钻井液技术培训(钻井液性能测量)

1、. 钻井液基础知识钻井液基础知识.一、一、 二、二、三、三、 目目 录录. 油气是关系到国家经济发展和安全的重要战略资源。但油气是关系到国家经济发展和安全的重要战略资源。但总体来说，油气勘探开发难度加大，煤层气规模化开发刚刚总体来说，油气勘探开发难度加大，煤层气规模化开发刚刚起步，亟需攻克重大科学问题和技术瓶颈，发现优质油气资起步，亟需攻克重大科学问题和技术瓶颈，发现优质油气资源并高效开发是石油工业稳定发展的基础，为此源并高效开发是石油工业稳定发展的基础，为此国家中长国家中长期科学和技术发展规划纲要（期科学和技术发展规划纲要（2006200620202020）把能源列为重把能源列为重点支持领域

2、，把点支持领域，把“大型油气田及煤层气开发大型油气田及煤层气开发”列为国家优先列为国家优先发展的发展的1616个重大专项之一，这是实施个重大专项之一，这是实施“深化东部、发展西部、深化东部、发展西部、加快海上、拓展海外加快海上、拓展海外”油气战略的重大举措，突破特殊地质油气战略的重大举措，突破特殊地质环境和深水、煤层气等油气勘探开发关键技术，将潜在的油环境和深水、煤层气等油气勘探开发关键技术，将潜在的油气资源转化为可采储量，增强油气资源的基础保障能力，为气资源转化为可采储量，增强油气资源的基础保障能力，为油气工业的可持续发展和能源安全提供强有力的技术支撑。油气工业的可持续发展和能源安全提供强有

3、力的技术支撑。 .从简单构造从简单构造向复杂冲断带发展向复杂冲断带发展从中浅层从中浅层向深层、超深层延伸向深层、超深层延伸从构造圈闭从构造圈闭向岩性地层圈闭发展向岩性地层圈闭发展油气勘探油气勘探六大趋势六大趋势针对六个趋势，亟需发展新一代石油地质勘探理论和配套的勘探工程技术，针对六个趋势，亟需发展新一代石油地质勘探理论和配套的勘探工程技术，为勘探部署提供科学指导和技术支撑。为勘探部署提供科学指导和技术支撑。 成熟盆地成熟盆地进入精细勘探阶段进入精细勘探阶段天然气勘探天然气勘探进入了快速发展时期进入了快速发展时期从碎屑岩为主向从碎屑岩为主向碳酸盐岩和火山岩勘探发展碳酸盐岩和火山岩勘探发展随着油气

4、勘探的不断深入，勘探难度日益增加，勘探对象趋于多随着油气勘探的不断深入，勘探难度日益增加，勘探对象趋于多样化和复杂化，呈以下趋势样化和复杂化，呈以下趋势 ：.u陆上油气勘探开发发展现状与趋势陆上油气勘探开发发展现状与趋势 （1 1）油气开发发展现状）油气开发发展现状 原油产量保持稳步增长，总体进入高采出程度和高含水阶段。原油产量保持稳步增长，总体进入高采出程度和高含水阶段。但可采储量的采出程度达到，综合含水达到，总体进入“双高”阶段。天然气天然气开发进入快速发展阶段。开发进入快速发展阶段。2006年产量达到亿立方米。已探明的剩余可采储量有万亿立方米，储采比57，天然气开发具有广阔的发展前景。注

5、水开发成为注水开发成为广泛应用的主体开发技术。广泛应用的主体开发技术。注水开发油田的产量约占全国总产量的85以上，对于我国石油产量的持续增长发挥了关键性的作用。聚合物驱已大规模应用，聚合物驱已大规模应用，化学驱取得重大进展，处于世界领先地位。化学驱取得重大进展，处于世界领先地位。目前聚合物驱原油年产量已达到千万吨以上的规模，约占全国原油年产量的10；化学驱有望成为我国三次采油的主体接替技术。稠油油藏开发初步形成了蒸汽吞吐热采配套技术。稠油油藏开发初步形成了蒸汽吞吐热采配套技术。目前稠油年产量已达到千万吨以上的规模。低渗透油气田开发基本形成了有效低渗透油气田开发基本形成了有效的配套技术。的配套技

