鉆井液基本解析

1、鉆井液俗稱泥漿，是用各種原料和化學(xué)添加劑配制而成的一種流體。在鉆井中，鉆井液起到冷卻和潤滑鉆頭鉆具，攜帶和懸浮鉆屑，泥漿錄井時反應(yīng)地層信息，穩(wěn)定井壁，平衡地層壓力，傳遞水動力以提高鉆進(jìn)速度和破巖效率等作用。人們常常以“泥漿是鉆井的血液”來形象地說明鉆井液在鉆井中的重要性。鉆井液工藝是以基礎(chǔ)理論和工程原理相結(jié)合的一門應(yīng)用技術(shù)，具體來說，鉆井液工藝包括地質(zhì)、化學(xué)和物理的基礎(chǔ)理論與基本知識，同時也包括技藝與工程的應(yīng)用。運(yùn)用各種物料、原材料處理劑的科學(xué)配伍，合理的使用各種設(shè)備，以最經(jīng)濟(jì)的成本滿足鉆井工程的目的。鉆井液工藝不但是設(shè)計和配制最理想的的鉆井液，而且要以最經(jīng)濟(jì)的投資，成功地完成每口井的鉆井任務(wù)

2、。鉆井液目前主要有兩種分類方式，通常我們按流體介質(zhì)將鉆井液分為水基，油基和氣體型三類。 （詳見圖表一） 圖表一：圖表一：鉆井液鉆井液的基本組成的基本組成水基鉆井液油基鉆井液氣體型鉆井流體1、水相：淡水或鹽水1、油相：柴油或原油1、氣體：空氣、氮?dú)獾?、活性固相：土粉2、懸浮劑2、泡沫3、鉆井液處理劑3、鉆井液處理劑3、穩(wěn)定泡沫注：鉆井液中的固相分為兩種類型，即活性固相（ActiveSolids）和惰性固相（Ineri Solids）。凡是容易發(fā)生水化作用或易與液相中某些組分發(fā)生反應(yīng)的稱為活性固相，反之則稱為惰性固相。前者主要指膨潤土，后者包括石英、長石、重晶石以及造漿率極低的粘土等。除重晶石外

3、，其余的惰性固相均被認(rèn)為是有害固相，是需要盡可能加以清除的物質(zhì)。1、聚合物鉆井液體系：以聚合物作為主處理劑的水基鉆井液。2、鉀基鉆井液體系：鉀基聚合物鉆井液是一類以各種聚合物的鉀（或銨、鈣）鹽和KCI為主處理劑的防塌鉆井液。3、飽和鹽水鉆井液體系：常溫下氯化鈉含量達(dá)到飽和的水基鉆井液。它可以用飽和鹽水配成，亦可先配成鉆井液再加鹽至飽和。4、分散鉆井液體系：加有分散劑的水基鉆井液。如以磺化栲膠、磺化褐煤和磺化酚醛樹脂作為主處理劑的三磺鉆井液具有較強(qiáng)的抗溫能力，適于在深井和超深井中使用。5、鈣處理鉆井液體系：經(jīng)石灰、石膏或氯化鈣等處理劑處理的水基鉆井液。該鉆井液的組成特點(diǎn)是體系中同時含有一定濃度（

4、質(zhì)量濃度）的Ca2+和分散劑。 此外，結(jié)合國際鉆井液分類方法，我國還將鉆井液分為以下8個類別6、鹽水鉆井液體系：氯化鈉含量大于1%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的水基鉆井液。鹽水鉆井液是用鹽水（或海水）配制而成的。7、油基鉆井液體系；以油（通常使用柴油或礦物油）作為連續(xù)相的鉆井液稱做油基鉆井液。與水基鉆井液相比較，油基鉆井液的主要特點(diǎn)是能抗高溫，有很強(qiáng)的抑制性和抗鹽、鈣污染的能力，潤滑性好，并可有效地減輕對油氣層的損害等。8、氣體鉆井流體：氣體型鉆井流體主要適用于鉆低壓油氣層、易漏失地層以及某些稠油油層。其特點(diǎn)是密度低，鉆速快，可有效保護(hù)油氣層，并能有效防止井漏等復(fù)雜情況的發(fā)生。 鉆井液的各項性能均可通過處理劑

