鉆井液技術(shù)資料

鉆井液技術(shù)資料第一頁(yè)，共三十五頁(yè)，2022年，8月28日第一節(jié)鉆井液的定義和功能一、鉆井液的定義

鉆井時(shí)用來(lái)清洗井底并把巖屑攜帶到地面，維持鉆井操作正常的流體稱(chēng)為鉆井液或洗井液。二、鉆井液的功能

1、攜巖2、冷卻和潤(rùn)滑鉆頭或鉆柱3、造壁，維持井壁穩(wěn)定4、控制地層壓力5、懸浮鉆屑和加重材料，防止下沉6、獲得地層和油氣資料7、傳遞水功率第二頁(yè)，共三十五頁(yè)，2022年，8月28日第二節(jié)鉆井液的組成與分類(lèi)一、鉆井液的組成

（1）液相：液相是鉆井液的連續(xù)相，水或油；

（2）活性固相：包括人為加入的商業(yè)膨潤(rùn)土（般土）、有機(jī)彭閏土（油基鉆井液用）和地層進(jìn)入的造漿粘土。

（3）惰性固相：惰性固相是鉆屑和加重材料。

（4）各種鉆井液的添加劑：增粘、稀釋、漿失水、PH值、防塌等。第三頁(yè)，共三十五頁(yè)，2022年，8月28日二、鉆井液的分類(lèi)

API和IADC分類(lèi)：

（1）不分散體系——彭閏土+清水天然鉆井液（自然造漿而成），淺層鉆進(jìn)。

（2）分散體系——水+彭閏土+分散劑（鐵絡(luò)木質(zhì)素磺酸鹽等），深井或復(fù)雜井。

（3）鈣處理體系——水基鉆井液+鈣鹽（石灰、石膏、氯化鈣）抑制粘土膨脹。

（4）聚合物體系——水基鉆井液+高聚物（聚丙烯酰胺PAM,PHP）絮凝劣質(zhì)土，抑制粘土分散。

第四頁(yè)，共三十五頁(yè)，2022年，8月28日（5）低固相體系——總固相含量6%~10%的水基鉆井液，其中，彭閏土含量小于3%，鉆屑與彭閏土的比值小于2：1特點(diǎn)：提高鉆速，減小對(duì)產(chǎn)生傷害。（6）飽和鹽水體系——氯離子含量達(dá)189g/L的水基鉆井液。特點(diǎn)：抗鹽侵，抵制粘土水化，海上鉆井，鉆鹽巖層和泥頁(yè)巖層。（7）完井修井液體系——水+鹽+聚合物等；油基鉆井液。特點(diǎn)：低密度，無(wú)固相，抑制粘土膨脹，低濾失，保護(hù)油氣層。第五頁(yè)，共三十五頁(yè)，2022年，8月28日(8)油基鉆井液體系——油包水乳化鉆井液：油+水+乳化劑油基鉆井液：柴油+氧化瀝青、有機(jī)酸、堿特點(diǎn)：耐高溫，保護(hù)油氣層，防止水敏性性地層吸水膨脹，摩阻小，用于大位移水平井，或特殊復(fù)雜層段（9）空氣、霧、泡沫和氣體體系——欠平衡壓力鉆井特點(diǎn)：提高鉆速，保護(hù)油氣層適用于低壓油氣層、易漏的裂縫性油氣層、低滲透油氣層等。井壁應(yīng)比較穩(wěn)定的地層。

第六頁(yè)，共三十五頁(yè)，2022年，8月28日第三節(jié)鉆井液的性能一、鉆井液密度

鉆井液的密度就是單位體積鉆井液的質(zhì)量。加重劑：碳酸鈣、重晶石、鈦鐵礦粉。二、鉆井液的流變性能

粘度和切力隨流速變化的性能。包括靜切力、動(dòng)切力、表觀粘度、塑性粘度、流性指數(shù)、稠度系數(shù)等。

（一）流體的基本流形

流速梯度（剪切速率）—鉆井液在鉆柱和環(huán)形空間內(nèi)流動(dòng)時(shí)，速度分布不均勻，中心處流速大，向外流速減小。

單位距離內(nèi)流速的增量稱(chēng)為流速梯度。第七頁(yè)，共三十五頁(yè)，2022年，8月28日剪切應(yīng)力—液流中各層速度不同，層間必有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，發(fā)生內(nèi)摩擦，阻礙液層作相對(duì)運(yùn)動(dòng)，單位面積上的內(nèi)摩擦力稱(chēng)為剪切應(yīng)力。根據(jù)液體流動(dòng)時(shí)剪應(yīng)力和流速梯度的關(guān)系，將液體流動(dòng)分為四種流型：

