钻井液维护及处理PPT课件

钻井泥浆技术服务公司 钻井液维护及处理 一 基本概念二 油田常用钻井液特性三 钻井液处理剂简介四 常规性能的意义五 单井钻井液维护处理六 钻特殊地层的钻井液准备及处理七 从钻井液的变化了解井下情况 基本概念 钻井液 对用于钻井作业过程中循环流体的总称 其主要功能包括平衡地层压力 净化井眼 稳定井壁 冷却钻头 润滑钻柱和钻头 按照API标准 钻井液分为油基钻井液 水基钻井液 气基钻井液和合成基钻井液四大类型 钻井液体系 为满足钻井工艺要求及适应地层特性而设计的一套钻井液配方及维护工艺 油基钻井液 以油为连续相的钻井循环流体 包括柴油基钻井液 轻质原油基钻井液 白油基钻井液等 水基钻井液 以水为连续相的钻井循环流体 按不同分类方式分为淡水钻井液和盐水钻井液 粗分散钻井液和细分散钻井液 低固相钻井液和高密度钻井液等 气基钻井液 以气体为连续相的钻井循环流体 常用的气基钻井液包括空气 氮气 天然气 二氧化碳气等 合成基钻井液 以人工合成或改性有机合成材料为连续相的钻井循环流体 主要包括酯基 聚 烯烃 醚基 线性石蜡等 油田常用钻井液及其特性 大港油田自六四年建厂以来 为了满足勘探开发的需要 随着钻井技术的发展 钻井液技术也得到了很大的发展 通过引进吸收和自主研发等不同方式逐步完善钻井液技术 形成了饱和盐水钻井液 聚合物钻井液 钙处理钻井液 钾基石灰钻井液 硅基防塌钻井液等多套体系 经过多年的实践检验 形成了现在我油田常用的钻井液体系 满足普通定向井 大位移大斜度定向井 水平井 深井等不同井型钻井施工的需要 构建了大港油田比较完善的钻井液技术体系 聚合物钻井液聚合物钻井液是七十年代由大港 华北等油田率先引入国内 在现场试验获得成功 随后在各油田得到普遍推广应用 多年来该体系的处理剂及施工工艺得到不断完善和发展 现在已经成为应用最广泛 工艺较成熟的一种常用钻井液体系 它基本组分为大分子包被抑制剂 中小分子降失水剂 聚合物降粘剂 防塌剂 润滑剂 油层保护剂及其它辅助处理剂 目前油田常用的大分子聚合物主要为K PAM 乳液大钾 降失水剂主要是铵盐 基本不用降粘剂 其主要特点概括为 泥页回收率高 抑制地层粘土造浆能力强 能够防止泥岩粘土地层的水化分散 稳定井壁 降低般土含量 有利于保护油气层 减少泥浆的排放量 泥浆性能稳定 同时 由于它具有良好的剪切降粘特性 有利于各种井眼条件下的携砂和发挥水力破岩作用 提高机械钻速 该体系适用于我油田不同区块的浅 中深井 特别适合于我油田明化镇地层和馆陶组地层 有效抑制地层粘土造浆 根据不同施工环境条件要求 在该钻井液加入其它处理剂后 形成聚合物泥浆体系的分枝 如 加KCL等处理剂后 形成钾盐聚合物泥浆 适用于易塌区块 盐池区域 海上及滩海地区 加入SMP SMC SMT等抗高温磺化处理剂形成聚磺钻井液 适用于深井 超深井 抑制性钻井液该钻井液使用时间最长 适应范围较广的一种钻井液体系 自油田建立之时起 到目前为止 长期应用于钻井施工中 此体系最初仅简单使用几种泥浆处理剂 各项性能指标较低 在钻井中容易发生井塌划眼 卡钻等复杂和事故 随着处理剂的发展 该体系也得到不断完善 现在它已成为基本能够解决一般地层问题 各种相关处理剂品种配套齐全 