水平井钻井过程中钻井液污染油层特点及保护对策(完整版)实用资料.doc

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1、水平井钻井过程中钻井液污染油层特点及保护对策（完整版）实用资料(可以直接使用，可编辑 完整版实用资料，欢迎下载）第18卷第4期1996年11月西南石油学院学报Journal of Southwest Petroleum Institute Vol. 18No. 4Nov 1996水平井钻井过程中钻井液污染油层特点及保护对策李健杨柳张健(石油工程系摘要本文阐述了水平井钻井过程中油层损害的特点,法, 并提出了用于水平井钻井的钻井液选择原则。主题词水平井; 油层损害; 钻井液中图法分类号TE 258, 。然而, 由于水平井中以较长井段, , , 因此, 减少水平井钻, 而且愈来愈受到重视。1水平井钻

2、井过程中油层损害的特点水平井钻井过程中, 钻井液中固相和液相侵入油层仍是造成油层损害的主要原因。同直井相比, 水平井中钻井液造成污染的程度要更为严重, 污染带的位置也略有不同。这主要是由水平井钻井特点决定的:(1 水平井钻井中, 由于水平段在油层段钻井时间较直井要长得多。这样钻井过程当中油层同钻井液接触的时间长, 造成污染的机会随之增加。(2 水平井完井通常大都不采用射孔完井, 这样无法采用直井中利用射孔穿透污染带减少污染的方法, 增加了消除损害的难度。(3 水平井中每单位长度的产油段的压力降比直井产油段压力降低, 因而生产中反排清除固相侵入造成孔喉或裂缝堵塞的能力下降。(4 水平井中油层损害

3、带的位置也同直井存在显著差异。如图1、2所示。 图1直井钻井中钻井液对油层图2水平井钻井中钻井液对油层损害的污染带示意图损害的污染带示意图在水平井钻井过程中, 钻井液在油层形成的污染带较直井要深, 且水平段端部污染更严19960423收稿致, 而且钻井液滤液还应同地层流体(矿化水、地层原油 相配伍。(3 钻井液形成的泥饼还应容易反排清除掉和使用酸液或溶剂溶解掉。一般要求启动恢复反排的门限压力, 不应高于510psi , 即要求暂堵材料要能够非常容易反排解除。同时渗透率恢复值在80%以上。(4 钻井液体系组成简单、稳定, 而且经济、易操作。此外, 钻井液类型及其性能的选择还应考虑根据采取的完井方

4、法来确定。下面是Baker Haghes 公司国外水平井钻井中的完井液采用的MMH/微细碳酸钙(钻井液A 、微细碳酸钙/聚合物(钻井液B 及微细盐粒/聚合物(钻井液C 等清洁体系大致组成和性能如表1。表1典型钻井液组成和性能成分钻井液A 钻井液B 钻井液C 基浆:bb1增粘剂/bb1MMH , lb/ , 纯碱,1b/bb1NaOH ,1b/bb1细大理石或云石颗粒, 1b/bb1KCl (%重量 密度,ppg塑性粘度,mPa. s屈服值,1b/100sq. ft静切力,1b/100sq. ftPHAPI 失水,CC/30min 984. 51. 0250. 50. 714310. 52951

5、445910694 5029. 31921568. 44. 8饱和盐水7462105132481491. 8其中使用的聚合物大都为可降解的聚合物。这种完井液保护油层的基本思路是在钻井液中加入同地层孔隙大小及分布相匹配的微细碳酸钙和盐粒, , (不超过1cm 。而当完井后, 通过聚合物的降解, 降低了封堵层的强度, 利用反排或酸流可使渗透率迅速恢复。4结论和建议(1 由于水平井中水平段同油层接触长, 同钻井液接触时间长, 完井通常采用取裸眼或衬管完井, 而且水平油层段压降低, 使水平井钻井中钻井液造成油层损害潜在趋势和程度较直井大, 而且清除困难。(2 水平井中钻井液损害机理同直井相同, 只是程

6、度上和污染带位置上的差异。(3 保护油层的钻井液选择应是尽可能减少钻井液滤液和固相侵入。(4 钻井液体系建立还需要依据室内岩芯流动试验的实验结果。参考文献1N G GRUBER , K L ADAIR . New Laboratory Procedures For Evaluation of Drilling Induced FormationDamage And Horizontal Well Performance.2D Brant Bennior , F Brent Thomas , Douglas W Benion . Laboratory Coreflood Tests To Eva

