的水化膨胀作用钻井液工艺原理电子教案钻井液工艺原理电子教案 第二章第二章7-7 其他水基钻井液其他水基钻井液第三节第三节 粘土的水化膨胀作用粘土的水化膨胀作用钻井液工艺原理电子教案钻井液工艺原理电子教案 第二章第二章7-8 油基钻井液油基钻井液前言前言（一）油基钻井液：（一）油基钻井液：以油为连续相的钻井液。以油为连续相的钻井液。成本高成本高污染环境污染环境钻速低钻速低有利于井壁稳定有利于井壁稳定抗污染能力强抗污染能力强润滑性好润滑性好对油气层损害小对油气层损害小抗高温抗高温优点优点缺点缺点（二）
46、油基钻井液特点（二）油基钻井液特点（三）油基钻井液发展（三）油基钻井液发展一、油基钻井液组成与性能一、油基钻井液组成与性能n（一）油基钻井液组成（一）油基钻井液组成n1、油相、油相n（1）柴油）柴油n 闪点和燃点分别在闪点和燃点分别在82和和93以上以上，确保安全，确保安全；n 苯胺点在苯胺点在60 以上，控制芳烃含量，减少对橡胶部件的腐蚀；以上，控制芳烃含量，减少对橡胶部件的腐蚀；n 苯胺点：等体积的油与苯胺（芳烃）相互溶解时的最低温度苯胺点：等体积的油与苯胺（芳烃）相互溶解时的最低温度n 苯胺点苯胺点 芳烃含量芳烃含量n 粘度适宜，以有利于流变性控制粘度适宜，以有利于流变性控制n （2）低
47、毒矿物油）低毒矿物油2 2、水相、水相n淡水、淡水、盐水盐水、海水。、海水。3 3、乳化剂、乳化剂作用：作用：维持油包水（维持油包水（W/O）或水包油（或水包油（O/W）乳乳 状液的稳定性状液的稳定性作 用作 用机理机理降低界面张力降低界面张力在油在油/水界面上形成具有一定强度的吸附膜水界面上形成具有一定强度的吸附膜增加外相粘度增加外相粘度(1)以空间构型为依据选择乳化剂以空间构型为依据选择乳化剂n乳化剂的空间构型：乳化剂的空间构型：主要指乳化剂分子极性基团截面积直径主要指乳化剂分子极性基团截面积直径n d极极 和非极性集团截面积直径和非极性集团截面积直径d非极非极的大小。的大小。n乳状液类型
48、判断：乳状液类型判断：d极极d非极非极易形成易形成O/W型型n d极极d非极非极易形成易形成W/O型型nHLB：亲油亲水平衡值；亲油亲水平衡值；HLB值越大，亲水性越强，值越大，亲水性越强，n 越有利于形成越有利于形成O/W型乳状液。型乳状液。nHLB值的选择：值的选择：HLB=4-6，适于作适于作W/O型乳化剂型乳化剂n HLB=8-18，适于作适于作O/W型乳化剂型乳化剂(2)以以HLB为依据选择乳化剂为依据选择乳化剂4、润湿剂、润湿剂n作用：作用：把原来亲水的固体表面转变为亲油，有利于亲水把原来亲水的固体表面转变为亲油，有利于亲水n 性固体在油相中悬浮。性固体在油相中悬浮。作用原理（润湿
49、反转）：作用原理（润湿反转）：润湿剂为具有两亲结构的表面活性润湿剂为具有两亲结构的表面活性剂，分子中亲水的一端与固体表面有很强的亲合力，吸附在剂，分子中亲水的一端与固体表面有很强的亲合力，吸附在固体的表面，并将亲油端指向油相时，原来亲水的固体表面固体的表面，并将亲油端指向油相时，原来亲水的固体表面转变为亲油。转变为亲油。5、亲油胶体、亲油胶体n定义：定义：分散在分散在W/O乳化钻井液油相中的固体处理剂乳化钻井液油相中的固体处理剂（有机土、氧化沥青、亲油褐煤粉等）。（有机土、氧化沥青、亲油褐煤粉等）。作用：作用：增粘与降滤失。增粘与降滤失。有机土：有机土：亲水的膨润土亲水的膨润土+季胺盐类阳离子
50、表面活性剂季胺盐类阳离子表面活性剂 亲油粘土。亲油粘土。氧化沥青：氧化沥青：石油沥青经加热吹气氧化处理后与一定比例的石油沥青经加热吹气氧化处理后与一定比例的 石灰混合而成的产品。石灰混合而成的产品。n（1）提供）提供Ca2+有利于二元金属皂的生成和有利于二元金属皂的生成和W/O乳状液的乳状液的稳定。稳定。n（2）维持钻井液）维持钻井液pH=8.5-10，防止钻具腐蚀。防止钻具腐蚀。n（3）防止酸性气体（）防止酸性气体（H2S和和CO2）污染钻井液污染钻井液Ca(OH)2+H2S CaS+2H2OCa(OH)2+CO2 CaCO3+H2On6、石灰、石灰 重晶石粉在水基和油基钻井液中，都是最重要
