钻井液现场维护与调整PPT课件

钻井液现场维护与调整秦礼曹中油股份公司勘探与生产工程监督中心2005年12月 前言 钻井液成本占钻井成本约10 在钻井事故及复杂中所造成的费用损失中 因钻井液问题造成的事故及复杂的比例占多少 估计远大于10 原因分析 与地层直接接触的有二项 钻井液和井下工具 而钻井事故及复杂主要发生在井下 钻井液受地层影响及破坏最严重 钻井液对井壁影响最大 常常有人把钻井液在钻井工程中的作用比做人体中的血液 非常恰当 人体血液约占人体重量的10 但决非一条胳膊或一条腿的重要性可比 而是整体性的影响 钻井液在钻井工程中的影响也同样是整体性的 前言 钻井液性能好坏直接影响井下安全 例如 西部 井的刹把出现问题 造成钻具在井下无法动弹 由于是进口钻机 无现成刹把替换 只得到东部钻井公司大本营去取 共用了5天时间 起钻正常 没有发生钻井事故及复杂 即使没有钻井设备没有出现问题 钻井液性能不好造成钻井事故及复杂的情况是非常多的 西部 井 钻井液性能不好 屡屡发生井下复杂 后更换了钻井液工程师 改善了钻井液性能 顺利完井 前言 钻井液与地质录井关系十分密切 在地质录井中专门有钻井液录井项目 可以说没有钻井液 地质录井是不可能实现的 地质录井对钻井液的影响也非常大1 具有指导作用 如 密度 性能等2 具有制约作用 如 密度 处理剂等为了保证包括地质录井的工程施工顺利进行 地质监督有必要全面了解钻井液 目录 一 钻井液的组成 功能与设计二 钻井液体系分类三 钻井液处理剂分类四 钻井液性能五 水基钻井液简介六 钻井液现场配制 维护与调整七 现场钻井液评价八 钻井液材料管理九 国内外钻井液概况 钻井液的组成 功能与设计 1 钻井液的组成连续相固相添加剂 钻井液的组成 功能与设计 1 钻井液的组成连续相水 水基钻井液油 油基钻井液合成基液体 合成基钻井液气体 空气 氮气 雾 泡沫 钻井液的组成 功能与设计 1 钻井液的组成固相配浆材料 膨润土 凹凸棒石 海泡石等 加重材料 重晶石 石灰石 铁矿粉等 钻屑堵漏材料 固体润滑剂等不溶性化学沉淀物某些处理剂中的不溶物 钻井液的组成 功能与设计 一 钻井液的组成与功能添加剂降滤失剂杀菌剂增粘剂除钙剂絮凝剂缓蚀剂稀释剂 解絮凝剂 页岩抑制剂表面活性剂润滑剂乳化剂消泡剂发泡剂pH控制剂 钻井液的组成 功能与设计 2 钻井液的主要功能1 清洁井底并携带钻屑至地面2 悬浮钻屑和加重材料3 控制和平衡地层压力4 形成滤饼 保护井壁5 冷却和润滑钻头和钻柱6 加快机械钻速7 控制钻具和套管的腐蚀速率8 支撑钻柱和套管的部分重量9 提供所钻地层的有关资斜 钻井液的组成 功能与设计 3 钻井液设计原则钻井液的性能要求合理的钻井液密度 合适的钻井液流变性 能悬浮并及时携带出坍塌物和钻屑 具有较低的滤失量和较好的滤饼质量 具有良好的封堵能力 具有良好的润滑性能 具有较强抑制性 具有良好的抗污染能力 有利于保护储层 且能适应地层的变化和影响 保持性能稳定 钻井液的组成 功能与设计 3 钻井液设计原则钻井液体系优选与井型配伍探井应满足地质发现的要求 选用利于发现和保护储层 利于测井解释和井下安全的钻井液 生产井应选取最优化的钻井液体系 既利于提高钻速和井下安全又利于保护储层的钻井液 调整井选用能对付多压力层系且有利于储层保护的钻井液体系 定向井选用润滑 防塌 保护储层且携带和悬浮能力强的钻井液体系 钻井液的组成 功能与设计 3 钻井液设计原则钻井液体系优选与地层配伍易塌层 选用防塌钻井液 石膏层 选用抗钙钻井液或钙处理钻井液 盐岩层 选用抗盐污染钻井液或盐水钻井液 高温地层 选用抗高温钻井液 并严格控制粘土含量 钻井液的组成 功能与设计 3 钻井液设计原则与储层配伍选用对储层具有保护作用的钻井液体系及处理剂 严格控制钻井液中固相含量特别是粘土含量 钻井液适应地层变化和影响 性能稳定 钻井液的组成 功能与设计 3 钻井液设计原则与环境配伍应尽量不用或少用严重污染地表水或地下水的钻井液及处理剂 要注意所用钻井液和处理剂的毒性 减小钻井液对环境造成的危害 尤其在环境敏感的地区进行工程作业时 二 钻井液体系分类 1 水基钻井液体系 包括水包油钻井液 2 油基钻井液体系 全油钻井液 油包水钻井液 合成基钻井液 3 合成基钻井液体系 醚基 酯基 聚 烯烃基和异构化 烯烃基钻井液 4 气基钻井液体系 空气 天然气 雾 泡沫 二 钻井液体系分类 二 钻井液体系分类 API IADC分类1 不分散钻井液体系 None DispersedDrillingFluidSystem 所谓不分散钻井液是指通常用来钻浅部井段的钻井液 如开钻钻井液 自然造浆钻井液 轻微处理钻井液等 2 分散钻井液体系 DispersedDrillingFluidSystem 使用木质素磺酸盐 褐煤或丹宁类产品来分散粘土矿物的钻井液体系 二 钻井液体系分类 API IADC分类3 钙处理钻井液体系 CalciumTreatedDrillingFluidSystem 熟石灰 石膏或氯化钙处理的钻井液体系 可抗盐和硬石膏的污染 但胶凝敏感且在高温下易导致固化作用 4 聚合物钻井液体系 PolymerDrillingFluidSystem 长链高分子量聚合物用于钻井液中 或是包被钻屑以防止其分散 或是提高粘度和降低滤失量 通常使用氯化钾或氯化钠等提高页岩抑制能力 