能够较好地满足安全施工需要 适用于钻井施工难度较低井 适应于环保要求较低的地区 其基本组分为 降粘剂 降失水剂 润滑剂 屏蔽暂堵剂和辅助性处理剂 其特点是适应性强 抗盐 钙污染能力强 不但可以用于一般环境和地层条件下的钻井施工 而且能够用于钻一些特殊岩性 如石膏层 盐层 高矿化度盐水地层的施工 抑制性泥浆在此具有其它体系无法替代的优势 因此 该体系使用时间较长 不足之处在于 泥浆维护周期较短 处理较为频繁 泥浆性能波动幅度较大 不利于环境保护 但仍是现在较常用的泥浆类型之一 在我油田的南部地区仍然广泛使用 在该钻井液的基础上 加入NaCL等盐类 成为盐水泥浆或饱和盐水泥浆 用于钻易塌地层 岩盐地层 盐膏地层 加入石灰等处理剂成为石灰泥浆及钾基石灰泥浆 用于钻易塌地层和膏盐硭硝地层 加入SMP SMC SMK等处理剂成为 三磺 泥浆 用于钻深井或超深井 硅基防塌钻井液该钻井液是九十年代初我们为了解决港东地区沙河街地层泥岩坍塌而研究开发的钻井液体系 以其多项优异的特性 应用于油田深井 大位移井 水平井等高难度井的钻井施工中 该体系的工艺技术居于国内领先水平 最近我们与钻采院合作研究成功了以无机硅为主要抑制剂的硅酸盐钻井液 其防塌效果和环保性能更优 但也存在其应用的局限性 其基本组成为 有机硅稳定剂 有机硅稀释剂 有机硅腐钾 润滑剂 屏蔽暂堵剂 降滤失剂和辅助处理剂 其优越性概括为 防塌能力强 特别是一些易塌区块的防塌效果十分显著 泥浆稳定性周期长 它介于聚合物泥浆和分散性泥浆之间 具有二者各自特有的优点 易于维护 有利于防止井下事故复杂的发生 抗温能力强 固相容量大 在高温深井 大斜度井 水平井 高密度勘探开发井等条件下 使用它尤其能够表现其优越性 不足之处为 抗盐 钙污染能力较弱 不适合于岩盐地层 膏盐地层 海上等地层和地区的施工 正电聚醇钻井液聚醇类钻井液由于聚合醇的浊点效应 在保护油气层 防塌 润滑等方面具有特殊优势 目前在国内得到广泛推广应用 正电聚醇钻井液是在普通聚醇基础上 基于保护油气层 保护环境两大原则新开发的新型钻井液体系 其正电特性使之与带负电的粘土之间的吸附能力更强 具有其它聚醇类钻井液优势的基础上 防塌效果更好 其基本组成为 正电聚醇 大分子包被抑制剂 降滤失剂 正电护壁剂及其它辅助材料 有机正电胶钻井液有机正电胶钻井液是我公司与冀东油田共同研究开发的新钻井液 于2003年首先成功应用于冀东柳赞 高尚堡地区的水平井 然后在大港油田唐H2 扣H1井 港H1井等水平井进行了推广应用 截止到去年底 共完成36口水平井 形成了比较成熟的现场工艺技术 取得了良好的应用效果 其基本组成为 有机正电胶 两性离子聚合物 降滤失剂 润滑剂 油层保护材料和辅助材料 正电胶钻井液体系是国际公认的对油层损害最轻的钻井液体系之一 但传统的无机正电胶电性不够高 且水溶油不溶 无机正电胶钻井液滤失量较大 可配伍的降滤失剂较少 无机正电胶钻井液对降粘剂特别敏感 粘度 切力一旦被破坏 再恢复其特性非常困难 而有机正电胶具有更强的正电性 能被水润湿 具有油溶性 并易于与其他处理剂配伍 具有更强的页岩抑制性 稳定井壁和油层保护能力 因此 它非常适合于水平井的勘探与开发 甲酸盐钻井液甲酸盐钻井液是国际泥浆界公认的低毒 