5、的配比進(jìn)行調(diào)控。目前，我國將鉆井液材料及處理劑分作16類：1、粘土類；2、加重材料；3、降濾失劑；4、降粘劑；5、增粘劑； 6、潤滑劑；7、緩蝕劑；8、頁巖抑制劑；9、乳化劑；10、消泡劑； 11、殺菌劑；12、絮凝劑；13、發(fā)泡劑；14、堵漏劑；15、解卡劑； 16、其他類。注：詳見第四章 鉆井液工藝技術(shù)是油氣鉆井工程的重要組成部分。隨著鉆井難度的逐漸增大，該項技術(shù)在確保安全、優(yōu)質(zhì)、快速鉆井中起著越來越重要的作用。鉆井液最基本的功用有以下幾點(diǎn)：1、攜帶和懸浮巖屑 。2、穩(wěn)定井壁和平衡地層壓力。 3、冷卻和潤滑鉆頭、鉆具。4、傳遞水動力。 5、保護(hù)油氣層。6、形成一層簿的泥餅從而封住所鉆開地層

6、的孔隙和裂縫。7、幫助收集與解釋從鉆屑、巖芯與測井所得到的信息。 但是，鉆井實(shí)踐表明，作為一種優(yōu)質(zhì)的鉆井液，僅做到以上幾點(diǎn)是不夠的。為了防止和盡可能減少對油氣層的損害，現(xiàn)代鉆井技術(shù)還要求鉆井液必須具有：1、鉆井液對人和環(huán)境無損害。2、對所鉆井眼，不需要特別和昂貴的完井方法。3、不能干擾生產(chǎn)井的正常生產(chǎn)。4、不能腐蝕鉆井設(shè)備。一般情況下，鉆井液成本只占鉆井總成本的710，然而先進(jìn)的鉆井液技術(shù)往往可以成倍地節(jié)約鉆時，從而大幅度地降低鉆井成本，帶來十分可觀的經(jīng)濟(jì)效益。 按照API推薦的鉆井液性能測試標(biāo)準(zhǔn)，需檢測的鉆井液常規(guī)性能包括：密度、漏斗粘度、塑性粘度、動切力、靜切力、API濾失量、HTHP濾失

7、量、pH值、堿度、含砂量、固相含量、膨潤土含量和濾液中各種離子的質(zhì)量濃度等。其中鉆井液密度、濾失性、流變性和酸堿度是衡量的關(guān)鍵標(biāo)準(zhǔn)。一、鉆井液密度鉆井液的密度是指單位體積鉆井液的質(zhì)量，其單位常用g/cm3表示?？捎脤Ｓ玫拿芏扔媮頊y量。鉆井液密度主要用來調(diào)節(jié)鉆井液的靜液柱壓力，以平衡地層孔隙壓力，確保安全鉆井。有時亦用來平衡地層構(gòu)造應(yīng)力，以避免井塌的發(fā)生。鉆井液密度必須滿足地質(zhì)和工程的要求，如果密度過高，會引起鉆井液過度增稠、易漏失、鉆速下降、對油氣層損害加劇和鉆井液成本增加等一系列問題，而密度過低則容易發(fā)生井涌甚至井噴，有時還會造成井塌、井徑縮小和攜屑能力下降等。 提高鉆井液密度的方法是加入各

8、種加重材料。在加重之前，應(yīng)調(diào)整好鉆井液的各種性能，特別是要嚴(yán)格控制低密度固相的含量。所需密度值越高，加重前鉆井液的固相含量應(yīng)越低，粘度、切力亦應(yīng)越低。此外,加入可溶性無機(jī)鹽也是提高密度較常用的方法，如NaCl可將鉆井液密度提高到1.20 g/cm3左右。降低鉆井液密度的方法有以下幾種:1、用機(jī)械和化學(xué)絮凝的方法清除固相，降低鉆井液固相含量；2、加水稀釋；3、鉆井液充氣（鉆低壓油層時可選用）。當(dāng)需要配制較低密度的鉆井液時,應(yīng)盡量選用高造漿率粘土；反之，當(dāng)需要的密度較高時，則應(yīng)選用造漿率較低的粘土。但需注意,單純?yōu)閷?shí)現(xiàn)高密度而選擇造漿率很低的粘土配漿的方法是不可取的,因為會導(dǎo)致鉆井液的固相含量超出

9、所允許的范圍。 二、鉆井液的濾失造壁性在鉆井過程中，當(dāng)鉆頭鉆過滲透性地層時，由于鉆井液的液柱壓力一般總是大于地層孔隙壓力，在壓差作用下，鉆井液的液體便會滲人地層，這種特性常稱為鉆井液的濾失性。在液體發(fā)生滲濾的同時，鉆井液中的固相顆粒會附著并沉積在井壁上形成一層泥餅。隨著泥餅的逐漸加厚以及在壓差作用下被壓實(shí)，會對裸眼井壁有效地起到穩(wěn)定和保護(hù)作用，這就是鉆井液的所謂造壁性。由于泥餅的滲透率遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于地層的滲透率，因而形成的泥餅還可有效地阻止鉆井液中的固相和濾液繼續(xù)侵入地層。在鉆井液工藝中，通常用一個重要參數(shù)濾失量來表征鉆井液的滲濾速率。在鉆井液工藝中，控制和調(diào)整鉆井液濾失性能的關(guān)鍵在于改善濾餅的質(zhì)量

