钻井液完井液化学5.ppt

1 第一章第一章 钻井液钻井液概论概论 本章要求掌握：本章要求掌握：钻井液、完井液概念钻井液、完井液概念 钻井液、完井液的组成和类型钻井液、完井液的组成和类型 钻井液、完井液的主要作用钻井液、完井液的主要作用 钻井液基本性能参数钻井液基本性能参数 钻井液技术发展简史钻井液技术发展简史 2课程内容包括课程内容包括三大基础：三大基础：o粘土胶化粘土胶化o流变学流变学o处理剂化学处理剂化学三大体系：三大体系：o水基水基o油基油基o气体类气体类两大工艺：两大工艺：o固控技术固控技术o复杂情况预防及处理复杂情况预防及处理两大技能：两大技能：o钻井液、完井液配制钻井液、完井液配制o钻井液、完井液性能钻井液、完井液性能测试测试3习题：习题：1、9、101.试阐述钻井液在钻井过程中的主要作用。9.密度为1.60g/cm3的盐水钻井液被蒸干后，得到8的柴油和68的蒸馏水。已知钻井液中Cl-含量为92000ml/l，试求该钻井液的固相含量。10.将1ml钻井液用蒸馏水稀释到50ml，然后用0.01M亚甲基蓝标准溶液进行滴定。到达滴定终点时该溶液的消耗量为3.6ml，试求钻井液中膨润土的含量（用g/l表示）。41.试阐述钻井液在钻井过程中的主要作用。控制压力、冷却润滑、传递水功率、破岩清岩、形成泥饼、携带并悬浮钻屑及加重剂、保护油气层。作业讲评（chapter1，No9）已知：fo=8%（0.08），fw=68%（0.6），Cl=92 000 mg/L求：fs解：NaCl质量浓度 查表，NaCl质量分数为14%，Cf=1.054 计算fs，答：该钻井液的固相含量为20%。5610.将1ml钻井液用蒸馏水稀释到50ml，然后用0.01M亚甲基蓝标准溶液进行滴定。到达滴定终点时该溶液的消耗量为3.6ml，试求钻井液中膨润土的含量（用g/l表示）。fc=14.33.6=51.48（g/L）7 第二章第二章、粘土胶体化学基础粘土胶体化学基础 本章要求重点掌握内容：本章要求重点掌握内容：1.几种粘土矿物的晶体构造及其特点。几种粘土矿物的晶体构造及其特点。2.粘土水化机理。粘土水化机理。3.扩散双电层理论和电解质对电动电势的扩散双电层理论和电解质对电动电势的影响。影响。4.胶体体系的基本概念。胶体体系的基本概念。5.聚结稳定性和沉降稳定性概念及其影响聚结稳定性和沉降稳定性概念及其影响因素。因素。8习题习题 2、3、82.常见的粘土矿物有哪些？它们的晶体构造各有何特点？3.什么叫粘土的阳离子交换容量？其大小与水化性能有何关系？与钻井液性能、井壁稳定性又有何关系？8.什么叫电位？其大小与粘土胶体的稳定性有何关系？粘土胶体的电位受哪些因素的影响？常见的粘土矿物有高岭石、伊利石、蒙脱石晶体构造特点：（列表、文字分别陈述均可）矿物名称矿物名称晶型晶型晶层间距晶层间距晶格取代晶格取代补偿离子补偿离子CECCEC高岭石高岭石1:17.2315伊利石伊利石2:19.640O-(Al-Mg)K K70130蒙脱石蒙脱石2:110T-(Si-Al)Na、Ca204092.常见的粘土矿物有哪些？它们的晶体构造各有何特点？103.什么叫粘土的阳离子交换容量？其大小与水化性能有何关系？与钻井液性能、井壁稳定性又有何关系？粘土的阳离子交换容量是指在分散介质pH为7的条件下，粘土所能交换下来的阳离子总量。一般来说，阳离子交换容量大的粘土矿物水化能力强。地层中的粘土矿物如果阳离子交换容量大，易发生水化膨胀，造成井壁不稳定，可能引起井下事故。118.什么叫电位？其大小与粘土胶体的稳定性有何关系？粘土胶体的电位受哪些因素的影响？电位：滑动面到均匀液相的电位降。稳定性的概念，电位越高，聚结稳定性越好影响因素：反离子浓度、反离子价数12第三章第三章 钻井液的流变性钻井液的流变性Chapter 3 The Rheology of Drilling Fluids本章要求重点掌握：本章要求重点掌握：1.几种流型的概念和数学模型。几种流型的概念和数学模型。2.流变参数的胶体化学性质。