6、术。储层改造技术、超前注水保持能量开发技术等，使低渗透油藏成为近年来国内原油增储上产的重要领域。页岩油资源开发处于浅层挖掘式页岩油资源开发处于浅层挖掘式开采阶段。开采阶段。世界页岩油资源约为常规石油资源的倍，壳牌石油公司正在着手开展深部页岩油原位开采技术的实验。 .u陆上油气勘探开发发展现状与趋势陆上油气勘探开发发展现状与趋势 （2 2）油气开发六个发展趋势）油气开发六个发展趋势 改善水驱和三元复合驱技术将成为高含水油田提高采收率的主体技术。改善水驱和三元复合驱技术将成为高含水油田提高采收率的主体技术。提高水驱采收率，继续保持我国在注水开发技术上的国际领先水平。以分子设计、生物合成等理论来指导

7、驱油用化学剂的研制是当前表面活性剂、以分子设计、生物合成等理论来指导驱油用化学剂的研制是当前表面活性剂、聚合物研制领域的重要发展方向。聚合物研制领域的重要发展方向。形成具有驱油剂新产品和技术，继续保持和发展我国在三次采油技术方面的领先地位。中深层稠油蒸汽驱和蒸汽辅助中深层稠油蒸汽驱和蒸汽辅助重力驱将成为稠油开发的主体接替技术。重力驱将成为稠油开发的主体接替技术。形成蒸汽驱/混合（汽）气驱、蒸汽辅助重力泄油（SAGD）和火烧驱油等配套技术。攻克特低渗油气藏开发关攻克特低渗油气藏开发关键技术，实现特低渗油田的高效经济开发。键技术，实现特低渗油田的高效经济开发。重点开展裂缝、相对高渗储层发育区的识别

8、和预测方法、储层高效改造技术、井网优化和提高采收率方法等研究，攻克特低渗油气藏的经济开发技术。发展高酸性气田开发配套技术，发展高酸性气田开发配套技术，实现特殊气田安全高效开发。实现特殊气田安全高效开发。开展高酸性气田气藏工程、安全钻井与完井、采气工程、集输工艺与安全控制技术研究，达到高效、科学、经济、安全、环保的开发目标。探索页岩油资源勘探开发与综合利用关键技术，实现页岩探索页岩油资源勘探开发与综合利用关键技术，实现页岩油工业化开发与应用。油工业化开发与应用。实现页岩油工业化开发与应用。 .针对油气勘探开发、特别是陆上油气勘探开发的针对油气勘探开发、特别是陆上油气勘探开发的发展现状、趋势与需求

9、发展现状、趋势与需求 , ,钻井已不单是构建油气钻井已不单是构建油气通道，而是成为提高勘探发现率、开发采收率的通道，而是成为提高勘探发现率、开发采收率的工程技术。工程技术。“四高四高”特点：高投入、高产出、高风险、高技特点：高投入、高产出、高风险、高技术术“六更六更”方向：更深、更快、更便宜、更清洁、方向：更深、更快、更便宜、更清洁、 更安全、更聪明。更安全、更聪明。.1、钻井的目的（1）凿开地层，建立地下油气资源的输出通道。（2）获取地下岩石和油、气、水等有关信息。 2、钻井液的概念 3、钻井液循环系统.钻井液循环系统示意图.钻井液循环系统示意图.钻井液循环系统示意图.n 19141916年

