钻井工程4-钻井液

,第四章钻井液简介,2012年上学期钻井工程课,主要内容,钻井液功用、类型和组成钻井液的主要性能钻井液应用钻井液技术的发展概况国内外钻井液技术新进展,一、钻井液功用、类型和组成,钻井液（DrillingFluid）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总称。钻井液又称钻井泥浆（DrillingMud），简称泥浆（Mud）。,一、钻井液功用、类型和组成,钻井液的循环流程,高压立管,方钻杆,井下钻具,钻头水眼高速喷出,环形空间,振动筛,清洗井底携带岩屑,泥浆罐组(1#、2#、3#、4#),泥浆泵,除砂器、除泥器、离心机,水龙带,水龙头,1#,4#,人们对钻井工作的要求,安全,优质,快速,钻井工作对钻井液的要求,有利于实现安全、优质、快速钻井。有利于取全、取准各项工程上、地质上的资料。有利于发现、保护油气层。,高效,一、钻井液功用、类型和组成,有人比喻：,钻井的血液,实际情况：,钻井液,钻井液停止循环,钻井工作必须停止,钻井液重要性,一、钻井液功用、类型和组成,携带和悬浮钻屑,1、钻井液的功用,循环时把钻头破碎的岩屑从井底带出井眼，保持井眼净化。停止循环时把井眼内钻屑悬浮住，不致很快下沉，以免卡钻。,携带和悬浮岩屑,形成泥饼，降低滤失，减弱地层水化。,保护油气层,控制压力，防止井喷。,平衡地层压力，稳定井壁，防止井塌。,高压喷射，破岩清岩。,冷却润滑钻头,一、钻井液功用、类型和组成,1、钻井液的功用,一、钻井液功用、类型和组成,一、钻井液功用、类型和组成,冷却和润滑钻头、钻具,1、钻井液的功用,1、钻井液的功用,传递水动力,在钻头水眼处,优质钻井液还应考虑：油层保护，环境污染，劳动保护，腐蚀性等方面问题。,一、钻井液功用、类型和组成,2、钻井液的类型,液体,气体,水基钻井液,油基钻井液,合成基钻井液,泡沫（气为主）,充气钻井液（液为主）,空气,天然气,气-液混合物,流体介质,一、钻井液功用、类型和组成,钻井液基本类型,水基钻井液,油基钻井液,淡水（NaCl1%、Ca2+120mg/l）：最初使用。盐水（NaCl1%）（盐水、饱和盐水、海水）用于海上和岩盐层及泥、页岩易塌地层。钙处理（Ca2+120mg/l）：防塌、抗钙、盐侵强。低固相（固相7%，不分散的4%）：钻速快。混油（乳化）：润滑性、流动性好，失水量少。,油包水乳化（逆乳化）：以柴油为分散介质，水及有机膨润土等为分散相。特点：热稳定性高、防塌好，对油气层损害小。用于超深井的高温井段。全油基（含水10%）：柴油和沥青等配成。特点：对油层损害小，抗盐侵能力强。缺点：对人体及环境危害大，尤其是海洋。,加重剂,钻屑,三、钻井液的组成,各种化学处理剂,多级分散体系,粘土颗粒,多数是悬浮体0.12m,少数为溶胶1100nm,膨润土,水(或盐水),溶胶悬浮体,水基钻井液,加重剂,石灰,油,水滴,有机土等,油基钻井液,乳化剂,润湿剂,在我国应用得比较少。,乳状液体系,胶粒2m泥274m砂74m,一、钻井液功用、类型和组成,按照API（AmericaPetroleumInstistite）推荐的钻井液性能测试标准，需要检测的钻井液常规性能有：,二、钻井液的主要性能,1、井塌及钻井液防塌技术1、井壁不稳定指钻井或完井过程中的井壁坍塌、缩经、地层压裂三种基本类型。