这种钻井液体系通常要求含有尽可能低浓度的膨润土 对钙 镁等二价离子很敏感 二 钻井液体系分类 API IADC分类5 低固相钻井液体系 LowSolidsDrillingFluidSystem 控制固相含量和类型 总固相含量不应超过6 10 粘土含量应为约3 或更低 而钻屑和膨润土含量比值应低于2 1 主要优点是可显著提高机械钻速 6 盐水钻井液体系 SaltwaterDrillingFluidSystem 饱和盐水钻井液体系 氯离子浓度接近190 000mg l 饱和 通常用来钻盐岩地层 盐水钻井液体系 氯离子浓度为10 000mg l以上 微咸水或海水钻井液体系 氯离子含量较低代 二 钻井液体系分类 API IADC分类7 油基钻井液体系 Oil BasedDrillingFluidSystem 逆乳化钻井液 氯化钙盐水 含量可高达50 为乳化相 油 矿物油 柴油等 为连续相 全油钻井液 液相为油 通常用作取心液 油基钻井液添加剂包括 乳化剂 润湿剂 一般为脂肪酸和胺衍生物 高分子量脂肪酸盐 表面活性剂 胺处理的有机材料 有机土和石灰等 8 合成基钻井液体系 SyntheticDrillingFluidSystem 合成基钻井液具有油基钻井液性能 但没有环境危害 主要类型有醚基 酯基 聚 烯烃基和异构化 烯烃基钻井液 二 钻井液体系分类 API IADC分类9 气基钻井液体系 Gas BasedDrillingFluidSystem 干燥空气或天然气钻井流体雾钻井液泡沫钻井液充气钻井液 三 钻井液处理剂分类 钻井液处理剂分类 三 钻井液处理剂分类 钻井液处理剂简介造浆材料 具有造浆能力的材料 如 膨润土 有机土等 三 钻井液处理剂分类 钻井液处理剂简介加重材料 具有高密度的重晶石 氧化铁 碳酸钙及类似的产品 三 钻井液处理剂分类 钻井液处理剂简介碱度 pH控制剂 Alkalinity pHControlAdditives 用来控制钻井液的酸度或碱度 常用的产品包括石灰 烧碱 纯碱和碳酸氢钠 也包括其他的普通酸和碱 三 钻井液处理剂分类 钻井液处理剂简介杀菌剂 Bactericides 用来防止淀粉 生物聚合物等有机添加剂细菌降解 三 钻井液处理剂分类 钻井液处理剂简介除钙剂 CalciumReducers 用来降低海水中的钙离子浓度 处理水泥污染和地层中的硬石膏 石膏污染 如纯碱 碳酸氢钠 烧碱和某些多磷酸盐等 防腐剂 CorrosionInhibitors 在控制钻井液pH值的条件下 用来控制腐蚀 中和钻井液中有害酸气和防止结垢 一般为胺基或磷酸盐基产品 也有其他专门配制的化学产品 三 钻井液处理剂分类 钻井液处理剂简介消泡剂 Defoamers 用来减少钻井液发泡作用 特别是在盐水和饱和盐水钻井液中 乳化剂 Emulsifiers 用来使两种互不相溶的液体成为非均匀混合物 乳状液 包括 用于油基钻井液中的脂肪酸和胺基化学产品和用于水基钻井液中的清洁剂 脂肪酸盐 有机酸 水溶性表面活性剂等 可以是阴离子型 非离子型或阳离子型的化学产品 三 钻井液处理剂分类 钻井液处理剂简介降滤失剂 FiltrateReducers 用来降低钻井液的滤失量 如膨润土 褐煤 CMC PAC 预胶化淀粉等 絮凝剂 Flocculants 用来提高钻井液粘度 提高膨润土造浆率 在低固相钻井液中澄清液相或使固相脱水 也可使钻井液中的胶体颗粒聚束或成絮凝物并使其沉降 如盐或盐水 熟石灰 石膏 丙烯酰胺基高聚物等 三 钻井液处理剂分类 钻井液处理剂简介发泡剂 FoamingAgents 通常作为表面活性剂在有水时发泡 发泡剂可使空气或天然气用于钻水层 堵漏材料 LostCirculationMaterials 用来封堵漏失层 隔离井眼表面和地层 以便在随后作业中不会再造成钻井液的漏失 三 钻井液处理剂分类 钻井液处理剂简介润滑剂 Lubricants 用来降低钻井液的摩阻系数 以便降低扭矩和阻力 如各种油 合成基液体 石墨 表面活性剂 乙二醇 甘油以及其他化学产品 解卡剂 Pipe FreeingAgents 注入至预测的卡点 以降低摩阻并提高润滑性 因而达到解卡的目的 通常含有清洁剂 脂肪酸盐 油 表面活性剂和其他化学产品 三 钻井液处理剂分类 钻井液处理剂简介页岩抑制剂 ShaleControlInhibitors 可溶性钙盐 钾盐等无机盐和一些有机化合物因降低页岩的水化作用而具有页岩抑制性 表面活性剂 SurfaceActiveAgents 降低接触面 水 油 水 固体 水 空气等 之间的界面张力 可作为乳化剂 破乳剂 润湿剂 絮凝剂或解絮凝剂等使用 三 钻井液处理剂分类 钻井液处理剂简介高温稳定剂 TemperatureStabilityAgents 用来提高钻井液在高温条件下的流变性能和滤失性能稳定性 并在高温条件下持续发挥其功能 例如丙烯酸盐聚合物 磺化聚合物和共聚物 以及褐煤 木质素磺酸盐和丹宁基添加剂等 稀释剂 分散剂 Thinners Dispersants 用来改变钻井液中的固相含量和粘度之间的相互关系 也可用于降低静切力 提高钻井液的 可泵性 等 丹宁 栲胶 各种多磷酸盐 褐煤和木质素磺酸盐等可作为稀释剂或解絮凝剂使用 三 钻井液处理剂分类 钻井液处理剂简介增粘剂 Viscosifiers 用来提高粘度以保证钻井液的更好的井眼清洁能力和悬浮固相能力 