鉆井工程4-鉆井液

1、第四章第四章 鉆井液簡介鉆井液簡介一一鉆井液功用、類型和組成鉆井液功用、類型和組成二二鉆井液的主要性能鉆井液的主要性能三三鉆井液應(yīng)用鉆井液應(yīng)用四四鉆井液技術(shù)的發(fā)展概況鉆井液技術(shù)的發(fā)展概況五五國內(nèi)外鉆井液技術(shù)新進(jìn)展國內(nèi)外鉆井液技術(shù)新進(jìn)展一、 鉆井液功用、類型和組成 鉆井液（鉆井液（Drilling Fluid）鉆井過程中鉆井過程中以其多種功能滿足鉆井工作以其多種功能滿足鉆井工作 需要的各種需要的各種總稱總稱。 鉆井液又稱鉆井液又稱（Drilling Mud），），簡稱簡稱（Mud） 。一、 鉆井液功用、類型和組成鉆井液的循環(huán)流程鉆井液的循環(huán)流程高壓立管高壓立管方鉆桿方鉆桿井下鉆具井下鉆具鉆頭水眼

2、高速噴出鉆頭水眼高速噴出環(huán)形空間環(huán)形空間振動篩振動篩清洗井底攜帶巖屑清洗井底攜帶巖屑泥漿罐組泥漿罐組(1#、2#、3#、4#)水龍帶水龍帶水龍頭水龍頭1#4#補(bǔ)充處理劑膨潤土、水和重晶石廢棄物廢棄物廢棄物振動篩泥漿清潔器水水離心機(jī)除砂器溢流除泥器溢流離心機(jī)溢流振動篩補(bǔ)充處理劑膨潤土、水廢棄物廢棄物廢棄物水人們對鉆井工作的要求人們對鉆井工作的要求鉆井工作對鉆井液的要求鉆井工作對鉆井液的要求 有利于實(shí)現(xiàn)安全、優(yōu)質(zhì)、快速鉆井。有利于實(shí)現(xiàn)安全、優(yōu)質(zhì)、快速鉆井。 有利于取全、取準(zhǔn)各項工程上、地質(zhì)上的資料。有利于取全、取準(zhǔn)各項工程上、地質(zhì)上的資料。 有利于發(fā)現(xiàn)、保護(hù)油氣層。有利于發(fā)現(xiàn)、保護(hù)油氣層。一、 鉆

3、井液功用、類型和組成有人比喻：有人比喻：鉆井的血液鉆井的血液實(shí)際情況：實(shí)際情況：鉆井液鉆井液鉆井液鉆井液停止循環(huán)停止循環(huán)鉆井工作鉆井工作必須停止必須停止鉆井液鉆井液重要性重要性一、 鉆井液功用、類型和組成攜帶和懸浮鉆屑攜帶和懸浮鉆屑1、鉆井液的功用、鉆井液的功用把鉆頭破碎的把鉆頭破碎的 巖屑從井底帶出井眼，巖屑從井底帶出井眼， 保持井眼凈化。保持井眼凈化。把井眼內(nèi)鉆屑懸浮住，不致很快下沉，以免卡鉆。把井眼內(nèi)鉆屑懸浮住，不致很快下沉，以免卡鉆。攜帶和懸浮巖屑攜帶和懸浮巖屑形成泥餅，降低濾失，形成泥餅，降低濾失，減弱地層水化。減弱地層水化。保護(hù)油氣層保護(hù)油氣層控制壓力，防止控制壓力，防止井噴。井噴

