1、鉆井液體系簡介鉆井液體系簡介鉆井液工藝原理電子教案鉆井液工藝原理電子教案 第二章第二章 上一內容 下一內容回主目錄O返回鉆井液工藝原理電子教案 上一內容 下一內容回主目錄O返回 本章要點：本章要點： 1、了解常見鉆井液體系及其特點 2、了解幾種新型鉆井液及其特點鉆井液工藝原理電子教案第七章 上一內容 下一內容回主目錄O返回7-1 分散鉆井液分散鉆井液 由淡水、配漿膨潤土和各種分散劑由淡水、配漿膨潤土和各種分散劑（對粘土、鉆屑起分散作用的處（對粘土、鉆屑起分散作用的處理劑）配制而成的水基鉆井液稱為分散鉆井液。為了與鈣處理鉆井液相理劑）配制而成的水基鉆井液稱為分散鉆井液。為了與鈣處理鉆井液相區別，

2、有時又稱為區別，有時又稱為細分散鉆井液細分散鉆井液或淡水鉆井液。它是油氣鉆井中或淡水鉆井液。它是油氣鉆井中最早使最早使用并且使用時間相當長用并且使用時間相當長的一類水基鉆井液。的一類水基鉆井液。 特別是在鉆開表層時，至今仍然普遍使用。特別是在鉆開表層時，至今仍然普遍使用。1膨潤土及原漿的配制膨潤土及原漿的配制 膨潤土逐漸分散在淡水中致使泥漿的粘度、切力不斷增加的過程膨潤土逐漸分散在淡水中致使泥漿的粘度、切力不斷增加的過程稱為造漿，每噸粘土能配出表觀粘度為稱為造漿，每噸粘土能配出表觀粘度為15mpas的鉆井液體積稱做粘土的鉆井液體積稱做粘土的造漿率。的造漿率。 在配置原漿時，還需要加入適量的純堿

3、，以提高粘土的造漿率。在配置原漿時，還需要加入適量的純堿，以提高粘土的造漿率。一、分散鉆井液的組成一、分散鉆井液的組成7-1 分散鉆井液分散鉆井液2、分散劑和鉆井液、分散劑和鉆井液 用于分散型鉆井液的降粘劑（分散劑）種類較多，主要降粘劑有丹丹寧堿液、鐵鉻木質素磺酸鹽、褐煤及其改性產品寧堿液、鐵鉻木質素磺酸鹽、褐煤及其改性產品；主要降濾失劑有：鈉羧鈉羧甲基纖維素甲基纖維素CMC、聚陰離子纖維素、磺化褐煤或磺化酚醛樹脂、聚陰離子纖維素、磺化褐煤或磺化酚醛樹脂；燒堿調節pH值；重晶石做加重劑。 國內深井、超深井使用的抗高溫鉆井液-三磺鉆井液配方三磺鉆井液配方：磺化丹寧磺化丹寧或磺化栲膠或磺化栲膠、磺

4、化褐煤磺化褐煤、磺化酚醛樹脂磺化酚醛樹脂。重鉻酸鉀和Span-80提高抗溫性。7-1 分散鉆井液分散鉆井液二、分散鉆井液的特點二、分散鉆井液的特點 分散鉆井液的主要特點是粘土在水中高度分散，正是通過高度分散的分散鉆井液的主要特點是粘土在水中高度分散，正是通過高度分散的粘土顆粒使鉆井液具有所需的流變和降濾失性能。粘土顆粒使鉆井液具有所需的流變和降濾失性能。1、優點、優點 (1)配制方法簡便、成本較低；配制方法簡便、成本較低； (2)固相容量高，適于配制高密度鉆井液，密度可高達固相容量高，適于配制高密度鉆井液，密度可高達2.00gcm3以上；以上； (3)抗溫能力較強，比如以磺化栲膠、磺化褐煤和磺

5、化酚醛樹脂為主處理抗溫能力較強，比如以磺化栲膠、磺化褐煤和磺化酚醛樹脂為主處理劑的三磺鉆井液是我國常用于鉆深井的分散鉆井液體系，抗溫可達劑的三磺鉆井液是我國常用于鉆深井的分散鉆井液體系，抗溫可達160-200。 7-1 分散鉆井液分散鉆井液 2、缺點：、缺點：（分散鉆井液在使用、維護過程中存在難克服的缺點和局限（分散鉆井液在使用、維護過程中存在難克服的缺點和局限性）：性）： (1) 性能不穩定性能不穩定，容易受粘土和可溶性鹽類的污染。鉆遇鹽膏層時，少，容易受粘土和可溶性鹽類的污染。鉆遇鹽膏層時，少量石膏、巖鹽就會使鉆井液性能發生較大的變化；量石膏、巖鹽就會使鉆井液性能發生較大的變化； (2)

6、濾液的礦化度低，容易引起井壁附近的泥頁巖水化、松散、垮塌，濾液的礦化度低，容易引起井壁附近的泥頁巖水化、松散、垮塌，并使井壁的巖鹽溶解，即鉆井液抑制性能差，并使井壁的巖鹽溶解，即鉆井液抑制性能差，不利于防塌不利于防塌； (3)體系中固相含量高，特別是粒徑小于體系中固相含量高，特別是粒徑小于1 um的亞微米顆粒所占比例相的亞微米顆粒所占比例相當高，因此對當高，因此對機械鉆速有明顯的影響機械鉆速有明顯的影響，尤其不宜在強造漿地層中使用；，尤其不宜在強造漿地層中使用； (4) 濾液侵入易引起粘土膨脹，因而濾液侵入易引起粘土膨脹，因而不能有效地保護油氣層不能有效地保護油氣層，鉆遇油氣，鉆遇油氣層時必須