2、了解井壁不稳定的现象和井壁不稳定的危害3、井壁稳定性的室内评价方法取井壁岩样做分散性试验、水化试验、膨胀性试验。4、井壁不稳定原因地质方面原因（页岩孔隙压力、异常构造应力和地层倾斜等）；物理化学方面原因（水化膨胀压改变了井周的应力分布、降低了岩石强度、削弱了颗粒间连接，造成剥落掉块。）；钻井工艺方面的原因（钻井液液流过大，对井壁冲刷；激动压力和抽吸压力过大，造成井壁岩石受力不平衡；由井漏、井喷导致；起下钻时钻头碰撞井壁）。,三、钻井液应用,三、钻井液应用,5、解决井壁不稳定的钻井液技术思路调节钻井液密度，控制地层压力，使达到近平衡钻井；封堵地层微裂缝，形成优质泥饼，稳固井壁；抑制地层水化膨胀。6、常用防塌钻井液体系油基钻井液水基钻井液低失水高矿化度水基钻井液、钾基钻井液、钾石灰钻井液、有机硅钻井液、硅酸盐钻井液、饱和盐水钻井液、正电胶钻井液、两性离子聚合物钻井液、阳离子聚合物钻井液、聚合醇钻井液、甲酸盐钻井液、聚磺钻井液、甲基葡萄糖苷钻井液、多元醇树脂钻井液。合成基钻井液,三、钻井液应用,2、井漏及钻井液防漏堵漏技术1、井漏各种井下作业（钻井、固井、修井）时，各种工作液（泥浆、水泥浆、完井液及其它流体等）在压差作用下，漏进地层的现象。它与滤失有本质区别，它是液相连同固相整体漏入地层。2、井漏的危害损失钻井时间，延长钻井周期；损失大量钻井液原材料；产层漏失会严重损害产层；诱发其它井下复杂情况；干扰钻井液性能的正常维护、处理3、井漏发生的基本条件存在正压差；存在漏失通道及较大的足够容纳液体的空间；通道开口的尺寸大于工作液中固相的粒径。,三、钻井液应用,4、漏失通道分类自然漏失通道、人为漏失通道（新压裂的，原有重新开启的）。5、漏失分类渗透性漏失（0.54方/小时）裂缝性漏失（几几百方/小时）溶洞漏失（有进无出）。6、井漏的预防设计合理的井身结构、降低井筒内钻井液的动压力、加强监测量。7、常用堵漏方法调整钻井液性能与钻井措施、静止堵漏、桥接材料堵漏法、高滤失浆液堵漏法、暂堵法、无机胶凝物质堵漏法、复合堵漏法、强行钻进下套管封隔漏层法。,三、钻井液应用,3、井喷的预防及钻井液处理技术1、井喷指地层流体失去控制，喷到地面，或窜到其它地层的现象。它是钻井工程较为常见的恶性事故。轻者使油气层受到破坏，影响钻井工期；重者使油气井报废，延误油气勘探开发工作。2、发生井喷的基本条件井内液柱压力地层压力。3、发生井喷的原因钻进过程中井喷发生的原因、起钻过程中井喷发生的原因、下钻过程中井喷发生的原因、下钻后循环过程中井喷发生原因。4、预防井喷的钻井液措施选用合理的钻井液密度；在钻进油、气、水层前，先调整好钻井液性能；及时排除气侵气体；随时注意观察钻井液的体积，储备一定数量的加重钻井液。,三、钻井液应用,4、卡钻的预防及钻井液解卡技术常见的卡钻事故：沉砂卡钻、井塌卡钻、缩径卡钻、泥饼粘附卡钻、键槽卡钻。,卡钻示意图,三、钻井液应用,A管子转动，钻铤只吃入泥饼一段距离。B管子静止，钻铤在压差下吃入泥饼。C偏斜严重的井眼，钻铤静止时，钻铤与泥饼之间的压力从0变化到p。