7、luate andMinimize Formation Damage In Horizontal Wells.Study of Damage of Cement Slurry to Formation , JSWPI, 1996, 18(4 :1927On the basis of the hole -buttom model ex periment , this paper studies the damage of mud and cement slurry to foemation. The study shows that the damage of mud is more serio

8、us than that of cement slurry. Since the aggressive quantity of cement particles and filtrate is limited by the percolation properties of inner and outer mud cakes and rock core , the damage of cement slurry to formation is therefore decresed. The damage in the area 122cm inside the wellface is resu

9、lted mainly from plugging of grain , while the damage to the formation 2cm away from the wellface is resulted from the precipitates of filtrate of cement slurry. This paper also analyzes the pollution depth , the filtrate composition , the quantity of precipitates , and the separation sequence.K ey

10、w ords :Formation damage ; Pollution zone ; Cement slurry ; Filtration rate ; Filtrate ; Grain ; Settling Guo Xiaoyang (Dept. of Petroleum Engineering , SWPI , Sichuan , 637001Establishment of Mathematical 3D Propagation and , JSWPI, 1996, 18(4 :The fracture propagate in three directions of length ,

11、 width and height. , to the design of hydraulic fracturing and assure successful operation , a for hydraulic fracture three dimensional propagation is presented in the paper. The model takes into account the effect of the heat transfer in the wellbore and fractures durin g fracturing fluid injection

12、 on fracture geometry. On the basis of this , and according to the fracture conductivity needed by each segment of fracture , this paper determines the in -situ area sand concentrations for each se gment and the sand ratio of the corresponding surface injection segments.K ey w ords :Fracturing desig

13、n ; Fracturing fracture ; 3D model ; Flow conductivity ; Fracturing sand Liu Shuzhi (Dept. of Petroleum Engineering , SWPI , Sichuan , 637001Optimum Selection of Full -Size Pulsed Jet Nozzle , JSWPI,1996, 18(4 :3638In order to attain the proper size matching the oscillating cavity of the full -size

14、pulsed jet nozzle , this paper , having made an optimization of the full -size pulsed jet nozzles , obtains the four optimum matching sizes. The power of the optimum full -size pulsed jet nozzle is 1. 5times that of the ordinary ones of the same size. The washing sand brick experiments show that the

15、 above optimum study is reliable.K ey w ords :Bit mozzle ; Hydraulic jetting laboratory testing ; Parameter optimumY ang Xiufu (Dept. of Petroleum Engineering , SWPI , Sichuan , 637001Characteristic of Drilling -Fluid -Polluted Reservoir in HorizontalWell Drilling and the Protective Game , JSWPI, 19

16、96, 18(4 :3942The paper expounds the characteristic of polluted reservoir resulted from horizontal well drilling , introduces the damage evaluating method with flow experiment , and presents the selecting principle of drilling fluid in horisontal well drilling.K ey w ords :Horizontal well ; Formatio

17、n damage ; Drilling fluidLi Jian (Dept. of Petroleum Engineering , SWPI , Sichuan , 637001Study on the Determination of Formation Invasion and Damage Depth重些。同时由于在水平段上K H (水平渗透率 和K V (垂直渗透率 大小不一样, 导致污染带呈不均匀分布。所以, 水平井钻井过程中钻井液对油层污染程度和污染带有其特点。2减小水平井钻井过程中油层污染的室内岩芯流动实验评价方法通过室内实验技术, 正确选择钻井液体系, 将由钻井液侵入油层造成

18、的油层损害减至最小程度。目前国外普遍采用泥浆滤失实验(Mud Leakoff Test 1,2来确定水平井使用的减少污染的钻井液和相应技术措施。其功用在于:a . 直接评价钻井液失水;b . 评价降滤失剂的效果;c . 确定滤液侵入深度;d . 确定钻井液入侵引起的渗透率损害程度 。图3室内岩芯测试装置2. 1主要实验测试装置实验装置及流程, 如图3所示。其中, 烘箱温度可调至与油层温度相同; 岩芯尺寸为3. 81cm (OD 5. 08cm (L , 岩芯放在岩芯夹持器中; A 泵按所需的剪切速率, 恒速将泥浆注入岩芯面上; B 泵以恒压在反方向上运行, 回收流出的泥浆, 并保持所需的过载压