牛頓流型：塑性流型：假塑性流型（n<1）:膨脹流型（n>1）:第八頁(yè)，共三十五頁(yè)，2022年，8月28日1、塑性流型的特點(diǎn)

（1）所加切應(yīng)力達(dá)到某一最低值之后才開(kāi)始流動(dòng)，這個(gè)最低切應(yīng)力稱(chēng)為靜切應(yīng)力，又稱(chēng)凝膠強(qiáng)度。它代表了鉆井液靜止時(shí)單位面積上所形成連續(xù)空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度。（2）當(dāng)切應(yīng)力繼續(xù)增大，流變曲線出現(xiàn)直線段，延長(zhǎng)該直線與切應(yīng)力軸線交于。稱(chēng)為動(dòng)切應(yīng)力或屈服值。是鉆井液處于層流狀態(tài)時(shí)，鉆井液中網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的量度。第九頁(yè)，共三十五頁(yè)，2022年，8月28日二、塑性流型的流變參數(shù)及調(diào)整1、靜切力（靜切應(yīng)力）：

使鉆井液開(kāi)始流動(dòng)的最低切應(yīng)力，它是鉆井液靜止時(shí)單位面積上所形成連續(xù)空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度的量度。它反映了鉆井液觸變形的好壞。

調(diào)整方法：無(wú)機(jī)鹽（改變粘土顆粒的靜電力）、降粘劑、增粘劑。2、動(dòng)切應(yīng)力（屈服值）：流變曲線直線段的延長(zhǎng)線與切應(yīng)力軸交點(diǎn)的應(yīng)力大小。反映在層流狀態(tài)下，粘土顆粒之間及高聚物分子之間的相互作用力（形成空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)力的大?。?。

調(diào)整方法同靜切力。第十頁(yè)，共三十五頁(yè)，2022年，8月28日 有問(wèn)題第十一頁(yè)，共三十五頁(yè)，2022年，8月28日4、表觀粘度（視粘度或有效粘度）

它是在某一流速梯度下剪切應(yīng)力和相應(yīng)流速梯度的比值，即：

?表觀粘度等于塑性粘度和結(jié)構(gòu)粘度之和，它反映了兩者的總粘滯作用，是“總粘度”的意思。5、動(dòng)塑比

動(dòng)切力與塑性粘度之比，反映了鉆井液結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和塑性粘度之間的比例關(guān)系。動(dòng)塑比大，流動(dòng)過(guò)水?dāng)嗝孑^平緩，剪切稀釋能力強(qiáng)，但流動(dòng)阻力大，泵壓高。

理想值=0.36~0.48

第十二頁(yè)，共三十五頁(yè)，2022年，8月28日（三）假塑性流型和膨脹性流型的流變參數(shù)

1、流性指數(shù)n表示流體在一定流速范圍內(nèi)非牛頓性程度。n<1，假塑性流體，隨剪切速率增加而變?。羟邢♂屘匦裕﹏>1，膨脹性流體，隨剪切速率增加而變稠n值影響鉆井液的攜巖效果和剪切稀釋特性。理想：n=0.4~0.7

2、稠度系數(shù)k為流體在1流速梯度下的粘度，k值越大，粘度越大。第十三頁(yè)，共三十五頁(yè)，2022年，8月28日（四）流變參數(shù)的測(cè)定

儀器：六速旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)

1、靜切力

初切力（10s切力）：將鉆井液在600r/min下攪拌10s，靜置10s后測(cè)得3r/min下的表盤(pán)讀數(shù)該讀數(shù)乘以0.511即得初切力（Pa）。

終切力（10min切力）：將鉆井液在600r/min下攪拌10s，靜置10min后測(cè)得3r/min下的表盤(pán)讀數(shù),該讀數(shù)乘以0.511即得終切力（Pa）。

2、動(dòng)切力（屈服值）

第十四頁(yè)，共三十五頁(yè)，2022年，8月28日3、粘度、流性指數(shù)及粘度系數(shù)

表觀粘度：塑性系數(shù)：

流性指數(shù)：稠度系數(shù)：第十五頁(yè)，共三十五頁(yè)，2022年，8月28日三、鉆井液的造壁性能及降濾失量（一)、濾失和造壁過(guò)程

鉆井液中的液體（剛開(kāi)始也有鉆井液）在壓差作用下向地層中滲透的過(guò)程稱(chēng)為鉆井液的濾失。鉆井液中的固相顆粒附著在井壁上形成濾餅的過(guò)程稱(chēng)為造壁過(guò)程。（二）幾種不同的濾失情況

1、瞬時(shí)濾失

在鉆頭破碎巖石形成新的井眼而濾餅尚未形成的一段時(shí)間內(nèi)，鉆井液迅速向地層內(nèi)滲濾，此時(shí)的濾失稱(chēng)為瞬時(shí)濾失，瞬時(shí)濾失量有利于提高鉆速，但嚴(yán)重?fù)p害油氣層。第十六頁(yè)，共三十五頁(yè)，2022年，8月28日2、動(dòng)濾失