包括膨润土 CMC PAC 凹凸棒土和高分子量聚合物等 四 钻井液性能 1 钻井液密度 DrillingFluidDensity 单位体积钻井液所含物质的质量 用钻井液密度计测定 用D表示 单位为g cm3 常用英制单位 ppg lb gal pcf lb ft3 梯度 lb in2 1000ft 钻井液密度单位换算 g cm3 0 12 ppgg cm3 0 016 pcfppg 0 134 pcf 四 钻井液性能 2 漏斗粘度 FunnelViscosity 一定量的钻井液从规定的漏斗粘度计中流出所需的时间 用马氏漏斗测定 用FV表示 单位为s l 英制单位为s quart 1quart 946ml s quart和s l之间不能进行换算 四 钻井液性能 3 表观粘度 ApparentViscosity 钻井液在一定剪切速率下的剪切应力与剪切速率比值 用直读式粘度计测定 用AV表示 单位为mPa s 表观粘度的计算 AV 600式中 600 直读式粘度计600r min读值 常用习惯单位为厘泊 cp mPa s与cp数值相等 12 四 钻井液性能 4 塑性粘度 PlasticViscosity 钻井液在层流条件下 剪切应力与剪切速率成线性关系时的斜率值 用直读式粘度计测定 用PV表示 单位为mPa s 塑性粘度的计算 PV 600 300式中 300 直读式粘度计300r min读值 常用习惯单位为厘泊 cp mPa s与cp数值相等 四 钻井液性能 5 动切力 YieldPoint 钻井液在层流条件下 剪切应力与剪切速率成线性关系时的结构强度 用直读式粘度计测定 用YP表示 单位为Pa 动切力的计算 YP AV PV或YP 300 PV 英制单位为lb 100ft2 Pa 0 5lb 100ft2 12 四 钻井液性能 6 静切力 GelStrength 钻井液在静止时的胶凝强度 用初切和终切来描述 用直读式粘度计测定 初切和终切分别用G10s和G10min表示 单位为Pa 静切力的计算 G10s 310sG10min 310min式中 310s 静止10s后 直读式粘度计3r min读值 310min 静止10min后 直读式粘度计3r min读值 动切力的英制单位为lb 100ft2 Pa 0 5lb 100ft2 12 12 四 钻井液性能 7 n K值 n KValue n K是用幂律模式描述假塑性流体的两个流变参数 n为流型指数 无量纲 n值反映钻井液的非牛顿性程度 n值越接近1 流体越接近牛顿流体 n值越小 剪切减稠性越明显 K为稠度系数 单位为Pa sn K值反映钻井液的稠度 是钻井液直观流动性的表现 钻井液中的固相含量越高 颗粒越小 K值越大 K值小 有利于提高机械钻速 但不利于井眼清洁 四 钻井液性能 7 n K值 n KValue 用直读式粘度计测定流变性时 n K值的计算 n 3 32log K K值的常用习惯单位为dyne sn cm2 英制单位为lb sn 100ft2 这几种单位之间的换算关系为 Pa sn 10dyne sn cm2 2lb sn 100ft2 600 300 3002 511n 四 钻井液性能 8 滤失量 FluidLoss或Filtration 在规定的试验条件下 钻井液通过过滤介质在30min内滤出的滤液量 用滤失仪测定 用FL表示 单位为ml 30min APIFL 室温 压力为690kPa HTHPFL 测试温度取决于井底温度 压差为3 45MPa 9 滤饼 FiltrateCake 测定钻井液滤失量时过滤介质上的沉积物称为滤饼 滤饼厚度 用缓慢水流冲洗后的滤饼厚度 单位为mm 滤饼质量 用 硬 软 韧 致密 坚固 疏松 等描述 四 钻井液性能 10 pH值 pHValue 钻井液 或滤液 中氢离子浓度 mol l 的负对数值 pH 7为中性 pH 7为酸性 pH 7为碱性 用比色法 pH试纸 或pH计测定 四 钻井液性能 11 固相含量和液相含量 SolidsandLiquidContent 钻井液中溶解的和悬浮的固体总量称为固相含量 液体 包括水和油 总量称为液相含量 用蒸馏法测定 分别用Vs Vw Vo表示 单位均为体积百分数 1 固相含量和液相含量的计算 Vw Vo Vs 100 Vw Vo 式中 V 蒸馏所用样品体积 cm3 V w 蒸馏所得水体积 cm3 V o 蒸馏所得油体积 cm3 100V wV 100V oV 四 钻井液性能 2 悬浮固相含量的计算 Vss Vs Vw 式中 Vss 悬浮固相体积百分数 Cs 氯离子浓度 mg l 4 加重材料含量的计算 Vb Vss Vlg式中 Vb 加重材料体积百分数 Vlg 低密度固相体积百分数 Cs1680000 1 21Cs 四 钻井液性能 3 低密度固相含量的计算 Vlg 100 f b f Vss 100D f o Vo 式中 Vlg 低密度固相体积百分数 D 钻井液密度 g cm3 f 滤液密度 g cm3 氯化钠水溶液 f 1 0 00000109Cs b 加重材料密度 g cm3 lg 低密度固相密度 g cm3 o 油密度 g cm3 1 b lg 四 钻井液性能 5 低密度固相 加重材料和悬浮固相浓度的计算 Clg 9 96 lgVlgCb 9 96 