4、。平衡地層壓力，穩(wěn)平衡地層壓力，穩(wěn)定井壁，防止井塌。定井壁，防止井塌。高壓噴射，破巖高壓噴射，破巖清巖。清巖。冷卻潤滑鉆頭冷卻潤滑鉆頭一、 鉆井液功用、類型和組成1、鉆井液的功用、鉆井液的功用一、 鉆井液功用、類型和組成實(shí)現(xiàn)安全、優(yōu)質(zhì)、快速鉆井的基本條件，實(shí)現(xiàn)安全、優(yōu)質(zhì)、快速鉆井的基本條件，也是鉆井液措施的基本立足點(diǎn)。也是鉆井液措施的基本立足點(diǎn)?；玖⒆泓c(diǎn)基本立足點(diǎn)穩(wěn)定井壁和平衡地層壓力穩(wěn)定井壁和平衡地層壓力不斷調(diào)節(jié)密度不斷調(diào)節(jié)密度防止井塌、井噴、井漏等井下復(fù)雜情況發(fā)生。防止井塌、井噴、井漏等井下復(fù)雜情況發(fā)生。井壁穩(wěn)定井壁穩(wěn)定井眼規(guī)則井眼規(guī)則性能良好性能良好的鉆井液的鉆井液通過濾失作用通過濾失

5、作用在井壁上形成在井壁上形成薄而韌薄而韌的泥餅的泥餅才能穩(wěn)固已鉆開的地層才能穩(wěn)固已鉆開的地層阻止進(jìn)一步滲濾，減弱阻止進(jìn)一步滲濾，減弱泥頁巖水化膨脹和分散泥頁巖水化膨脹和分散一、 鉆井液功用、類型和組成冷卻和潤滑鉆頭、鉆具鉆井液鉆井液通過循環(huán)通過循環(huán)吸收吸收鉆頭破碎巖石產(chǎn)生的熱量鉆頭破碎巖石產(chǎn)生的熱量鉆具與井壁摩擦產(chǎn)生的熱量鉆具與井壁摩擦產(chǎn)生的熱量帶到地面帶到地面釋放釋放冷卻鉆頭鉆具冷卻鉆頭鉆具延長壽命延長壽命鉆頭、鉆具鉆頭、鉆具在其中旋轉(zhuǎn)在其中旋轉(zhuǎn)存在存在降低摩擦阻力降低摩擦阻力起到潤滑作用起到潤滑作用1、鉆井液的功用、鉆井液的功用1、鉆井液的功用、鉆井液的功用傳遞水動力傳遞水動力在鉆頭水眼處

6、在鉆頭水眼處鉆井液高速噴出對井底產(chǎn)生強(qiáng)大的沖擊力提高鉆速使用渦輪使用渦輪鉆具時鉆具時利用鉆井液流動帶動渦輪旋轉(zhuǎn)帶動鉆頭破碎巖石優(yōu)質(zhì)鉆井液還應(yīng)考慮：油層保護(hù)，環(huán)境污染，勞動保護(hù)，腐蝕性等方面問題。優(yōu)質(zhì)鉆井液還應(yīng)考慮：油層保護(hù)，環(huán)境污染，勞動保護(hù)，腐蝕性等方面問題。一、 鉆井液功用、類型和組成2、鉆井液的類型、鉆井液的類型分類依據(jù)類 型密 度非加重鉆井液加重鉆井液粘土水化非抑制性抑制性固相含量低固相無固相流體介質(zhì)水基油基合成基氣體油基油基鉆井液鉆井液合成基合成基鉆井液鉆井液泡沫泡沫（氣為主）（氣為主）充氣鉆井液充氣鉆井液（液為主）（液為主）空空氣氣天然天然氣氣氣氣-液混合物液混合物流體流體介質(zhì)介質(zhì)

7、一、 鉆井液功用、類型和組成鉆鉆井井液液基基本本類類型型水水基基鉆鉆井井液液油油基基鉆鉆井井液液淡水（淡水（NaCl1%、Ca2+ 120mg/l）：最初使用。）：最初使用。鹽水（鹽水（NaCl1%）（鹽水、飽和鹽水、海水）（鹽水、飽和鹽水、海水） 用于海上和巖鹽層及泥、頁巖易塌地層。用于海上和巖鹽層及泥、頁巖易塌地層。鈣處理（鈣處理（ Ca2+120mg/l）：防塌、抗鈣、鹽侵強(qiáng)。）：防塌、抗鈣、鹽侵強(qiáng)。低固相（固相低固相（固相7%，不分散的，不分散的4%）：鉆速快。）：鉆速快?；煊停ㄈ榛簼櫥?、流動性好，失水量少?；煊停ㄈ榛簼櫥?、流動性好，失水量少。油包水乳化（逆乳化）：以柴油為