10、年 清水作为旋转钻井的洗井介质，即开始使用清水作为旋转钻井的洗井介质，即开始使用“泥浆泥浆”。n 从从2060年代，以年代，以分散型水基钻井液分散型水基钻井液为主要类型的阶段为主要类型的阶段 在这期间，经历了从细分散体系向粗分散体系的转变，同在这期间，经历了从细分散体系向粗分散体系的转变，同时也出现了早期使用的油基泥浆和气体型钻井流体。时也出现了早期使用的油基泥浆和气体型钻井流体。 其中有代表性的技术措施包括：其中有代表性的技术措施包括：l 19211922年，重晶石和氧化铁粉开始用作加重材料；年，重晶石和氧化铁粉开始用作加重材料；l 1926年，开始使用膨润土作为悬浮剂年，开始使用膨润土作为

11、悬浮剂；4、钻井液技术的发展阶段、钻井液技术的发展阶段.钻井液技术的发展阶段钻井液技术的发展阶段l 1930年，研制出最早的泥浆处理剂年，研制出最早的泥浆处理剂 丹宁酸钠；丹宁酸钠；l 19311937年，研制出各种泥浆测量仪器，提出了对年，研制出各种泥浆测量仪器，提出了对泥浆性能控制的要求；泥浆性能控制的要求；l 19441945年，年，Na-CMC（钠羧甲基纤维素）作为降（钠羧甲基纤维素）作为降滤失剂，开始应用于钻井液中；滤失剂，开始应用于钻井液中；l 1955年，年，FCLS（铁铬木质素磺酸盐）作为稀释剂，（铁铬木质素磺酸盐）作为稀释剂，开始应用于钻井液中；开始应用于钻井液中；l 从从6

12、0年代开始，石灰钻井液、石膏钻井液和氯化钙钻年代开始，石灰钻井液、石膏钻井液和氯化钙钻井液等粗分散水基泥浆体系开始广泛使用。井液等粗分散水基泥浆体系开始广泛使用。.钻井液技术的发展阶段钻井液技术的发展阶段n 70-80年代，以聚合物不分散钻井液为主要类型的阶段年代，以聚合物不分散钻井液为主要类型的阶段 聚合物钻井液是国内外水基钻井液发展最迅速的一聚合物钻井液是国内外水基钻井液发展最迅速的一类，它的出现标志着钻井液工艺技术进入了科学发展阶类，它的出现标志着钻井液工艺技术进入了科学发展阶段。聚合物钻井液大体上又分为以下几种类型：段。聚合物钻井液大体上又分为以下几种类型：u 部分水解聚丙烯酰胺体系；

13、部分水解聚丙烯酰胺体系；u 氯化钾聚合物钻井液体系；氯化钾聚合物钻井液体系；u 羟乙基纤维素体系；羟乙基纤维素体系；u 聚丙烯与聚乙二醇共聚物（聚丙烯与聚乙二醇共聚物（COP/PPG）体系）体系.钻井液技术的发展阶段钻井液技术的发展阶段这一阶段，油基钻井液也有了进一步的发展：这一阶段，油基钻井液也有了进一步的发展：50年柴油为基油的油基钻井液年柴油为基油的油基钻井液70年代年代发展了低胶质油包水乳化钻井液发展了低胶质油包水乳化钻井液80年代年代低毒油包水、水包油乳化钻井液低毒油包水、水包油乳化钻井液在抗高温深井钻井液方面：在抗高温深井钻井液方面： 研制出以研制出以Resinex为代表的抗高温处

14、理剂，使深井为代表的抗高温处理剂，使深井钻井液技术取得了很大进展。钻井液技术取得了很大进展。.钻井液技术的发展阶段钻井液技术的发展阶段 （1 1）聚合物钻井液进一步发展）聚合物钻井液进一步发展（2 2）MMHMMH钻井液钻井液（3 3）合成基钻井液）合成基钻井液（4 4）聚合醇钻井液）聚合醇钻井液（5 5）甲酸盐钻井液）甲酸盐钻井液（6 6）硅酸盐钻井液）硅酸盐钻井液 90年代以来年代以来 （1 1）高性能水基钻井液）高性能水基钻井液（2 2）油基泡沫钻井液）油基泡沫钻井液（3 3）水基成膜钻井液（隔离膜、超低渗透膜）水基成膜钻井液（隔离膜、超低渗透膜） (4)(4)微泡沫钻井液微泡沫钻井液