bVbCss Clg Cb式中 Clg 低密度固相浓度 kg m3 Cb 加重材料浓度 kg m3 Css 悬浮固相浓度 kg m3 四 钻井液性能 12 含砂量 SandsContent 钻井液中粒径大于74 m 200目 的固相颗粒含量 用含砂量测定仪测定 用体积百分数表示13 亚甲基蓝容量 MethyleneBlueTest 用0 1mol l亚甲基蓝溶液滴定每毫升钻井液至终点时所消耗的亚甲基蓝溶液的毫升数 用MBT表示 单位为ml ml MBT Be 14 3MBT式中 MBT 亚甲基蓝容量 ml mlVm 亚甲基蓝溶液消耗体积 mlV 钻井液样品体积 mlBe 膨润土当量 g l或kg m3 VmV 四 钻井液性能 14 碱度 Alkalinity 1 钻井液碱度钻井液酚酞碱度 Pm 以酚酞溶液为指示剂 滴定终点pH值为8 3 滴定每毫升钻井液所消耗的0 01mol l硫酸溶液的毫升数 以Pm表示 单位为ml ml 四 钻井液性能 14 滤液 碱度 Alkalinity 2 钻井液滤液碱度滤液酚酞碱度 Pf 以酚酞为指示剂 滴定终点pH值为8 3 滴定每毫升钻井液滤液所消耗的0 01mol l硫酸溶液的毫升数 以Pf表示 单位为ml ml 滤液甲基橙碱度 Mf 以甲基橙为指示剂 滴定终点pH值为4 3 滴定每毫升钻井液滤液所消耗的0 01mol l硫酸溶液的毫升数 以Mf表示 单位为ml ml 四 钻井液性能 滤液中氢氧根 碳酸根 碳酸氢根离子浓度的估算 2 钻井液中石灰含量的计算 Cl 0 742 Pm FwPf 式中 Cl 钻井液中的石灰含量 kg m3Fw 钻井液中的水体积分数 Fw Vw 100 四 钻井液性能 3 P1 P2碱度测定法P1 取1ml钻井液滤液和25ml去离子水于滴瓶中 加入2ml0 1mol l氢氧化钠溶液 充分搅拌 若pH值小于11 4 再加入2ml氢氧化钠溶液 加入3ml10 氯化钡溶液 边搅拌边加入酚酞指示剂溶液后 立即用0 02mol l盐酸溶液滴定至终点 所消耗的盐酸溶液毫升数即为P1 单位为ml ml P2 用同量去离子水和试剂配制的参比样品所消耗的0 02mol l盐酸溶液毫升数即为P2 单位为ml ml 四 钻井液性能 滤液中的氢氧根 碳酸根和碳酸氢根离子浓度的计算 1 P1 P2 COH 340 P1 P2 CCO3 2 1200 Pf P1 P2 2 P1 P2 CHCO3 1220 P2 P1 CCO3 2 1200Pf式中 COH 钻井液中OH 浓度 mg l CCO3 2 钻井液中CO3 2浓度 mg l CHCO3 钻井液中HCO3 浓度 mg l 四 钻井液性能 4 钻井液滤液碱度两种测定方法对比 四 钻井液性能 15 氯离子浓度 ChlorideConcentration 测定方法 以铬酸钾溶液为指示剂 用硝酸银标准溶液 0 0282mol l 滴定一定量的滤液至溶液颜色由黄色变为橙红色并能保持30s即为滴定终点 计算 CCl CNaCl 1 65CCl 式中 CCl 滤液中的Cl 浓度 mg l CNaCl 滤液中的NaCl含量 mg l VAgNO3 滴定所消耗的硝酸银溶液体积 ml V 滤液样品体积 ml 注 若滤液中的氯离子浓度超过10 000mg l 可使用每毫升相当于0 01g氯离子的硝酸银溶液 0 282mol l 此时 把上式中的系数1000改为10000 四 钻井液性能 16 总硬度 TotalHardness 测定方法 以硬度指示剂溶液 1 1 羟基 4 甲基 2 苯偶氮 2 萘酚 4 磺酸 为指示剂 用0 01mol l的EDTA 二水合乙二胺四乙酸二钠盐 标准溶液滴定一定量的滤液至颜色不再由红变蓝的变化即为滴定终点 以Ca 计的总硬度的计算 HT 式中 HT 以Ca 计的总硬度 mg l VE 滴定所消耗的EDTA体积 ml V 滤液样品体积 ml 注1 为解决由深颜色组份引起的滴定终点分不清的问题 可用次氯酸钠等氧化剂氧化这些组份 注2 若怀疑滤液中有铁离子存在 三乙醇胺 四乙烯基戊胺和水的混合液 体积比为1 1 2 是一种合适的掩蔽剂 400VEV 四 钻井液性能 17 钙离子浓度 CalciumConcentration 测定方法 滤液中的钙离子浓度测定与总硬度测定相似 差别有二 一是滴定前调节pH至12 13 使镁离子以氢氧化镁形式沉淀 二是以钙指示剂作为指示剂 计算 CCa 式中 CCa Ca 浓度 mg l VE 滴定所消耗的EDTA体积 ml V 滤液样品体积 ml 400VEV 四 钻井液性能 18 镁离子浓度 MagnesiumConcentration 滤液总硬度和钙离子浓度测定结果可计算出滤液中的镁离子浓度 计算 CMg 0 6 HT CCa 式中 CMg Mg 浓度 mg l 四 钻井液性能 19 润滑性 Lubricity 钻井液的润滑性即为降低钻柱和滤饼 或井壁 套管 及钻井液内部相对运动摩擦力的量度 目前测定钻井液润滑性的常用仪器有两种 极压润滑仪和LEM仪 20 电稳定性 ElectricalStability 在试验条件下 油包水钻井液开始破乳时的电压称之为破乳电压 用破乳电压仪测定 单位为伏特 V 五 水基钻井液简介 水基钻井液的发展 五 水基钻井液简介 1 膨润土钻井液 1 基本组成预水化膨润土烧碱 