1、. 鉆井液基礎知識鉆井液基礎知識.一、一、 二、二、三、三、 目目 錄錄. 油氣是關系到國家經濟發展和安全的重要戰略資源。但油氣是關系到國家經濟發展和安全的重要戰略資源。但總體來說，油氣勘探開發難度加大，煤層氣規模化開發剛剛總體來說，油氣勘探開發難度加大，煤層氣規模化開發剛剛起步，亟需攻克重大科學問題和技術瓶頸，發現優質油氣資起步，亟需攻克重大科學問題和技術瓶頸，發現優質油氣資源并高效開發是石油工業穩定發展的基礎，為此源并高效開發是石油工業穩定發展的基礎，為此國家中長國家中長期科學和技術發展規劃綱要（期科學和技術發展規劃綱要（2006200620202020）把能源列為重把能源列為重點支持領域

2、，把點支持領域，把“大型油氣田及煤層氣開發大型油氣田及煤層氣開發”列為國家優先列為國家優先發展的發展的1616個重大專項之一，這是實施個重大專項之一，這是實施“深化東部、發展西部、深化東部、發展西部、加快海上、拓展海外加快海上、拓展海外”油氣戰略的重大舉措，突破特殊地質油氣戰略的重大舉措，突破特殊地質環境和深水、煤層氣等油氣勘探開發關鍵技術，將潛在的油環境和深水、煤層氣等油氣勘探開發關鍵技術，將潛在的油氣資源轉化為可采儲量，增強油氣資源的基礎保障能力，為氣資源轉化為可采儲量，增強油氣資源的基礎保障能力，為油氣工業的可持續發展和能源安全提供強有力的技術支撐。油氣工業的可持續發展和能源安全提供強有

3、力的技術支撐。 .從簡單構造從簡單構造向復雜沖斷帶發展向復雜沖斷帶發展從中淺層從中淺層向深層、超深層延伸向深層、超深層延伸從構造圈閉從構造圈閉向巖性地層圈閉發展向巖性地層圈閉發展油氣勘探油氣勘探六大趨勢六大趨勢針對六個趨勢，亟需發展新一代石油地質勘探理論和配套的勘探工程技術，針對六個趨勢，亟需發展新一代石油地質勘探理論和配套的勘探工程技術，為勘探部署提供科學指導和技術支撐。為勘探部署提供科學指導和技術支撐。 成熟盆地成熟盆地進入精細勘探階段進入精細勘探階段天然氣勘探天然氣勘探進入了快速發展時期進入了快速發展時期從碎屑巖為主向從碎屑巖為主向碳酸鹽巖和火山巖勘探發展碳酸鹽巖和火山巖勘探發展隨著油氣

4、勘探的不斷深入，勘探難度日益增加，勘探對象趨于多隨著油氣勘探的不斷深入，勘探難度日益增加，勘探對象趨于多樣化和復雜化，呈以下趨勢樣化和復雜化，呈以下趨勢 ：.u陸上油氣勘探開發發展現狀與趨勢陸上油氣勘探開發發展現狀與趨勢 （1 1）油氣開發發展現狀）油氣開發發展現狀 原油產量保持穩步增長，總體進入高采出程度和高含水階段。原油產量保持穩步增長，總體進入高采出程度和高含水階段。但可采儲量的采出程度達到，綜合含水達到，總體進入“雙高”階段。天然氣天然氣開發進入快速發展階段。開發進入快速發展階段。2006年產量達到億立方米。已探明的剩余可采儲量有萬億立方米，儲采比57，天然氣開發具有廣闊的發展前景。注

5、水開發成為注水開發成為廣泛應用的主體開發技術。廣泛應用的主體開發技術。注水開發油田的產量約占全國總產量的85以上，對于我國石油產量的持續增長發揮了關鍵性的作用。聚合物驅已大規模應用，聚合物驅已大規模應用，化學驅取得重大進展，處于世界領先地位。化學驅取得重大進展，處于世界領先地位。目前聚合物驅原油年產量已達到千萬噸以上的規模，約占全國原油年產量的10；化學驅有望成為我國三次采油的主體接替技術。稠油油藏開發初步形成了蒸汽吞吐熱采配套技術。稠油油藏開發初步形成了蒸汽吞吐熱采配套技術。目前稠油年產量已達到千萬噸以上的規模。低滲透油氣田開發基本形成了有效低滲透油氣田開發基本形成了有效的配套技術。的配套技