高效型钻井液体系 国外用它已完成了多口高难度井施工 我们于二000年开始研究甲酸盐钻井液 形成了有膨润土和无膨润土两套配方 主要由提粘剂 降滤失剂 辅助抑制剂和甲酸盐等组成 根据需要 还可加入消泡剂 润滑剂等处理剂 从二00一年开始进行现场试验 取得了预期效果 到二00五年共完成三十二口井的现场应用 其中水平井三口 形成了较成熟的现场工艺技术 甲酸盐克服了无机盐的不足 其溶解度大 甲酸钠的盐水密度为1 35g cm3 甲酸钾的盐水密度高达1 60g cm3左右 甲酸根HCOO 与地层水配伍性良好 与Ca2 Mg2 等高价离子的生成物可溶 甲酸盐对钻具和套管的腐蚀性小 K 含量达10000ppm的甲酸盐钻井液对管材的腐蚀速度为3 6mm a 而相同钾离子浓度的氯化钾钻井液腐蚀速度为13mm a 甲酸盐毒性低 甲酸根可生物降解 对环境污染小 甲酸盐钻井液对地层伤害小 保护油气层效果好 钻井液性能稳定 易于维护 抑制防塌能力强 有利于井壁稳定 抗盐 钙污染能力强 不足之处在于 配制成本高 钻井液处理剂简介 材料分类一 按化学性质分类1 原材料 如粘土 水 油 加重剂等 2 无机处理剂 如氯化钠 硫酸钾 磷酸盐 氢氧化钠等 凡用于钻井液的无机化学药剂均可划入此类 3 有机处理剂 凡用于钻井液的有机化合物均属此类 如沥青类 淀粉类 腐植酸类 丙烯酸类 纤维素类等 4 表面活性剂 如非离子型 阴离子型 阳离子型和两性活性剂等 二 按用途分类共分十八类 包括 1 碱度调节剂2 杀菌剂3 除钙剂4 腐蚀抑制剂5 消泡剂6 乳化剂7 降失水剂8 絮凝剂9 发泡剂10 堵漏材料11 润滑剂12 页岩水化抑制剂13 配浆材料14 降粘剂15 增粘剂16 加重剂17 解卡剂18 高温稳定剂 常用处理剂简介 磺化酚醛树脂 代号SMP 分 型和 型 型用于矿化度 10万mg l的水基钻井液 型可抗盐至饱和盐水 用途 高温降滤失剂兼有一定的防塌能力 抗盐 抗钙与磺化褐煤等腐植酸类复配 可抗温200 一般加量1 3 磺化沥青 FT1或SAS它是由沥青发烟硫酸或SO3进行磺化而成 其主要成分为沥青磺酸钠 此外还会有少量的沥青酚盐 无机物和氧化沥青 约含70 的水溶物 既溶于水又溶于油的成分约40 干制品为脆性薄片状 呈暗褐或黑色 软化点高于260 密度约0 98g cm3 用途 作用 高温降滤失 改善滤饼质量 抑制页岩水化膨胀 兼有润滑作用 高温下能维持低切力 低滤失 水解聚丙烯腈铵盐 俗称铵盐 代号NH4 HPAN它是由腈纶废丝在高温高压下水解而成 用途 降滤失剂 由于可提供NH4 有类似K 的抑制粘土水化分散作用 故亦是一种较好的防塌剂 兼有降粘作用 聚丙烯酸盐类 聚合物大分子包被剂类 外观为白色或微黄色流动粉末 用途 包被剂 主要用于聚合物 低固相不分散聚合物水基钻井液 有改善流变参数 提高剪切稀释能力 降低滤失量 包被钻屑 抑制分散等作用 抗盐 抗钙 抗温 推荐加量 淡水浆 0 1 0 3 盐水浆0 5 1 2 饱和盐水浆0 7 1 5 羧甲基纤维素钠盐CMC分高粘 中粘 低粘三种类型组分 由棉花与氯乙酸反应而成 特征 白色或微黄色纤维状粉末 吸潮用途 1 低粘 LV CMC 主要用作水基钻井液降滤失剂 