第六讲保护油气层的钻井液完井液技术精选文档.ppt

第六讲第六讲 保护油气层保护油气层的钻井液完井液技术的钻井液完井液技术本讲稿第一页，共七十页第六讲第六讲保护油气层的钻井完井液保护油气层的钻井完井液技术技术第一节第一节保护油气层的水基钻井液保护油气层的水基钻井液第二节第二节保护油气层的油基钻井液保护油气层的油基钻井液第三节第三节保护油气层的气基钻井液保护油气层的气基钻井液第四节第四节新型双保（油保、环保）钻井液体系新型双保（油保、环保）钻井液体系本讲稿第二页，共七十页第一节第一节 保护油气层的水基钻井液保护油气层的水基钻井液 1.无固相清洁盐水钻井液无固相清洁盐水钻井液 2.水包油钻井液水包油钻井液 3.无膨润土暂堵型聚合物钻井液无膨润土暂堵型聚合物钻井液 4.低膨润土暂堵型聚合物钻井液低膨润土暂堵型聚合物钻井液 5.改性钻井液改性钻井液 6.屏蔽暂堵钻井液屏蔽暂堵钻井液 本讲稿第三页，共七十页1.无固相清洁盐水钻井液无固相清洁盐水钻井液 特特点点：该该类类钻钻井井液液不不含含膨膨润润土土及及其其它它任任何何固固相相，流流变变参参数数和和滤滤失失量量通通过过添添加加对对油油气气层层无无损损害害的的聚聚合合物物来来进进行行控控制制，密密度度通通过加入不同类型和数量的可溶性无机盐进行调节过加入不同类型和数量的可溶性无机盐进行调节。无机盐：无机盐：NaClNaCl、CaClCaCl2 2、KClKCl、NaBrNaBr、KBrKBr、CaBrCaBr2 2和和ZnBrZnBr2 2等。等。防腐：防腐：加入适量缓蚀剂。加入适量缓蚀剂。本讲稿第四页，共七十页各类盐水基液所能达到的最大密度各类盐水基液所能达到的最大密度 盐水基液盐水基液21时饱和溶液密度时饱和溶液密度/gcm-3NaCl1.18KCl1.17NaBr1.39CaCl21.40KBr1.20NaCl/CaCl21.32CaBr21.81CaCl2/CaBr21.80 CaCl2/CaBr2/ZnBr22.30本讲稿第五页，共七十页无固相清洁盐水钻井液类型无固相清洁盐水钻井液类型（1 1）NaClNaCl盐水体系盐水体系 （2 2）KClKCl盐水体系盐水体系 （3 3）CaClCaCl2 2盐水体系盐水体系 （4 4）CaClCaCl2 2-CaBr-CaBr2 2混合盐水体系混合盐水体系 （5 5）CaBrCaBr2 2-ZnBr-ZnBr2 2与与CaClCaCl2 2-CaBr-CaBr2 2-ZnBr-ZnBr2 2 混合盐水体系混合盐水体系本讲稿第六页，共七十页（1）NaCl盐水体系盐水体系 特特点点：NaCl的的来来源源最最广广，成成本本最最低低。其其溶溶液液的的最最大大密密度度可可达达1.18 g/cm3左右左右。常用的添加剂：常用的添加剂：HEC（羟乙基纤维素）和（羟乙基纤维素）和XC生物聚合物。生物聚合物。pH值值控控制制剂剂：NaOH或或石石灰灰，若若遇遇到到地地层层中中的的H2S，需需提提高高pH值至值至11.0左右左右。本讲稿第七页，共七十页（2）KCl盐水体系盐水体系 特特点点：由由于于K+对对粘粘土土晶晶格格的的固固定定作作用用，KCl盐盐水水液液被被认认为为是是对对付付水水敏敏性性地地层层最最为为理理想想的的无无固固相相清清洁洁盐盐水水钻钻井井液液体体系系。KClKCl与聚合物的复配使用使该体系对粘土水化的抑制作用更为增强。与聚合物的复配使用使该体系对粘土水化的抑制作用更为增强。常用的添加剂：常用的添加剂：HEC（羟乙基纤维素）和（羟乙基纤维素）和XC生物聚合物。生物聚合物。不不足足之之处处：单单独独使使用用KCl盐盐水水液液配配制制成成本本高高，且且溶溶液液密密度度较较小。小。解解决决办办法法：KCl与与NaCl、CaCl2复复配配，组组成成混混合合盐盐水水体体系系。只只要要KCl浓度保持在浓度保持在37%，其抑制作用就足以得到充分的发挥。，其抑制作用就足以得到充分的发挥。本讲稿第八页，共七十页（3）CaCl2盐水体系盐水体系 特特点点：CaCl2盐盐水水基基液液的的最最大大密密度度可可达达1.39 g/cm3。为为降降低低成成本本，可可与与NaCl配配合合使使用用，所所组组成成的的混混合合盐盐水水的的密密度度范范围围为为1.201.32 g/cm3。常用的添加剂：常用的添加剂：HEC（羟乙基纤维素）和（羟乙基纤维素）和XC生物聚合物。生物聚合物。CaCl2：极极易易吸吸水水的的化化合合物物。