8、分散介質(zhì)，油包水乳化（逆乳化）：以柴油為分散介質(zhì)， 水及有機(jī)膨潤土等為分散相。水及有機(jī)膨潤土等為分散相。 特點(diǎn)：熱穩(wěn)定性高、防塌好，對油氣層損特點(diǎn)：熱穩(wěn)定性高、防塌好，對油氣層損 害小。用于超深井的高溫井段。害小。用于超深井的高溫井段。全油基（含水全油基（含水10%）：柴油和瀝青等配成。）：柴油和瀝青等配成。 特點(diǎn)：對油層損害小，抗鹽侵能力強(qiáng)。特點(diǎn)：對油層損害小，抗鹽侵能力強(qiáng)。 缺點(diǎn)：對人體及環(huán)境危害大，尤其是海洋。缺點(diǎn)：對人體及環(huán)境危害大，尤其是海洋。三、鉆井液的組成三、鉆井液的組成粘土顆粒粘土顆粒多數(shù)是多數(shù)是 0.12m少數(shù)為少數(shù)為 1100nm在我國應(yīng)用得比較少。在我國應(yīng)用得比較少。在我

9、國應(yīng)用得比較少。在我國應(yīng)用得比較少。在我國應(yīng)用得比較少。在我國應(yīng)用得比較少。膠粒膠粒 2m泥泥 274m砂砂 74m一、 鉆井液功用、類型和組成0.8 水相水相（包括可溶鹽）（包括可溶鹽）體積分?jǐn)?shù)體積分?jǐn)?shù)0.06 混入的混入的柴油等（潤滑）柴油等（潤滑）0.03 低密度活低密度活性固相（控粘）性固相（控粘）0.05 低密度惰低密度惰性固相（鉆屑）性固相（鉆屑）0.06 加重劑加重劑（調(diào)節(jié)密度）（調(diào)節(jié)密度）0.54 柴油柴油(分散介質(zhì)分散介質(zhì))體積分?jǐn)?shù)體積分?jǐn)?shù)0.04 CaCl2或或NaCl0.30 水（分散相）水（分散相）0.03 低密度固相低密度固相（粘土、鉆屑等）（粘土、鉆屑等）0.09

10、高密度固相高密度固相（調(diào)節(jié)密度）（調(diào)節(jié)密度）水基鉆井液典型組成水基鉆井液典型組成（1.32 g/cm3）油基鉆井液典型組成油基鉆井液典型組成（1.32 g/cm3） 按照按照（America Petroleum Instistite）推薦的）推薦的鉆井液性能測試標(biāo)準(zhǔn)，需要檢測的鉆井液常規(guī)性能有：鉆井液性能測試標(biāo)準(zhǔn)，需要檢測的鉆井液常規(guī)性能有：二二 、鉆井液的主要性能、鉆井液的主要性能1、井塌及鉆井液防塌技術(shù)、井塌及鉆井液防塌技術(shù)指鉆井或完井過程中的井壁坍塌、縮經(jīng)、地層壓裂三種基本類型。取井壁巖樣做、。地質(zhì)方面原因（頁巖孔隙壓力、異常構(gòu)造應(yīng)力和地層傾斜等）；物理化學(xué)方面原因（水化膨脹壓改變了井周

