《钻井液技术》PPT课件.ppt

长江大学石油工程学院 1 第三章钻井液技术 长江大学石油工程学院 2 钻井液技术 钻井液概论钻井液的流变性钻井液的失水和造壁性常用钻井液体系复杂情况处理 长江大学石油工程学院 3 概论 钻井液的功用 清除井底钻屑并将其携带至地面稳定井壁及控制地层压力冷却和润滑钻头 钻具提供低渗透 韧性好的泥饼保护井壁停止循环时悬浮环空中的钻屑及加重材料给钻头传递水力能量 长江大学石油工程学院 4 概论 钻井液不应具有 既不能伤害钻井人员 又不能损害或污染环境对所设计的地层评估有不利的性能对产层产生伤害对钻井设备和管材造成较大腐蚀 长江大学石油工程学院 5 概论 钻井液的分类 Liquid Gas Gas liquidmixture Waterbasemuds Foam mostlygas Areatedwater mostlywater air Naturegas Oilbasemuds Syntheticdrillingfluids 长江大学石油工程学院 6 概论 钻井液的分类 分散钻井液定义 用淡水 膨润土和各种对粘土与钻屑起分散作用的处理剂配置而成的水基钻井液特点可容纳较多的固相 适合于配置较高密度的钻井液容易在井壁上形成较致密的泥饼 失水较低某些分散钻井液具有较强的抗温能力 适合于深井和超深井使用 长江大学石油工程学院 7 概论 钻井液的分类 钙处理钻井液定义 体系中同时含有一定浓度的Ca2 和分散剂 特点抗盐 钙污染的能力强抑制粘土的水化分散作用 控制页岩坍塌和井径扩大 减少对有气层的损害盐水钻井液定义 用盐水或海水配置而成 含盐量从1 Cl 质量浓度为6000mg l 直至饱和 Cl 质量浓度为189 000mg l 之前 特点对粘土水化有较强的抑制作用 长江大学石油工程学院 8 概论 钻井液的分类 饱和盐水钻井液定义 钻井液中NaCl的含量达到饱和的钻井液体系 特点 用于钻进大段岩层和和复杂的盐膏层 长江大学石油工程学院 9 概论 钻井液的分类 油基钻井液定义 以油作为连续相的钻井液为油基钻井液 油水比在 50 80 50 20 油包水乳化钻井液 特点抗高温有很强的抑制性有很强的抗盐 钙的污染能力润滑性好能有效地减轻对油气层地伤害 长江大学石油工程学院 10 概论 钻井液的组成 水基泥浆 固相颗粒悬浮在水中或盐水中 油可以乳化到水中 此时 水是连续相 膨润土 水 化学处理剂 加重材料 钻屑 油基泥浆 固相颗粒悬浮在油中 水或盐水乳化在油中 即油是连续相 柴油 沥青 有机土 处理剂 气体 用高速气体或天然气清除钻屑 长江大学石油工程学院 11 概论 钻井液的组成 长江大学石油工程学院 12 概论 钻井液技术发展概况 发展水基钻井液清水分散钻井液抑制性钻井液不分散聚合物钻井液油基钻井液原油柴油为连续相钻井液油包水乳化钻井液预测钻井液强化井壁技术复杂地质条件下深井 超深井 大位移井钻井液技术新型钻井液体系及其处理剂的研制与应用废弃钻井液的处理技术保护油气层的钻井液技术 长江大学石油工程学院 13 第一节钻井液的流变性 长江大学石油工程学院 14 钻井液的流变性 钻井液流变性在外力作用下 钻井液流动和变形的特性 如钻井液的塑性粘度 动切力 表现粘度 切力和触变性等性能都属流变性参数 泥浆的流变性对钻井的影响携带岩屑 保证井底清洁 悬浮岩屑与重晶石提高机械钻速保证井眼规则和井下安全 长江大学石油工程学院 15 钻井液的流变性 剪切应力与剪切速率剪切速率 在垂直于流动方向上单位距离内流速的增量 dv dx 剪切应力 液体流动过程中 单位面积上抵抗流动的内摩力 长江大学石油工程学院 16 钻井液流变性与钻井的关系 