压差卡钻机理示意图,A,B,C,压差卡钻,防止压差卡钻的措施A.降低钻井液密度在确保不发生井喷的前提下，尽可能降低钻井液密度。B.减少钻具与井壁接触面积改善井身质量。C.降低泥饼摩擦系数采用优质钻井液，在钻井液加入少量的油或润滑剂，使用好的固控设备。D.减少岩屑床的厚度对于大位移或水平井，选择合适的钻井液流变参数，防止岩屑床形成或尽量减少其厚度。解除压差卡钻的方法A.用油或解卡液浸泡B.用稀盐酸浸泡C.降低钻井液密度以减少压差,三、钻井液应用,四、钻井液技术的发展概况,1、发展阶段,初步形成时期：18881928年，旋转钻井开始，最初用清水钻井。快速发展时期：19281948年，发现带有砂的泥浆比清水的携带能力更好。于是出现细分散钻井液，并使用简单的处理剂。高速发展时期：19481965年，发现细分散泥浆的不足：抗侵能力差，于是发展为钙处理、适度絮凝的粗分散钻井液。科学优化时期：1965现在，高压喷射钻井中，要求低固相，于是出现聚合物不分散低固相钻井液。上个世纪80年代末90年代初至今，先后出现：正电胶、硅酸盐、甲酸盐、多元醇、生物降解型等钻井液体系，并得到广泛应用。但都没有形成主流，不能完全取代聚合物钻井液体系。与此同时，上个世纪40年开始使用的油基钻井液也在不断发展，从开始用原油发展为柴油，到矿物油；从全油基发展为油包水乳化钻井液；从有毒污染的油基发展为低毒无毒的油基钻井液。,2、我国钻井液技术发展特点,（1）发展阶段相似，但时间稍有滞后。（2）水基钻井液应用得较多，油基钻井液使用得少。（3）深井水基钻井液、防塌型聚合物钻井液的理论研究比较成熟。（4）成功应用一些处理剂，如FA367、XY27、SMP等。（5）成功应用一些钻井液体系，如三磺钻井液体系、两性聚合物钻井液体系、聚磺钻井液体系等。（6）研制了大量钻井液性能测试评价仪器。（7）计算机应用相对落后。,四、钻井液技术的发展概况,（1）钻井液强化井壁技术。（2）复杂地质条件下深井、超深井、大位移井钻井液技术。（3）新型钻井液体系及其处理剂的研制与应用。（4）废弃钻井液处理技术。（5）保护油气层技术。,3、对钻井液新技术发展的预测,四、钻井液技术的发展概况,4、当前钻井液研究的关键内容,（1）深井高温、高密度钻井液。（2）井壁失稳机理与防塌钻井液。（3）新型处理剂系列和新型钻井液系列的发展。（4）大位移井、水平井和小眼井等特殊工艺井的钻井液技术。（5）欠平衡钻井液技术。（6）保护储层的钻井液、完井液。（7）钻井液润滑性及防卡、解卡技术。（8）钻井液防漏、堵漏技术。（9）钻井液流变性及其与携岩的关系。（10）钻井液固控技术。（11）废弃钻井液处理技术和环保型钻井液体系研究及其应用。（12）计算机和信息技术在钻井液中的应用。,四、钻井液技术的发展概况,五、国内外钻井液技术新进展,1、钻具腐蚀和防腐（腐蚀机理研究、检测及防止措施）2、废弃钻井液对环境的污染及其处理废弃钻井液对环境的影响（对土壤、植物、地下饮用水、海洋生物等）处理方法（回填法、土地耕作法、泵入井眼环形空间、固液分离法、化学固化法、其它方法）防污染的新型钻井液（甘油类钻井液、甲基葡萄糖苷钻井液、聚丙烯酰胺类钻井液）3、新型钻井液体系的研究合成基钻井液、聚合醇钻井液、硅酸盐钻井液、