有有两两种种，其其纯纯度度分分别别为为9497%（粒状，含水约（粒状，含水约5%）和）和7780%（片状，含水约（片状，含水约20%）。）。本讲稿第九页，共七十页（4）CaCl2-CaBr2混合盐水体系混合盐水体系 特特点点：钻钻井井液液密密度度在在1.41.8 g/cm3范范围围内内。在在相相同同钻钻压压下下，使使用用密密度度为为1.56 g/cm3的的CaCl2-CaBr2-聚聚合合物物清清洁洁盐盐水水液液钻钻Berea砂砂岩岩的的机机械械钻钻速速，是是使使用用密密度度相相同同的的常常规规水水基基和和油油基基钻钻井井液液的的510倍倍（见见图图1），对对砂砂岩岩渗渗透透率的损害程度却比常规水基和油基钻井液小得多。率的损害程度却比常规水基和油基钻井液小得多。添添加加剂剂：由由于于CaCl2-CaBr2混混合合盐盐水水液液本本身身具具有有较较高高的的粘粘度度（可可达达30100 s/qt），因因此此只只需需加加入入较较少少量量的的聚聚合合物物。HEC和和生生物物聚聚合合物物的的一一般般加加量范围均为量范围均为0.290.72 g/L。适宜适宜pH值范围：值范围：7.58.5。注意：注意：当混合液密度接近于当混合液密度接近于1.80 g/cm3时，要防止结晶的析出。时，要防止结晶的析出。本讲稿第十页，共七十页CaCl2-CaBr-CaBr2混合盐水体系机械钻速混合盐水体系机械钻速 本讲稿第十一页，共七十页CaCl2-CaBr2混合盐水体系配制混合盐水体系配制 一般用密度为一般用密度为1.70 g/cm3的的CaBr2溶液作为基液。溶液作为基液。如如果果所所需需密密度度在在1.70 g/cm3以以下下，就就用用密密度度为为1.38g/cm3的的CaCl2溶液加入上述基液内进行调整；溶液加入上述基液内进行调整；如如果果需需将将密密度度增增至至1.70 g/cm3以以上上，则则需需加加入入适适量量的固体的固体CaCl2，然后充分搅拌直至，然后充分搅拌直至CaCl2完全溶解。完全溶解。本讲稿第十二页，共七十页（5）CaBr2-ZnBr2与与CaCl2-CaBr2-ZnBr2混合盐水体系混合盐水体系 两两种种混混合合盐盐水水体体系系的的密密度度均均可可高高达达2.30 g/cm3，专专门门用用于于某某些超深井和异常高压井。些超深井和异常高压井。配配制制时时应应注注意意溶溶质质组组分分之之间间的的相相互互影影响响（如如密密度度、互互溶溶性性、结晶点和腐蚀性等）。结晶点和腐蚀性等）。对对于于CaCl2-CaBr2-ZnBr2体体系系，增增加加CaBr2和和ZnBr2的的浓浓度度可可以以提提高高密密度度，降降低低结结晶晶点点，然然而而成成本本也也相相应应增增加加；而而增增加加CaCl2的的浓浓度度，则则会会降降低低密密度度，使使结结晶晶点点上上升升，配配制制成成本本却相应降低。却相应降低。本讲稿第十三页，共七十页无固相清洁盐水钻井液优缺点无固相清洁盐水钻井液优缺点 优点：优点：可避免因固相颗粒堵塞而造成的油气层损害；可避免因固相颗粒堵塞而造成的油气层损害；可可在在一一定定程程度度上上增增强强钻钻井井液液对对粘粘土土矿矿物物水水化化作作用用的的抑抑制制性性，减减轻水敏性损害；轻水敏性损害；由于无固相存在，机械钻速可显著提高。由于无固相存在，机械钻速可显著提高。缺点：缺点：配制成本高、工艺较复杂，对固控要求严格。配制成本高、工艺较复杂，对固控要求严格。对钻具、套管腐蚀较严重。对钻具、套管腐蚀较严重。易发生漏失等问题。易发生漏失等问题。本讲稿第十四页，共七十页2.水包油钻井液水包油钻井液 实实质质：水水包包油油钻钻井井液液是是将将一一定定量量的的油油（通通常常选选用用柴柴油油）分分散散在在淡淡水水或或不不同同矿矿化化度度的的盐盐水水中中，形形成成的的一一种种以以水水为为连连续续相相、油油为分散相的无固相水包油乳状液为分散相的无固相水包油乳状液。组分：组分：水、油，水相增粘剂、降滤失剂和乳化剂等。水、油，水相增粘剂、降滤失剂和乳化剂等。密密度度调调整整：改改变变油油水水比比和和加加入入不不同同类类型型、不不同同浓浓度度的的可可溶溶性无机盐来调节，最低密度可达性无机盐来调节，最低密度可达0.89 g/cm3。滤滤失失量量和和流流变变性性能能：可可通通过过在在水水相相或或油油相相中中加加入入各各种种与储层相配伍的处理剂来调整。与储层相配伍的处理剂来调整。