6、術。儲層改造技術、超前注水保持能量開發技術等，使低滲透油藏成為近年來國內原油增儲上產的重要領域。頁巖油資源開發處于淺層挖掘式頁巖油資源開發處于淺層挖掘式開采階段。開采階段。世界頁巖油資源約為常規石油資源的倍，殼牌石油公司正在著手開展深部頁巖油原位開采技術的實驗。 .u陸上油氣勘探開發發展現狀與趨勢陸上油氣勘探開發發展現狀與趨勢 （2 2）油氣開發六個發展趨勢）油氣開發六個發展趨勢 改善水驅和三元復合驅技術將成為高含水油田提高采收率的主體技術。改善水驅和三元復合驅技術將成為高含水油田提高采收率的主體技術。提高水驅采收率，繼續保持我國在注水開發技術上的國際領先水平。以分子設計、生物合成等理論來指導

7、驅油用化學劑的研制是當前表面活性劑、以分子設計、生物合成等理論來指導驅油用化學劑的研制是當前表面活性劑、聚合物研制領域的重要發展方向。聚合物研制領域的重要發展方向。形成具有驅油劑新產品和技術，繼續保持和發展我國在三次采油技術方面的領先地位。中深層稠油蒸汽驅和蒸汽輔助中深層稠油蒸汽驅和蒸汽輔助重力驅將成為稠油開發的主體接替技術。重力驅將成為稠油開發的主體接替技術。形成蒸汽驅/混合（汽）氣驅、蒸汽輔助重力泄油（SAGD）和火燒驅油等配套技術。攻克特低滲油氣藏開發關攻克特低滲油氣藏開發關鍵技術，實現特低滲油田的高效經濟開發。鍵技術，實現特低滲油田的高效經濟開發。重點開展裂縫、相對高滲儲層發育區的識別

8、和預測方法、儲層高效改造技術、井網優化和提高采收率方法等研究，攻克特低滲油氣藏的經濟開發技術。發展高酸性氣田開發配套技術，發展高酸性氣田開發配套技術，實現特殊氣田安全高效開發。實現特殊氣田安全高效開發。開展高酸性氣田氣藏工程、安全鉆井與完井、采氣工程、集輸工藝與安全控制技術研究，達到高效、科學、經濟、安全、環保的開發目標。探索頁巖油資源勘探開發與綜合利用關鍵技術，實現頁巖探索頁巖油資源勘探開發與綜合利用關鍵技術，實現頁巖油工業化開發與應用。油工業化開發與應用。實現頁巖油工業化開發與應用。 .針對油氣勘探開發、特別是陸上油氣勘探開發的針對油氣勘探開發、特別是陸上油氣勘探開發的發展現狀、趨勢與需求

9、發展現狀、趨勢與需求 , ,鉆井已不單是構建油氣鉆井已不單是構建油氣通道，而是成為提高勘探發現率、開發采收率的通道，而是成為提高勘探發現率、開發采收率的工程技術。工程技術。“四高四高”特點：高投入、高產出、高風險、高技特點：高投入、高產出、高風險、高技術術“六更六更”方向：更深、更快、更便宜、更清潔、方向：更深、更快、更便宜、更清潔、 更安全、更聰明。更安全、更聰明。.1、鉆井的目的（1）鑿開地層，建立地下油氣資源的輸出通道。（2）獲取地下巖石和油、氣、水等有關信息。 2、鉆井液的概念 3、鉆井液循環系統.鉆井液循環系統示意圖.鉆井液循環系統示意圖.鉆井液循環系統示意圖.n 19141916年