19、力; 回压调节器固定在岩芯顺流另一端面, 在整个试验中维持模拟的油藏孔隙压力。2. 2实验准备(1 岩芯选择通常利用未被污染和经萃取的储层岩芯。若是均质地层, 则直接钻取3. 81cm (OD 岩芯。如是非均质地层, 则用全直径岩芯, 并使用“横向流”头, 使滤液能平行到达岩芯材料的高渗透区(如裂缝、孔、洞等 。(2 流体选择未氧化、未污染的地层原油样品被用于评价油藏。湿润的N 2气体常用于评价气藏。油层产出的水或重新组配的仿地层水用以模拟地层原始水饱和度。(3 润湿性恢复使未经保护的岩芯样品恢复原有润湿性非常必要。具体操作过程是:将经清洁和萃取的岩芯样品抽真空; 用地层水饱和岩芯37天, 以

20、建立平衡; 在地层温度和模拟上覆地层压力作用下, 使用地层原油注入岩芯样品中, 缓慢循环42天。2. 3钻井液流动试验步骤(1 将岩芯置于地层温度下, 围压达到上覆地层压力, 这样有效过载压力可以模拟油层中的有效孔隙压力。(2 以较低注入速度沿1#流动方向注入地层原油, 得到达到束缚水饱和度S wi 下的原油渗透率, 如图4。(3 在与(2 相反的流动方向(2#流动方向 上, 如图5泵入测试的钻井液, 并在规定的过平衡压力下与岩芯进行动态接触, 记录滤失量随时间的变化, 并绘出液体滤失量和速度与时间的动态关系曲线, 实验中过平衡压力的大小由钻井液密度大小与油藏压力大小共同来确定。 图4恢复渗透

21、率试验图5动态滤失实验(4 保持岩芯处于过平衡压力下继续注入泥浆, 直至泥浆滤失停止或达到稳定的滤失速度。(5 再沿流动方向1#, 注入原油, 即反排( , 再次确定1#流动方向的原油渗透率。(7 , 以此图6滤失速率与接触时间关系图7渗透率恢复与流体流量关系从图中可看出, 在相同的接触时间下, 流体B 的滤失量最低, 并且能最快降低其滤失量, 或达到稳定的滤失速度。说明流体B 能迅速在岩芯表面形成致密堵塞, 其滤液侵入岩芯浅。同时在反排时(类似于采油 , 由B 流体造成的渗透率损害又能较快恢复。因此, 同流体A 、C 相比流体B 的组分无论作为减小地层损害的钻井液还是相应的保护油层的技术措施

22、都较为合理。3用于水平井钻井的钻井液体系和选择原则目前国外水平井钻井中普遍采用的钻井液体系有五种:聚合物泥浆; 油基泥浆; 清洁水/盐水泥浆; 混合金属层状氢氧化物泥浆; 泡沫或充气钻井液。其中, 聚合物钻井液和清洁液体系由于其优越的滤失控制和滤饼易用酸或氧化剂清除的特点, 及有极强的防制地层粘土矿物水化膨胀造成地层损害的能力, 而被广泛采用。水平井钻井液和完井液体系选择应着眼于对油层损害程度降低到最小, 选择的原则是:(1 钻井液应具备有效稳定井壁、优良润滑性能、有效悬浮和剪切稀释的能力, 满足水平井钻井过程的要求。(2 能够较快地形成致密的泥饼(尤其是内泥饼 , 控制钻井过程中钻井液内固相

23、和滤液的进一步侵入。这就要求钻井液中固相颗粒尺寸大小应同地层孔隙大小及其分布相一第一章1钻井液：油气钻井过程中以其多种功能满足钻井工作需要的各种循环流体的总称。钻井液又称做钻井泥浆（Drilling Muds），或简称为泥浆(Muds) 2完井液：在油气井完井作业过程中所使用的工作液统称为完井液，这些作业包括钻开油层、下套管、射孔、防砂、试油、增产措施和修井等。因此从广义上讲，从钻开油层到采油及各种增产措施过程中的每一个作业环节，所使用的与产层接触的各种工作液体系统称为完井液。3钻井液的功能: 1携带和悬浮岩屑(这是钻井液首要和最基本的功用)2稳定井壁和平衡地层压力3冷却和润滑钻头、钻具4传递