2 中粘 MV CMC 水基钻井液降滤失剂 兼作增粘剂 3 高粘 HV CMC 主要作为增粘剂 CMC有一定的抗盐性 但缺点是抗温性较差 100 左右 腐植酸钾代号KHm它是由褐煤或风化煤用KOH提取而得 特征 黑褐色粉末 易溶于水 用途 为腐植酸类页岩抑制剂 兼有降粘和降失水作用 抗温达180 加量一般1 3 常规性能的意义 密度 单位体积钻井液的质量 常用g cm3表示 主要作用是平衡地层压力 防塌 漏斗粘度 用漏斗粘度计测得的流出一定体积钻井液所经历的时间 单位s 可以直观反映钻井液悬浮携砂能力的强弱 滤失量 按GB T16783 1997中规定的仪器及方法测得的钻井液滤失量 ml 30min 分为常温常压 高温高压滤失 是钻井液中自由水含量和造壁性的综合反映 静切力 是塑性流体从静止状态开始流动时所需的最低剪切应力 单位Pa 它表征钻井液的凝胶强度 分为初切和终切 它反映了钻井液悬浮携砂能力 常规性能的意义 泥饼 钻井液在过滤过程中沉积在过滤介质上的沉积物 从过滤介质表面到泥饼表面的平均厚度 称为泥饼厚度 单位mm 含砂量 钻井液中粒径大于74 m的固相的含量 单位 般土含量 MBT 每毫升钻井液用0 01mol L亚甲基蓝标准溶液滴定到终点时所耗标准溶液的毫升数 单位 或g l 固相含量 钻井液中固体物质的总量 单位 润滑系数 用极压润滑系数仪测得的钻井液摩阻系数 也叫极压摩阻系数 常规性能的意义 泥饼粘附系数 用泥饼粘附系数测定仪测得的钻井液泥饼与粘附盘之间的摩阻系数 剪切应力 克服流体流动阻力所需单位面积上的应力 单位Pa 表观粘度 在1022s 1剪切速率下剪切应力与剪切速率的比值 单位mPa s 塑性粘度 塑性流体在层流条件下 剪切应力与剪切速率成线性关系时的斜率值 单位mPa s 动切力 塑性流体在层流条件下 剪切应力与剪切速率成线性关系时的截距 单位Pa 单井钻井液维护处理 目前油田大多数井的井身结构设计为二开或三开 少数为四开 一开基本为膨润土浆 少数深表层井为聚合物钻井液 二开大部分为聚合物钻井液体系 三开 四开阶段根据不同区块使用聚合物 抑制性 有机硅防塌钻井液体系等钻井液体系 下面分阶段对钻井液维护处理措施进行简单的阐述 一开井段 钻井液体系 膨润土浆或聚合物钻井液 1 开钻前在3 4 罐中打满清水 按配方依次加入纯碱 土粉 预水化24小时后开钻 2 如果采用膨润土浆 钻进过程中 直接用清水控制钻井液粘切 如果采用聚合物钻井液 钻进过程中补充NH4 HPAN等聚合物 保持聚合物的有效含量 适度抑制地层造浆 用处理剂胶液和水调整钻井液的粘切和流变性 保证井眼稳定和清洁 3 钻完一开进尺后 大排量充分洗井 起钻前替入粘度为50 60s的稠浆 以保证电测和下套管顺利 对于存在流沙层的地区 稠浆必须是用般土配制 要求般土含量大于10 配合单封和CMC提粘 粘度大于80s 二开井段钻井液体系 聚合物钻井液 1 钻井液基本配方 基浆 NH4 HPAN KPAM KHm SAS 片碱 2 一般利用一开井段的般土 根据室内化验数据确定一开钻井液留用量 然后加水稀释 然后依据聚合物钻井液配方进行预处理 大分子聚合物必须充分水化分散 调整钻井液达到设计要求 3 钻水泥塞时 