非开挖钻井液基础知识(二)

1、钻井液基础知识（二）,三.钻井液材料,锐林非开挖,1,钻井液材料,钻井液材料分类(按组成） 1.泥浆原材料：指在配浆中用量较大的基本组分。如造浆粘土、水等。 2.处理剂：指用于改善和稳定泥浆性能或泥浆不满足某种性能而需要加入的化学添加剂。包括有机处理剂、无机处理剂和表面活性剂。,2,钻井液材料,钻井液材料分类(按起的作用或功能） 降滤失剂、增粘剂、乳化剂、页岩抑制剂、堵漏剂、降粘剂、缓蚀剂、黏土类、润滑剂、加重剂、杀菌剂、消泡剂、泡沫剂、絮凝剂、解卡剂等。,3,粘土矿物,粘土矿物基本概述 粘土在水或油中分散形成泥浆，对泥浆流动性有强烈影响 粘土矿物是由很小的各种颗粒大小的含水铝硅酸盐组成； 粘

2、土矿物由单元晶层构造而成； 粘土矿物有两种晶体片：硅氧四面体片和铝氧八面体片； 矿物单元晶层由两种晶体片相结合而成基本构造单元； 粘土矿物颗粒是片状单元晶层基本构造单元叠合而成； 颗粒在水中会水化膨胀和分散； 粘土颗粒在水中会聚结、絮凝、胶凝或解絮凝； 粘土颗粒表面在水中带有电荷，而且电荷分布不均匀； 粘土颗粒在水中会有吸附作用、离子交换作用。,4,粘土矿物,粘土矿物主要种类 高岭石族 代表性矿物为高岭石，埃洛石、地开石、珍珠陶土等，含高岭石矿物为主的粘土称为高岭土。 蒙脱石族 代表性矿物为蒙脱石，绿脱石、拜来石、皂石等，含蒙脱石矿物为主的粘土称为膨润土或蒙脱土。 水云母族 代表性矿物为伊利石

3、（伊利水云母），绢云母、水白云母等，含伊利石矿物为主的粘土称为伊利土或水云母土。 海泡石族代表性矿物为海泡石，凹凸棒石、坡缕缟石等，相应的粘土分别称为海泡石粘土、凹凸棒粘土和坡缕缟石粘土。,5,粘土矿物,四种粘土矿物的性能比较,6,粘土矿物,四种粘土矿物的性能比较结果 蒙脱石是最好的泥浆配制材料； 海泡石族在常温等一般条件下造浆性能比蒙脱石差，但在耐高温、抗盐侵方面具有较好的稳定性 ； 高岭石与伊利石的造浆性能差，且都难以改性和用化学处理剂调节泥浆性能。,7,粘土矿物,粘土矿物的鉴定 粘土矿物的鉴定是确定粘土矿物的种类，目的是检查其是否属于以蒙脱石为主要成分的膨润土。 矿物鉴定方法：差热分析和

4、失重分析法、X衍射法、红外光谱法、化学分析法、电子扫描显微镜法； 物化性能测定法：吸兰量试验、膨胀试验、胶质价试验、pH值试验、阳离子交换容量测定。 （注：各方法的工作原理及操作规范可查阅相关专业书籍，在此不作详述，也可送样至专业单位予以鉴定。）,8,粘土矿物,造浆粘土的评价 综合国内外评价造浆膨润土优劣的测试项目包括： （1）蒙脱石含量； （2）胶质价和膨胀倍数； （3）阳离子交换容量、盐基总量和盐基分量； （4）可溶性盐含量； （5）造浆率； （6）流变特性和失水特性。,9,粘土矿物,造浆粘土的评价 我国所使用的膨润土的技术指标,10,粘土矿物,造浆粘土的评价 我国所使用的抗盐土（凹凸棒石

