钻井液基础学习.pptx
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1、1 前前 言言第1页/共80页2钻井液定义 钻井液,通常是指在油气田开发钻井过程中具有多种功能,同时能满足钻井工作需要的各种循环流体的总称。一般地,钻井液又被称之为钻井泥浆或简称泥浆。因此,泥浆又被人们普遍称为石油钻井工程的“血液”,它在安全、优质、快速钻井中起着关键性作用。前前 言言第2页/共80页3钻井液的主要作用:携带和悬浮岩屑冷却和清洗钻头,清扫井底岩屑减少钻柱和井壁间的摩擦维护未下套管井段的稳定性平衡地层压力,防止各种流体-油、气、水从所钻的渗透性岩层流入井内稳定井壁传递水动力帮助收集与解释从钻屑,岩心与电测所得到的信息前前 言言第3页/共80页4对钻井液的限制钻井液既不能伤害钻井人
2、员也不能损害或污染环境对所钻井眼,不需要特殊或昂贵的完井方法不能干扰生产层的生产能力不能腐蚀或引起钻井设备的严重磨损前前 言言第4页/共80页5 钻井液性能概述第5页/共80页6u钻井液比重MWMW(Mud Weight)Mud Weight)或SG(specific gravity SG(specific gravity):通过泥浆液柱对井壁和井底产生压力,以平衡地层的油气水压力及岩石的侧压力,防止井喷、地层流体侵入及保护井壁。另外泥浆密度对岩屑产生浮力,增大泥浆密度可以提高泥浆携带岩屑的能力。比重秤的正常误差为0.01g/cm0.01g/cm3 3u静比重、当量循环比重和环空比重 当量循环
3、比重:考虑了由于泥浆流动而增加的附加压耗 环空比重:在当量循环比重基础上考虑了由于井筒内岩屑产生的附加压耗钻井液性能概述第6页/共80页7钻井液比重的控制:比重过高:增大正向压差,对储层污染加重;液柱压力增大,增大井底岩石可钻强度并引起井底岩石的重复切削比重过低:井壁不稳定,油气层压力无法控制确定泥浆比重的原则:根据地质资料确定,在正常情况下尽可能使用低比重 钻开油气层尽可能近平衡钻进,既要保护油气层又要防喷,做到“压而不死,活而不喷”;近平衡钻进要在起钻时考虑可能存在的“抽吸作用”,增加附加比重 钻穿高压盐水层时为了防止盐水的污染,应提高密度采取“坚决压死”的措施 对易缩径和易剥落掉块的地层
4、,应适当提高泥浆的密度钻井液性能概述第7页/共80页8钻井液性能泥浆流变性泥浆粘度:泥浆流动时泥浆的固体颗粒之间,固体颗粒与液体分子之间,以及液体分子之间内摩擦的总反映。漏斗粘度(FV)FV):一定程度上可做为表观粘度的量度,除受内摩擦影响外还受泥浆结构的影响,结构强的泥浆不能正确表示泥浆性能。测量简便,现场做为和比重同样最常测量的指标,直接反映钻井作业期间各个阶段粘度变化趋势。表观粘度(AV)AV):消除了FVFV中泥浆结构的影响。塑性粘度(PV)PV):指泥浆做层流流动时网价结构的拆散与恢复达动平衡时泥浆中悬浮体微粒间的摩擦力与液体粘度引起的流动阻力。与泥浆中固相含量、固体颗粒分散度及液相
5、粘度有关。钻井液性能概述第8页/共80页9泥浆切力:泥浆粘土颗粒边边,边面联结成絮凝网状结构及连续空间网架结构,泥浆要流动,必须破坏这种网架结构。切力就是这种网架结构的反映,结构越强,切力越大。反映切力的参数:静切力:泥浆静止状态下形成的结构强度。触变性:泥浆静止时切力随时间的延长而增大,网架结构增强,经搅拌后其结构破坏,又能恢复其流动性,这种性质叫触变性。GEL(10GEL(10/10):/10):初切力和终切力的差值表征了触变性的大小,有必要时测量3030切力,尽可能避免增长型切力动切力(YPYP):即屈服值,反映泥浆在层流流动时,粘土颗粒及高聚物分子间的相互作用力,即代表泥浆流动时形成结