7、加以改造才能達到要求。層時必須加以改造才能達到要求。7-1 分散鉆井液分散鉆井液三、鉆井液的受侵及其處理三、鉆井液的受侵及其處理 其中最常見的是鈣侵、鹽侵和鹽水侵，此外還有其中最常見的是鈣侵、鹽侵和鹽水侵，此外還有Mg2+、CO32-、H2S和和O2等造成的污染。等造成的污染。 1鈣侵鈣侵 Ca2+進入鉆井液的途徑：進入鉆井液的途徑： 危害：危害： 處理方法：處理方法：7-1 分散鉆井液分散鉆井液2、鹽侵和鹽水侵、鹽侵和鹽水侵 （1）變化規律及作用機理：）變化規律及作用機理： （2）處理）處理 目前常用的處理方法是目前常用的處理方法是及時補充抗鹽性強的各種處理劑，將分及時補充抗鹽性強的各種處理

8、劑，將分散鉆井液轉化為鹽水鉆井液散鉆井液轉化為鹽水鉆井液。7-1 分散鉆井液分散鉆井液3硫化氫污染硫化氫污染 H2S主要來自含硫地層，此外某些磺化有機處理劑以及木質素磺酸鹽某些磺化有機處理劑以及木質素磺酸鹽在井底高溫下也會分解產生在井底高溫下也會分解產生H2S。H2S對人有很強的毒性對人有很強的毒性，在其濃度為800mgL以上的環境中停留就可能因窒息而導致死亡。同時，H2S對鉆具和套管有極強的腐蝕作用。總的腐蝕過程可用下式表示：(臭雞蛋味臭雞蛋味) Fe+xH2SFeSx+xH2關于腐蝕的機理，目前普遍認為是由于氫脆的發生。 由于由于H2S、HS-、S2-以及以及FeSx等的存在，電離出的等的

9、存在，電離出的H+會迅速地吸附在金屬會迅速地吸附在金屬表面，并進而滲入金屬晶格內，轉變為原子氫。當金屬內有夾雜物、晶格表面，并進而滲入金屬晶格內，轉變為原子氫。當金屬內有夾雜物、晶格錯位現象或其它缺陷時錯位現象或其它缺陷時(通常都比較嚴重通常都比較嚴重)，原子氫便在這些易損部位聚結，原子氫便在這些易損部位聚結，結合成結合成H2。7-1 分散鉆井液分散鉆井液4. 清除污染物所需處理劑用量的確定清除污染物所需處理劑用量的確定 在判斷出進入鉆井液的是何種污染物，并已決定選用在判斷出進入鉆井液的是何種污染物，并已決定選用何種處理劑將其清除之后，剩下的問題就是如何確定處理何種處理劑將其清除之后，剩下的問

10、題就是如何確定處理劑的用量。由于采取的是化學清除方法，因此確定處理劑劑的用量。由于采取的是化學清除方法，因此確定處理劑用量的用量的基本原則基本原則是：是：所用處理劑與污染物在鉆井液濾液中所用處理劑與污染物在鉆井液濾液中的當量濃度應保持相等的當量濃度應保持相等。7-1 分散鉆井液分散鉆井液第三節 粘土的水化膨脹作用鉆井液工藝原理電子教案鉆井液工藝原理電子教案 第二章第二章7-2 鈣處理鉆井液鈣處理鉆井液 鈣處理鉆井液是在使用分散鉆井液的基礎上，于鈣處理鉆井液是在使用分散鉆井液的基礎上，于20世紀世紀60年代發展起年代發展起來的來的具有較好的抗鹽、抗鈣污染能力和對泥頁巖水化具有較強抑制作用的具有較

11、好的抗鹽、抗鈣污染能力和對泥頁巖水化具有較強抑制作用的一類鉆井液一類鉆井液。 由于由于體系中粘土顆粒處于適度絮凝的粗分散狀態，因此又稱之為粗分體系中粘土顆粒處于適度絮凝的粗分散狀態，因此又稱之為粗分散鉆井液散鉆井液。 目前常用的無機絮凝劑有三種：石灰、石膏和氯化鈣。為了進一步增目前常用的無機絮凝劑有三種：石灰、石膏和氯化鈣。為了進一步增強其抑制性能，采用石灰和強其抑制性能，采用石灰和KOH聯合處理，稱為鉀石灰鉆井液。聯合處理，稱為鉀石灰鉆井液。 這四種鈣處理鉆井液都是以這四種鈣處理鉆井液都是以Ca2+提供抑制性化學環境，使提供抑制性化學環境，使鉆井液中的鉆井液中的鈉土轉變為鈣土，從而使粘土顆粒

12、由高度分散轉變為適度絮凝鈉土轉變為鈣土，從而使粘土顆粒由高度分散轉變為適度絮凝。鈣處理鉆。鈣處理鉆井液可在很大程度上克服細分散鉆井液的缺點，具有防塌、抗污染和在含井液可在很大程度上克服細分散鉆井液的缺點，具有防塌、抗污染和在含有較多有較多Ca2+時使性能保持穩定的特點。時使性能保持穩定的特點。 一、鈣處理鉆井液的配制原理及特點一、鈣處理鉆井液的配制原理及特點 Ca2+改變粘土分散度的作用機理，可以從以下兩方面來理解。改變粘土分散度的作用機理，可以從以下兩方面來理解。 一方面一方面，Ca2+通過通過Na+Ca2+交換，交換，將鈉土轉變為鈣土將鈉土轉變為鈣土。鈣土水化能。鈣土水化能力弱，分散度低，