24、水动力5获取井下信息6。保护油气层4钻井液类型：1.分散钻井液2钙处理钻井液3盐水钻井液4饱和盐水钻井液5聚合物钻井液6钾基聚合物钻井液7油基钻井油8合成基钻井液9气体型钻并流体10保护油气田钻井液。5钻井液的常规性能：密度、漏斗粘度、塑性粘度、动切力、静切力、API滤失量、HTHP滤失量、pH值、碱度、含砂量、固相含量、膨润土含量、滤液中各种离子的质量浓度6钻井液密度的调节方法：加重钻井液密度方法： 加重材料是提高钻井液密度最常用的方法。在加重前，应调整好钻井液的各种性能，特别要严格控制低密度固相的含量。一般情况下，所需钻井液密度越高，加重前钻井液固含及粘度、切力应控制得越低。可溶性无机盐也

25、是提高密度常用方法。如保护油气层清洁盐水钻井液，通过加入NaCl，可将钻井液密度提高至1.20 g/cm3左右。降低钻井液密度方法：为实现平衡压力钻井或欠平衡压力钻井，通常降低密度的方法有以下几种：(1)清除无用固相: 最主要的方法用机械和化学絮凝的方法清除无用固相，降低钻井液的固相含量。(2)加水稀释:但往往会增加处理剂用量和钻井液费用。(3)混油:但有时会影响地质录井和测井解释。(4)充气:钻低压油气层时可选用充气钻井液等。8钻井液的固相含量：钻井液固相含量通常用钻井液中全部固相的体积占钻井液总体积的百分数来表示，固相含量的高低以及这些固相颗粒的类型、尺寸和性质均对钻井时的井下安全、钻井速

26、度及油气层损害程度等有直接的影响。因此，在钻井过程中必须对其进行有效的控制。第二章一、常见的粘土矿物类型：高岭石、蒙脱石、伊利石二、阳离子交换容量：指在分散介质的PH值为7的条件下，粘土所能交换下来的阳离子总量，包括交换性盐基和交换性氢。以100g粘土所能交换下来的阳离子毫摩尔数来表示，符号位CEC。三、影响粘土水化膨胀的因素:(1)因粘土晶体的部位不同，水化膜的厚度也不相同。层面上水化膜厚，端面上薄。(2)粘土矿物不同，水化作用的强弱也不同。蒙脱石、伊利石、高岭石(3)因粘土吸附的交换性阳离子不同，其水化程度有很大差别。 (4)泥浆中可溶性盐类及泥浆处理剂的影响.可溶性盐类，减低z电位.有机

27、处理剂的亲水基团，被粘土吸附后形成较大的水化膜。四、胶粒扩散双电层的形成:由于胶体粒子带电，在其周围必然分布电荷相等的反离子，以保持整个分散体系的电中性。于是在固液界面形成的双电层。 双电层中的反离子，一方面受到固面电荷的吸引，不能远离固面；另方面由于反离子的热运动，又有扩散到液相内部去的能力，这两种相反作用的结果，使得反离子扩散的分布在界面周围，构成扩散双电层。五、电动电位:从滑动面到均匀液相的电位降。特点： 胶粒带电越多，电位越高。 大小取决于吸附层内的静电荷数。影响电位的因素：1. 任何电解质的加入都要影响电位的数值，随着电解质浓度增大电位降低；2.电解质中反离子的价愈高，对电位的影响愈

28、大；3. 如果电解质中反离子被强烈吸附到溶剂化层内，还可能引起电位改变符号（此即再带电现象）第三章一、钻井液流变性：指钻井液流动和变形的特性。二、流型：牛顿流体,塑性流体,假塑性流体,膨胀性流体(非牛顿流型).。三、静切力：一般情况下，钻井液中的粘土颗粒部在不同程度上处在一定的絮凝状态。因此，要使钻井液开始流动，就必须施加一定的剪切应力，破坏絮凝时形成的这种连续网架结构。这个力即静切应力，由于它反映了所形成结构的强弱，因此又将静切应力称为凝胶强度。四、塑性粘度：当剪切速率增至一定程度，结构破坏的速度和恢复的速度保持相等(即达到动态平衡)时，结构拆散的程度将不再随剪切速率增加而发生变化，相应地粘