流变参数的胶体化学性质。3.流变性测量原理和流变参数直读公式。流变性测量原理和流变参数直读公式。4.钻井液流变性与钻井工程的关系。钻井液流变性与钻井工程的关系。5.钻井液流变性能的调节与维护。钻井液流变性能的调节与维护。13习题习题 4、5、8 4.用旋转粘度计测得 600=35，300=23，试计算钻井液的下列流变参数：表观粘度（a）、塑性粘度（p）、动切力（0）、流性指数（n）和稠度系数（K）。5.中原油田文33-38井在深2676m处的钻井液密度为1.32g/cm3，在60时用Baroid286型无级调速旋转粘度计测得下列数据：（1）以剪切速率（s-1）为横坐标，剪切应力（Pa）为纵坐标，绘制该井浆的流变曲线，并判断其流动特性，最接近于何种流变模式。（2）试计算每种剪切速率所对应的井浆表观粘度。（3）已知在该井段，钻井液在环形空间的平均流速为79.3cm/s，钻井时使用 81/2(21.6cm)钻头，5(12.7cm)钻杆，采用试算法确定井浆在环形空间的n、值。（4）试计算该井浆的卡森模式参数和。8.试简要阐述钻井液流变性与钻井作业的关系。转速/rmin-16004003002001008060402063刻度盘读数52.338.832.825.518.516.514.011.510.08.27.514 AV()=600/2 mPa.s 牛顿流体牛顿流体 Newtonian Fluids：=300=600/2mPa.s 宾汉流体宾汉流体 Bingham Fluids：PV(s)=600-300mPa.s YP(0)=0.511(300-s)Pa 假塑性体假塑性体 Power Law Fluids：n=3.322 lg(600/300)K=0.511300/511n Pa.sn 卡森流体卡森流体 Casson Fluids：=1.43 (6001/2-1001/2)2 mPa.s c=0.243 (2.45100 1/2-6001/2)2 Pa 静切力静切力:=0.5113 Pa 158.试简要阐述钻井液流变性与钻井作业的关系。影响影响钻井速度钻井速度；影响环空影响环空携带岩屑携带岩屑能力；能力；影响影响井壁稳定井壁稳定；影响岩屑和加重物质的影响岩屑和加重物质的悬浮悬浮；影响井内压力激动；影响井内压力激动；影响钻进泵压和排量；影响钻进泵压和排量；影响固井质量。影响固井质量。16第四章第四章 钻井液的滤失和润滑性能钻井液的滤失和润滑性能The Filtration Properties and Lubricity of Drilling Fluids 本章要求：本章要求：1.1.掌握三个（瞬、静、动）失水概念。掌握三个（瞬、静、动）失水概念。2.2.了解失水造壁性与钻井工程的关系。了解失水造壁性与钻井工程的关系。3.3.掌握静失水方程及其影响因素。掌握静失水方程及其影响因素。4.4.了解钻井液润滑性参数及测定方法。了解钻井液润滑性参数及测定方法。17本 章 作 业1、4、6、71.写出钻井液的静滤失方程，并注明各符号的意义。4.使用API滤失量测定仪测得1min滤失量为4.5ml，7.5min滤失量为12.6ml，试计算这种钻井液的瞬时滤失量和API滤失量。6.试简述钻井液滤失性与钻井作业的关系。7.评价钻井液润滑性的技术指标是什么？通常用哪些仪器测定该性能？有哪些途径可改善钻井液的润滑性？18Vsp=4.5-(12.6-4.5)/(7.50.5-10.5)*10.5=-0.16(ml)V30=2(V7.5-Vsp)+Vsp=2*(12.6+0.16)-0.16=25.36(ml)4.使用API滤失量测定仪测得1min滤失量为4.5ml，7.5min滤失量为12.6ml，试计算这种钻井液的瞬时滤失量和API滤失量。191.1.失水量过大的危害：失水量过大的危害：导致水敏性泥页岩缩径、垮塌。导致水敏性泥页岩缩径、垮塌。油气层内粘土水化膨胀使产层渗透率下降，从而油气层内粘土水化膨胀使产层渗透率下降，从而损害油气层。损害油气层。2.2.