13、故轉化后體系分散度明顯下降。轉化的程度取決于粘土力弱，分散度低，故轉化后體系分散度明顯下降。轉化的程度取決于粘土的陽離子交換容量和濾液中的陽離子交換容量和濾液中Ca2+的濃度。粘土的陽離子交換容量越高，所的濃度。粘土的陽離子交換容量越高，所吸附吸附Ca2+的量就越大。同時，通過控制濾液中的量就越大。同時，通過控制濾液中Ca2+的濃度，可以控制鈉土的濃度，可以控制鈉土轉變為鈣土的數量，從而控制鉆井液中粘土的分散度。轉變為鈣土的數量，從而控制鉆井液中粘土的分散度。 另一方面另一方面，Ca2+本身是一種無機絮凝劑本身是一種無機絮凝劑，會壓縮粘土顆粒表面的擴散，會壓縮粘土顆粒表面的擴散雙電層，使水化膜

14、變薄，電動電位下降，從而引起粘土晶片面雙電層，使水化膜變薄，電動電位下降，從而引起粘土晶片面面和端面和端面聚結，造成粘土顆粒分散度下降。面聚結，造成粘土顆粒分散度下降。第三節 粘土的水化膨脹作用鉆井液工藝原理電子教案鉆井液工藝原理電子教案 第二章第二章7-2 鈣處理鉆井液鈣處理鉆井液 使鉆井液處于適度絮凝的粗分散狀態有兩條途徑：使鉆井液處于適度絮凝的粗分散狀態有兩條途徑：一是在分散鉆井液一是在分散鉆井液中同時加入適量的鈣鹽中同時加入適量的鈣鹽(或石灰或石灰)和分散劑和分散劑；二是在受鈣侵后處于絮凝狀態二是在受鈣侵后處于絮凝狀態的鉆并液中及時加入分散劑的鉆并液中及時加入分散劑。在適度絮凝的粗分散

15、狀態中，其絮凝和分散。在適度絮凝的粗分散狀態中，其絮凝和分散程度也有所區別，加人分散劑可使顆粒變細，絮凝程度降低；反之加鈣鹽程度也有所區別，加人分散劑可使顆粒變細，絮凝程度降低；反之加鈣鹽則使顆粒變粗，絮凝程度提高。則使顆粒變粗，絮凝程度提高。第三節 粘土的水化膨脹作用鉆井液工藝原理電子教案鉆井液工藝原理電子教案 第二章第二章7-2 鈣處理鉆井液鈣處理鉆井液 優點優點：與分散鉆井液相比，鈣處理鉆井液的優點主要表現在以下方面： （1）性能較穩定性能較穩定，具有較強的抗鈣污染、鹽污染和粘土污染的能力。 （2）固相含量相對較少固相含量相對較少，容易在高密度條件下維持較低的粘度和切力，有利于提高鉆速。

16、 （3） 能在一定程度上抑制泥頁巖水化膨脹；濾失量較小，泥餅薄且韌性好，有利于井壁穩定有利于井壁穩定。 （4）由于鉆井液中粘土細顆粒含量較少，對油氣層的損害程度相對較對油氣層的損害程度相對較小小。第三節 粘土的水化膨脹作用鉆井液工藝原理電子教案鉆井液工藝原理電子教案 第二章第二章7-2 鈣處理鉆井液鈣處理鉆井液第三節 粘土的水化膨脹作用鉆井液工藝原理電子教案鉆井液工藝原理電子教案 第二章第二章7-3 鹽水鉆井液鹽水鉆井液一、鹽水鉆井液的定義和分類一、鹽水鉆井液的定義和分類 凡凡NaCl含量超過含量超過1的鉆井液統稱為鹽水鉆井液。一般將其分為以下的鉆井液統稱為鹽水鉆井液。一般將其分為以下三種類型

17、：三種類型： (1)一般鹽水鉆井液一般鹽水鉆井液 其含鹽量自其含鹽量自1直至飽和之前均屬此類。直至飽和之前均屬此類。 (2)飽和鹽水鉆井液飽和鹽水鉆井液 是指含鹽量達到飽和，即常溫下濃度為是指含鹽量達到飽和，即常溫下濃度為3.15105mg/L左右的鉆井液。注意左右的鉆井液。注意NaCl溶解度隨溫度變化而變化。溶解度隨溫度變化而變化。 (3)海水鉆井液海水鉆井液 是指用海水配制而成的含鹽鉆井液。體系中不僅含有是指用海水配制而成的含鹽鉆井液。體系中不僅含有約約3104mg/L的的NaCl，還含有一定量的，還含有一定量的Ca2+和和Mg2+。 二、鹽水鉆井液的配制原理及特點二、鹽水鉆井液的配制原理

18、及特點 與鈣處理鉆井液的配制原理相同與鈣處理鉆井液的配制原理相同，通過人為地添加無機陽離子來抑制粘，通過人為地添加無機陽離子來抑制粘土顆粒的水化膨脹和分散，并在分散劑的協同作用下，形成土顆粒的水化膨脹和分散，并在分散劑的協同作用下，形成抑制性粗分散鉆抑制性粗分散鉆井液井液的。的。 鹽水鉆井液的鹽水鉆井液的pH值一般隨含鹽量的增加而下降，這一方面是由于濾液中值一般隨含鹽量的增加而下降，這一方面是由于濾液中的的Na+與粘土礦物晶層間的與粘土礦物晶層間的H+發生了離子交換；另一方面則是由于工業食鹽發生了離子交換；另一方面則是由于工業食鹽中含有的中含有的MgCl2雜質與濾液中的雜質與濾液中的OH-反應

19、，生成反應，生成Mg(OH)2沉淀，從而消耗了沉淀，從而消耗了OH-所導致的結果。因此，在使用所導致的結果。因此，在使用鹽水鉆井液時應注意及時補充燒堿鹽水鉆井液時應注意及時補充燒堿，以便，以便維持一定的維持一定的pH值。一般情況下，鹽水鉆井液的值。一般情況下，鹽水鉆井液的pH值應保持在值應保持在9.511.0之間。之間。第三節 粘土的水化膨脹作用鉆井液工藝原理電子教案鉆井液工藝原理電子教案 第二章第二章7-3 鹽水鉆井液鹽水鉆井液優點優點： （1）由于礦化度高，因此這種體系具有較強的抑制性，能有效地抑制泥頁巖水化，保證井壁穩定井壁穩定； （2）不僅抗鹽侵的能力很強，而且能夠有效地抗鈣侵和抗高溫