11、的應(yīng)力分布、降低了巖石強(qiáng)度、削弱了顆粒間連接，造成剝落掉塊。）；鉆井工藝方面的原因（鉆井液液流過大，對井壁沖刷；激動壓力和抽吸壓力過大，造成井壁巖石受力不平衡；由井漏、井噴導(dǎo)致；起下鉆時鉆頭碰撞井壁）。三、鉆井液應(yīng)用三、鉆井液應(yīng)用三、鉆井液應(yīng)用三、鉆井液應(yīng)用調(diào)節(jié)鉆井液密度，控制地層壓力，使達(dá)到近平衡鉆井；封堵地層微裂縫，形成優(yōu)質(zhì)泥餅，穩(wěn)固井壁；抑制地層水化膨脹。 低失水高礦化度水基鉆井液、鉀基鉆井液、鉀石灰鉆井液、有機(jī)硅鉆井液、硅酸鹽鉆井液、飽和鹽水鉆井液、正電膠鉆井液、兩性離子聚合物鉆井液、陽離子聚合物鉆井液、聚合醇鉆井液、甲酸鹽鉆井液、聚磺鉆井液、甲基葡萄糖苷鉆井液、多元醇樹脂鉆井液。 三

12、、鉆井液應(yīng)用三、鉆井液應(yīng)用2、井漏及鉆井液防漏堵漏技術(shù)、井漏及鉆井液防漏堵漏技術(shù)各種井下作業(yè)（鉆井、固井、修井）時，各種工作液（泥漿、水泥漿、完井液及其它流體等）在壓差作用下，漏進(jìn)地層的現(xiàn)象。 它與濾失有本質(zhì)區(qū)別，它是液相連同固相整體漏入地層。損失鉆井時間，延長鉆井周期；損失大量鉆井液原材料；產(chǎn)層漏失會嚴(yán)重?fù)p害產(chǎn)層；誘發(fā)其它井下復(fù)雜情況；干擾鉆井液性能的正常維護(hù)、處理存在正壓差；存在漏失通道及較大的足夠容納液體的空間；通道開口的尺寸大于工作液中固相的粒徑。三、鉆井液應(yīng)用三、鉆井液應(yīng)用自然漏失通道、人為漏失通道（新壓裂的，原有重新開啟的）。 滲透性漏失（0.54方/小時） 裂縫性漏失（幾幾百方/

13、小時） 溶洞漏失（有進(jìn)無出）。設(shè)計合理的井身結(jié)構(gòu)、降低井筒內(nèi)鉆井液的動壓力、加強(qiáng)監(jiān)測量。調(diào)整鉆井液性能與鉆井措施、靜止堵漏、橋接材料堵漏法、高濾失漿液堵漏法、暫堵法、無機(jī)膠凝物質(zhì)堵漏法、復(fù)合堵漏法、強(qiáng)行鉆進(jìn)下套管封隔漏層法。三、鉆井液應(yīng)用三、鉆井液應(yīng)用3、井噴的預(yù)防及鉆井液處理技術(shù)、井噴的預(yù)防及鉆井液處理技術(shù)指地層流體失去控制，噴到地面，或竄到其它地層的現(xiàn)象。它是鉆井工程較為常見的惡性事故。輕者使油氣層受到破壞，影響鉆井工期；重者使油氣井報廢，延誤油氣勘探開發(fā)工作。井內(nèi)液柱壓力 地層壓力。鉆進(jìn)過程中井噴發(fā)生的原因、起鉆過程中井噴發(fā)生的原因、下鉆過程中井噴發(fā)生的原因、下鉆后循環(huán)過程中井噴發(fā)生原因

14、。選用合理的鉆井液密度；在鉆進(jìn)油、氣、水層前，先調(diào)整好鉆井液性能；及時排除氣侵氣體；隨時注意觀察鉆井液的體積，儲備一定數(shù)量的加重鉆井液。三、鉆井液應(yīng)用三、鉆井液應(yīng)用4、卡鉆的預(yù)防及鉆井液解卡技術(shù)、卡鉆的預(yù)防及鉆井液解卡技術(shù) 常見的卡鉆事故：常見的卡鉆事故： 沉砂卡鉆、井塌卡鉆、縮徑卡鉆、泥餅粘附沉砂卡鉆、井塌卡鉆、縮徑卡鉆、泥餅粘附卡卡 鉆、鍵槽卡鉆。鉆、鍵槽卡鉆。沉砂卡鉆井塌卡鉆縮徑卡鉆壓差卡鉆鍵槽卡鉆卡卡鉆鉆示示意意圖圖三、鉆井液應(yīng)用三、鉆井液應(yīng)用A管子轉(zhuǎn)動，鉆鋌只吃入 泥餅一段距離。B管子靜止，鉆鋌在壓差 下吃入泥餅。C偏斜嚴(yán)重的井眼，鉆鋌 靜止時，鉆鋌與泥餅之 間的壓力從0變化到p。壓