泥饼过厚的危害：泥饼过厚的危害：井径缩小井径缩小 易引起起下钻遇阻、遇卡。易引起起下钻遇阻、遇卡。泥饼粘附卡钻。泥饼粘附卡钻。扭矩增大。扭矩增大。易出现泥包现象。易出现泥包现象。影响固井质量。影响固井质量。6.试简述钻井液滤失性与钻井作业的关系。20page105:泥饼和钻井液的摩摩擦阻阻力系数系数Page112113：四种Page107：影响因素严格控制钻井液粘土含量，搞好固相控制和净化，尽量 用低固相钻井液；加入降滤失剂或其它改进泥饼质量的处理剂，通过改善泥饼质量来改善钻井液的润滑性能；加入有机高分子处理机来改善泥饼质量；正确使用润滑剂。7.评价钻井液润滑性的技术指标是什么？通常用哪些仪器测定该性能？有哪些途径可改善钻井液的润滑性？第五章第五章 钻井液原材料和处理剂钻井液原材料和处理剂本章要求掌握主要内容：本章要求掌握主要内容：1.钻井液处理剂的分类。钻井液处理剂的分类。2.降粘剂、降失水剂、絮凝剂的作用原理。降粘剂、降失水剂、絮凝剂的作用原理。3.常见降粘剂、降失水剂、絮凝剂、加重剂。常见降粘剂、降失水剂、絮凝剂、加重剂。4.降粘剂、降失水剂、絮凝剂的选择方法。降粘剂、降失水剂、絮凝剂的选择方法。21习题习题 1、3、41.我国的钻井液处理剂按其功能是如何分类的？试写出常见的降滤失剂、增粘和降粘剂各三种。3.使用API重晶石粉将180m3密度为1.10g/cm3的钻井液加重至密度为1.25g/cm3。若加重后钻井液总体积仍限制在180m3，试计算：（1）加重前应废弃多少立方米钻井液？（2）需加入多少千克重晶石粉？4.分别以单宁酸钠和CMC为例，阐述降粘剂和降滤失剂的一般作用机理。221.我国的钻井液处理剂按其功能是如何分类的？试写出常见的降滤失剂、增粘和降粘剂各三种。降失水剂降失水剂 Filtration Reducer增粘剂增粘剂 Viscosifier 降粘剂降粘剂 Thinner絮凝剂絮凝剂 Flocculant 加重剂加重剂 Weighting Agent润滑剂润滑剂 Lubricant 堵漏剂堵漏剂 Lost Circulation Material 粘土类粘土类 Clay 页岩抑制剂页岩抑制剂 Shale Inhibitor乳化剂乳化剂 Emulsifier 缓蚀剂缓蚀剂 Corrosion Inhibitor消泡剂消泡剂 Defoamer 解卡解卡 剂剂 Pipe-Freeing Agent杀菌剂杀菌剂 Bactericide 起泡剂起泡剂 Foaming Agent 其它类其它类 Others常见的降滤失剂有CMC、磺甲基褐煤、水解聚丙烯腈常见的增粘剂有HV-CMC、黄原胶、羟乙基纤维素常见的降粘剂有腐植酸钾、硝基腐殖酸钾、单宁酸钠、xy系列233.使用API重晶石粉将180m3密度为1.10g/cm3的钻井液加重至密度为1.25g/cm3。若加重后钻井液总体积仍限制在180m3，试计算：（1）加重前应废弃多少立方米钻井液？（2）需加入多少千克重晶石粉？24第六章第六章 水基钻井液体系水基钻井液体系25水基分散型钻井液要求掌握主要内容：水基分散型钻井液要求掌握主要内容：1.掌握造浆率概念和计算。掌握造浆率概念和计算。2.掌握土量、水量计算公式。掌握土量、水量计算公式。3.掌握盐、钙污染规律。掌握盐、钙污染规律。4.了解钻井液性能调节原则。了解钻井液性能调节原则。水基抑制性钻井液主要掌握：水基抑制性钻井液主要掌握：1.抑制性钻井液的基本特点抑制性钻井液的基本特点 2.石灰钻井液性能指标及维护原理石灰钻井液性能指标及维护原理 3.盐水钻井液性能指标及维护原理盐水钻井液性能指标及维护原理本章习题：本章习题：1、7、8、111.欲配制密度为1.06g/cm3，试计算膨润土和水的用量。7.与分散性钻井液相比较，聚合物钻井液的主要优点是什么？对不分散低固相聚合物钻井液的性能指标有何要求？8.试比较常规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各有何特点？试写出目前国内使用的以上三种聚合物钻井液有代表性的处理剂。