20、，適于適于鉆含巖鹽地層或含鹽膏地層，以及在深井和超深井中使用鉆含巖鹽地層或含鹽膏地層，以及在深井和超深井中使用； （3）由于其濾液性質與地層原生水比較接近，故對油氣層的損害較輕對油氣層的損害較輕； （4）由于鉆出的巖屑不易在鹽水中水化分散，在地面容易被清除，因而有利于保持較低的固相含量有利于保持較低的固相含量； （5）鹽水鉆井液還能有效地抑制地層造漿，流動性好，性能較穩定流動性好，性能較穩定。缺點缺點： （1）維護工藝比較復雜維護工藝比較復雜； （2）對鉆柱和設備的腐蝕性較大對鉆柱和設備的腐蝕性較大； （3） 配制成本相對較高。第三節 粘土的水化膨脹作用鉆井液工藝原理電子教案鉆井液工藝原理電子

21、教案 第二章第二章7-3 鹽水鉆井液鹽水鉆井液第三節 粘土的水化膨脹作用鉆井液工藝原理電子教案鉆井液工藝原理電子教案 第二章第二章 上一內容 下一內容回主目錄O返回7-4 聚合物鉆井液聚合物鉆井液 聚合物鉆井液是自聚合物鉆井液是自20世紀世紀70年代初發展起來的一種新年代初發展起來的一種新型鉆井液體系。廣義地講，型鉆井液體系。廣義地講，凡是使用線型水溶性聚合物作凡是使用線型水溶性聚合物作為處理劑的鉆井液體系都可稱為聚合物鉆井液為處理劑的鉆井液體系都可稱為聚合物鉆井液。但通常是。但通常是將將聚合物作為主處理劑或主要用聚合物調控性能的鉆井液聚合物作為主處理劑或主要用聚合物調控性能的鉆井液體系體系稱

22、為聚合物鉆井液。稱為聚合物鉆井液。一、聚合物鉆井液概述一、聚合物鉆井液概述1發展概況發展概況 聚合物鉆井液最初是為提高鉆井效率提高鉆井效率開發研究的。研究資料指出：鉆井液的固相含量是影響鉆井速度的一個主要因素。所以，清水的鉆井速度清水的鉆井速度應最高應最高。但當時并沒有能夠有效清除鉆井液中固相的手段。直到1958年首次應用了聚合物絮凝劑聚丙烯酰胺聚合物絮凝劑聚丙烯酰胺(簡稱PAM)后，才實現了真正的清水鉆井。PAM可同時絮凝鉆屑和蒙脫土，稱為完全絮凝劑完全絮凝劑。在鉆井液中加入極少量的PAM即可使鉆屑絮凝而全部除去。清水鉆井大大提高了鉆速，但因其攜帶鉆屑能力差，濾失量大，影響井壁穩定等缺點，不

23、能廣泛使用，只攜帶鉆屑能力差，濾失量大，影響井壁穩定等缺點，不能廣泛使用，只能用于地層特別穩定的淺層井段能用于地層特別穩定的淺層井段。1960年，發現有兩類高聚物，即部分水部分水解聚丙烯酰胺解聚丙烯酰胺(簡稱PHPA或PHP)和醋酸乙烯酯醋酸乙烯酯馬來酸酐共聚物馬來酸酐共聚物(簡稱VAMA)，具有選擇性絮凝作用選擇性絮凝作用。第三節 粘土的水化膨脹作用鉆井液工藝原理電子教案鉆井液工藝原理電子教案 第二章第二章7-4 聚合物鉆井液聚合物鉆井液對鉆屑的分散具有良好的抑制能力，處理過的鉆井液體系中亞微米顆粒對鉆屑的分散具有良好的抑制能力，處理過的鉆井液體系中亞微米顆粒含量明顯低于其它類型的水基鉆井液

24、，這對提高鉆井速度是十分有益的。含量明顯低于其它類型的水基鉆井液，這對提高鉆井速度是十分有益的。這類新型的聚合物鉆井液體系稱為這類新型的聚合物鉆井液體系稱為“不分散低固相聚合物鉆井液不分散低固相聚合物鉆井液”。1966年，泛美石油公司在加拿大西部油田首次系統地使用了這種不分散低固相年，泛美石油公司在加拿大西部油田首次系統地使用了這種不分散低固相聚合物鉆井液，聚合物鉆井液，大幅度提高了鉆速大幅度提高了鉆速。隨后，這種鉆井液體系在世界范圍內。隨后，這種鉆井液體系在世界范圍內推廣應用，經受了不同地層、不同井深和不同密度等方面的考驗，在提高推廣應用，經受了不同地層、不同井深和不同密度等方面的考驗，在提

25、高鉆井速度和降低鉆井成本等方面效果顯著，證明是一種技術先進的鉆井液鉆井速度和降低鉆井成本等方面效果顯著，證明是一種技術先進的鉆井液體系。體系。1971年，在年，在第八屆世界石油大會上，不分散低固相聚合物鉆井液的第八屆世界石油大會上，不分散低固相聚合物鉆井液的成功開發被列為成功開發被列為70年代初鉆井工藝最有影響的新進展之一年代初鉆井工藝最有影響的新進展之一，表明對鉆井技，表明對鉆井技術發展的促進作用是顯著的。術發展的促進作用是顯著的。第三節 粘土的水化膨脹作用鉆井液工藝原理電子教案鉆井液工藝原理電子教案 第二章第二章7-4 聚合物鉆井液聚合物鉆井液 為進一步提高聚合物鉆井液的防塌能力，為進一步