影响钻井速度影响环空携岩能力影响井壁稳定影响岩屑与加重物的悬浮影响井内压力激动影响钻井泵压和排量影响固井质量 长江大学石油工程学院 17 第二节钻井液的失水和造壁性 长江大学石油工程学院 18 钻井液的失水和造壁性 失水定义 泥浆中的自由水在压差的作用下向具有孔隙的地层渗透的现象 类型 瞬时失水 动失水 静失水 泥饼定义 泥浆中水分进入地层 粘土颗粒附着在井壁上 形成泥饼 长江大学石油工程学院 19 钻井液的失水和造壁性 长江大学石油工程学院 20 钻井液的失水和造壁性 长江大学石油工程学院 21 钻井液的失水和造壁性 失水过程钻井液内的水 化学结合水 吸附水 自由水瞬时失水 新井形成瞬间 泥浆水便向地层渗透 未形成泥饼动失水 在泥浆循环的情况下 泥浆建立 增厚 直至平衡而失水速度也由开始较大逐渐减少至恒定 静失水 停止循环时 不存在泥浆液对泥饼的冲刷力 随着失水的进行 泥饼逐渐加厚 失水也逐渐减少 静失水的失水量比动失水小 失水与地层的孔隙度 渗透率 温度 压力有关 长江大学石油工程学院 22 泥浆失水过大会引起 水敏性泥岩 页岩的垮塌 缩径损害油气层泥饼厚会引起 引起上提力增加 甚至发生泥饼卡钻 易引起钻头泥包 使起下钻压力激动增大 妨碍套管下入 固井时不利用水泥与井壁的胶结对失水和泥饼的要求失水 在成本可行的条件下 尽量降低失水并控制自由水的性质 泥饼 薄 致密 韧性好 失水与造壁性与钻井的关系 长江大学石油工程学院 23 失水和造壁性的调节 控制泥浆的失水和造壁性 关键要控制泥饼的渗透性 而泥饼的渗透性决定于构成泥饼的粘土及其它颗粒的尺寸 形状与水化程度 具体措施使用膨润土 以便形成致密泥饼加入适量纯碱 烧碱或有机分散剂 提高粘土颗粒的分散度 加入CMC或其它聚合物 以保护粘土颗粒 CMC起堵孔作用 长江大学石油工程学院 24 第三节钻井液的其它性能 长江大学石油工程学院 25 钻井液的其它性能 钻井液的密度钻井液的含砂量钻井液的PH值钻井液的固相含量和油 水含量钻井液膨润土含量 长江大学石油工程学院 26 钻井液的其它性能 钻井液密度平衡地层压力 防止井喷 井漏和钻井液受地层流体的污染 平衡地层压力 保持井壁稳定 防止井塌 实现近平衡钻井技术 减少压持效应 提高机械钻速 合理选择打开油气层的钻井液密度 减少钻井液对产层的伤害 长江大学石油工程学院 27 钻井液的其它性能 钻井液的含砂量定义 钻井液中不能超过200目筛的固相的体积占钻井液体积的百分数 一般要求小于0 5 含砂量过高带来的危害 钻井液密度升高 降低机械钻速 泥饼中含砂量升高 泥饼渗透率增大 失水增大 泥饼表面摩擦系数增加 钻头 钻柱 泵等机械设备磨损严重 长江大学石油工程学院 28 钻井液的其它性能 钻井液的PH值由于钻井液中使用的化学处理剂在碱性条件下才能溶解 而酸性环境对钻井设备上的橡胶部件有严重的腐蚀作用 所以 绝大多数钻井液体系的PH值都控制在7以上 不分散型钻井液体系 PH 7 5 8 5分散型钻井液体系 PH 10钙处理钻井液体系 PH 11 长江大学石油工程学院 29 钻井液的其它性能 钻井液膨润土含量 MBT 钻井液中活性粘土的数量 水基钻井液都有一个合适的膨润土含量 MBT过高 钻井液的粘度 切力增大 泥饼增厚 容易造成井下事故 MBT过小 钻井液的粘度 切力急剧下降 失水增大 长江大学石油工程学院 30 第四节 常用的钻井液体系 长江大学石油工程学院 31 钻井液体系 水基钻井液盐水钻井液钙处理钻井液油基钻井液气体类钻井液 长江大学石油工程学院 32 钙处理钻井液 特点性能较稳定 具有较强的抗钙污染 盐污染和粘土污染的能力 