氢氧化钠 纯碱 碳酸钠 2 特点 高膨润土含量 高粘度 高静切力通常用于浅井井段的钻井中 也可做清扫液 五 水基钻井液简介 2 分散钻井液 1 基本组成 预水化膨润土 烧碱和 或纯碱 铁铬木质素磺酸盐稀释剂 FCLS 羧甲基纤维素钠盐降滤失剂 CMC 聚阴离子纤维素降滤失剂 PAC 改性淀粉降滤失剂 2 特点 易维护 低滤失量 无抑制性 五 水基钻井液简介 3 低固相不分散钻井液 1 基本组成高分子量聚丙烯酰胺或部分水解聚丙烯酰胺包被絮凝剂 PAM PHPA KPAM 水解聚丙烯腈降滤失剂 NaPAN KPAN NH4PAN 羧甲基纤维素钠盐 CMC 或聚阴离子纤维素 PAC 降滤失剂 预水化膨润土 烧碱和 或纯碱 2 特点 中等抑制性 难维护 电测 下套管难度大 高温稳定性较差 五 水基钻井液简介 4 氯化钾聚合物钻井液 1 基本组成 高分子量聚丙烯酰胺或部分水解聚丙烯酰胺包被絮凝剂 PAM PHPA KPAM 水解聚丙烯腈降滤失剂 NaPAN KPAN NH4PAN 低分子量聚合物解絮凝剂或木质素磺酸盐稀释剂 FCLS 预水化膨润土 烧碱和 或纯碱 2 特点 强抑制性 高温稳定性较好 固容能力较强 对金属的腐蚀性较强 影响电测解释 五 水基钻井液简介 5 聚磺钻井液 1 基本组成 高分子量聚丙烯酰胺或部分水解聚丙烯酰胺包被絮凝剂 PAM PHPA KPAM 水解聚丙烯腈降滤失剂 NaPAN KPAN NH4PAN 磺甲基酚醛树脂 SMP 和 或磺甲基褐煤 SMC 和 或褐煤树脂共聚物 SNPH 降滤失剂 磺甲基丹宁稀释剂 SMT 磺化沥青防塌剂 FT 1 预水化膨润土 烧碱和 或纯碱 2 特点 中等抑制性 良好的高温稳定性 抗污染能力较强 五 水基钻井液简介 6 阳离子聚合物钻井液 1 基本组成 1 高分子量阳离子聚合物包被絮凝剂 CHM 小分子量阳离子有机化合物页岩抑制剂 NW 1 CSW 1 两性离子聚合物降滤失剂 JT888 两性离子聚合物解絮凝剂剂 XY 27 阳离子型降滤失剂 CLG 阳离子型防塌剂 CEA 预水化膨润土 烧碱和 或纯碱 五 水基钻井液简介 6 阳离子聚合物钻井液 1 基本组成 2 高分子量阳离子聚合物包被絮凝剂 CHM SP 2 小分子量阳离子有机化合物页岩抑制剂 NW 1 CSW 1 非离子型和 或阳离子型降滤失剂 NFL CPA 阳离子钻井液用配浆材料或预水化膨润土 烧碱和 或纯碱2 特点 强抑制性 良好的高温稳定性 抗污染能力强 五 水基钻井液简介 7 两性离子聚合物钻井液 1 基本组成 高分子量两性离子聚合物包被絮凝剂 FA367 低分子量两离子聚合物解絮凝剂 XY 27 两性离子聚合物降滤失剂 JT888 磺甲基酚醛树脂 SMP 和 或褐煤树脂共聚物 SNPH 降滤失剂和 或磺化沥青防塌剂 FT 1 预水化膨润土 烧碱和 或纯碱 2 特点 较强抑制性 良好的高温稳定性 抗污染能力强 五 水基钻井液简介 8 MMH钻井液体系 1 基本组成 预水化膨润土 烧碱和 或纯碱 混合金属层状氢氧化物 MMH 降滤失剂 改性淀粉类 2 特点 极高的动切力和静切力 假固体 减少钻井液对井壁的冲蚀 有效地保护井壁 对污染敏感 注意选择体系使用的处理剂 五 水基钻井液简介 其他水基钻井液 钙处理钻井液 硅酸盐钻井液 聚乙二醇钻井液 甲酸盐钻井液 甲基糖甙钻井液 聚合物 表面活性剂钻井液 高温活化乳状液钻井液 氯化钙 聚合物钻井液 五 水基钻井液简介 连续相 酯 酯基 醚 醚基 烯烃 烯烃基主要处理剂 主 副乳化剂 有机土 增粘剂 润湿剂 水 氯化钙 石灰 加重剂 特点 无毒性 易降解而满足环保要求 有效地保护油气层 有利于稳定泥页岩井壁 有利于减少井下复杂情况和事故 有利于提高机械钻速 成本高 醚基和酯基钻井液抗高温能力差 对气侵 水侵敏感且较难处理 六 钻井液现场配制 维护与调整 1 钻井液设备要求 循环系统 循环罐 搅拌器 液面显示器 储备罐 混合漏斗 胶液罐 碱液罐 自动加重系统 固控设备 振动篩 除砂器 除泥器 清洁器 离心机 除气器 现场实验室 密度计 漏斗粘度计 直读式粘度计 API滤失仪 HTHP滤失仪 含砂量测定仪 固相含量测定仪 滤液分析仪器和药品 便携式滚子炉 低速搅拌器 高速搅拌器 钻井液材料存放 材料房 爬犁 储罐 蓬布等 六 钻井液现场配制 维护与调整 2 钻井液体系的要求与地层配伍 针对全井易造成井下复杂情况和事故的地层优选钻井液体系 特殊井段可采用特殊钻井液与井型配伍 探井 安全钻井和发现油气层 开发井 提高钻速和保护油气层 特殊工艺井 满足工程需要和保护油气层与储层配伍 粘土含量 渗透率恢复值 钻井液密度与环境配伍 钻井液及其处理剂毒性 地表水 地下水污染 周围生态环境的影响 六 钻井液现场配制 维护与调整 3 钻井液现场配制检查井场钻井液材料质量检验单等有关资料 保证钻井液材料的质量 现场钻井液材料的存放必须采取有效的防晒 防雨 防潮措施 配制钻井液前必须清洗钻井液罐 若需要 必须处理配浆用水 六 钻井液现场配制 维护与调整 3 钻井液现场配制应按钻井液设计要求配制钻井液 并确保其性能达到设计要求 应充分水化配制钻井液用膨润土 配制钻井液用处理剂应配成胶液缓慢加入 避免直接加入固体或粉末状处理剖 应控制好钻井液处理剂的加入比例 顺序和方法 六 钻井液现场配制 