11.某泥浆池中的非加加重钻井液漏斗粘度偏高，流动阻力大。按API标准测试其性能，结果如下：密度1.08g/cm3，p=10mPas，0=43.1Pa，pH值=11.5，API滤失量=33ml，泥饼厚度为2.4mm，Cl-1含量200mg/l，膨润土含量=71g/l，井口钻井液温度为49，预测的井底温度为62.8。试根据以上参数，分析钻井液出现明显增稠的原因，并提出对其进行处理的措施。26第六章习题11讲评原题：某泥浆池中的非加重钻井液非加重钻井液漏斗粘度偏高，流动阻力大。按API标准测试其性能，结果如下：密度1.08g/cm3，p=10mPaS，0=43.1Pa，pH值=11.5，API滤失量=33ml，泥饼厚度为2.4mm，Cl-含量200mg/l，膨润土含量=70g/l，井口钻井液温度为49，预测的井底温度为62.8。试根据以上参数，分析钻井液出现明显增稠的原因，并提出对其进行处理的措施。270=35Pa 盐膏、固含、土含FL=33ml 盐膏、固含、泥饼Km=1.08g/cm3 fs=0.21 屑土比3:1第七章第七章 油基钻井液油基钻井液(Oil-Based Drilling Fluid)定义：以油为连续相的钻井液。定义：以油为连续相的钻井液。分类：分类：普通油基钻井液普通油基钻井液 油包水乳化钻井液油包水乳化钻井液 低胶质油包水乳化钻井液低胶质油包水乳化钻井液 低毒油包水乳化钻井液低毒油包水乳化钻井液28习题1、3、6 1.与水基钻井液相比较，使用油基钻井液的优、缺点各有哪些？3除了油相和水之外，油基钻井液中的必要组分还有哪些？它们各起什么作用？6.为配制活度平衡的油包水乳化钻井液，需将适量的CaCl2加至该钻井液的水相中。已测得页岩中水的活度为0.72，试求CaCl2在水中的适宜质量浓度（用kg/m3）表示）。若该钻井液中，则每立方米钻井液中需要加入多少CaCl2？29第八章第八章 固相控制固相控制(solid control)30习题：习题：22.常用的机械固控设备有哪些？每种设备能够消除无用固相的一般范围各是多少？第九章第九章 对付井下复杂情况的对付井下复杂情况的钻井液技术钻井液技术31习题习题 1、7、9321.影响井壁不稳定的因素主要有哪些？Page31332733地质因素地质因素：异常地层压力异常地层压力 构造应力大（地应力大）构造应力大（地应力大）地层倾斜等地层倾斜等工程因素工程因素：泥浆液流冲蚀泥浆液流冲蚀 抽吸作用抽吸作用 钻柱碰撞井壁钻柱碰撞井壁 由于起钻未灌泥浆、井漏、井喷等引起由于起钻未灌泥浆、井漏、井喷等引起化学因素化学因素：水化膨胀压改变井周应力分布水化膨胀压改变井周应力分布 降低岩石强度降低岩石强度 削弱粒间连接，造成剥落掉块削弱粒间连接，造成剥落掉块 使孔隙压力增大使孔隙压力增大7.井漏会造成什么危害？试阐述发生井漏的原因和防止井漏的主要措施。page34834 危害危害损失钻井时间，延长钻井周期损失钻井时间，延长钻井周期损失大量钻井液原材料损失大量钻井液原材料产层漏失会严重损害产层产层漏失会严重损害产层诱发其它井下复杂、事故诱发其它井下复杂、事故干扰钻井液性能的正常维护处理干扰钻井液性能的正常维护处理干扰地质录井工作干扰地质录井工作诱发其他井下复杂情况诱发其他井下复杂情况9.使用一种分散钻井液在某渗透性气层中钻进，已知气层厚度为30.48m（100ft），井眼直径为15.56cm（6.125in），形成的泥饼厚度1.27cm，泥饼摩擦系数为0.10。井内压力比地层压力大13.8MPa。如果直径为12.1cm的（4.75in）的钻铤在整个渗透性气层发生了压差卡钻，试问需要多大的力才能使钻铤解卡？(260吨）的的几何计算：35F=R L(P液柱液柱-P地层地层)R-钻柱半径钻柱半径 -包角包角 L-粘附长度粘附长度 -泥饼摩擦系数泥饼摩擦系数 F-上提力上提力单位及换算单位及换算 R-cm（0.01m）-弧度弧度 L-m -（0）F-103kg P-MPa（106N/m2)