15、近年来，近年来，.钻井液技术的发展阶段钻井液技术的发展阶段HPAN类和类和PAM或或HPAM低固相不分散钻井液体系低固相不分散钻井液体系磺化酚醛树脂磺化酚醛树脂抗高温的深井钻井液体系抗高温的深井钻井液体系起步起步-20世纪世纪70年代年代发展发展-20世纪世纪8090年代年代p丙烯酸多元共聚物处理剂及其泥浆体系丙烯酸多元共聚物处理剂及其泥浆体系pSK聚合物聚合物p80A51聚合物聚合物p阳离子（正电胶）阳离子（正电胶）pFA367聚合物聚合物p黑色正电胶黑色正电胶p储层保护暂堵技术储层保护暂堵技术 提高提高-90年代后期至本世纪初年代后期至本世纪初pAMPS聚合物聚合物p聚合醇、多元醇聚合醇、

16、多元醇p甲酸盐甲酸盐p稀硅酸盐和合成基稀硅酸盐和合成基p第二代合成基钻井液第二代合成基钻井液p正电体系正电体系p超低渗透超低渗透p水基半透膜水基半透膜p超高温（超高温（200 以上）体系以上）体系p高性能水基钻井液高性能水基钻井液p提高承压能力提高承压能力(封堵与堵漏封堵与堵漏)p降低坍塌压力技术降低坍塌压力技术p提高机械钻速钻井液技术提高机械钻速钻井液技术p储层保护理想填充、成膜技术储层保护理想填充、成膜技术.国内外钻井液技术发展方向国内外钻井液技术发展方向 提高泥浆抑制性提高泥浆抑制性 提高泥浆封堵性提高泥浆封堵性 加速评价方法加速评价方法(仪器、装置仪器、装置)与评价标准研究与评价标准研

17、究 重视对油基重视对油基(合成基合成基)钻井液的研究钻井液的研究 抗高温水基钻井液抗高温水基钻井液 有利于提高钻井速度有利于提高钻井速度.提高钻井液抑制性u井壁稳定的需要；井壁稳定的需要；u降低地层坍塌压力的需要；降低地层坍塌压力的需要；u扩大安全密度窗口的需要；扩大安全密度窗口的需要；u抑制地层造浆的需要；抑制地层造浆的需要；u高温重泥浆流变性控制的需要；高温重泥浆流变性控制的需要；u保护储层的需要保护储层的需要.提高钻井液抑制性钻井液抑制能力：抑制粘土水化能力钻井液抑制能力：抑制粘土水化能力 抑制粘土水化膨胀、分散能力抑制粘土水化膨胀、分散能力抑制水化能力：加入处理剂（以电解质、聚合物抑制

18、水化能力：加入处理剂（以电解质、聚合物为主）降为主）降低钻井液中水相活度低钻井液中水相活度a a水水至小于地层粘土的至小于地层粘土的a a水水，从而消除或减，从而消除或减少粘土表面水化和渗透水化。少粘土表面水化和渗透水化。抑制水化分散能力抑制水化分散能力: :抑制粘土澎涨分散抑制粘土澎涨分散,(,(聚合物包被作用聚合物包被作用等等) ).提高钻井液封堵性井壁稳定的需要井壁稳定的需要; ;降低地层坍塌压力的需要降低地层坍塌压力的需要; ; 提高地层承压能力和破裂压力的需要提高地层承压能力和破裂压力的需要; ;扩大安全密度窗口的需要扩大安全密度窗口的需要; ;堵漏的需要堵漏的需要; ;保护储层的需