29、度也不发生变化。该粘度即钻井液的塑性粘度。反映了在层流情况下，钻井液中网架结构的破坏与恢复处于动平衡时，悬浮的固相颗粒之间、固相颗粒与液相之间以及连续液相内部的内摩擦作用的强弱。影响因素: (1)钻井液中的固相含量。这是影响塑性粘度的主要因素。一般情况下，随着钻井液固体颗粒逐渐增多，颗粒的总表面积不断增大，所以颗粒间的内摩擦力也会随之而增加。(2)钻井液中粘土的分散程度。当粘土含量相同时，其分散度愈高，塑性粘度愈大。(3)高分子聚合物处理剂。钻井液中加入高分子聚合物处理剂会提高液相粘度，从而使塑性粘度增大。显然，其浓度愈高，塑性粘度愈高；相对分子质量愈大，塑性钻度愈高。五、表观粘度(AV)：也

30、称有效粘度，是指在一定剪切速率下，剪切力与剪切速率的比值为表观粘度。 六、动切力：是塑性流体流变曲线中的直线段在轴上的截距。它反映了钻井液在层流流动时，粘土颗粒之间及高分子聚合物分子之间的相互作用力的大小，即形成空间网架结构能力的强弱。动切力影响因素：（1）粘土矿物的类型和浓度。常见粘土矿物中，蒙脱石最容易水化膨胀和分散，并形成网架结构。随着钻井液中蒙脱石浓度增加，塑性粘度上升较慢，而动切力上升很快。高岭石和伊利石对动切力的影响相对较小。（2）电解质：在钻井过程中无机电解质的侵入均会引起钻井液絮凝程度增加，从而动切力也增加（3）降粘剂：大多数降粘剂都是吸附在粘土端面，使其带有一定的负电荷，拆散

31、网架结构，从而降低动切力。 七、此式即是塑性流体的流变模式，该式常称为宾汉模式，并将塑性流体称为宾汉塑性流体。=Kn该式为假塑性流体的流变模式，习惯上称为幂律模式,式中的n(流性指数)和是K(稠度系数)是假塑性流体的两个重要流变参数。八、宾汉流变模式参数调整（1）降低塑性粘度：通过合理使用固控设备、加水稀释或化学絮凝等方法，尽量减少固相含量。 （2）提高塑性粘度：应用低造浆粘土配浆，加入加重剂、混油、提高PH值、加入高分子聚合物等 （3）降低动切力：最有效的方法加入降粘剂，若有钙镁离子侵入，可加入沉淀剂，除去钙镁离子。 （4）提高动切力： 可加入预水化膨润土浆，或增大高分聚合物的加量。对于钙处

32、理钻井液或盐水钻井液，可通过适当增加钙钠离子浓度。九、钻井工艺中，常用动切力与塑性粘度的比值（动塑比）表示剪切稀释性的强弱，动塑比越大，剪切稀释性越强。有利于高压喷射钻井，同时低流速时，有利于携岩。由假塑性流体流变模式与流变曲线可以看出，表观粘度随剪切速率的增加而降低，这种现象被称为剪切稀释现象。十、初切力：钻井液在经过充分搅拌后，静止1分钟或10秒钟后测得的静切力为初切力。终切力：钻井液经过充分搅拌后，静止10分钟后测得的静切力为终切力。十一、调节动塑比：(1)选用XC生物聚合物、HEC、PHP和FA367等高分子聚合物作为主处理剂。(2)通过有效地使用固控设备。除去无用固相，降低固体颗粒浓

33、度，以达到降低钻井液塑性粘度、提高动塑比的目的。(3)在保证钻井液性能稳定的情况下、通过适量地加入石灰、石膏、氯化钙和食盐等电解质，以增强体系中固体颗粒形成网架结构的能力第四章一、瞬时滤失:从钻头破碎井底岩石，形成新的自由面的瞬间开始，钻井液开始接触新的自由面，钻井液中的自由水便向岩石孔隙中渗透，直到钻井液中的固相颗粒及高聚物在井壁上开始出现泥饼，这段时间的滤失称为瞬时滤失。动滤失:紧接着瞬时滤失，在井内钻井液循环的情况下滤失继续进行并开始形成泥饼，随着滤失过程的进行，泥饼不断增厚，直至泥饼的增厚速度与泥饼被冲刷的速度相等，即达到动平衡。此后钻井液在循环下继续滤失但泥饼不再增厚。这段时间的滤失