26、提高聚合物鉆井液的防塌能力，70年代后期發展了年代后期發展了聚合物與聚合物與無機鹽無機鹽(主要是氯化鉀主要是氯化鉀)配合的鉆井液體系，發現該體系對水敏性地層的防配合的鉆井液體系，發現該體系對水敏性地層的防塌效果顯著。近塌效果顯著。近20年來，聚合物處理劑的發展也很快，除帶陰離子基團的年來，聚合物處理劑的發展也很快，除帶陰離子基團的處理劑如處理劑如PHPA、VAMA、水解聚丙烯腈銨鹽、水解聚丙烯腈銨鹽(簡稱簡稱NPAN)、聚丙烯酸鹽等、聚丙烯酸鹽等以外，近期又開發出以外，近期又開發出帶陽離子基團的陽離子聚合物帶陽離子基團的陽離子聚合物和分子鏈中同時帶陰離和分子鏈中同時帶陰離子基團、陽離子基團和非

27、離子基團的子基團、陽離子基團和非離子基團的兩性離子聚合物處理劑兩性離子聚合物處理劑，使聚合物鉆，使聚合物鉆井液技術得到不斷發展和完善。井液技術得到不斷發展和完善。第三節 粘土的水化膨脹作用鉆井液工藝原理電子教案鉆井液工藝原理電子教案 第二章第二章7-4 聚合物鉆井液聚合物鉆井液目前，根據聚合物處理劑的離子特性，可將聚合物鉆井液分為陰離子聚目前，根據聚合物處理劑的離子特性，可將聚合物鉆井液分為陰離子聚合物鉆井液、陽離子聚合物鉆井液和兩性離子聚合物鉆井液。合物鉆井液、陽離子聚合物鉆井液和兩性離子聚合物鉆井液。 自自20世紀世紀70年代以來，聚合物鉆井液技術已在我國得到普遍推廣應用。年代以來，聚合物

28、鉆井液技術已在我國得到普遍推廣應用。同時，還對聚合物處理劑的抑制性、降濾失和降粘等作用機理進行了系統同時，還對聚合物處理劑的抑制性、降濾失和降粘等作用機理進行了系統研究。目前，我國在各種聚合物鉆井液體系的基礎研究、新產品開發和推研究。目前，我國在各種聚合物鉆井液體系的基礎研究、新產品開發和推廣應用方面，已接近或達到世界先進水平。主要介紹不分散低固相聚合物廣應用方面，已接近或達到世界先進水平。主要介紹不分散低固相聚合物鉆井液的組成、特點、涉及的基本理論以及現場應用等。鉆井液的組成、特點、涉及的基本理論以及現場應用等。第三節 粘土的水化膨脹作用鉆井液工藝原理電子教案鉆井液工藝原理電子教案 第二章第

29、二章7-4 聚合物鉆井液聚合物鉆井液2聚合物鉆井液的特點聚合物鉆井液的特點 與其它水基鉆井液相比，聚合物鉆井液優點：7個 (1)固相含量低固相含量低 (2)具有良好的流變性具有良好的流變性 (3)鉆井速度高鉆井速度高 (4)穩定井壁的能力較強，井徑比較規則穩定井壁的能力較強，井徑比較規則。 (5)對油氣層的損害小，有利于發現和保護產對油氣層的損害小，有利于發現和保護產層。(7)鉆井成本低鉆井成本低。 (6)可防止井漏的發生可防止井漏的發生。第三節 粘土的水化膨脹作用鉆井液工藝原理電子教案鉆井液工藝原理電子教案 第二章第二章7-4 聚合物鉆井液聚合物鉆井液缺點缺點： 在現場應用中遇到的、還需要進

30、一步研究解決一些問題。在現場應用中遇到的、還需要進一步研究解決一些問題。 （1）當鉆速太快時，無用固相不能及時清除，）當鉆速太快時，無用固相不能及時清除，難以維持低固相難以維持低固相，在，在強造漿井段尤其如此；強造漿井段尤其如此； （2）對一些強分散地層，有時）對一些強分散地層，有時抑制能力也顯得不足抑制能力也顯得不足，這時鉆井液的，這時鉆井液的流變性變得難以控制，比如切力太高，導致鉆屑更不容易清除，產生惡性流變性變得難以控制，比如切力太高，導致鉆屑更不容易清除，產生惡性循環，不得不加入分散劑降低鉆井液結構強度，以改善流動性。這將以部循環，不得不加入分散劑降低鉆井液結構強度，以改善流動性。這將

31、以部分損害聚合物鉆井液的優良性能為代價。分損害聚合物鉆井液的優良性能為代價。第三節 粘土的水化膨脹作用鉆井液工藝原理電子教案鉆井液工藝原理電子教案 第二章第二章7-4 聚合物鉆井液聚合物鉆井液3聚合物處理劑的主要作用機理聚合物處理劑的主要作用機理 (1)橋聯與包被作用橋聯與包被作用 (2)絮凝作用絮凝作用 (3)增粘作用增粘作用 (4)降濾失作用降濾失作用 (5)抑制與防塌作用抑制與防塌作用(6)降粘作用降粘作用 第三節 粘土的水化膨脹作用鉆井液工藝原理電子教案鉆井液工藝原理電子教案 第二章第二章7-4 聚合物鉆井液聚合物鉆井液第三節 粘土的水化膨脹作用鉆井液工藝原理電子教案鉆井液工藝原理電子