15、差卡鉆機(jī)理示意圖防止壓差卡鉆的措施 A. 在確保不發(fā)生井噴的前提下，盡可能降低鉆井液密度。 B. 改善井身質(zhì)量。 C. 采用優(yōu)質(zhì)鉆井液，在鉆井液加入少量的油或潤滑劑，使用好 的固控設(shè)備。 D. 對于大位移或水平井，選擇合適的鉆井液流變參數(shù)，防止巖 屑床形成或盡量減少其厚度。解除壓差卡鉆的方法 A.用油或解卡液浸泡 B.用稀鹽酸浸泡 C.降低鉆井液密度以減少壓差三、鉆井液應(yīng)用三、鉆井液應(yīng)用四、四、鉆井液技術(shù)的發(fā)展概況1、發(fā)展階段、發(fā)展階段 初步形成時期：初步形成時期：18881928年，旋轉(zhuǎn)鉆井開始，最初用年，旋轉(zhuǎn)鉆井開始，最初用清水鉆井清水鉆井。 快速發(fā)展時期：快速發(fā)展時期：19281948年

16、，發(fā)現(xiàn)帶有砂的泥漿比清水的攜帶能力年，發(fā)現(xiàn)帶有砂的泥漿比清水的攜帶能力更好。于是出現(xiàn)更好。于是出現(xiàn)細(xì)分散鉆井液細(xì)分散鉆井液，并使用簡單的處理劑。，并使用簡單的處理劑。 高速發(fā)展時期：高速發(fā)展時期：1948 1965 年，發(fā)現(xiàn)細(xì)分散泥漿的不足：抗侵能力年，發(fā)現(xiàn)細(xì)分散泥漿的不足：抗侵能力差，于是發(fā)展為差，于是發(fā)展為鈣處理、適度絮凝鈣處理、適度絮凝的粗分散鉆井液。的粗分散鉆井液。 科學(xué)優(yōu)化時期：科學(xué)優(yōu)化時期：1965 現(xiàn)在，高壓噴射鉆井中，要求低固相，于是出現(xiàn)在，高壓噴射鉆井中，要求低固相，于是出現(xiàn)現(xiàn)聚合物不分散低固相鉆井液聚合物不分散低固相鉆井液。 上個世紀(jì)上個世紀(jì)80年代末年代末90年代初年代初

17、至今，先后出現(xiàn)：正電膠、硅酸鹽、甲至今，先后出現(xiàn)：正電膠、硅酸鹽、甲酸鹽、多元醇、酸鹽、多元醇、 生物降解型等鉆井液體系，生物降解型等鉆井液體系， 并得到廣泛應(yīng)用。但都沒有形并得到廣泛應(yīng)用。但都沒有形成主流，不能完全取代聚合物鉆井液體系。成主流，不能完全取代聚合物鉆井液體系。 與此同時，上個世紀(jì)與此同時，上個世紀(jì)40年開始使用的油基鉆井液也在不斷發(fā)展，從開年開始使用的油基鉆井液也在不斷發(fā)展，從開始用原油發(fā)展為柴油，始用原油發(fā)展為柴油， 到礦物油；到礦物油； 從全油基發(fā)展為油包水乳化鉆井液；從從全油基發(fā)展為油包水乳化鉆井液；從有毒污染的油基發(fā)展為低毒無毒的油基鉆井液。有毒污染的油基發(fā)展為低毒無毒