10、年 清水作為旋轉鉆井的洗井介質，即開始使用清水作為旋轉鉆井的洗井介質，即開始使用“泥漿泥漿”。n 從從2060年代，以年代，以分散型水基鉆井液分散型水基鉆井液為主要類型的階段為主要類型的階段 在這期間，經歷了從細分散體系向粗分散體系的轉變，同在這期間，經歷了從細分散體系向粗分散體系的轉變，同時也出現了早期使用的油基泥漿和氣體型鉆井流體。時也出現了早期使用的油基泥漿和氣體型鉆井流體。 其中有代表性的技術措施包括：其中有代表性的技術措施包括：l 19211922年，重晶石和氧化鐵粉開始用作加重材料；年，重晶石和氧化鐵粉開始用作加重材料；l 1926年，開始使用膨潤土作為懸浮劑年，開始使用膨潤土作為

11、懸浮劑；4、鉆井液技術的發展階段、鉆井液技術的發展階段.鉆井液技術的發展階段鉆井液技術的發展階段l 1930年，研制出最早的泥漿處理劑年，研制出最早的泥漿處理劑 丹寧酸鈉；丹寧酸鈉；l 19311937年，研制出各種泥漿測量儀器，提出了對年，研制出各種泥漿測量儀器，提出了對泥漿性能控制的要求；泥漿性能控制的要求；l 19441945年，年，Na-CMC（鈉羧甲基纖維素）作為降（鈉羧甲基纖維素）作為降濾失劑，開始應用于鉆井液中；濾失劑，開始應用于鉆井液中；l 1955年，年，FCLS（鐵鉻木質素磺酸鹽）作為稀釋劑，（鐵鉻木質素磺酸鹽）作為稀釋劑，開始應用于鉆井液中；開始應用于鉆井液中；l 從從6

12、0年代開始，石灰鉆井液、石膏鉆井液和氯化鈣鉆年代開始，石灰鉆井液、石膏鉆井液和氯化鈣鉆井液等粗分散水基泥漿體系開始廣泛使用。井液等粗分散水基泥漿體系開始廣泛使用。.鉆井液技術的發展階段鉆井液技術的發展階段n 70-80年代，以聚合物不分散鉆井液為主要類型的階段年代，以聚合物不分散鉆井液為主要類型的階段 聚合物鉆井液是國內外水基鉆井液發展最迅速的一聚合物鉆井液是國內外水基鉆井液發展最迅速的一類，它的出現標志著鉆井液工藝技術進入了科學發展階類，它的出現標志著鉆井液工藝技術進入了科學發展階段。聚合物鉆井液大體上又分為以下幾種類型：段。聚合物鉆井液大體上又分為以下幾種類型：u 部分水解聚丙烯酰胺體系；

13、部分水解聚丙烯酰胺體系；u 氯化鉀聚合物鉆井液體系；氯化鉀聚合物鉆井液體系；u 羥乙基纖維素體系；羥乙基纖維素體系；u 聚丙烯與聚乙二醇共聚物（聚丙烯與聚乙二醇共聚物（COP/PPG）體系）體系.鉆井液技術的發展階段鉆井液技術的發展階段這一階段，油基鉆井液也有了進一步的發展：這一階段，油基鉆井液也有了進一步的發展：50年柴油為基油的油基鉆井液年柴油為基油的油基鉆井液70年代年代發展了低膠質油包水乳化鉆井液發展了低膠質油包水乳化鉆井液80年代年代低毒油包水、水包油乳化鉆井液低毒油包水、水包油乳化鉆井液在抗高溫深井鉆井液方面：在抗高溫深井鉆井液方面： 研制出以研制出以Resinex為代表的抗高溫處

14、理劑，使深井為代表的抗高溫處理劑，使深井鉆井液技術取得了很大進展。鉆井液技術取得了很大進展。.鉆井液技術的發展階段鉆井液技術的發展階段 （1 1）聚合物鉆井液進一步發展）聚合物鉆井液進一步發展（2 2）MMHMMH鉆井液鉆井液（3 3）合成基鉆井液）合成基鉆井液（4 4）聚合醇鉆井液）聚合醇鉆井液（5 5）甲酸鹽鉆井液）甲酸鹽鉆井液（6 6）硅酸鹽鉆井液）硅酸鹽鉆井液 90年代以來年代以來 （1 1）高性能水基鉆井液）高性能水基鉆井液（2 2）油基泡沫鉆井液）油基泡沫鉆井液（3 3）水基成膜鉆井液（隔離膜、超低滲透膜）水基成膜鉆井液（隔離膜、超低滲透膜） (4)(4)微泡沫鉆井液微泡沫鉆井液