6、构的能力。与粘土矿物的类型和浓度,电解质,提粘剂及降粘剂等有关。钻井液性能泥浆流变性钻井液性能概述第9页/共80页10泥浆应具有适当的切力和良好的触变性静切力反映了泥浆的悬浮能力,静切力太低时悬浮效果不好,可能造成沉砂过多。静切力太高时,流动阻力大,下钻后开泵困难。优质泥浆应在泥浆停止循环后,静切力能较快的增加到某个数值并保持稳定,既有利于钻屑的悬浮又不知于开泵后泵压过高。屈服值主要反映了泥浆层流状态下的携带能力,当屈服值越大时其携带能力越强,动塑比(YP/PV)YP/PV)1 1时(英制单位),流型成为平板状层流。钻井液成紊流状态时携砂性能最好,此时任何流变参数都几乎不对钻井液携砂能力产生影
7、响。钻井液性能概述钻井液性能泥浆流变性第10页/共80页11第11页/共80页12几个非常重要的流变性参数反映低流速下粘度的参数:3-3-旋转粘度计的3 3转读数6-6-旋转粘度计的6 6转读数LSRV(low shear rate LSRV(low shear rate viscoticy):viscoticy):低剪切速率粘度 钻井液性能概述钻井液性能泥浆流变性第12页/共80页13粘度过高的危害:流动阻力大,泵压高,排量相应降低,井底清洗效果变差,对钻速影响较大。钻头易泥包,起下钻容易引起抽吸和压力激动。沉砂困难,净化不良,对设备磨损大。除气困难固井时水泥浆易窜槽,影响固井质量钻井液性能
8、概述钻井液性能泥浆流变性第13页/共80页14泥浆失水 在泥浆液柱和地层的压差作用下,泥浆中部分水从井壁空隙和裂缝渗透到地层,这种现象叫泥浆失水,失水的同时在井壁上形成滤饼。浅井同时井温较低时,测量APIAPI失水(API FL)API FL)井较深同时井温高时,要增加测量高温高压失水(HTHP FLHTHP FL),测量温度与井下温度保持一致钻井液性能概述-泥浆失水第14页/共80页15失水量过高的危害:地层被长时间浸泡后造成井眼缩径及泥、页岩的剥落、坍塌水分渗入生产层,使油层粘土膨胀,油气层渗透率降低,生产能力下降泥饼质量不好的危害:泥饼厚而松散,摩擦系数高,使钻具与井壁接触面积增大,泥饼
9、粘附卡钻风险大易泥包钻头或堵死钻头水眼起钻时上提力增加妨碍套管下入,影响固井水泥浆与井壁间的胶结电测易遇阻遇卡,影响井壁取样钻井液性能概述-泥浆失水第15页/共80页16泥浆失水的控制:泥浆的失水量不是越小越好石灰岩、白云岩、胶结致密的砂岩受失水量的影响很小优快钻井决定了上部地层的失水量不做严格控制,从而解放钻速储层段必须控制较小的失水量对易吸水膨胀和易坍塌的地层,失水量应严格控制井浅时可放宽,井深时应从严裸眼时间短可放宽,裸眼时间长应从严钻井液性能概述-泥浆失水第16页/共80页17钻井过程中钻井液的滤失和造壁作用静失水动失水钻井液性能概述-泥浆失水第17页/共80页18钻井液滤失与钻井的关