34、量称为动滤失量。静滤失:在起下钻或其它原因停止钻进时，钻井液停止循环，液流的冲刷作用消失，此时压力差为静液往压力和地层压力之差。随着滤失的进行，泥饼逐渐增厚，单位时间的滤失量逐渐减小。在这一阶段，因压力差较小，泥饼较厚，故大多数情况下单位时间内的滤失量比动滤失量小。API滤失量，即在规定的压力差下以通过一定的渗滤断面（通常用滤纸作为渗滤介质）30分钟内的滤失量来衡量，单位为：ml/30min。二、影响钻井液滤失量的因素：滤失时间，压差，滤液的粘度、温度，固相含量和类型，岩层的渗透性，泥饼的渗透性，泥饼的压实性三、对钻井液滤失性能的一般要求(1) 在钻开油气层时，应尽力控制滤失量，以减轻对油气层

35、的损害。一般情况下此时的API滤失量应小于5m1，模拟井底温度的HTHP滤失量应小于15ml。(2)钻遇易坍塌地层时，滤失量需严格控制。API滤失量最好不大于5ml。(3)对一般地层，API滤失量应尽量控制在10m1以内，HTHP滤失量不应超过20 ml。但有时可适当放宽，某些油基钻井液体系正是通过适当放宽滤失量来提高钻速的。(4) 要注意提高滤饼质量，尽可能形成薄、韧、致密及润滑性好的滤饼，以利于固壁和避免压差卡钻。在我国，某些油田要求，钻开储层时API滤失实验测得的滤饼厚度不得超过1mm。(5)加强对钻井液滤失性能的检测。正常钻进时，应每4h测一次常规滤失量。对定向井、丛式井、水平井、深井

36、和复杂井要增测HTHP滤失量和泥饼的润滑性，对其要求也相对高一些。四、获得致密性泥饼的一般方法是：(1)使用膨润土造浆。膨润土是常用的配浆材料，同时也是控制滤失量和建立良好造壁性的基本处理剂。(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、水化程度和分散度。 (3)加入CMC或其它聚合物以保护粘土颗粒，阻止其聚结，从而有利于提高分散度。同时，CMC和其它聚合物沉积在泥饼上亦起堵孔作用，使滤失量降低。 (4)加入一些极细的胶体粒子(如腐植酸钙胶状沉淀)堵塞泥饼孔隙，以使泥饼的渗透性降低，抗剪切能力提高。第五章一、钻井液处理剂的分类方法：1）按其组成分类：钻井液原材料、无机

37、处理剂、有机处理剂和表面活性剂四大类。其中无机处理剂又可分为氯化物、硫酸盐、碱类等。有机处理剂通常可分为天然产品、天然改性产品和有机合成化合物。按其化学组分又可分为下列几类：腐植酸类、纤维素类、本质素类、丹宁酸类、沥青类等。2）按其在钻井液中所起的作用或功能分类：(1)降滤失剂；(2)增粘剂；(3)乳化剂；(4)页岩抑制剂；(5)堵漏剂；(6)降粘剂；(7)缓蚀剂；(8)粘土类；(9)润滑剂；(10)加重剂；(11)杀菌剂；(12)消泡剂；(13)泡沫剂；(14)絮凝剂；(15)解卡剂；(16)其它类等。二、膨润土作用：(1)增加粘度和切力、提高井眼净化能力；(2)形成低渗透率的致密泥饼，降低

38、滤失量；(3)可改善井眼的稳定性；(4)防止井漏。三、钻井液的常用加重材料重晶石粉(Barite)： 是一种以BaSO4为主要成分的天然矿石，经过加工后制成灰白色粉末状产品。纯品比重为，现场使用一般为。一般用于加重密度不超过2.30g/cm3的水基和油基钻井液，它是目前应用最广泛的一种钻井液加重剂。，溶于酸优点：不会堵死油气层，即可采用油井酸化可以清除堵塞缺点：密度较低，一般只能用于配制密度不超过1.688g/cm3的钻井液和完井液。铁矿粉(Hematite)和钛铁矿粉(Ilmenite)： 前者的主要成分为Fe2O3，密度4.9-5.3；后者的主要成分为TiO2 Fe2O3，密度4.5-5.