本讲稿第十五页，共七十页水包油钻井液优缺点水包油钻井液优缺点 特点：特点：特特别别适适用用于于技技术术套套管管下下至至油油气气层层顶顶部部的的低低压压、裂裂缝缝发发育育、易发生漏失的油气层易发生漏失的油气层；是欠平衡钻井中的一种常用钻井液体系。是欠平衡钻井中的一种常用钻井液体系。缺点：缺点：配制成本高；配制成本高；机械钻速低，对固控的要求较高，维护处理也有一定难度机械钻速低，对固控的要求较高，维护处理也有一定难度；不利于环保，影响地质荧光录井。不利于环保，影响地质荧光录井。本讲稿第十六页，共七十页3.无膨润土暂堵型聚合物钻井液无膨润土暂堵型聚合物钻井液 组组成成：由由水水相相、聚聚合合物物和和暂暂堵堵剂剂（Bridging agent）固固相相颗颗粒组成粒组成。密密度度调调整整：依依据据油油气气层层孔孔隙隙压压力力，通通过过加加入入NaCl、CaCl2等等可可溶溶性性盐盐进进行行调调节节，但但也也不不排排除除在在某某些些情情况况下下（地地层层压压力力系系数数较较高高或或易易坍坍塌塌的的油油气气层层）仍仍然然使使用用重重晶晶石等加重材料石等加重材料。滤滤失失量量和和流流变变性性能能：选选用用各各种种与与油油气气层层相相配配伍伍的的聚聚合合物物来来控控制制，常常用用的的聚聚合合物物添添加加剂剂有有高高粘粘CMC、HEC、PHP和和XC生生物物聚聚合合物物等等。暂暂堵堵剂剂也也在在很很大大程程度度上上起起降降滤滤失失的作用。的作用。本讲稿第十七页，共七十页暂堵剂暂堵剂 的作用与分类的作用与分类作作用用：在在一一定定的的正正压压差差作作用用下下，暂暂堵堵剂剂在在近近井井壁壁地地带带形形成成内内泥泥饼饼和和外泥饼，可阻止钻井液中的固相和滤液继续侵入外泥饼，可阻止钻井液中的固相和滤液继续侵入。分类：分类：常用的暂堵剂按其不同的溶解性分为以下三类：常用的暂堵剂按其不同的溶解性分为以下三类：酸溶性暂堵剂酸溶性暂堵剂 水溶性暂堵剂水溶性暂堵剂 油溶性暂堵剂油溶性暂堵剂本讲稿第十八页，共七十页酸溶性暂堵剂酸溶性暂堵剂 简简介介：理理想想的的酸酸溶溶性性暂暂堵堵剂剂CaCO3极极易易溶溶于于酸酸，化化学学性性质质稳稳定定，价价格格便便宜宜，颗颗粒粒有有较较宽宽的的粒粒度度范范围围。当当油油井井投投产产时时，可可通通过过酸酸化化而而实实现现解解堵堵，恢恢复复油油气气层层的的原原始始渗渗透透率率。但但不不宜宜在在酸酸敏敏性油气层中使用。性油气层中使用。粒径选择：粒径选择：三分之一架桥规则三分之一架桥规则 一般使用200目的CaCO3颗粒，其平均粒径为60 mm，最大粒径为160 mm。加量：35%。本讲稿第十九页，共七十页水溶性暂堵剂水溶性暂堵剂 简简介介：常常用用的的水水溶溶性性暂暂堵堵剂剂有有细细目目氯氯化化钠钠和和复复合合硼硼酸酸盐盐（NaCaB5O9 8H2O）等等。这这类类暂暂堵堵剂剂可可在在油油井井投投产产时时，用用低低矿矿化化度度水水溶溶解解盐盐粒粒而而解解堵堵。正正是是由由于于投投产产时时储储层层会会与与低低矿矿化化度度的的水接触，故该类暂堵剂不宜在强水敏性的储层中使用。水接触，故该类暂堵剂不宜在强水敏性的储层中使用。粒径选择：粒径选择：三分之一架桥规则三分之一架桥规则 使使用用水水溶溶性性暂暂堵堵剂剂的的钻钻井井液液通通常常称称为为悬悬浮浮盐盐粒粒钻钻井井液液体体系系。它它主主要要由由饱饱和和盐盐水水、聚聚合合物物、固固体体盐盐粒粒和和缓缓蚀蚀剂剂等等组组成成，密密度度范范围为围为1.042.30 g/cm3。本讲稿第二十页，共七十页油溶性暂堵剂油溶性暂堵剂 简简介介：常常用用的的油油溶溶性性暂暂堵堵剂剂为为油油溶溶性性树树脂脂，可可被被产产出出的的原原油油或或凝凝析析油油自自行行溶溶解解而而得得以以清清除除，也也可可通通过过注注入入柴柴油油或或亲亲油油的的表表面活性剂将其溶解而解堵面活性剂将其溶解而解堵。分类与作用：分类与作用：一一类类是是脆脆性性油油溶溶性性树树脂脂，在在钻钻井井液液中中主主要要用用于于架架桥桥颗颗粒粒，如如油油溶性的聚苯乙烯、改性酚醛树脂和二聚松香酸等；溶性的聚苯乙烯、改性酚醛树脂和二聚松香酸等；另另一一类类是是可可塑塑性性油油溶溶性性树树脂脂，其其微微粒粒在在一一定定压压差差作作用用下下可可以以变变形，主要作为充填颗粒。形，主要作为充填颗粒。本讲稿第二十一页，共七十页无膨润土暂堵型聚合物钻井液优缺点无膨润土暂堵型聚合物钻井液优缺点 优点：优点：机械钻速高、保护油气层效果好机械钻速高、保护油气层效果好。