维护与调整 4 钻井液现场维护每1h测定钻井液密度 漏斗粘度和体积 每8h 12h测定钻井液设计规定的全套性能 若遇异常情况应加密测定 保证钻井液性能在设计规定的范围内 充分发挥固控设备清除钻屑的效率 需补充处理剂 应缓慢 均匀加入钻井液处理剂胶液 尽量避免直接加入处理剂固体或干粉 需补充膨润土 应加入已充分水化的膨润土浆 钻井液以一定时间或一定井段处理 尽量避免大型处理 需进行较大处理 应先进行小型试验 确定最佳处理措施 钻井液的监测正常钻进过程中钻井液性能监测每1h左右测一次密度 漏斗粘度和循环罐中钻井液体积 每8 12h测全套性能 及时调整好钻井液性能 保证钻井液性能在设计规定的范围内 定期检查储备罐高密度钻井液性能及体积 并调整好高密度钻井液性能 补足储备量 六 钻井液现场配制 维护与调整 钻井液的监测异常情况下的钻井液监测出现下列情况之一时 应加密测量钻井液性能和循环罐中钻井液体积 检查各管线及出口 闸门是否有漏失情况 并分析地层情况 判断是否发生井漏 钻进过程中或下钻过程中钻井液返出量过少或失返 钻进过程中循环罐钻井液体积损耗过快 六 钻井液现场配制 维护与调整 钻井液的监测出现下列情况之一时 应加密测量钻井液性能和循环罐中钻井液体积 并分析地层情况 判断是否发生溢流 钻进过程中 循环罐中钻井液体积增加 停泵后 井口仍有钻井液流出 起钻过程中灌入井筒中的钻井液体积小于起出的钻具体积或循环罐中钻井液体积增加 停止起钻或起完钻后 钻井液出口仍有钻井液流出 下钻过程中返出的钻井液体积大于下入的钻具体积 停止下钻 井口仍有钻井液外溢 六 钻井液现场配制 维护与调整 钻井液的监测出现下列情况之一时 应加密测量钻井液性能和循环罐中钻井液体积 并分析地层情况 判断是否钻开油气层或高压水层 钻井液出现油气显示 钻屑中发现油砂或水砂 气测值增大 钻井液密度下降 性能发生变化 氯离子含量增加 钻井液体积增加 六 钻井液现场配制 维护与调整 钻井液现场调整前准备地层资料研究与分析地层岩性与结构 矿物组分剖面 全井段地层孔隙压力和破裂压力剖面 地温梯度 地层水分析数据 油气层特性与动 静流动试验数据等 区块地层理化特性分析数据 地层分层 井段及井下复杂情况提示 调整井区块动态压力剖面 压力数据及停注排液情况等 六 钻井液现场配制 维护与调整 钻井液现场调整前准备邻井技术资料分析邻井井下复杂情况和钻井液技术资料 邻井工程复杂处理情况 邻井复杂井段的层位 岩性等 本井技术资料及情况研究与分析发生的异常情况或复杂情况及其地层的层位 岩性 井段等 异常情况或复杂情况的原因 六 钻井液现场配制 维护与调整 钻井液现场调整前准备调整钻井液性能前 必须进行小型试验 如果钻井液性能的调整需要超出钻井液设计性能范围 应及时向上级部门提出调整钻井液性能的申请 六 钻井液现场配制 维护与调整 钻井液现场调整依据根据工程中出现的井下异常情况调整钻井液性能钻井液性能与所钻地层不配伍或不能满足工程要求分析不能与所钻地层配伍和不能满足工程要求的钻井液性能的项目 调整钻井液性能 下钻遇阻或起钻遇卡了解下钻遇阻或起钻遇卡地层的层位 岩性 井段等 分析下钻遇阻和起钻遇卡的原因 缩径 井壁垮塌 调整钻井液性能 见表一 六 钻井液现场配制 维护与调整 钻井液现场调整依据下钻不能到底或电测不到底1 原因分析 井壁垮塌 应根据返出的坍塌物的岩性判断垮塌层位 井段 井眼不清洁 钻井液携带能力差 含砂量高 井底有沉砂 2 调整钻井液性能 见表一 钻进时蹩 跳严重1 原因分析 井壁垮塌2 调整钻井液性能 见表一 钻进时振动筛上钻屑量过多1 原因分析 井壁垮塌 2 调整钻井液性能 见表一 六 钻井液现场配制 维护与调整 表一 根据井下异常情况调整钻井液性能 六 钻井液现场配制 维护与调整 钻井液现场调整依据井漏的处理1 分析漏失通道形成的原因 地层固有的孔喉 裂缝 溶洞及工程诱发的裂缝等2 井漏分类 见表二 3 确定漏层位置 4 井漏的处理 钻井液性能调整及堵漏方法 见表三 表二井漏分类 六 钻井液现场配制 维护与调整 7 钻井液现场调整依据溢流1 了解清楚发生溢流时的施工情况 钻进过程中起钻过程中下钻过程中下钻后循环过程中2 分析发生溢流的原因 见表四 及溢流的流体3 钻井液性能调整 见表四 六 钻井液现场配制 维护与调整 7 钻井液现场调整依据根据所钻地层及岩性情况调整钻井液性能A 胶结性差的砂 砾 黄土层1 地层情况分析 胶结差 未成岩 2 潜在井下复杂 井壁垮塌 漏失 3 钻井液性能调整 增加钻井液粘度和切力 提高钻井液携带和悬浮岩屑能力 一般采用高粘度 高切力 高膨润土含量钻井液 六 钻井液现场配制 维护与调整 7 钻井液现场调整依据B 层理裂隙不发育的疏松砂岩与泥岩互层1 地层情况 见表五2 潜在井下复杂 见表五3 钻井液性能调整 见表五C 层理裂隙发育的泥页岩1 地层情况分析 见表六2 潜在井下复杂 见表六3 钻井液性能调整 见表六 六 钻井液现场配制 维护与调整 7 钻井液现场调整依据D 盐岩层1 地层情况分析 易塑性流动 易水溶等 2 潜在井下复杂塑性流动造成的缩径 盐侵造成的钻井液性能破坏 盐溶造成的井径扩大 盐重结晶造成的起下钻遇阻卡等 3 钻井液性能调整适当提高钻井液密度 提高钻井液抗盐膏污染能力 提高钻井液携带和悬浮岩屑的能力 提高钻井液润滑性能 加入盐抑制剂等 