10、系 钻井要求钻井液具有低失水量和薄而致密的泥饼,在失水和泥饼质量这两个因素中,泥饼质量是主要的。失水量高且泥饼厚而松散对钻井是不利的:损害油气层;井壁垮塌;井径不规则;起下钻遇阻;高渗透性地层形成较厚泥饼,造成压差卡钻等。应根据地层特点,适当控制滤失量。钻井液性能概述-泥浆失水第18页/共80页19钻井液滤失性的调整方法1)用膨润土2)加入适量纯碱、烧碱或有机分散剂(如煤碱液等),提高粘土颗粒的电位3)加入适当聚合物以保护粘土颗粒,阻止它们聚结,从而有利于提高分散度4)4)加入一些极细的胶体粒子。5)通过优质封堵材料高效封堵含砂量越小越好。钻井液性能概述-泥浆失水第19页/共80页20泥饼质量
11、的控制:泥浆中固相的种类与分布及粘土的水化分散程度决定了泥饼的质量,优质土及泥饼改善材料(PF-TEX,PF-GRA)(PF-TEX,PF-GRA)的加入均能较好的改善泥饼的质量泥饼质量的评价:外观:薄、韧性强性能评价:采用测量渗透失水的办法,即使用该泥饼用清水做APIAPI失水量或HTHPHTHP失水量,来判断泥饼的封堵能力任何情况下我们都是希望获得质量更好的泥饼的钻井液性能概述-泥浆失水第20页/共80页21泥浆含砂量:泥浆中不能通过200目筛(0.074毫米)的砂子体积占泥浆体积的百分数含砂量和钻井间的关系:通常应控制泥浆含砂量在0.5%以下,否则有以下危害:泥浆比重升高,降低钻井速度泥
12、饼摩擦系数增大,易造成泥饼粘附卡钻泥饼含砂量增高,使泥饼渗透性增强,造成失水增大泥饼厚而松散,使电测遇阻遇卡,固井质量不好钻头、钻具和机械设备磨损严重钻井液性能概述-含砂量第21页/共80页22含砂量的控制:机械除砂:最重要的手段,使用高频振动筛、除砂器、除泥器、清洁器、离心机来清除,最主要的是旋流分离设备化学絮凝:加入高分子聚合物(如PF-PLUSPF-PLUS)进行化学絮凝,配合机械除砂,絮凝物也是主要靠固控设备分离的自然沉降:控制较低的粘、切,利用沉砂池自然沉降钻井液性能概述-含砂量第22页/共80页23PH值的控制:泥浆中的粘土颗粒在碱性介质中,阳离子交换容量较大,故较稳定。部分有机处
13、理剂在碱性环境中形成钠盐后才能更好的发挥作用PH值过低使有机处理剂容易在高温下发酵变质PH值过高时(通常10时),OH-在粘土表面吸附会造成粘土的水化和膨胀,不利于防塌,也不利于油层保护常规的水基泥浆PH通常控制在89为宜钻井液性能概述-PH值第23页/共80页24泥浆中的固相:有用固相:泥浆中必须使用的固相,如膨润土粉、化学处理剂、加重剂等有害固相:有用固相以外的固体,如钻屑、劣质粘土、砂粒等泥浆中小于1微米的胶体颗粒比大于1微米的粗颗粒对钻速的影响大12倍,所以使用不分散体系的钻速比使用分散体系快的多钻井液性能概述-固相含量第24页/共80页25有害固相的危害:降低机械钻速,影响钻头寿命影
14、响泥饼质量,降低原油的渗透率和原油的生产能力泥浆的粘、切高,流动性不好,泥浆性能不稳定,易发生污染,需频繁处理钻井液性能概述-固相含量第25页/共80页26有害固相的清除:自然沉降法:利用钻屑、砂子自重下沉的方法清除稀释法:用新配制的稀胶液直接替换掉部分高固相井浆,泥浆性能变化大,成本增加化学絮凝法:加入高分子化学絮凝剂,使钻屑和劣质粘土不水化分散,并絮凝为成较大的颗粒而沉降机械设备清除法:振动筛:清除74微米以上的固相颗粒除砂器:清除40微米以上的固相颗粒除泥器:清除10微米以上的固相颗粒离心机:可清除2-5微米的固相颗粒钻井液性能概述-固相含量第26页/共80页27水分析:Cl-Cl-含量