32、教案 第二章第二章 上一內容 下一內容回主目錄O返回7-5 正電膠鉆井液正電膠鉆井液MMH正電膠鉆井液的特性正電膠鉆井液的特性 1電性的調節電性的調節 2穩定性穩定性 3流變性流變性 4抑制性抑制性 5抑制鉆屑分散和穩定井壁的機理抑制鉆屑分散和穩定井壁的機理 (1)“滯流層”機理 (2)“膠粒吸附膜穩定地層活度”機理 (3)“束縛自由水”機理 第三節 粘土的水化膨脹作用鉆井液工藝原理電子教案鉆井液工藝原理電子教案 第二章第二章7-6 抗高溫水基鉆井液抗高溫水基鉆井液一、深井水基鉆井液應具備的特點一、深井水基鉆井液應具備的特點 (1)具有抗高溫的能力。具有抗高溫的能力。 (2)在高溫條件下對粘土

33、的水化分散具有較強的抑制能力。在高溫條件下對粘土的水化分散具有較強的抑制能力。 (3)具有良好的高溫流變性。具有良好的高溫流變性。 (4)具有良好的潤滑性。具有良好的潤滑性。 二、高溫對深井水基鉆井液性能的影響二、高溫對深井水基鉆井液性能的影響 1鉆井液中粘土的高溫分散作用鉆井液中粘土的高溫分散作用 2高溫對鉆井液處理劑的影響高溫對鉆井液處理劑的影響 (1)高溫降解 (2)高溫交聯 3高溫對處理劑與粘土相互作用的影響高溫對處理劑與粘土相互作用的影響 (1)高溫解吸附作用 (2)高溫去水化作用 第三節 粘土的水化膨脹作用鉆井液工藝原理電子教案鉆井液工藝原理電子教案 第二章第二章7-6 抗高溫水基

34、鉆井液抗高溫水基鉆井液3常用的抗高溫處理劑常用的抗高溫處理劑 (1)抗高溫降粘劑抗高溫降粘劑 磺甲基單寧（磺甲基單寧（SMT），簡稱磺化單寧。），簡稱磺化單寧。 磺甲基栲膠（磺甲基栲膠（SMK），簡稱磺化栲膠。），簡稱磺化栲膠。 (2)抗高溫降濾失劑抗高溫降濾失劑 磺甲基褐煤（磺甲基褐煤（SMC），簡稱磺化褐煤。），簡稱磺化褐煤。 磺甲基酚醛樹脂，簡稱磺化酚醛樹脂，分磺甲基酚醛樹脂，簡稱磺化酚醛樹脂，分 I 型產品（型產品（SMP-I）和）和II 型產品型產品 （SMP-II）。）。（3）DMDAAC/AA/AM/AMPS，共聚單體為丙烯酰胺、，共聚單體為丙烯酰胺、2-丙烯丙烯酰胺基酰胺基-2

35、-甲基丙磺酸、二甲基二烯丙基氯化銨、丙烯酸。降濾失能甲基丙磺酸、二甲基二烯丙基氯化銨、丙烯酸。降濾失能力強，抗溫高于力強，抗溫高于180，抗鹽至飽和，可有效的抑制鉆屑的分散。，抗鹽至飽和，可有效的抑制鉆屑的分散。第三節 粘土的水化膨脹作用鉆井液工藝原理電子教案鉆井液工藝原理電子教案 第二章第二章7-6 抗高溫水基鉆井液抗高溫水基鉆井液第三節 粘土的水化膨脹作用鉆井液工藝原理電子教案鉆井液工藝原理電子教案 第二章第二章 上一內容 下一內容回主目錄O返回7-7 其他水基鉆井液其他水基鉆井液一、聚合醇鉆井液一、聚合醇鉆井液 聚合醇水基鉆井液體系是聚合醇與其它處理劑配伍使用的鉆井液體聚合醇水基鉆井液體

36、系是聚合醇與其它處理劑配伍使用的鉆井液體系。該鉆井液體系是八十年代初發展起來的一種新型水基鉆井液，具有系。該鉆井液體系是八十年代初發展起來的一種新型水基鉆井液，具有較強的抑制性、良好的潤滑性、生物毒性小、易生物降解、對地層損害較強的抑制性、良好的潤滑性、生物毒性小、易生物降解、對地層損害小等特點。現場應用表明，聚合醇在穩定井眼、提高鉆速、降低鉆井事小等特點。現場應用表明，聚合醇在穩定井眼、提高鉆速、降低鉆井事故等方面具有較好的效果，已成功地用于大斜度井、大位移井、水平井故等方面具有較好的效果，已成功地用于大斜度井、大位移井、水平井以及高溫高壓活性泥頁巖地層的鉆井施工中。以及高溫高壓活性泥頁巖地

37、層的鉆井施工中。1、聚合醇性能、聚合醇性能 （1）吸附特性。）吸附特性。 （2）潤滑特性。）潤滑特性。 （3）調整流變性。）調整流變性。 （4）聚合醇熒光級別低。）聚合醇熒光級別低。 （5）聚合醇的生物毒性小。）聚合醇的生物毒性小。第三節 粘土的水化膨脹作用鉆井液工藝原理電子教案鉆井液工藝原理電子教案 第二章第二章7-7 其他水基鉆井液其他水基鉆井液2、 聚合醇作用機理聚合醇作用機理 a. 降低活度，即通過滲透作用穩定泥頁巖；降低活度，即通過滲透作用穩定泥頁巖；b. 濁點行為，通過聚合醇顆粒封堵泥頁巖；濁點行為，通過聚合醇顆粒封堵泥頁巖；c. 吸附作用吸附作用。第三節 粘土的水化膨脹作用鉆井液