六 钻井液现场配制 维护与调整 7 钻井液现场调整依据E 盐 膏 泥复合地层1 地层情况分析 盐 膏 泥相间 互层多且薄 岩性变化大 泥岩层理 裂隙发育 软泥岩含水高 泥页岩孔隙压力异常 处于强地应力作用下 2 潜在井下复杂 缩径 盐或含盐膏软泥岩塑性变形或石膏吸水膨胀造成缩径 井壁垮塌 盐溶解和软泥岩水化造成井壁垮塌 盐 钙侵造成钻井液性能破坏等 六 钻井液现场配制 维护与调整 7 钻井液现场调整依据3 钻井液性能调整 适当提高钻井液密度 提高钻井液抑制性 提高钻井液抗盐膏污染能力 提高钻井液携带和悬浮岩屑的能力 降低钻井液滤失量 改善滤饼质量 提高钻井液封堵能力和润滑性能等 六 钻井液现场配制 维护与调整 7 钻井液现场调整依据F 煤层1 地层情况分析 易破碎 2 潜在井下复杂 垮塌且塌块大 井漏 阻卡 卡钻等 3 钻井液性能调整 适当提高钻井液密度 提高钻井液粘度和切力 提高钻井液携带和悬浮岩屑的能力 提高钻井液的封堵能力 降低钻井液滤失量 改善滤饼质量 提高钻井液润滑性等 六 钻井液现场配制 维护与调整 7 钻井液现场调整依据G 高地应力作用下的硬脆性地层1 地层情况分析 高地应力作用下 硬度高 不易膨胀和分散 2 潜在井下复杂 剥蚀掉块 井壁垮塌 3 钻井液性能调整 适当提高钻井液密度 提高钻井液粘度 切力 提高钻井液携带和悬浮岩屑的能力 提高钻井液的封堵能力 降低钻井液滤失量 改善滤饼质量 提高钻井液润滑性等 六 钻井液现场配制 维护与调整 7 钻井液现场调整依据H 高压盐水层1 地层情况分析 异常孔隙压力 高矿化度的地层流体 2 潜在井下复杂 溢流 破坏钻井液性能 井壁垮塌 3 钻井液性能调整 适当提高钻井液密度 提高钻井液抗盐 钙 镁污染能力 降低钻井液滤失量 改善滤饼质量 提高钻井液润滑性等 六 钻井液现场配制 维护与调整 8 钻井液各项性能主要作用及调整方法A 钻井液密度 钻井液密度主要作用 提供液柱压力以平衡地层压力 给井壁提供支撑力 从而抑制缩径 坍塌等井下复杂 钻井液密度调整方法提高钻井液密度的方法是在钻井液中加入加重剂 常用降低水基钻井液密度的方法1 将新的低密度钻井液 或胶液等 加入高密度钻井液中 2 用离心机将钻井液中的高密度物质除去 根据钻井液密度选择加重剂种类 六 钻井液现场配制 维护与调整 8 钻井液各项性能主要作用及调整方法B 钻井液流变性能钻井液流变性能主要作用在钻井液循环流动时尽可能大地提供有效水功率 清洗井筒和钻头 提供钻井液携带和悬浮固相的能力 钻井液流变性能的调整方法钻井液中加入增粘剂或造浆类材料可以提高钻井液粘度和切力 六 钻井液现场配制 维护与调整 8 钻井液各项性能主要作用及调整方法C 常用降低水基钻井液粘度和切力的方法1 加入胶液 新配钻井液等 2 加入降粘剂 3 根据地层和钻井液体系选择降粘剂D 钻井液的滤失量钻井液滤失量的作用评价钻井液滤液进入地层的速率及钻井液对地层可能造成的影响 通过滤液分析获取地层资料及地层对钻井液可能造成的影响 降低钻井液滤失量的方法 加入降滤失剂 根据地层和钻井液体系选择降滤失剂 六 钻井液现场配制 维护与调整 8 钻井液各项性能主要作用及调整方法E 钻井液的封堵性能钻井液封堵性能的作用 依靠滤饼及钻井液中的封堵材料对地层孔隙 裂缝进行封堵 从而减少井下复杂情况 提高钻井液封堵性能方法 改善滤饼质量 加入封堵材料 应根据地层 地温和钻井液体系选择封堵材料 六 钻井液现场配制 维护与调整 8 钻井液各项性能主要作用及调整方法F 钻井液润滑性能钻井液润滑性能的作用 减小钻具 套管 电测仪器等在井筒内的运动阻力 提高钻井液润滑性能方法 加入润滑剂 根据地层和钻井液体系选择润滑剂 G 钻井液抑制性能钻井液抑制性能的作用抑制地层中粘土矿物的水化膨胀 分散 抑制进入钻井液的地层粘土矿物水化膨胀 分散 提高钻井液抑制性能方法 加入抑制剂或絮凝包被剂 根据地层和钻井液体系选择抑制剂或絮凝包被剂 六 钻井液现场配制 维护与调整 8 钻井液各项性能主要作用及调整方法H 钻井液的抗污染能力钻井液抗污染能力作用 反映地层物质进入钻井液中钻井液性能变化的程度 在保持钻井液性能稳定的情况下 钻井液容纳的地层物质越多 表明钻井液抗污染能力越强 一般对钻井液性能影响较大的地层物质为钻屑 盐 钙 镁离子 地层油 气 水等 钻井液抗污染能力的调整通过减少钻井液中的膨润土含量或加入降粘剂 抑制剂等措施可以提高钻井液抗粘土类钻屑污染的能力 加入抗盐 抗钙 抗镁材料可以提高钻井液抗盐 钙 镁能力 根据地层和钻井液体系选择提高钻井液抗污染的各种钻井液材料 六 钻井液现场配制 维护与调整 9 钻井液性能测试A 钻井液性能测试仪器按钻井液设计要求配备钻井液测试仪器 水基钻井液测试仪器配备一般要求见表七 B 现场钻井液测试仪器管理1 定期核查化验房中钻井液测试仪器 配件的数量及质量 2 定期校验 检定钻井液测试仪器 3 及时补充或更换未配齐的或检定不合格的钻井液测试仪器及配件 六 钻井液现场配制 维护与调整 9 钻井液性能测试C 钻井液测试试剂应按钻井液设计要求配备钻井液测试试剂及溶液 一般要求见表八 D 现场钻井液测试试剂管理 1 定期核查化验房中钻井液测试试剂的数量及质量 2 定期标定钻井液测试试剂及溶液 3 及时补充或更换未配齐的或标定不合格的钻井液测试试剂及溶液 4 