15、:可估算出大致的钻井液矿化度和K+K+含量,同时也是盐侵的判断参数K K含量:含KClKCl或其他钾盐时测量,做为补充钾盐的依据Ca2+Ca2+含量:反映泥浆硬度参数之一,同时也是水泥侵和石膏侵的判断参数Pf:Pf:滤液的酚酞碱度,可较PHPH值更加具体的分析滤液的酸碱度Mf:Mf:滤液的甲基橙碱度,可较PHPH值更加具体的分析滤液的酸碱度Pf/MfPf/Mf:可辅助判断HCO3HCO3-或CO3CO32-2-的侵污钻井液性能概述-其他性能参数泥浆分析:MBT(亚甲基篮交换容量):反映泥浆中含分散粘土成分的多少,转化泥浆前也可做置换泥浆量的参考依据。Pm:泥浆的酚酞碱度,可较PH值更加具体的分
16、析泥浆的酸碱度第27页/共80页28 固相控制第28页/共80页29活性固相和非活性固相有用固相和有害固相高密度固相和低密度固相:LGS-LGS-低比重固相含量 无用固相及非加重泥浆材料引起的固相HGS-HGS-高比重固相含量 加重材料引起的固相可溶盐类固相控制第29页/共80页30粘度密度流变性能滤失性能造壁性能抗温能力抗污染能力滤液性质泥浆方面:工程方面:油气层损害钻速下降钻头泥包起下钻遇阻卡粘附卡钻压力激动钻具磨损固相控制的意义第30页/共80页31固相成分的分析固相成分的分析粘土类:粒度小于2 2微米泥渣类:粒度为2-742-74微米砂类:粒度大于7474微米 钻井液中过大的(大于20
17、002000微米)和特小的(小于2 2微米)颗粒都不多。大于7474微米的颗粒仅占3.725.9%3.725.9%。也就是说即使是用200200目的振动筛也只能筛除整个固相含量的1/41/4,其余都是小于7474微米的颗粒。第31页/共80页32固相成分的分析固相成分的分析分类粒度大小,微米重量百分比 筛目2000(粗砂)0.82 10目砂2502000(中粗)0.48.7 60目74250(中细)2.515.2 200目 分类粒度大小,微米重量百分比筛目泥4474(细)11.019.8325目244(超细)56.070.0粘土9.5PH9.5时为溶液,PHPH值9.59.5时为凝胶钻井液材料
18、简介钻井液材料简介第43页/共80页44甲酸盐材料:PF-CONa:PF-CONa:甲酸钠,可配制最大比重1.381.38的无固相溶液高比重无固相钻、完井液的加重本身也是优异的完井液材料在钻井液中增加聚合物材料的抗温能力具有很强的页岩稳定性PF-COKPF-COK:具有甲酸钠材料所具有的所有优点最大比重可配制到1.601.60对泥岩的抑制性和页岩的稳定性较甲酸钠更强钻井液材料简介钻井液材料简介第44页/共80页45降滤失剂 PF-FLO CATPF-FLO CAT组分:阳离子改性淀粉,通过对淀粉改性(预胶化、羧甲基化、羟乙基化),引入强亲水性的亲水基团形成的降滤失材料用途:可应用于淡水、海水泥
19、浆中做为降滤失剂不会对泥浆的电性产生影响在PRDPRD钻开液中辅助提供钻开液粘度(LRSV)LRSV)钻井液材料简介钻井液材料简介第45页/共80页46提粘剂:PF-XC HPF-XC H高效生物聚合物,用黄胞胶(xanthomonas compestris polymer)xanthomonas compestris polymer)材料制成很好的提高钻井液的屈服值及动塑比具有良好的剪切稀释性能提粘剂:PF-HECPF-HEC羟乙基纤维素材料能100100被酸和酶分解,主要做完井液的增粘剂钻井液材料简介钻井液材料简介第46页/共80页47沥青类材料:PF-TEX-3:PF-TEX-3:乳化沥
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