5、和海泡石）的技术指标,11,粘土矿物,粘土矿物评价指标之造浆率 （1）造浆率是指配得表观粘度为1510-3Pas的泥浆时，每 吨粘土造浆的立方数，计量单位为m3/t。它直接表示泥 浆造浆效率的高低，以此评价泥浆的宏观性能。 （2）钠膨润土的造浆率较高，可直接加水配浆； （3）钙膨润土造浆率较低，配浆时须加入一定量的纯碱 （将其转为钠钙膨润土）来提高它的造浆率； （4）要求膨润土的造浆率至少达到16 m3/t。,12,粘土矿物,（5）粘土造浆率质量标准指标表 （注： p为泥浆的塑性粘度；我国目前采用国际上通用的 API标准作为商品膨润土的质量标准。）,13,粘土矿物,粘土水相互作用的术语 聚结：

6、粘土被水湿润之前的正常状态，存在状态是粘土晶层片面-面叠合； 水化：水被粘土吸附的过程，导致粘土膨胀和分散； 分散：粘土晶层片集合体（基本构造单元）被水分散成更小的晶层片集合体或单个晶体片； 絮凝：粘土晶层片结合成房子（搭架子）结构，粘土片颗粒由端-端或端-面的相反电荷互相吸引；当粘土颗粒浓度足够大时搭架子布满整个三维空间，形成凝胶； 反絮凝：由于粘土片端或面上的电荷被化学中和，絮凝的粘土颗粒重新拆开（拆散架子）； 抑制：粘土在水中的分散被阻止；盐和某些有机分子抑制页岩和商品粘土。,14,粘土矿物,影响粘土与水相互作用的因素 电解质（全部离子）降低粘土的水化和分散； 钙离子和镁离子能强烈的促进

7、粘土絮凝和聚结； 木质素磺酸盐起到反絮凝的作用同时也抑制粘土进一步地水化和分散； 多数高分子聚合物一般能稳定粘土的分散状态； 有些高分子聚合物会引起粘土颗粒的絮凝； 温度升高时会引起粘土聚结，有时则会引起粘土分散。,15,粘土矿物,膨润土 通常把以蒙脱石为主要成分的土称为膨润土； 四种粘土矿物中，蒙脱石是最好的泥浆配制材料； 蒙脱石粘土易水化膨胀，分散性好，造浆率高； 蒙脱石粘土“活性”大，接受处理的能力强，易改性或用化学处理剂调节泥浆性能； 钻井泥浆是粘土在水中的分散体系，从钻井工程的工艺要求出发，需要选用以含膨润土为主的钠膨润土作为造浆材料；,16,粘土矿物,膨润土的用途 用作配浆的原材料

8、，与处理剂一起配成符合定向钻施工要求的泥浆； 形成低渗透率的泥饼，降低泥浆滤失量； 提高泥浆粘度和切力，提高井孔的净化能力； 作为堵漏材料； 在胶结不良的地层中，改善井孔的稳定性。,17,粘土矿物,造浆粘土的选择 造浆粘土的来源有就地取土、地层造浆以及购买正规粘土粉产品； 造浆粘土的选用应综合评价其技术可行性及经济合理性； 造浆粘土的技术可行性应放置首位，应考虑： 1.粘土的技术参数如造浆率等是否满足要求； 2.其配制的泥浆性能参数能否满足规范及现场需要； 3.根据地层及水质条件（含盐量等）选用膨润土或者抗盐土（凹凸棒土、海泡石）。 在满足技术条件的前提下，应优先选择价格低廉、取土方便快捷、供

9、货量和性能有保证、较为经济合理的粘土。,18,钻井液材料,钻井液处理剂分类(按起的作用或功能） 粘土类、降滤失剂、增粘剂、乳化剂、页岩抑制剂、堵漏剂、降粘剂、缓蚀剂、黏土类、润滑剂、加重剂、杀菌剂、消泡剂、泡沫剂、絮凝剂、解卡剂等。,19,钻井液处理剂,常用钻井液处理剂-粘土类,20,钻井液处理剂,常用钻井液处理剂-碱类,21,钻井液处理剂,常用钻井液处理剂-降滤失剂 降滤失剂又称滤失控制剂、降失水剂； 钻进过程中，钻井液的滤液侵入地层会引起泥页岩水化膨胀，严重时会导致井壁失稳等各种井下复杂情况； 加入降滤失剂的目的，就是要通过在孔壁上形成低渗透率、柔韧、薄而密的滤饼，尽可能降低钻井液的滤失量