19、要保护储层的需要. 目前国内外目前国内外( (水基、油基水基、油基) )钻井液封堵技术并未真正过关钻井液封堵技术并未真正过关. . . 不同目的不同封堵作用及其对应的作用机理不清晰不同目的不同封堵作用及其对应的作用机理不清晰 .井壁井壁快速快速形成形成浅层浅层、零渗透零渗透的封堵层：的封堵层： .对地层微米级孔喉对地层微米级孔喉(隙隙)的封堵的封堵(已基本解决已基本解决); .对对0.1mm以上微裂缝的封堵以上微裂缝的封堵(基本可解决基本可解决); .对微米级对微米级微裂缝微裂缝的封堵的封堵(基本未解决基本未解决); .对纳米级对纳米级细微孔隙、裂缝细微孔隙、裂缝的封堵的封堵(完全末解决完全末

20、解决); . .隔段式段塞封堵作用隔段式段塞封堵作用:d(:d(P)/dLP)/dL段塞启动压力梯度未完段塞启动压力梯度未完全解决。全解决。. .井壁表面井壁表面“隔离膜隔离膜”封堵封堵. .符合不同要求、体现不同作用机理的封堵能力、封堵程符合不同要求、体现不同作用机理的封堵能力、封堵程度的评价装置与方法度的评价装置与方法( (未解决未解决) ). .研发符合不同要求、体现不同作用机理的系列配套封堵研发符合不同要求、体现不同作用机理的系列配套封堵剂剂; ; .需重点解决的问题需重点解决的问题: 体系与处理剂配套问题体系与处理剂配套问题; 环保问题环保问题; 安全问题安全问题; 提高机械钻速问题

21、提高机械钻速问题; 成本问题成本问题; 泥浆回收率问题泥浆回收率问题; 泥浆封堵能力问题泥浆封堵能力问题。. 冲洗井底冲洗井底携带和悬浮岩屑携带和悬浮岩屑冷却与润滑钻头钻具冷却与润滑钻头钻具稳定井壁稳定井壁 获取地层信息获取地层信息 传递功率传递功率保护油气层保护油气层平衡地层压力平衡地层压力.连续相+分散相（固相）+添加剂 1）一种流动介质 水、油或者气体 （连续相） 2）一些分散介质 不溶于上述连续相的固体或流 体（分散相）3）添加剂 调节性能所需的物质例如水基钻井液： 水 + 粘土 + 处理剂.连续相连续相 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

22、、泡沫 )固相固相 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 .添加剂添加剂降滤失剂降滤失剂 增粘剂增粘剂絮凝剂絮凝剂 稀释剂稀释剂(解絮凝剂解絮凝剂) 页岩抑制剂页岩抑制剂 杀菌剂杀菌剂除钙剂除钙剂 缓蚀剂缓蚀剂表面活性剂表面活性剂 润滑剂润滑剂乳化剂乳化剂 消泡剂消泡剂发泡剂发泡剂 pH控制剂控制剂.7、钻井液的类型、钻井液的类型 (Class) 根据连续相流体介质的不同，可将钻井液分为以下类型 钻井液体系钻井液体系液液 体体气气 体体气液混合物气液混合物空气空气天然气天然气废气废气油油 基基钻

23、井液钻井液水水 基基钻井液钻井液充气钻井液充气钻井液( (以液为主以液为主) )泡沫钻井液泡沫钻井液( (以气为主以气为主) )普普通通油油基基油油包包水水乳乳状状液液粗粗分分散散体体系系细细分分散散体体系系不不分分散散体体系系.33.+ .钻井液的性能是指钻井液密度、粘度、切力、滤失量、泥饼、含砂量、pH值和固相含量等，钻井液流动性的好坏是由钻井液性能决定的，人们说钻井液是钻井的“血液”，体现了钻井液在钻井过程中的重要性，钻井液性能的好坏直接影响钻井速度和井下安全，甚至可以决定一口井的成败。.1 1钻井液密度钻井液密度 是指单位体积的钻井液质量，它的值是同体积的钻井液与4时纯水的质量之比。(