加入适量纯碱 清除钙离子 防止水泥污染 4 钻进过程中 每钻进1m补充0 5 1kgKPAM 2 4kgNH4 HPAN 保持聚合物的有效含量以抑制地层造浆 用处理剂胶液调整钻井液的粘切和流变参数 5 如果是定向开发井 定向前加入原油 并充分乳化 钻进过程中定期补充原油 如果是探井 则加入水基润滑剂或低荧光油基润滑剂 保证钻井液具有良好的润滑性 同时补充SAS KHm 改善泥饼质量 满足施工中润滑防卡要求 6 必须合理控制钻井液的粘度 切力和其它流变性能 对于明化镇上部地层 必须采用低粘 低切钻进 既要抑制地层造浆 又要防止钻具泥包 进入明下地层后要适当增加大分子聚合物的加量 适当提高粘度 进入馆陶组地层后 钻井液粘度要求大于40s 钻井液动塑比控制在0 4 0 6之间 使钻井液具有较好的携砂能力 7 进入馆陶组底部含砾砂岩地层前 依据邻井含砾程度加入单封量和泥浆粘度的控制范围 提高泥浆的防漏能力 8 钻完二开进尺后要充分循环洗井 调整钻井液性能 补充相关处理剂 循环清洁后可根据井下情况用封闭液封闭裸眼井段 保证电测和下套管施工顺利 9 对于二开井 井较深 设计要求在适当地层转换钻井液体系 转型前必须对钻井液进行室内分析 做转型的小型实验 依据实验配方提前备料 准备实施转型时必须与技术员和当班司钻 跟班干部沟通 保证在转型期间设备完好 转型一次连续进步 确保泥浆转化彻底 为下部井段安全施工创造条件 10 其它措施 依据井眼直径确定合理排量 依据施工井型 难度 现场施工状况搞好短起下钻 确保井眼净化 控制好井身规矩 为施工安全创造条件 三开井段三开预处理时 放掉部分二开钻井液加水稀释 并充分清除其中的有害固相 根据三开将使用钻井液体系加入或补充相应的各种处理剂 使钻井液性能达到设计要求 三开井段要在钻进过程中及时补充相应处理剂 保持体系中处理剂的有效含量 严格控制钻井液的滤失量 保证体系具有良好的抑制性 以抑制地层造浆和防止井塌和井壁不稳定 以及保持体系较好润滑性 开启固控设备 及时清除岩屑及其它有害固相 为了便于携岩 必须合理控制钻井液的粘度 切力和其它流变性能 使钻井液具有较好的携岩能力 同时 工程上提高泵排量 保持钻井液较高的环空返速 起钻前适当增加循环时间 以彻底清洗井内的岩屑 钻完三开进尺后 大排量充分洗井 必要时配制封闭液封闭裸眼井段 以保证井眼通畅和套管的顺利下入 油气层保护措施根据不同储层的特性选择合理的钻井完井液类型 主要是选择对储层损害小的完井液添加剂 使钻井完井液滤液与储层流体有良好的配伍性 根据不同的储层特性设计不同油气层保护添加剂或采取不同油气层保护技术措施 一般是在进入储层前50 100m左右 调整钻井液性能 按要求加入油气层保护处理剂或采取相应油气层保护技术措施 在钻进中及时补充油气层保护材料 保持其在钻井完井液中的含量 保证油气层保护的效果 加强现场管理 严格控制钻井完井液的滤失量 减少钻井完井液滤液对储层的侵入 强化固控设备的使用 减少钻井完井液中的固相含量 特别是细及超细粒子的含量 可有效控制固相颗粒对储层侵入 减轻对储层的损害 完井作业过程中保持钻井完井液性能的稳定 同其它作业部门搞好配合 提高完井作业速度 缩短完井作业时间 减少对储层的浸泡时间 