缺缺点点：配配制制成成本本高高，使使用用条条件件较较为为苛苛刻刻，特特别别对对固固控控的的要要求很高求很高。适适用用条条件件：只只适适于于在在技技术术套套管管下下至至油油气气层层顶顶部部，并并且且油油气层为单一压力层系的油气井中使用气层为单一压力层系的油气井中使用。本讲稿第二十二页，共七十页4.低膨润土暂堵型聚合物钻井液低膨润土暂堵型聚合物钻井液 特特点点：在在组组成成上上尽尽可可能能减减少少膨膨润润土土的的含含量量，使使之之既既能能使使钻钻井井液液获获得得安安全全钻钻进进所所必必须须的的性性能能，又又能能够够对对油油气气层层不不造造成成较较大大的的损损害害，膨膨润润土土的的含含量量一一般般不不得得超超过过50 g/L。滤滤失失量量和和流流变变性性能能：选选用用各各种种与与油油气气层层相相配配伍伍的的聚聚合物来控制。合物来控制。应应用用情情况况：与与无无膨膨润润土土暂暂堵堵型型聚聚合合物物钻钻井井液液相相比比，在在我国各油田得到广泛应用。我国各油田得到广泛应用。本讲稿第二十三页，共七十页5.改性钻井液改性钻井液 改改性性：将将原原钻钻井井液液从从组组成成和和性性能能上上加加以以适适当当调调整整，以以满满足足保保护护油气层对钻井液的要求油气层对钻井液的要求。调整措施：调整措施：（1）废废弃弃一一部部分分钻钻井井液液后后用用水水稀稀释释，以以降降低低膨膨润润土土和和无无用用固固相相含量。含量。（2）根根据据需需要要调调整整钻钻井井液液配配方方，尽尽可可能能提提高高钻钻井井液液与与油油气气层层岩岩石和流体的配伍性。石和流体的配伍性。（3）选用适合的暂堵剂，并确定其加量。）选用适合的暂堵剂，并确定其加量。（4）降降低低钻钻井井液液的的API和和HTHP滤滤失失量量，改改善善其其流流变变性性和和泥泥饼饼质量。质量。优优点点：应应用用方方便便，对对井井身身结结构构和和钻钻井井工工艺艺无无特特殊殊要要求求，而而且且原原钻井液可得到充分利用，配制成本较低。钻井液可得到充分利用，配制成本较低。应用情况：应用情况：在国内外均得到广泛的应用在国内外均得到广泛的应用。本讲稿第二十四页，共七十页6.屏蔽暂堵钻井液屏蔽暂堵钻井液 基本原理基本原理 利利用用正正压压差差，在在一一个个很很短短的的时时间间内内，使使钻钻井井液液中中起起暂暂堵堵作作用用的的各各种种类类型型和和尺尺寸寸的的固固体体颗颗粒粒进进入入油油气气层层的的孔孔喉喉，在在井井壁壁附附近近形形成成渗渗透透率率接接近近于于零零的的屏屏蔽蔽暂暂堵堵带带（或或称称为为屏屏蔽蔽环环），从从而而可可以以阻阻止止钻钻井井液液以以及及水水泥泥浆浆中中的的固固相和滤液继续侵入油气层。相和滤液继续侵入油气层。由由于于屏屏蔽蔽暂暂堵堵带带的的厚厚度度远远远远小小于于油油气气井井的的射射孔孔深深度度，因此在完井投产时，可通过射孔解堵。因此在完井投产时，可通过射孔解堵。本讲稿第二十五页，共七十页6.屏蔽暂堵钻井液屏蔽暂堵钻井液 技术要点技术要点 用压汞法测出油气层孔喉分布曲线及孔喉的平均直径。用压汞法测出油气层孔喉分布曲线及孔喉的平均直径。按按平平均均孔孔喉喉直直径径的的1/22/3选选择择架架桥桥颗颗粒粒（通通常常用用细细目目CaCO3）的粒径，并使这类颗粒在钻井液中的含量大于的粒径，并使这类颗粒在钻井液中的含量大于3%。选选择择粒粒径径更更小小的的颗颗粒粒（大大约约为为平平均均孔孔喉喉直直径径的的1/4）作作为为充充填填颗颗粒，其加量应大于粒，其加量应大于1.5%。再再加加入入12%可可变变形形的的颗颗粒粒，其其粒粒径径应应与与充充填填颗颗粒粒相相当当，其其软软化化点点应应与与油油气气层层温温度度相相适适应应。这这类类颗颗粒粒通通常常从从磺磺化化沥沥青青、氧氧化化沥青、石蜡、树脂等物质中进行选择。沥青、石蜡、树脂等物质中进行选择。本讲稿第二十六页，共七十页第二节第二节 保护油气层的油基钻井液保护油气层的油基钻井液 特特点点：油油为为连连续续相相，水水为为分分散散相相，其其滤滤液液为为油油，能能有有效效地地防防止止油油气气层层水水敏敏，对对油油气气层层损损害害程程度度低低，此此类类钻钻井井液液最最低低密密度度可可达达到到0.80g/cm3。优优点点：抗抗高高温温、抗抗盐盐钙钙侵侵、有有利利于于井井壁壁稳稳定定、润润滑滑性性好好、保保护护油气层。油气层。缺点：缺点：因因润润湿湿反反转转和和乳乳化化堵堵塞塞引引起起损损害害，同同时时钻钻井井液液中中过过多多的的固固相相颗粒可能侵入储层。颗粒可能侵入储层。配制成本高。配制成本高。