15、近年來，近年來，.鉆井液技術的發展階段鉆井液技術的發展階段HPAN類和類和PAM或或HPAM低固相不分散鉆井液體系低固相不分散鉆井液體系磺化酚醛樹脂磺化酚醛樹脂抗高溫的深井鉆井液體系抗高溫的深井鉆井液體系起步起步-20世紀世紀70年代年代發展發展-20世紀世紀8090年代年代p丙烯酸多元共聚物處理劑及其泥漿體系丙烯酸多元共聚物處理劑及其泥漿體系pSK聚合物聚合物p80A51聚合物聚合物p陽離子（正電膠）陽離子（正電膠）pFA367聚合物聚合物p黑色正電膠黑色正電膠p儲層保護暫堵技術儲層保護暫堵技術 提高提高-90年代后期至本世紀初年代后期至本世紀初pAMPS聚合物聚合物p聚合醇、多元醇聚合醇、

16、多元醇p甲酸鹽甲酸鹽p稀硅酸鹽和合成基稀硅酸鹽和合成基p第二代合成基鉆井液第二代合成基鉆井液p正電體系正電體系p超低滲透超低滲透p水基半透膜水基半透膜p超高溫（超高溫（200 以上）體系以上）體系p高性能水基鉆井液高性能水基鉆井液p提高承壓能力提高承壓能力(封堵與堵漏封堵與堵漏)p降低坍塌壓力技術降低坍塌壓力技術p提高機械鉆速鉆井液技術提高機械鉆速鉆井液技術p儲層保護理想填充、成膜技術儲層保護理想填充、成膜技術.國內外鉆井液技術發展方向國內外鉆井液技術發展方向 提高泥漿抑制性提高泥漿抑制性 提高泥漿封堵性提高泥漿封堵性 加速評價方法加速評價方法(儀器、裝置儀器、裝置)與評價標準研究與評價標準研

17、究 重視對油基重視對油基(合成基合成基)鉆井液的研究鉆井液的研究 抗高溫水基鉆井液抗高溫水基鉆井液 有利于提高鉆井速度有利于提高鉆井速度.提高鉆井液抑制性u井壁穩定的需要；井壁穩定的需要；u降低地層坍塌壓力的需要；降低地層坍塌壓力的需要；u擴大安全密度窗口的需要；擴大安全密度窗口的需要；u抑制地層造漿的需要；抑制地層造漿的需要；u高溫重泥漿流變性控制的需要；高溫重泥漿流變性控制的需要；u保護儲層的需要保護儲層的需要.提高鉆井液抑制性鉆井液抑制能力：抑制粘土水化能力鉆井液抑制能力：抑制粘土水化能力 抑制粘土水化膨脹、分散能力抑制粘土水化膨脹、分散能力抑制水化能力：加入處理劑（以電解質、聚合物抑制

18、水化能力：加入處理劑（以電解質、聚合物為主）降為主）降低鉆井液中水相活度低鉆井液中水相活度a a水水至小于地層粘土的至小于地層粘土的a a水水，從而消除或減，從而消除或減少粘土表面水化和滲透水化。少粘土表面水化和滲透水化。抑制水化分散能力抑制水化分散能力: :抑制粘土澎漲分散抑制粘土澎漲分散,(,(聚合物包被作用聚合物包被作用等等) ).提高鉆井液封堵性井壁穩定的需要井壁穩定的需要; ;降低地層坍塌壓力的需要降低地層坍塌壓力的需要; ; 提高地層承壓能力和破裂壓力的需要提高地層承壓能力和破裂壓力的需要; ;擴大安全密度窗口的需要擴大安全密度窗口的需要; ;堵漏的需要堵漏的需要; ;保護儲層的需