钻井液转型注意事项钻井液体系的转换尽量在中间套管内完成 转换前必须进行室内或现场小型试验 在试验数据基础上分循环周进行逐步转换 转型时首先对基浆进行稀释 启动固控设备充分清除其有害固相 降低膨润土含量 然后按配方和顺序加入相应的处理剂 调整好钻井液性能 使之达到设计要求 转型实施前必须与井队技术员 当班司钻 值班干部进行沟通协调 保证设备运行正常 转型必须转型彻底 根据所转型体系要求加入各种处理剂 在中间套管内循环钻井液使其性能达到设计要求 并在钻进过程中及时补充相应的处理剂 保持体系中处理剂的有效含量 特殊地层的钻井液准备及预处理 易漏地层 如馆陶底 生物灰岩 玄武岩 1 依据邻井施工状况制定施工预案 储备防漏 堵漏材料 配浆材料 加重剂及其它处理剂 尽量储备足量泥浆 2 依据邻井资料提高钻井液粘度 提前加入单封等防漏材料 提高钻井液的防漏能力3 控制钻井液密度在设计低限 在保证井壁稳定的前提下 可尽量降低钻井液密度 减小钻井液静液柱压力 4 适当降低钻井液排量 降低循环当量密度 易塌地层 东营 沙河街组地层 1 依据邻井选择适应地层特性的钻井液类型及处理剂 2 进入易塌地层前调整钻井液 补充沥青等封堵类处理剂 提高钻井液对地层层理 微裂缝的封堵能力 减少滤液进入地层 3 加大防塌类处理剂的用量 提高钻井液防塌能力 4 依据邻井资料和压力预测选择适当的钻井液密度 要求钻井液密度大于地层坍塌压力 使井壁处于力学稳定状态 5 严格控制滤失量 特别是高温高压滤失量 从而减少滤液进入地层 造成水化坍塌 玄武岩地层该地层如果微裂缝发育 破碎 则容易发生井漏 应按照易漏地层做好准备工作 如果地层不破碎 则可能发生井塌 在钻遇该地层时 必须提高钻井液密度 降低钻井液的滤失量 改善泥饼质量 提高钻井液的封堵性 工程上减少井下压力激动和避免钻具对玄武岩井段井壁的碰撞 快速穿过玄武岩地层 起下钻时必须避免在该地层井段开泵 石膏层依据邻井施工资料提前准备处理石膏层的处理剂 在钻遇石膏层前 对钻井液进行预处理 降低固相 降低粘切 提前加入抗石膏类处理剂 如纯碱 除钙降粘剂等 提高钻井液pH值 从而提高钻井液抗石膏污染的能力 钻进过程中一旦出现石膏侵 可以通过加入纯碱 除钙降粘剂等进行清除钙离子 同时用抗钙能力强的降粘剂控制粘切 补充降滤失剂 防塌剂等材料 以维护钻井液的性能稳定 流沙层流沙层一般存在于我油田海边平原组或明化镇地层顶部 在钻遇此类地层时 必须提高钻井液粘度 提高钻井液中的膨润土含量 一般要求大于10 加入单封 增强钻井液的造壁性 工程上通过适当降低排量 降低对流沙层冲蚀 起钻前必须用粘度大于80s的稠泥浆封闭该井段 保证下钻 电测 下套管顺利 异常高压地层 高压油 气 水地层 依据邻井资料和设计要求储备加重材料 按相关规定储备重泥浆 提前提高钻井液密度 以平衡地层孔隙压力 特别对于高压盐水地层 应提前对钻井液进行预处理 提高井浆的抗盐 抗钙能力 从钻井液的变化了解井下情况 在钻进过程中地面钻井液的变化可以预知井下情况 主要体现在以下几个方面 钻井液粘度变化1 异常升高 如果是淡水泥浆 则可能钻遇石膏层 盐膏层 应立即与地层录井小队联系 了解所钻遇地层 采取对应的措施 确保施工安全 如果是盐水泥浆或钙