不利于环保和地质荧光录井。不利于环保和地质荧光录井。本讲稿第二十七页，共七十页油基钻井液组分对岩石润湿性的影响油基钻井液组分对岩石润湿性的影响 本讲稿第二十八页，共七十页四、气体类钻井液四、气体类钻井液空气空气 雾雾泡沫泡沫充气钻井液充气钻井液 第三节第三节 保保护油气层的气体类钻井流体护油气层的气体类钻井流体 本讲稿第二十九页，共七十页空气空气 特特点点：空空气气钻钻井井流流体体是是由由大大气气中中的的空空气气（有有时时亦亦使使用用天天然然气气）、缓缓蚀蚀剂剂和和干干燥燥剂剂等等组组成成的的一一种种循循环环介介质质。此此种种流流体体密密度度最最低低，可可以以在在负负压压下下钻钻进进，本本身身又又不不含含固固相相和和液液相相，因因而而可可最最大大限限度度地地减减轻对油气层的损害。轻对油气层的损害。优优点点：钻钻速速快快、钻钻时时短短、钻钻井井成成本本较较低低等等特特点点，还还可可有有效效地地防防止止由由于井漏对油气层造成的损害于井漏对油气层造成的损害 缺点：缺点：受到井壁不稳定和地层出水等问题的限制。受到井壁不稳定和地层出水等问题的限制。需在井场配备大排量的空气压缩机等专用设备。需在井场配备大排量的空气压缩机等专用设备。本讲稿第三十页，共七十页雾雾 特特点点：由由空空气气、发发泡泡剂剂、防防腐腐剂剂和和少少量量水水混混合合组组成成的的循循环环流流体体。空空气气作作为为分分散散介介质质，液液体体为为分分散散相相，液液体体中中可加入可加入35%的的KCl和适量聚合物以利于防塌。和适量聚合物以利于防塌。适适用用条条件件：适适用用于于钻钻开开低低压压、易易漏漏失失和和强强水水敏敏性性的的油油气气藏藏。注注入入压压力力不不得得低低于于2.5 MPa，环环空空返返速速应应保保持持在在15 m/s以以上上，其其空空气气需需要要量量应应比比空空气气钻钻井井时时高高15%50%。本讲稿第三十一页，共七十页泡沫泡沫 分类：分类：按其中水量不同可分为干泡沫、湿泡沫和稳定泡沫。按其中水量不同可分为干泡沫、湿泡沫和稳定泡沫。稳稳定定泡泡沫沫：在在地地面面形形成成泡泡沫沫后后再再泵泵入入井井，又又称称作作预预制制稳稳定定泡泡沫沫。其其液液相相（分分散散介介质质）是是发发泡泡剂剂和和水水，气气相相是是空空气气。形形成成稳稳定定泡泡沫沫的的气气液液体体积积比比范范围围为为（7598）/（252），即即含含液液量量2%25%。典典型型配配方方：发发泡泡剂剂（1%），稳稳定定剂剂（0.40.5%），增增粘粘剂剂（0.5%）。）。配配制制方方法法：用用一一台台注注塞塞泵泵将将发发泡泡剂剂等等各各种种添添加加剂剂、水水和和一一定定比比例例的的空空气气同同时时注注入入泡泡沫沫发发生生器器内内，经经过过剧剧烈烈搅搅拌拌，便便形形成成由由细小气泡组成的稳定泡沫，然后经由立管泵入井内。细小气泡组成的稳定泡沫，然后经由立管泵入井内。本讲稿第三十二页，共七十页稳定泡沫钻井的特点稳定泡沫钻井的特点 密密度度0.030.09 g/cm3，流流体体的的静静压压力力只只有有水水的的1/501/20。钻钻井井时时呈呈负负压压状状态态，泡泡沫沫中中液液体体含含量量少少，可可大大大大减减少少滤滤液液和和固固相相进进入储层的机会。入储层的机会。由由于于钻钻进进时时其其环环空空流流速速高高达达30100m/min，又又由由于于泡泡沫沫自自身身具具有有较较高高的的粘粘度度，其其携携屑屑能能力力是是水水的的10倍倍，是是常常规规钻钻井井液液的的45倍倍。这这样样可可保保证证井井内内的的岩岩屑屑颗颗粒粒能能及及时时地地携携出出井井口口，从从而而减减少少了固相颗粒进入储层的机会。了固相颗粒进入储层的机会。与与储储层层有有较较好好的的配配伍伍性性，能能有有效效地地对对付付地地层层水水，并并且且抗抗污污染染能能力力强。强。泡泡沫沫作作为为循循环环流流体体只只能能使使用用一一次次，因因此此所所携携出出的的岩岩屑屑颗颗粒粒不不可可能能重新进入地层。重新进入地层。机械钻速高，泡沫与储层的接触时间短。机械钻速高，泡沫与储层的接触时间短。本讲稿第三十三页，共七十页稳定泡沫的不足稳定泡沫的不足 配制成本较高配制成本较高作作业业时时对对气气液液比比的的要要求求十十分分严严格格，控控制制气气液液比比有有一一定定难难度度废泡沫的排放问题必须加以考虑废泡沫的排放问题必须加以考虑需配置一整套专用设备需配置一整套专用设备本讲稿第三十四页，共七十页充气钻井液充气钻井液 特特点点：将将空空气气注注入入钻钻井井液液内内所所形形成成的的钻钻井井液液体体系系，空空气气是是分分散散相相，钻钻井井液液是是分分散散介介质质。