18、的油基鉆井液。 2、我國鉆井液技術(shù)發(fā)展特點(diǎn)、我國鉆井液技術(shù)發(fā)展特點(diǎn)（1）發(fā)展階段相似，但時間稍有滯后。）發(fā)展階段相似，但時間稍有滯后。（2）水基鉆井液應(yīng)用得較多，油基鉆井液使用得少。）水基鉆井液應(yīng)用得較多，油基鉆井液使用得少。（3）深井水基鉆井液、防塌型聚合物鉆井液的理論研究比較）深井水基鉆井液、防塌型聚合物鉆井液的理論研究比較 成熟。成熟。（4）成功應(yīng)用一些處理劑，如）成功應(yīng)用一些處理劑，如FA367、XY27、SMP等。等。（5）成功應(yīng)用一些鉆井液體系，如三磺鉆井液體系、兩性聚）成功應(yīng)用一些鉆井液體系，如三磺鉆井液體系、兩性聚合物鉆井液體系、聚磺鉆井液體系等。合物鉆井液體系、聚磺鉆井液體系

19、等。（6）研制了大量鉆井液性能測試評價儀器。）研制了大量鉆井液性能測試評價儀器。（7）計算機(jī)應(yīng)用相對落后。）計算機(jī)應(yīng)用相對落后。四、四、鉆井液技術(shù)的發(fā)展概況（1）鉆井液強(qiáng)化井壁技術(shù)。）鉆井液強(qiáng)化井壁技術(shù)。（2）復(fù)雜地質(zhì)條件下深井、超深井、大位移井鉆井液）復(fù)雜地質(zhì)條件下深井、超深井、大位移井鉆井液技術(shù)。技術(shù)。（3）新型鉆井液體系及其處理劑的研制與應(yīng)用。）新型鉆井液體系及其處理劑的研制與應(yīng)用。（4）廢棄鉆井液處理技術(shù)。）廢棄鉆井液處理技術(shù)。（5）保護(hù)油氣層技術(shù)。）保護(hù)油氣層技術(shù)。3、對鉆井液新技術(shù)發(fā)展的預(yù)測、對鉆井液新技術(shù)發(fā)展的預(yù)測四、四、鉆井液技術(shù)的發(fā)展概況4、當(dāng)前鉆井液研究的關(guān)鍵內(nèi)容、當(dāng)前鉆井

20、液研究的關(guān)鍵內(nèi)容（1）深井高溫、高密度鉆井液。）深井高溫、高密度鉆井液。（2）井壁失穩(wěn)機(jī)理與防塌鉆井液。）井壁失穩(wěn)機(jī)理與防塌鉆井液。（3）新型處理劑系列和新型鉆井液系列的發(fā)展。）新型處理劑系列和新型鉆井液系列的發(fā)展。（4）大位移井、水平井和小眼井等特殊工藝井的鉆井液技術(shù)。）大位移井、水平井和小眼井等特殊工藝井的鉆井液技術(shù)。（5）欠平衡鉆井液技術(shù)。）欠平衡鉆井液技術(shù)。（6）保護(hù)儲層的鉆井液、完井液。）保護(hù)儲層的鉆井液、完井液。（7）鉆井液潤滑性及防卡、解卡技術(shù)。）鉆井液潤滑性及防卡、解卡技術(shù)。（8）鉆井液防漏、堵漏技術(shù)。）鉆井液防漏、堵漏技術(shù)。（9）鉆井液流變性及其與攜巖的關(guān)系。）鉆井液流變性及其與攜巖的關(guān)系。（10）鉆井液固控技術(shù)。）鉆井液固控技術(shù)。（11）廢棄鉆井液處理技術(shù)和環(huán)保型鉆井液體系研究及其應(yīng)用。）廢棄鉆井液處理技術(shù)和環(huán)保型鉆井液體系研究及其應(yīng)用。（12）計算機(jī)和信息技術(shù)在鉆井液中的應(yīng)用。）計算機(jī)和信息