19、要保護儲層的需要. 目前國內外目前國內外( (水基、油基水基、油基) )鉆井液封堵技術并未真正過關鉆井液封堵技術并未真正過關. . . 不同目的不同封堵作用及其對應的作用機理不清晰不同目的不同封堵作用及其對應的作用機理不清晰 .井壁井壁快速快速形成形成淺層淺層、零滲透零滲透的封堵層：的封堵層： .對地層微米級孔喉對地層微米級孔喉(隙隙)的封堵的封堵(已基本解決已基本解決); .對對0.1mm以上微裂縫的封堵以上微裂縫的封堵(基本可解決基本可解決); .對微米級對微米級微裂縫微裂縫的封堵的封堵(基本未解決基本未解決); .對納米級對納米級細微孔隙、裂縫細微孔隙、裂縫的封堵的封堵(完全末解決完全末

20、解決); . .隔段式段塞封堵作用隔段式段塞封堵作用:d(:d(P)/dLP)/dL段塞啟動壓力梯度未完段塞啟動壓力梯度未完全解決。全解決。. .井壁表面井壁表面“隔離膜隔離膜”封堵封堵. .符合不同要求、體現不同作用機理的封堵能力、封堵程符合不同要求、體現不同作用機理的封堵能力、封堵程度的評價裝置與方法度的評價裝置與方法( (未解決未解決) ). .研發符合不同要求、體現不同作用機理的系列配套封堵研發符合不同要求、體現不同作用機理的系列配套封堵劑劑; ; .需重點解決的問題需重點解決的問題: 體系與處理劑配套問題體系與處理劑配套問題; 環保問題環保問題; 安全問題安全問題; 提高機械鉆速問題

21、提高機械鉆速問題; 成本問題成本問題; 泥漿回收率問題泥漿回收率問題; 泥漿封堵能力問題泥漿封堵能力問題。. 沖洗井底沖洗井底攜帶和懸浮巖屑攜帶和懸浮巖屑冷卻與潤滑鉆頭鉆具冷卻與潤滑鉆頭鉆具穩定井壁穩定井壁 獲取地層信息獲取地層信息 傳遞功率傳遞功率保護油氣層保護油氣層平衡地層壓力平衡地層壓力.連續相+分散相（固相）+添加劑 1）一種流動介質 水、油或者氣體 （連續相） 2）一些分散介質 不溶于上述連續相的固體或流 體（分散相）3）添加劑 調節性能所需的物質例如水基鉆井液： 水 + 粘土 + 處理劑.連續相連續相 水：水基鉆井液 油：油基鉆井液 合成基液體：合成基鉆井液 氣體：空氣、氮氣、(霧

22、、泡沫 )固相固相 配漿材料(膨潤土、凹凸棒石、海泡石等)加重材料(重晶石、石灰石、鐵礦粉等)鉆屑堵漏材料、固體潤滑劑等不溶性化學沉淀物某些處理劑中的不溶物 .添加劑添加劑降濾失劑降濾失劑 增粘劑增粘劑絮凝劑絮凝劑 稀釋劑稀釋劑(解絮凝劑解絮凝劑) 頁巖抑制劑頁巖抑制劑 殺菌劑殺菌劑除鈣劑除鈣劑 緩蝕劑緩蝕劑表面活性劑表面活性劑 潤滑劑潤滑劑乳化劑乳化劑 消泡劑消泡劑發泡劑發泡劑 pH控制劑控制劑.7、鉆井液的類型、鉆井液的類型 (Class) 根據連續相流體介質的不同，可將鉆井液分為以下類型 鉆井液體系鉆井液體系液液 體體氣氣 體體氣液混合物氣液混合物空氣空氣天然氣天然氣廢氣廢氣油油 基基鉆

23、井液鉆井液水水 基基鉆井液鉆井液充氣鉆井液充氣鉆井液( (以液為主以液為主) )泡沫鉆井液泡沫鉆井液( (以氣為主以氣為主) )普普通通油油基基油油包包水水乳乳狀狀液液粗粗分分散散體體系系細細分分散散體體系系不不分分散散體體系系.33.+ .鉆井液的性能是指鉆井液密度、粘度、切力、濾失量、泥餅、含砂量、pH值和固相含量等，鉆井液流動性的好壞是由鉆井液性能決定的，人們說鉆井液是鉆井的“血液”，體現了鉆井液在鉆井過程中的重要性，鉆井液性能的好壞直接影響鉆井速度和井下安全，甚至可以決定一口井的成敗。.1 1鉆井液密度鉆井液密度 是指單位體積的鉆井液質量，它的值是同體積的鉆井液與4時純水的質量之比。(