24、1)、密度与钻井的关系 在钻井过程中，钻井液在井内保持不断地循环，如果钻井液密度控制不好，就会发生油气水侵、井塌、井漏或井喷等事故，其主要原因是钻井液密度大小的影响，总的来说有两点，一是平衡地层压力，通过钻井液液柱对井底产生压力，同时对井壁有一定的支撑力，保证井眼稳定；二是密度的大小直接关系到钻井速度的快慢，所以，钻井液密度的设计以平衡地层为基准，做到“压而不死，活而不喷”。.、损害油气层；、降低钻井速度；、过大压差易造成压差卡钻；、易压漏、蹩漏地层；、易引起过高的粘切；、抗污染能力下降。 易发生井喷、油气水侵、井塌等事故，同时携屑能力下降。钻钻井井液液密密度度过过高高的的危危害害钻井液密度过

25、低的危害.提提高高钻钻井井液液密密度度方方法法降降低低钻钻井井液液密密度度方方法法 一般向钻井液中加入密度较大的惰性物质，如重晶石、碳酸钙等。机械法： 通过使用震动筛、除砂器、离心机等固控设备把钻井液中的有害固相除掉。稀释法： 加入一定量的清水或低密度基浆稀释钻井液，使其密度下降。使用化学絮凝剂把钻井液中有害固相絮凝沉淀掉也可达到降低密度的目的，但这种方法对钻井液性能不好控制。. 泥饼质量好，滤失量小，泥饼致密、韧性好具有润滑作用，有利于防止粘附卡钻，有利于井壁稳定。反之，泥饼质量差，滤失量大，泥饼厚而虚，会引起一系列的问题。所以，一般要求钻井液滤失量越小越好，泥饼致密，薄而坚韧。.4钻井液固

26、相含量（1 1）、基本概念）、基本概念固相含量：指钻井液中不溶物的全部含量。固相含量：指钻井液中不溶物的全部含量。含砂量：含砂量： 是指钻井液中不能通过是指钻井液中不能通过200200目筛子的砂子含量。目筛子的砂子含量。（2 2）、固相含量与钻井的关系）、固相含量与钻井的关系、固相含量高，钻井液液柱压力大，钻速降低。、固相含量高，钻井液液柱压力大，钻速降低。、固相颗粒越细对钻速影响越大，而且会深入油层造成永久性、固相颗粒越细对钻速影响越大，而且会深入油层造成永久性堵塞，损害油气层。堵塞，损害油气层。、固相含量大时滤失量大，泥饼厚，易引起井下复杂。、固相含量大时滤失量大，泥饼厚，易引起井下复杂。

27、、固相含量高，钻井液性能难以控制，钻井效率低。、固相含量高，钻井液性能难以控制，钻井效率低。、含砂量大，易造成钻头、钻具等机械设备磨损。、含砂量大，易造成钻头、钻具等机械设备磨损。 尽管如此，仍需要一定的有用固相。如膨润土可以提高钻井尽管如此，仍需要一定的有用固相。如膨润土可以提高钻井液的粘度和切力，加重剂可以提高钻井液的密度。液的粘度和切力，加重剂可以提高钻井液的密度。（3 3）、降低固相含量的方法）、降低固相含量的方法 利用振动筛、除砂器、除泥器、离心机等固控设备，或利用化利用振动筛、除砂器、除泥器、离心机等固控设备，或利用化学絮凝剂将细小的砂子变大而沉淀掉。学絮凝剂将细小的砂子变大而沉淀掉。 . pH值的概念：人们常用pH值的高低来衡量钻井液的酸度的大小。pH值的含义是钻井液中H（质量浓度）的负对