最最低低密密度度一一般般可可达达0.6 g/cm3，钻钻井井液液与空气的混合比一般为与空气的混合比一般为10:1。使使用用要要求求：环环空空流流速速应应保保持持在在110 m/s，地地面面正正常常工工作作压压力力为为3.58MPa。在在经经过过地地面面除除气气器器后后，气气体体从从充充气气钻钻井井液液中中脱脱出，液相再进入泥浆泵继续循环。出，液相再进入泥浆泵继续循环。适适用用范范围围：主主要要适适于于钻钻开开压压力力系系数数为为0.61的的储储层层，并并经经常常在欠平衡压力钻井时使用。在欠平衡压力钻井时使用。本讲稿第三十五页，共七十页充气钻井液密度计算充气钻井液密度计算 油层的密度附加值1.53.5 MPa或0.050.10 g/cm3；气层的密度附加值3.05.0 MPa或0.070.15 g/cm3。本讲稿第三十六页，共七十页充气钻井液技术关键充气钻井液技术关键 充充气气钻钻井井液液的的基基液液应应具具有有较较好好的的质质量量。基基液液的的粘粘度度、切切力力切切勿勿过过高高，以以利利于于充充气气和和脱脱气气，能能够够抗抗水水泥泥、钻钻屑屑污污染染，并并具具有有较较强强的抑制泥页岩水化膨胀与分散的能力。的抑制泥页岩水化膨胀与分散的能力。要要从从装装备备上上做做好好充充分分准准备备，如如配配齐齐混混气气器器、携携砂砂液液混混气气器器（先先期期防砂井使用）、计量仪表和除气器等。防砂井使用）、计量仪表和除气器等。充充气气后后气气泡泡应应均均匀匀稳稳定定，气气液液不不分分层层，以以确确保保其其基基液液的的反反复复泵泵送送，满足钻井工艺的要求。满足钻井工艺的要求。应应具具有有良良好好的的流流变变性性能能，确确保保在在漏漏斗斗粘粘度度较较低低的的情情况况下下有有较较强强的的携携屑屑能能力力。应应注注意意充充气气钻钻井井液液属属于于塑塑性性流流体体，其其塑塑性性粘粘度度和和动动切力均随气液比增加而有所增加。切力均随气液比增加而有所增加。本讲稿第三十七页，共七十页充气钻井液的优点充气钻井液的优点 密密度度可可低低至至0.7g/cm3，完完全全能能满满足足低低压压油油气气层层钻钻井井和和修修井井作作业业的需要。的需要。具具有有良良好好的的携携带带岩岩屑屑能能力力，返返出出岩岩屑屑的的最最大大直直径径为为23mm，且且井径规则，电测顺利。井径规则，电测顺利。机械钻速快，达机械钻速快，达29.9 m/h，是邻井的，是邻井的2.04.3倍。倍。保保护护油油层层的的效效果果显显著著，平平均均单单井井原原油油日日产产量量是是用用常常规规钻钻井井液液钻钻成的先期防砂井平均单井原油日产量的成的先期防砂井平均单井原油日产量的1.39倍。倍。使用充气钻井液的成本较低，仅为泡沫钻井液成本的四分之一。使用充气钻井液的成本较低，仅为泡沫钻井液成本的四分之一。本讲稿第三十八页，共七十页充气钻井液举例充气钻井液举例 辽辽河河油油田田为为了了满满足足在在高高升升地地区区低低压压稠稠油油油油藏藏进进行行先先期期防防砂砂井井近近平平衡衡压压力力钻钻井井施施工工的的需需要要，研研制制出出一一种种充充气气钻钻井井液液体体系系，其其基基液液的的主主要要处处理理剂剂类类型型和和加加量量如下：如下：增粘降滤失剂增粘降滤失剂高粘高粘CMC，加量，加量0.81.0%；粘土稳定剂粘土稳定剂羟基铝，加量羟基铝，加量0.51.0%；暂暂堵堵剂剂SAS（磺磺化化沥沥青青），加加量量0.51.0%。本讲稿第三十九页，共七十页新型双保（新型双保（油油保保、环保）钻井液体系、环保）钻井液体系甘油聚合物钻井液甘油聚合物钻井液 甲基葡萄糖甙钻井液甲基葡萄糖甙钻井液 丙丙烯烯酰酰胺胺类类共共聚聚物物聚聚丙丙烯烯乙乙二二醇醇体体系系（COP-PPG）新型新型DAP聚合物钻井液聚合物钻井液 聚合醇钻井液聚合醇钻井液甲酸盐钻井液甲酸盐钻井液硅酸盐钻井液硅酸盐钻井液 合成基钻井液合成基钻井液 第四节第四节 新型双保（新型双保（油油保保、环保）钻井液体系、环保）钻井液体系 本讲稿第四十页，共七十页1.甘油聚合物钻井液甘油聚合物钻井液 特点特点甘甘油油是是一一种种对对环环境境无无害害的的化化学学品品，具具有有超超过过最最低低要要求求的的LC50值，对环境无污染值，对环境无污染。