38、工藝原理電子教案鉆井液工藝原理電子教案 第二章第二章7-7 其他水基鉆井液其他水基鉆井液二、二、 硅酸鹽鉆井液硅酸鹽鉆井液井壁穩定機理：井壁穩定機理： （1）硅酸鹽進入地層孔隙形成三維凝膠結構和不溶沉淀物，快速在井壁）硅酸鹽進入地層孔隙形成三維凝膠結構和不溶沉淀物，快速在井壁處堵塞泥頁巖孔隙和微裂縫，阻止濾液進入地層，同時減少了壓力穿透作處堵塞泥頁巖孔隙和微裂縫，阻止濾液進入地層，同時減少了壓力穿透作用；用； （2）硅酸鹽抑制泥頁巖中粘土礦物的水化膨脹和分散；）硅酸鹽抑制泥頁巖中粘土礦物的水化膨脹和分散；KCl/聚合物聚合物/硅酸硅酸鹽體系鹽體系 （代號（代號KPS）各處理劑間的協同作用，使粘

39、土產生脫水而收縮，使）各處理劑間的協同作用，使粘土產生脫水而收縮，使泥頁巖的結構強度提高；泥頁巖的結構強度提高； （3）硅酸鹽可能與泥頁巖中的粘土礦物發生反應，生成類似氟石的非晶）硅酸鹽可能與泥頁巖中的粘土礦物發生反應，生成類似氟石的非晶質的聯結非常致密的新礦物，增強井壁的穩定性；質的聯結非常致密的新礦物，增強井壁的穩定性； （4）氯化鈉或氯化鉀的協同增效作用。可溶性硅酸鹽溶液還具有抗腐）氯化鈉或氯化鉀的協同增效作用。可溶性硅酸鹽溶液還具有抗腐蝕性能，能有效地抑制非膨脹粘土礦物懸浮液蝕性能，能有效地抑制非膨脹粘土礦物懸浮液 pH值升高時界面上硅石的溶值升高時界面上硅石的溶解，保持聚結晶體里的晶

40、間凝結力。解，保持聚結晶體里的晶間凝結力。第三節 粘土的水化膨脹作用鉆井液工藝原理電子教案鉆井液工藝原理電子教案 第二章第二章7-7 其他水基鉆井液其他水基鉆井液三、三、 欠平衡鉆井液欠平衡鉆井液 1、常規鉆井液、常規鉆井液 液體 充氣流體 泡沫 氣霧 空氣/氣體 適用于欠平衡鉆井的流體適用于欠平衡鉆井的流體第三節 粘土的水化膨脹作用鉆井液工藝原理電子教案鉆井液工藝原理電子教案 第二章第二章7-7 其他水基鉆井液其他水基鉆井液2、空氣流體、空氣流體 空氣流體是指空氣或天然氣，氮氣、二氧化碳、防腐劑及干燥劑空氣流體是指空氣或天然氣，氮氣、二氧化碳、防腐劑及干燥劑等組成的循環流體。等組成的循環流體

41、。 空氣鉆井裝備需要具有高壓大排量壓風機，以滿足施工要求，此空氣鉆井裝備需要具有高壓大排量壓風機，以滿足施工要求，此外還要有井口防噴器，旋轉頭，密封鉆桿，巖屑排除管匯及測量儀表外還要有井口防噴器，旋轉頭，密封鉆桿，巖屑排除管匯及測量儀表等。空氣鉆井的等。空氣鉆井的優點優點： （1）空氣鉆井技術可大幅度降低壓差，可大大提高機械鉆速，延長）空氣鉆井技術可大幅度降低壓差，可大大提高機械鉆速，延長鉆頭使用壽命；鉆頭使用壽命； （2）減少對敏感地層的損害，可有效的保護低壓油氣層；）減少對敏感地層的損害，可有效的保護低壓油氣層；可有效的鉆穿易漏層。可有效的鉆穿易漏層。 空氣鉆井的空氣鉆井的缺點缺點：易引起

42、井下著火與爆炸，造成井下鉆具破壞，：易引起井下著火與爆炸，造成井下鉆具破壞，所以空氣鉆井選擇氣體類型很重要。所以空氣鉆井選擇氣體類型很重要。第三節 粘土的水化膨脹作用鉆井液工藝原理電子教案鉆井液工藝原理電子教案 第二章第二章7-7 其他水基鉆井液其他水基鉆井液3、霧流體、霧流體 霧流體是空氣、發泡劑、防腐劑和少量水混合組成的循環流體，是空氣鉆井中的一種過渡性工藝，即當鉆遇地層出液量大于24m3/h，就只能采用泡沫流體鉆進。4、充氣水基或油基鉆井液體系（充氣流體）、充氣水基或油基鉆井液體系（充氣流體） 充氣流體是將空氣注入鉆井液內來降低流體液柱壓力，充氣鉆井液流體的密度最低可達到0.59g/cm

43、3，鉆井液和空氣的混配比一般為10:1。用空氣鉆井液鉆井時，環空速度要達到0.8-8m/s，地面正常工作壓力為3.5-8Mpa。在鉆進過程要注意空氣的分離和防腐，防沖蝕等問題，要求有配套工藝和地面充氣設備。5、泡沫流體、泡沫流體 泡沫流體是氣體介質分散在液體中，并配以發泡劑，穩泡劑或粘土泡沫流體是氣體介質分散在液體中，并配以發泡劑，穩泡劑或粘土形成的分散體系。它使鉆進低壓產層常用而有效的工作液，油田用泡沫形成的分散體系。它使鉆進低壓產層常用而有效的工作液，油田用泡沫流體一般為硬膠泡沫和穩定泡沫。硬膠泡沫是氣體、粘土、穩定劑和發流體一般為硬膠泡沫和穩定泡沫。硬膠泡沫是氣體、粘土、穩定劑和發泡劑配