24、1)、密度與鉆井的關系 在鉆井過程中，鉆井液在井內保持不斷地循環，如果鉆井液密度控制不好，就會發生油氣水侵、井塌、井漏或井噴等事故，其主要原因是鉆井液密度大小的影響，總的來說有兩點，一是平衡地層壓力，通過鉆井液液柱對井底產生壓力，同時對井壁有一定的支撐力，保證井眼穩定；二是密度的大小直接關系到鉆井速度的快慢，所以，鉆井液密度的設計以平衡地層為基準，做到“壓而不死，活而不噴”。.、損害油氣層；、降低鉆井速度；、過大壓差易造成壓差卡鉆；、易壓漏、蹩漏地層；、易引起過高的粘切；、抗污染能力下降。 易發生井噴、油氣水侵、井塌等事故，同時攜屑能力下降。鉆鉆井井液液密密度度過過高高的的危危害害鉆井液密度過

25、低的危害.提提高高鉆鉆井井液液密密度度方方法法降降低低鉆鉆井井液液密密度度方方法法 一般向鉆井液中加入密度較大的惰性物質，如重晶石、碳酸鈣等。機械法： 通過使用震動篩、除砂器、離心機等固控設備把鉆井液中的有害固相除掉。稀釋法： 加入一定量的清水或低密度基漿稀釋鉆井液，使其密度下降。使用化學絮凝劑把鉆井液中有害固相絮凝沉淀掉也可達到降低密度的目的，但這種方法對鉆井液性能不好控制。. 泥餅質量好，濾失量小，泥餅致密、韌性好具有潤滑作用，有利于防止粘附卡鉆，有利于井壁穩定。反之，泥餅質量差，濾失量大，泥餅厚而虛，會引起一系列的問題。所以，一般要求鉆井液濾失量越小越好，泥餅致密，薄而堅韌。.4鉆井液固

26、相含量（1 1）、基本概念）、基本概念固相含量：指鉆井液中不溶物的全部含量。固相含量：指鉆井液中不溶物的全部含量。含砂量：含砂量： 是指鉆井液中不能通過是指鉆井液中不能通過200200目篩子的砂子含量。目篩子的砂子含量。（2 2）、固相含量與鉆井的關系）、固相含量與鉆井的關系、固相含量高，鉆井液液柱壓力大，鉆速降低。、固相含量高，鉆井液液柱壓力大，鉆速降低。、固相顆粒越細對鉆速影響越大，而且會深入油層造成永久性、固相顆粒越細對鉆速影響越大，而且會深入油層造成永久性堵塞，損害油氣層。堵塞，損害油氣層。、固相含量大時濾失量大，泥餅厚，易引起井下復雜。、固相含量大時濾失量大，泥餅厚，易引起井下復雜。

27、、固相含量高，鉆井液性能難以控制，鉆井效率低。、固相含量高，鉆井液性能難以控制，鉆井效率低。、含砂量大，易造成鉆頭、鉆具等機械設備磨損。、含砂量大，易造成鉆頭、鉆具等機械設備磨損。 盡管如此，仍需要一定的有用固相。如膨潤土可以提高鉆井盡管如此，仍需要一定的有用固相。如膨潤土可以提高鉆井液的粘度和切力，加重劑可以提高鉆井液的密度。液的粘度和切力，加重劑可以提高鉆井液的密度。（3 3）、降低固相含量的方法）、降低固相含量的方法 利用振動篩、除砂器、除泥器、離心機等固控設備，或利用化利用振動篩、除砂器、除泥器、離心機等固控設備，或利用化學絮凝劑將細小的砂子變大而沉淀掉。學絮凝劑將細小的砂子變大而沉淀掉。 . pH值的概念：人們常用pH值的高低來衡量鉆井液的酸度的大小。pH值的含義是鉆井液中H（質量濃度）的負對