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 有利于提高钻速能在一定程度上抑制页岩水化膨胀 滤失量少 泥饼薄且韧性好 有利于井壁稳定由于体系中粘土颗粒含量较少 对油气层的损害程度相对较少 长江大学石油工程学院 33 钙处理泥浆 石灰钻井液PH 11 12Ca2 120 200ml l悬浮石灰 3000 6000mg l石膏钻井液PH 9 5 10 5Ca2 600 1200ml l悬浮石灰 6000 12000mg lCaCl2钻井液 长江大学石油工程学院 34 盐水钻井液 凡NaCl含量超过1 质量分数 Cl 含量为6000mg l 直到饱和 Cl 含量为189000mg l 特点 由于矿化度较高 能有效地防止粘土的分散而防塌 对盐的敏感性低 耐盐和耐钙 镁的能力强 滤液性质与原生水比较接近 对油气层的损害较轻 岩屑不易在盐水中分散 容易被清除 应用 造浆水本身含盐量较高 如海水 地层中有盐水流 钻遇盐脉或岩盐层以及水敏性页岩 长江大学石油工程学院 35 泥浆组成和性能对钻速的影响 略 比重和液柱压力泥浆比重越高 产生的液柱压力越大 井底压差越大 机械钻速减小 长江大学石油工程学院 36 泥浆组成和性能对钻速的影响 略 粘度粘度越高 钻速越慢粘度越高 循环压耗越大 钻头水压力相应减小 紊流减阻作用增大 喷咀粘度减小 当喷嘴粘度接近于0时 钻速最高 失水量泥浆瞬时失水量大 钻速较快失水影响钻还与粘度有关 且影响钻速的失水是井底最初的瞬时失水 失水进入裂缝减小压持效应及降低岩石强度 长江大学石油工程学院 37 泥浆组成和性能对钻速的影响 略 固相含量和类型固相含量增加 泥浆比重 液柱压力 层流粘度和紊流粘度 常规失水和最初瞬时失水等性能都随之改变 固相类型 砂 惰性固体对钻速的影响较小 钻屑 低造浆率的劣土居中 高造浆率的粘土影响最大 长江大学石油工程学院 38 固相的分类 按作用分 有用固相粘土重晶石无用固相钻屑 按性质分 活性固相惰性固相 按粒度分 粘土 d74 m 长江大学石油工程学院 39 有害固相对钻井所带来的不利影响 使钻速降低 钻头进尺减小钻井设备磨损加剧泥饼比重粘度升高泥饼加厚伤害油气层 长江大学石油工程学院 40 清除泥浆固相的方法 加水稀释化学方法 使用絮凝剂使钻屑呈团簇絮凝状 加快固体下沉速度 机械方法振动筛旋流除砂器旋流除泥器离心机 长江大学石油工程学院 41 清除泥浆固相的方法 长江大学石油工程学院 42 油基钻井液 以油作为分散相的钻井液 优点 防塌润滑 防卡具有很好的热稳定性缺点成本高影响测井资料解释对环境会产生污染 长江大学石油工程学院 43 油基泥浆的类型 适用范围用作高温 200度以上 超深井 5000m以上 井的钻井液 用于极复杂地层 极易坍塌层 极易粘附卡钻地层 软泥岩地层 钻井 用于油气层钻井 保护产能 用于特殊工艺要求的井 如大斜度定向井和和大位移井 长江大学石油工程学院 44 第五节复杂情况处理 长江大学石油工程学院 45 复杂情况处理 井漏 井漏的类型渗透性漏失 发生在渗透性良好的砂岩 砂砾岩 一般漏失量较小 漏速慢 裂缝性漏失天然裂缝 碳酸岩 白云岩 裂缝性砂岩人为裂缝 井内压力过大使结合力较弱的层面产生裂缝 其漏失速度视裂缝大小而定 溶洞漏失石灰岩 白云岩 长江大学石油工程学院 46 复杂情况处理 井漏 长江大学石油工程学院 47 复杂情况处理 井漏 长江大学石油工程学院 48 堵漏方法 降低比重 适当提高粘度 小排量循环泵入堵漏泥浆堵漏能力取决于堵漏剂的尺寸 种类和形状加入高聚物 在井壁形成保护性泥饼挤水泥 长江大学石油工程学院 49 井塌 井塌的原因 地质方面的原因 井内液柱压力小于坍塌