10、，這里既包括增加濾餅的致密程度，降低其滲透性，同時又包括增強(qiáng)濾餅的抗剪切能力和潤滑性。主要調(diào)整方法是根據(jù)鉆井液類型、組成以及所鉆地層的情況，選用適合的降濾失劑。 三、鉆井液的流變性鉆井液的流變性是指鉆井液流動和變形的特性。該特性通常是由不同的流變模式及其參數(shù)來表征的，最常用的流變模式為賓漢和冪律模式。其中賓漢模式的參數(shù)為塑性粘度和動切力；冪律模式的參數(shù)為流性指數(shù)和稠度系數(shù)。此外，漏斗粘度、表觀粘度和靜切力等也是鉆井液的重要流變參數(shù)。由于鉆井液的流變性與攜巖、井壁穩(wěn)定、提高機(jī)械鉆速和環(huán)空水力參數(shù)計算等一系列鉆井工作密切相關(guān)，因此它是鉆井液最重要的性能之一。流變性能的調(diào)整通常是通過鉆井液處理劑來實(shí)

11、現(xiàn)。 四、鉆井液的PH值鉆井液的pH值測定和調(diào)整是控制鉆井液的性能的基本手段。由于酸堿性的強(qiáng)弱直接與鉆井液中粘土顆粒的分散程度有關(guān)，因此會在很大程度上影響鉆井液的粘度、切力和其它性能參數(shù)。在實(shí)際應(yīng)用中。大多數(shù)鉆井液的PH值要求控制在811之間，即維持一個較弱的堿性環(huán)境。這主要是由于有以下幾方面的原因：（1）可減輕對鉆具的腐蝕；（2）可預(yù)防因氫脆而引起的鉆具和套管的損壞；（3）可抑制鉆井液中鈣、鎂鹽的溶解；（4）有相當(dāng)多的處理劑需在堿性介質(zhì)中才能充分發(fā)揮其效能，如褐煤類和木質(zhì)素磺酸鹽類處理劑等。通常使用PH試紙測量鉆井液的PH值。如要求的精度較高時，可使用PH計。 加重劑SDMC重晶石英文：Ba

12、rite powderSLBAR加重劑產(chǎn)品描述：重晶石是一種以BaSO4為主要成分的天然礦石，經(jīng)過機(jī)械加工而成的灰白色粉末產(chǎn)品。主要用于提高密度不超過2.30g/cm3的水基鉆井液和油基鉆井液的密度。SLBAR技術(shù)要求性能指標(biāo)密度，g/cm34.20水溶性堿金屬（以鈣計），mg/kg250大于75m的篩余物質(zhì)量分?jǐn)?shù)，%（m/m）3.0 用途：1、增加鉆井液的密度最高到2.30g/cm3。 2、控制地層壓力。 3、穩(wěn)定井眼。優(yōu)點(diǎn)：1、鉆井液最常用的標(biāo)準(zhǔn)化加重劑。 2、化學(xué)惰性，不與鉆井液其它組分發(fā)生作用。 3、密度高、價格低。物理性質(zhì)：1、外觀：粉末。 2、密度：4.2g/cm3。 SDMC青石

13、粉Calcium carbonate powderSLCA加重劑產(chǎn)品描述：青石粉其主要成分為CaCO3，在鉆井中是一種可酸化的加重劑，主要用于提高水基鉆井液和油基鉆井液的密度，由于密度低一般用于加重密度不超過1.34 g/cm3的鉆井液。還可作成不同粒徑用于架橋和堵塞。SLCA技術(shù)要求性能指標(biāo)密度，g/cm32.7水溶性含量，%0.10酸不溶性含量，%10.0CaCO3含量，%90 用途：1、增加鉆井液的密度。 2、控制地層壓力。 3、降低濾失。 4、橋堵、油層保護(hù)。優(yōu)點(diǎn)：1、在15%的HCl溶液中90%的溶解。 2、提供有效的架橋。物理性質(zhì)：1、外觀：粉末。 2、密度：2.7g/cm3。 降濾失劑SDMC低粘羧甲基纖維素鈉鹽LVsodium carboxyl methyl celluloseSLLVCMC降濾失劑產(chǎn)品描述：低粘羧甲基纖維素鈉鹽又稱LV-CMC，是由氯乙酸鈉與堿性纖維素反應(yīng)制得。用于控制水基鉆井液的濾失。實(shí)驗室抗溫在150，實(shí)際抗溫在180，