10、。 常用降滤失剂见下表。,22,钻井液处理剂,常用钻井液处理剂-降滤失剂（一）,23,钻井液处理剂,常用钻井液处理剂-降滤失剂（二）,24,钻井液处理剂,常用钻井液处理剂-降滤失剂（三）,25,钻井液处理剂,常用钻井液处理剂-降滤失剂（四）,26,钻井液处理剂,常用钻井液处理剂-增粘剂 增粘剂主要用来提高泥浆的粘度和切力，从而提高泥浆的携渣能力； 通过增大膨润土用量来提粘，会引起钻井液固相含量增大，不利于实现低固相和提高机械钻速； 增粘剂均为高分子聚合物，其长分子链之间容易形成网状结构，因而能显著提高钻井液的粘度； 增粘剂除起增粘作用外，还往往兼作页岩抑制剂、降滤失剂及流型改进剂。 常用增粘剂

11、见下表：,27,钻井液处理剂,常用钻井液处理剂-增粘剂,28,钻井液处理剂,常用钻井液处理剂-降粘剂 降粘剂又称解絮凝剂或稀释剂； 钻进过程由于盐侵、钙侵、固相含量增加或处理剂失效等原因造成泥浆粘度、切力增大； 粘度、切力过大会造成开泵困难、钻屑难以除去或钻进过程中激动压力过大等现象，严重时会造成孔内事故； 钻井液使用和维护过程中，需要加入降粘剂，以降低体系的粘度、切力，使其具有适宜的流变性。 常用降粘剂见下表：,29,钻井液处理剂,常用钻井液处理剂-降粘剂,30,钻井液处理剂,常用钻井液处理剂-页岩抑制剂 凡是能有效抑制页岩水化膨胀和分散，起稳定井壁作用的处理剂均可成为页岩抑制剂。,31,钻

12、井液处理剂,常用钻井液处理剂-润滑剂 润滑剂主要用来降低泥浆的摩擦系数和润滑系数，减小钻具扭矩，防止钻具压差卡钻，降低泥浆流动阻力，防止钻头泥包等； 原油、柴油在水基泥浆中使用，可提高润滑性能和降低滤失量； 使用过程中，油品粘度不宜过高，以防止流变性不易调控 润滑剂的种类繁多，可分为固体和液体两大类。 常用润滑剂见下表：,32,钻井液处理剂,常用钻井液处理剂-润滑剂,33,钻井液处理剂,常用钻井液处理剂-清洁剂、解卡剂,34,钻井液处理剂,常用钻井液处理剂-堵漏剂 堵漏材料亦称堵漏剂； 主要用来封堵漏失地层段，以恢复泥浆的正常循环； 依据作用机理可分为：桥接堵漏材料、高失水堵漏材料、暂堵材料、

13、化学堵漏材料和无机凝胶堵漏材料。 常用堵漏剂见下表：,35,钻井液处理剂,常用钻井液处理剂-堵漏剂,36,钻井液处理剂,常用钻井液处理剂-其他,37,钻井液处理剂,处理剂使用原则 循环系统的泥浆在工作正常时不要添加任何处理剂； 要熟悉处理剂的局限性； 要熟悉处理剂的使用安全事项； 加入处理剂到泥浆系统之前应先进行试验； 处理剂加入要适量，过犹不及； 要有超前意识，防备问题发生。,38,钻井液材料,配浆用水 1.清水也是钻井液的一种，适用于地层条件较好的情况； 2.水基钻井液是以水作为连续流体介质的钻井液，水是主要组成材料； 3.水的优点：通常易于获得；是极好的溶剂；促进其它化学药品的电离；高温稳定以及温度升高时粘度下降； 4.使用前应进行检验，遇矿化度较高的碱水应加入纯碱等对其进行软化； 5.水中某些无机盐可造成膨润土造浆率降低及滤失量增大，酸性液体可能造成钻具的腐蚀，有机物可能造成泥浆发酵变臭，因此，不合格的水在处理后方能进行泥浆配制。,39,钻井液基础知识（三）,下期内容预告： 泥浆的设计与配制 用量和泵量计算 几种复杂地层的泥浆配方 与泥浆有关的各种井下复杂情况和事故处理 泥浆的净化与处理 工程浆液无害化处理 穿越