44、成的穩定性比較強的分散體系，它用于需要泡沫壽命長，攜帶能泡劑配成的穩定性比較強的分散體系，它用于需要泡沫壽命長，攜帶能力強的場所，如解決大直徑鉆井攜帶巖屑和清洗井底或防漏、堵漏、堵力強的場所，如解決大直徑鉆井攜帶巖屑和清洗井底或防漏、堵漏、堵水等問題，其成本低，但它對電解質及油品的污染較敏感，一般不宜在水等問題，其成本低，但它對電解質及油品的污染較敏感，一般不宜在油氣井中應用；穩定泡沫是指空氣（氣體）、液體發泡劑和穩定劑配成油氣井中應用；穩定泡沫是指空氣（氣體）、液體發泡劑和穩定劑配成的分散體系，穩定泡沫能與各類電解質、原油及鉆井作業過程的污染物的分散體系，穩定泡沫能與各類電解質、原油及鉆井作

45、業過程的污染物配伍，且能處理水。據美國空氣鉆井公司介紹，在配伍，且能處理水。據美國空氣鉆井公司介紹，在10m3/h的出水量情況的出水量情況時，用泡沫流體鉆井不會發生復雜問題，對低壓易漏地層特別有效。時，用泡沫流體鉆井不會發生復雜問題，對低壓易漏地層特別有效。第三節 粘土的水化膨脹作用鉆井液工藝原理電子教案鉆井液工藝原理電子教案 第二章第二章7-7 其他水基鉆井液其他水基鉆井液第三節第三節 粘土的水化膨脹作用粘土的水化膨脹作用鉆井液工藝原理電子教案鉆井液工藝原理電子教案 第二章第二章7-8 油基鉆井液油基鉆井液前言前言（一）油基鉆井液：（一）油基鉆井液：以油為連續相的鉆井液。以油為連續相的鉆井液

46、。成本高成本高污染環境污染環境鉆速低鉆速低有利于井壁穩定有利于井壁穩定抗污染能力強抗污染能力強潤滑性好潤滑性好對油氣層損害小對油氣層損害小抗高溫抗高溫優點優點缺點缺點（二）油基鉆井液特點（二）油基鉆井液特點（三）油基鉆井液發展（三）油基鉆井液發展一、油基鉆井液組成與性能一、油基鉆井液組成與性能n（一）油基鉆井液組成（一）油基鉆井液組成n1、油相、油相n（1）柴油）柴油n 閃點和燃點分別在閃點和燃點分別在82和和93以上以上，確保安全，確保安全 ；n 苯胺點在苯胺點在60 以上，控制芳烴含量，減少對橡膠部件的腐蝕；以上，控制芳烴含量，減少對橡膠部件的腐蝕；n 苯胺點：等體積的油與苯胺（芳烴）相互

47、溶解時的最低溫度苯胺點：等體積的油與苯胺（芳烴）相互溶解時的最低溫度n 苯胺點苯胺點 芳烴含量芳烴含量n 粘度適宜，以有利于流變性控制粘度適宜，以有利于流變性控制n （ 2）低毒礦物油）低毒礦物油2 2、水相、水相n淡水、淡水、鹽水鹽水、海水。、海水。3 3、乳化劑、乳化劑作用：作用：維持油包水（維持油包水（W/O）或水包油（）或水包油（O/W） 乳乳 狀液的穩定性狀液的穩定性作 用作 用機理機理降低界面張力降低界面張力在油在油/水界面上形成具有一定強度的吸附膜水界面上形成具有一定強度的吸附膜增加外相粘度增加外相粘度 (1) 以空間構型為依據選擇乳化劑以空間構型為依據選擇乳化劑n乳化劑的空間構

48、型：乳化劑的空間構型：主要指乳化劑分子極性基團截面積直徑主要指乳化劑分子極性基團截面積直徑n d極極 和非極性集團截面積直徑和非極性集團截面積直徑d非極非極的大小。的大小。n乳狀液類型判斷：乳狀液類型判斷： d極極d非極非極易形成易形成O/W型型n d極極d非極非極易形成易形成W/O型型nHLB：親油親水平衡值；親油親水平衡值；HLB值越大，親水性越強，值越大，親水性越強，n 越有利于形成越有利于形成O/W型乳狀液。型乳狀液。nHLB值的選擇：值的選擇：HLB=4-6，適于作，適于作W/O型乳化劑型乳化劑n HLB=8-18，適于作，適于作O/W型乳化劑型乳化劑 (2) 以以HLB為依據選擇乳

49、化劑為依據選擇乳化劑4、潤濕劑、潤濕劑n作用：作用：把原來親水的固體表面轉變為親油，有利于親水把原來親水的固體表面轉變為親油，有利于親水n 性固體在油相中懸浮。性固體在油相中懸浮。作用原理（潤濕反轉）：作用原理（潤濕反轉）：潤濕劑為具有兩親結構的表面活性潤濕劑為具有兩親結構的表面活性劑，分子中親水的一端與固體表面有很強的親合力，吸附在劑，分子中親水的一端與固體表面有很強的親合力，吸附在固體的表面，并將親油端指向油相時，原來親水的固體表面固體的表面，并將親油端指向油相時，原來親水的固體表面轉變為親油。轉變為親油。5、親油膠體、親油膠體n定義：定義：分散在分散在W/O乳化鉆井液油相中的固體處理劑乳化鉆井液油相中的固體處理劑 （有機土、氧化瀝青、親油褐煤粉等）。（有機土、氧化瀝青、親油褐煤粉等）。作用：作用：增粘與降濾失。增粘與降濾失。有機土：有機土：親水的膨潤土親水的膨潤土 + 季胺鹽類陽離子表面活性劑季胺鹽類陽離子表面活性劑 親油粘土。親油粘土。氧化瀝青：氧化瀝青：石油瀝青經加熱吹氣氧化處理后與一定比例的石油瀝青經加熱吹氣氧化處理后與一定比例的 石灰混合而成的產品。石灰混合而成的產品。n（1）提供）提供Ca2+有利于二元金屬皂的生成和有利于二元金屬皂的生成和W/O乳狀液的乳狀液的穩定。穩定。n（2）維持鉆井液）維持鉆井液pH=8.5-10，防止鉆