甘甘油油钻钻井井液液含含有有大大量量多多羟羟基基醇醇，具具有有强强吸吸水水性性，从从而而抑抑制制了了水水化化物物的的形形成成，降降低低了了页页岩岩中中粘粘土土的的吸吸水水趋趋势势。能能有效地抑制泥页岩水化膨胀，稳定井壁。有效地抑制泥页岩水化膨胀，稳定井壁。甘甘油油钻钻井井液液润润滑滑性性好好，能能有有效效地地防防止止卡卡钻钻、提提高高机机械械钻钻速。速。保护储层、提高采收率。保护储层、提高采收率。钻井液易于维护、损耗少。钻井液易于维护、损耗少。本讲稿第四十一页，共七十页2.甲基葡萄糖甙钻井液甲基葡萄糖甙钻井液 特特 点点MEG甲甲基基葡葡萄萄糖糖甙甙（Methylglucoside）是是葡葡萄萄糖糖的的衍衍生生物物，无无毒毒性性且且易易于于生生物物降降解解，糠糠虾虾半半致致死死浓浓度度96hLC50大于大于500000mg/L。MEG钻井液体系配方简单、配制和维护容易。钻井液体系配方简单、配制和维护容易。具有强的页岩抑制性能、优异的润滑性能。具有强的页岩抑制性能、优异的润滑性能。良好的储层保护特性和体系稳定性良好的储层保护特性和体系稳定性。MEG钻钻井井液液的的页页岩岩抑抑制制性性虽虽不不如如油油基基钻钻井井液液，但但比比KCl钻井液和甘油钻井液要好钻井液和甘油钻井液要好。本讲稿第四十二页，共七十页3.丙烯酰胺类共聚物丙烯酰胺类共聚物聚丙烯乙二醇体系聚丙烯乙二醇体系 特特 点点以以丙丙烯烯酰酰胺胺2-丙丙烯烯酰酰胺胺与与2-甲甲基基丙丙烯烯磺磺酸酸共共聚聚物物和和一一种种高高分分子子量量、不不溶溶于于水水的的聚聚丙丙烯烯乙乙二二醇醇为为基基础础，并并加加入入表表面面活活性性剂剂来提高乳化程度。来提高乳化程度。聚丙烯乙二醇组分的体积浓度可以依据钻井需要从聚丙烯乙二醇组分的体积浓度可以依据钻井需要从1%变至变至5%。在在淡淡水水体体系系中中如如需需要要可可以以使使用用降降粘粘剂剂，如如聚聚丙丙烯烯酸酸酯酯；在在海海水水和和较较高高密密度度（大大于于1.67g/cm3）体体系系中中，可可以以使使用用无无铬铬木木质质素素磺磺酸盐和磺化苯乙烯马来酸酐（酸盐和磺化苯乙烯马来酸酐（SSMA）。钻钻井井液液体体系系毒毒性性小小，在在聚聚丙丙烯烯乙乙二二醇醇体体积积浓浓度度为为5%时时，其其96hLC50值为值为510000mg/L。本讲稿第四十三页，共七十页4.新型新型DAP聚合物钻井液聚合物钻井液 特特 点点磷磷 酸酸 氢氢 二二 铵铵(NH4)2HPO4 DAP（Diammonium Phosphate），可可以以提提供供铵铵离离子子，作作为为该该体体系系中中的的页页岩岩稳稳定定剂剂；聚聚阴阴离离子子纤纤维维素素PAC作作为为降降滤滤失失剂剂，部部分分水解聚丙烯酰胺水解聚丙烯酰胺PHP作为页岩稳定剂、增粘剂。作为页岩稳定剂、增粘剂。DAP是是肥肥料料中中的的普普通通组组分分，该该钻钻井井液液可可被被处处理理、用用作作肥料肥料。可可望望代代替替KCl聚聚合合物物钻钻井井液液、油油包包水水乳乳化化钻钻井井液液而而得得到广泛的应用到广泛的应用。本讲稿第四十四页，共七十页5.聚合醇钻井液聚合醇钻井液 特特 点点聚聚合合醇醇是是一一类类非非离离子子型型的的低低分分子子量量聚聚合合物物。它它既既具具有有一一般般聚聚合合物物的的特特性性，又又具具有有非非离离子子表表面面活活性性剂剂的的某某些些特特性性。其其结结构构通通式式为为(HOCH2CH2OH)n。主要产品有聚乙烯乙二醇、聚丙烯乙二醇和聚甘油等主要产品有聚乙烯乙二醇、聚丙烯乙二醇和聚甘油等。在在常常温温下下易易溶溶于于水水，但但当当升升至至一一定定温温度度时时，会会出出现现相相分分离离现现象象而形成乳状液。而形成乳状液。当当聚聚合合醇醇钻钻井井液液在在井井下下的的温温度度超超过过浊浊点点时时，所所形形成成乳乳状状液液的的乳乳滴滴容容易易吸吸附附在在井井壁壁上上，或或包包被被在在钻钻屑屑表表面面，形形成成一一层层类类似似于于油油的的憎憎水水膜膜，从从而而可可提提高高钻钻井井液液的的抑抑制制、防防塌塌和和润润滑滑性性能能。当当钻钻井井液液返返回回地地面面时时，又又因因温温度度降降至至浊浊点点以以下下，聚聚合合醇醇重重新新恢恢复复其其水溶性。水溶性。本讲稿第四十五页，共七十页聚合醇的作用聚合醇的作用 能增强钻井液的抗温性、抑制性和润滑性。能增强钻井液的抗温性、抑制性和润滑性。与与常常用用聚聚合合物物钻钻井井液液具具有有很很好好的的配配伍伍性性，并并且且在在聚聚合合物钻井液中，具有一定的降粘和降滤失作用。物钻井液中，具有一定的降粘和降滤失作用。