有毒试剂必须按规定保管和使用 5 废液必须按规定进行处理 六 钻井液现场配制 维护与调整 9 钻井液性能测试E 钻井液性能测试要求应按设计要求测试钻井液各项性能 水基钻井液一般性能测试见表九 根据现场需要 可以将钻井液送到有关单位进行性能测试 根据现场需要 可以增加其他钻井液性能F 钻井液性能测试方法现场常规水基钻井液性能测试按GB T16783 1997 水基钻井液现场测试程序 执行 油基钻井液性能测试按GB T16782 1997 油基钻井液现场测试程序 执行 钻井液特殊性能的测试应按照规定的测试方法和步骤及所用仪器使用说明进行 六 钻井液现场配制 维护与调整 10 钻井液污染与处理1 钻井液的污染物 钻屑 泥页岩 砂岩 石膏 盐 地层盐水 盐岩 盐膏层 钙 镁 石膏 氯化钙型盐水 可溶性钙盐 水泥 碳酸盐 可溶性碳酸盐 二氧化碳 有机处理剂降解 天然气 硫化氢 地层 某些含硫处理剂降解 细菌 喜氧菌 厌氧菌 六 钻井液现场配制 维护与调整 10 钻井液污染与处理2 钻屑污染钻屑颗粒分类粗 大于2 000 m的颗粒中粗 250 m 2 000 m的颗粒中 74 m 250 m的颗粒细 44 m 74 m的颗粒超细 2 m 44 m的颗粒胶体 小于2 m的颗粒 六 钻井液现场配制 维护与调整 10 钻井液污染与处理固控设备处理 六 钻井液现场配制 维护与调整 10 钻井液污染与处理筛网筛目 六 钻井液现场配制 维护与调整 10 钻井液污染与处理2 钻屑污染对钻井液影响最大的钻屑是泥页岩钻屑粘土矿物种类 六 钻井液现场配制 维护与调整 10 钻井液污染与处理2 钻屑污染泥页岩钻屑水化膨胀和分散 剥落掉块导致 井壁不稳定 缩径 井壁坍塌 钻头和井下钻具组合的泥包 降低机械钻速 损害油气层 影响固控设备效率 易损失钻井液 钻井液性能变差 特别是在高温 高密度情况下 钻井液材料消耗和费用增加 六 钻井液现场配制 维护与调整 10 钻井液污染与处理2 钻屑污染泥页岩问题的对策 使用强抑制性钻井液体系 尽可能降低钻井液的滤失量 改善滤饼质量 使用合适的表面活性剂 充分发挥固控设备清除钻屑的效率 使用特殊钻井液体系和 或化工产品 六 钻井液现场配制 维护与调整 11 井壁稳定1 井壁不稳定性主要表现 井眼不规刚 起下钻阻卡乃至卡钻 钻头泥包 蹩跳 振动筛上返出的的钻屑量 形状和大小 扭矩和阻力 抽吸压力和激动压力变化 测井仪器下不到井底 甚至被卡 影响下套管和固井质量 六 钻井液现场配制 维护与调整 11 井壁稳定2 井壁不稳定性主要原因 1 地层因素 地层岩性 易水化泥岩 层理裂缝发育的硬脆性页岩和砂岩 疏松砂岩 破碎碳酸盐岩 煤层 盐岩层 盐 膏 泥复合地层 地层应力 上覆应力 最大和最小水平应力 孔隙压力 破裂压力 坍塌压力 地层倾角 油气水层 油层 气层 高压 盐水层 水层 六 钻井液现场配制 维护与调整 11 井壁稳定2 井壁不稳定性主要原因 2 机械因素 机械钻速 裸眼井段钻进时间 排量 井壁冲蚀 泵压 井漏 钻柱振动和碰撞 不合适的钻井参数和作业 固控 低密度固相含量 六 钻井液现场配制 维护与调整 11 井壁稳定2 井壁不稳定性主要原因 3 理化因素 密度 偏低 不能支撑地层压力 流变性 悬浮和携带能力 井眼清洁 滤失性 初滤失 滤失速率 滤液性能 滤饼质量 抑制性 粘土矿物的水化膨胀和分散 润滑性 摩阻过大 六 钻井液现场配制 维护与调整 11 井壁稳定3 井壁不稳定性对策选择合适的钻井液体系 合适的钻井液体系是复杂地质条件下保证井壁稳定的关键之一 钻井液强抑制性 合理的钻井液密度 钻井液良好的流变性 悬浮和携带能力 钻井液低滤失量 动态 静态 薄而韧的滤饼 钻井液良好的封堵能力 钻井液良好的润滑性钻井液体系的可转化性和可调节性钻井液处理剂功能单一 体系组份简单 以利于维护和调节钻井液性能 也易于判断 分析和处理井下复杂情况合适的钻井参数和措施 缩短裸眼段钻进时间 六 钻井液现场配制 维护与调整 12 固控设备管理与使用钻井液固控设备管理必须配备维护钻井液固控设备的人员 及时清洁和保养钻井液固控设备 定期检修钻井液固控设备 确保设备正常运转 及时更换不能正常工作的钻井液固控设备或配件 六 钻井液现场配制 维护与调整 12 固控设备管理与使用钻井液固控设备的使用钻井期间 除必须的检修 保养外 所有装在钻井液罐上的搅拌机必须连续运转 钻进过程中 振动筛必须连续运转 钻进过程中 除在合同或设计上另有规定 必须保证除砂器和除泥器 或清洁器 正常运转 高密度钻井液应根据合同和设计要求使用除砂器和除泥器 或清洁器 离心机应根据实际情况使用 振动筛筛布目数应根据地层的可钻性 井深 钻井液体系和排量的变化进行选择并及时更换 实例一 泥页岩地层井壁稳定性 井地层特性 1 大段泥页岩 6 000m以上井段 粘土矿物含量20 50 2 大段膏泥岩 4 700m 6 400m井段 石膏含量2 57 3 破碎的泥页岩和砂岩地陉 4 高且各向异性的地应力及高地层倾角 5 高压 高矿化度 高钙含量的地层水 实例一 泥页岩地层井壁稳定性 井粘土矿物含量分析结果 实例一 泥页岩地层井壁稳定性 井各井段井径扩大率 实例一 泥页岩地层井壁稳定性 泥页岩地层井壁稳定性是钻井时间的函数121 4in井段两次井径测定结果比较 124 230 实例一 泥页岩地层井壁