39、1。 优点：由于这两种加重材料的硬度约为重晶石的两倍，且耐研磨，在使用中颗粒尺寸保持较好，损耗率较低；易酸溶。 缺点：对钻具、钻头和泵磨损也较为严重。在我国，铁矿粉用量仅次于重晶石的钻井液加重材料。方铅矿粉（Galena)：方铅矿为铅灰色有金属光泽的颗粒或块状，常温比重为7.5-7.6，硬度为2-3，容易加工成细粉末。不溶于水和碱，但能溶于酸，是酸溶性加重剂。由于比重较高，特备适用于配制超重钻井液，密度达3.0g/cm3。由于该加重剂的成本高、货源少、一般仅限于在地层孔隙压力极高的特殊情况下使用。四、去除钙镁方法：Ca2+或Mg2+侵入钻井液，将会削弱粘土的水化和分散能力，破坏钻井液的性能。此

40、时，可先加入适量烧碱除去Mg2+，然后用适量纯碱除去Ca2+。五、降粘剂类型：分散型稀释剂和聚合物型稀释剂。分散型稀释剂：丹宁类和木质素磺酸盐类；聚合物型稀释剂：共聚型聚合物降粘剂和低分子聚合物降粘剂等。六、铁铬盐稀释机理：1、在粘土颗粒的断键边缘上形成吸附水化层，从而削弱粘土颗粒之间的端面和端端连接，从而削弱或拆散空间网架结构，致使钻井液的粘度和切力显著降低；2、铁铬盐分子在泥页岩上的吸附，有抑制其水化分散的作用，这不仅有利于井壁稳定，还可以防止泥页岩造浆所引起的钻井液粘度和切力上升。X40系列处理剂稀释机理：主要是由于其线型结构、低相对分子质量及强阴离子基团所决定的。 1、由于其分子量低，

41、可通过氢键优先吸附在粘土颗粒上，顶替已吸附在粘土颗粒上的高分子聚合物，拆散了高聚物与粘土颗粒之间形成的“桥接网架结构”； 2、低分子量的降粘剂与高分子主体聚合物交联，阻碍了聚合物与粘土之间网架结构的形成，达到降低粘度和切力的目的。但若相对分子质量过高，反而会使粘度、切力增加。七、钠羧甲基纤维素CMC降滤失原理CMC在钻井液中电离生成长链的多价阴离子。1、羟基和醚氧基通过与粘土颗粒表面上的氧形成氢键或与粘土颗粒端面边缘上的Al3+之间形成配位键使CMC能吸附在粘土上；2、多个羧钠基通过水化使粘土颗粒表面水化膜变厚，粘土颗粒表面电位的绝对值升高，负电量增加、从而阻止粘土颗之间因碰撞而聚结成大颗粒(

42、护胶作用)。八、XC生物聚合物特点：1、适用于淡水、盐水和饱和盐水钻井液的高效增粘剂，加量少 (0.2一0.3)，增粘度效果好，兼有降滤失作用。2、具有优良的剪切稀释性能 (即增大动塑比，降低n值)。3、抗温可达120，在140也不会完全失效。4、抗盐、抗钙能力也十分突出。5、在细菌条件下易发生生物降解。九、页岩抑制剂：处理剂在钻井液中所起的作用主要有两个：一是维持钻井液性能稳定，二是保持井壁稳定。凡是的有效地抑制页岩水化膨胀和分散，主要起稳定井壁作用的处理剂均可称做页岩抑制剂，又称防塌剂。常见的页岩抑制剂：氧化沥青，磺化沥青，天然沥青和改性沥青，钾盐腐植酸类磺化沥青防塌机理是：磺化沥青含有磺