有利于保护油气层。有利于保护油气层。聚合醇毒性低，可生物降解，能满足环保要求。聚合醇毒性低，可生物降解，能满足环保要求。聚合醇的荧光度很低，有利于识别和发现油气层。聚合醇的荧光度很低，有利于识别和发现油气层。本讲稿第四十六页，共七十页聚合醇钻井液的两种典型配方聚合醇钻井液的两种典型配方 33.5%膨膨润润土土浆浆+0.10.4%聚聚合合物物包包被被剂剂+0.5 1%改性淀粉（或改性淀粉（或NH4-HPAN）+25%聚合醇；聚合醇；膨膨润润土土海海水水浆浆+0.25%低低粘粘聚聚阴阴离离子子纤纤维维素素+0.2%高高粘粘聚聚阴阴离离子子纤纤维维素素+0.2%80A-51+0.9%NH4-HPAN+3%聚合醇聚合醇+2%WLD。本讲稿第四十七页，共七十页6.甲酸盐钻井液甲酸盐钻井液 简简 介介将将甲甲酸酸（HCOOH）与与NaOH或或KOH在在高高温温高高压压条条件件下下进进行行反反应应，可可生生成成甲甲酸酸钠钠、甲甲酸酸钾钾等等盐盐类类。利利用用这这些些甲甲酸酸盐盐配配制制而而成成的的水水基基钻井液称为甲酸盐钻井液。钻井液称为甲酸盐钻井液。用用XC生生物物聚聚合合物物、淀淀粉粉以以及及其其它它聚聚合合物物处处理理剂剂与与甲甲酸酸盐盐配配合合控控制制滤滤失失性性和和流流变变性性。根根据据具具体体情情况况选选用用一一些些稀稀释释剂剂、pH缓缓冲冲剂剂、H2S或二价金属离子清除剂以及暂堵剂等。或二价金属离子清除剂以及暂堵剂等。最最好好不不用用固固体体加加重重材材料料。当当所所要要求求密密度度超超过过1.60 g/cm3时时，一一般般可可使用使用CaCO3、FeCO3和和Fe2O3等酸溶性加重材料。等酸溶性加重材料。不不仅仅能能用用于于常常规规钻钻井井，而而且且已已在在小小井井眼眼钻钻井井、侧侧钻钻水水平平井井钻钻井井和和连续软管钻井等新技术中得到应用，并取得了非常显著的效果连续软管钻井等新技术中得到应用，并取得了非常显著的效果。本讲稿第四十八页，共七十页甲酸盐钻井液的优良性能甲酸盐钻井液的优良性能 较较宽宽的的密密度度范范围围：HCOONa和和HCOOK饱饱和和溶溶液液的的密密度度分分别别为为1.34g/cm3和和 1.60g/cm3。如如 需需 更更 高高 密密 度度，还还 可可 使使 用用 甲甲 酸酸 铯铯（HCOOCs）钻井液，其最高密度可达）钻井液，其最高密度可达2.3 g/cm3。由由于于不不需需另另添添加加膨膨润润土土，有有时时甚甚至至可可不不加加固固体体加加重重材材料料，因因此此非非常适于配制成无固相或低固相钻井液与完井液。常适于配制成无固相或低固相钻井液与完井液。水力特性优良，环空压耗小，有利于提高机械钻速。水力特性优良，环空压耗小，有利于提高机械钻速。提高钻井液抗温性。提高钻井液抗温性。本讲稿第四十九页，共七十页甲酸盐钻井液的优良性能甲酸盐钻井液的优良性能 很很强强的的抑抑制制作作用用，与与储储层层岩岩石石和和流流体体配配伍伍性性好好，有有利利于于保护储层。保护储层。抗盐、抗钙、抗固相污染的能力明显优于淡水钻井液。抗盐、抗钙、抗固相污染的能力明显优于淡水钻井液。甲酸盐水溶液对金属的腐蚀性很弱。甲酸盐水溶液对金属的腐蚀性很弱。甲酸盐的毒性极低，并可生物降解。甲酸盐的毒性极低，并可生物降解。本讲稿第五十页，共七十页甲酸盐钻井液典型配方甲酸盐钻井液典型配方 浓度为浓度为23.2%的的HCOONa水溶液水溶液+0.15%XC+0.5%JS-3+5%超细超细CaCO3本讲稿第五十一页，共七十页7.硅酸盐钻井液硅酸盐钻井液 简简 介介组组成成：硅硅酸酸盐盐的的模模数数为为2.843.22，加加量量为为2%5%，采采用用CMC或或改改性性淀淀粉粉、水水解解聚聚丙丙烯烯腈腈、腐腐植植酸酸类类产产品品以以及及适适量量的的降降粘粘剂剂，控制流变性与滤失性能。控制流变性与滤失性能。防防塌塌与与油油保保：用用稀稀硅硅酸酸盐盐-盐盐溶溶液液加加固固潜潜在在不不稳稳定定泥泥页页岩岩地地层层，可可用用破破碎碎剂剂来来破破坏坏硅硅酸酸盐盐在在储储层层所所形形成成的的封封堵堵层层，恢恢复复储储层层的的渗渗透率。透率。应应用用情情况况：在在北北海海、阿阿拉拉斯斯加加、纽纽芬芬兰兰、墨墨西西哥哥湾湾等等地地区区使使用用。我我国国于于1997年年开开始始研研究究稀稀硅硅酸酸盐盐钻钻井井液液，现现已已在在胜胜利利油油田田十十多多口口井中使用。井中使用。缺缺点点：当当膨膨润润土土含含量量高高时时或或钻钻进进含含较较多多蒙蒙皂皂