43、酸基，水化作用强，当吸附在页岩晶层断面上时，可阻止页岩颗粒水化分散；同时不溶于水的部分又能起到填充孔喉和裂缝的封堵作用，并覆盖在页岩表面，改善泥饼质量。但随着温度的升高，磺化沥青的封堵能力会有所下降。磺化沥青还在钻井液中起润滑和降低高温高压滤失量作用，是一种多功能的有机处理剂。第六章水基钻井液是一种以水为分散介质，以粘土（膨润土）、加重剂及各种化学处理剂为分散相的溶胶悬浮体混合体系。其主要组成是水、粘土、加重剂和各种化学处理剂等。一、分散型钻井液又称为细分散钻井液或淡水钻井液，其组成为：淡水、配浆膨润土和各种对粘土、钻屑起分散作用的处理剂。主要特点是粘土高度分散，进而使钻井液具有所需的流变和降

44、滤失性能。优点:1、配制方法简便、成本较低；2、形成的泥饼致密，而且韧性好，具有较好的护壁性，API滤失量和HTHP滤失量均相应较低；3、可容纳较多固相，较适于配制高密度钻井液。4、抗温能力较强，比如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160一200。缺点：1)性能不稳定，容易受钻屑中粘土和可溶性盐类的污染。抗钙、岩盐能力差；(2)滤液矿化度低，抑制性能差，不利于防塌；(3)由于体系中固相含量高，因此使用时对机械钻进有明显的影响，尤其不宜在强造浆地层中使用;(4)滤液侵人储层易引起储层中粘土水化膨胀，不能有效地保护油气层。二、Ca2+改变粘土分散度的作用机理： 1、Ca2+通

45、过Na+/Ca2+交换，将钠土转变为钙土。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土的阳离子交换容量和钙离子浓度。粘土的阳离子交换容量越大，所吸附Ca2+的量就越大。2、Ca2+本身是一种无机絮凝剂，会压缩粘土颗粒表面的扩散双电层，使水化膜变薄，电位下降，从面引起粘土晶片面面和端面聚结，造成粘土颗粒分散度下降。三、钙处理钻井液的优点：(1)性能较稳定，抗钙、盐和粘土污染能力强。(2)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的水化膨胀；滤失量较小，泥饼薄且韧性好，有利于井壁稳定；(4)由于钻井液中粘

46、土细颗粒含量较少，对油气层的损害程度相对较小。四、盐水钻井液的定义：凡NaCl含量超过1(质量分数，Cl-含量约为6000 mg/l）的钻井液统称为盐水钻井液。主要特点是：(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；(2)不仅抗盐浸的能力很强，而且能够有效地抗钙浸和抗高温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(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；(4)由于钻出的岩屑不易在盐水中水化分散，在地面容易清除，因而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。但该类钻井液的维

47、护工艺比较复杂，对钻柱和设备的腐蚀性较大，钻井液配制成本也相对较高。6）PH值随盐含量增加而降低，应用过程中常要加减以控制合理的PH值，一般维持在9.5-11之间。五、聚合物钻井液定义：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。但通常是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体系称为聚合物钻井液。特点：与其它水基钻井液相比，聚合物钻井液具有如下特点： (1)固相含量低，亚微米粒子所占比例也低。这是该体系的基本特征，是聚合物处理剂选择性絮凝和抑制岩屑分散的结果，对提高钻井速度是极为有利； (2)具有良好的流变性，主要表现为较强的剪切稀释性和适宜的流型。(3)钻

48、井速度高。聚合物钻井液固相含量低，剪切稀释性好，悬浮携带钻屑能力强，洗井效果好，这些优良性能都有利于提高机械钻速。 ( 4)稳定井壁的能力较强，井径比较规则；(5)对油气层损害小，有利于发现和保护产层；(6)可防止井漏的发生；(7)钻井成本低。六、聚合物处理剂的作用机理： 桥联与包被作用：聚合物在钻井液中颗粒上的吸附是发挥作用的前提。当一个高分子同时吸附在几个颗粒上时，而一个颗粒又同时吸附几个高分子时，就会形成网络结构，聚合物这种作用称为桥联作用。当高分子链吸附在一个颗粒上，并形成覆盖包裹时，称为包被作用。桥联和包被是聚合物在钻井液中的两种不同的吸附状态。絮凝作用：当聚合物在钻井液中主要发生桥联吸附时、会将一些细颗粒聚结在一起形成