在已形成的井眼內(nèi)，隨著鉆井液的滲濾，在井壁上形成濾餅，并不斷增厚、密實(shí)，同時(shí)，形成的濾餅又受到鉆井液的沖刷和鉆柱的碰撞、刮擠而遭到破壞，最終，濾餅形成速度等于破壞速度而達(dá)到平衡，此時(shí)，濾餅的厚度不變，濾失速率也保持不變。這種鉆井液在井內(nèi)循環(huán)流動(dòng)時(shí)的濾失過(guò)程稱(chēng)為動(dòng)濾失。3、靜濾失鉆井液在停止循環(huán)時(shí)的濾失過(guò)程稱(chēng)為靜濾失。隨著濾失過(guò)程的進(jìn)行，濾餅逐漸增厚，濾失阻力逐漸增大，濾失速率逐漸減小。

影響濾失量的因素：

濾失時(shí)間、壓差、溫度、固相含量及類(lèi)型、濾餅滲透率。

第十七頁(yè)，共三十五頁(yè)，2022年，8月28日（三）濾失量的測(cè)量和要求

1、靜濾失量（API濾失量）

用API濾失量?jī)x在常溫、0.7MPa壓差下測(cè)量30min所得的濾液體積（ml）。要求：上部地層和堅(jiān)固地層，濾失量可放寬；水敏性易坍塌地層，濾失量要低；油氣層，濾失量不能高于5ml。2、高溫高壓濾失量

在150度、3.5MPa壓差下測(cè)量30min所得的濾失量乘以2，即得高溫高壓濾失量。在鉆油氣層時(shí)，高溫高壓濾失量不大于15ml;（四）濾失量控制

控制濾失量的最好方法——用降濾失劑降低濾餅的滲透性。第十八頁(yè)，共三十五頁(yè)，2022年，8月28日?常用降濾失劑

Na—CMC（羧甲基纖維素鈉鹽）SMP（磺化酚醛樹(shù)脂）（Na、Ca）HPAN（水解聚丙烯晴胺）?降濾失劑作用機(jī)理1、護(hù)膠作用

一方面能吸附在粘土顆粒表面形成吸附層，以阻止粘土顆粒絮凝變粗；另一方面能把在鉆井液循環(huán)攪拌作用下所拆散的細(xì)顆粒吸附在分子連上，不再粘結(jié)成大顆粒，而形成薄而韌的泥餅，稱(chēng)之為降濾失劑護(hù)膠作用。第十九頁(yè)，共三十五頁(yè)，2022年，8月28日2、增加鉆井液中粘土顆粒水化膜的厚度，降低濾失量

降濾失劑吸附于鉆井液中的粘土顆粒上，使粘土顆粒周?chē)乃ぴ龊?，形成的濾餅在壓差作用易變形，濾餅的滲透率降低。3、提高濾液粘度，降低濾失量

濾失量與濾失液粘度的二分之一次方成正比。4、降濾失劑分子本身的堵孔作用第二十頁(yè)，共三十五頁(yè)，2022年，8月28日第四節(jié)鉆井液的固相控制一、固相對(duì)鉆井液的影響

1、固相含量升高，鉆速降低2、固相含量高，形成濾餅厚，容易引起壓差卡鉆

3、固相含量高，對(duì)油氣層損害嚴(yán)重。

第二十一頁(yè)，共三十五頁(yè)，2022年，8月28日二、固相控制方法

1、大池子沉淀2、清水稀釋3、替換部分鉆井液4、利用機(jī)械設(shè)備清除固相

振動(dòng)篩：清除0.5mm以上固相顆粒旋流分離器：除砂器〉74，除泥器10~74超級(jí)分離器：5~10

離心機(jī)：清除2~5以上的顆粒和回收重晶石。第二十二頁(yè)，共三十五頁(yè)，2022年，8月28日5、聚合物絮凝劑

功用：清除更小的細(xì)顆粒類(lèi)型：全絮凝劑——聚丙烯酰胺（PAM）選擇性絮凝劑——只絮凝鉆屑和劣質(zhì)土，不絮凝膨潤(rùn)土。如：水解聚丙烯酰胺（PHP）作用機(jī)理：吸附架橋形成團(tuán)塊加量：固相飽和吸附量的二分之一第二十三頁(yè)，共三十五頁(yè)，2022年，8月28日第五節(jié)井塌及防塌措施一、井塌的原因：（1）地質(zhì)因素：異常高壓地層的壓力釋放，鉆遇地質(zhì)破碎帶，斷層、微裂縫發(fā)育地層、煤層、高構(gòu)造應(yīng)力地層、膏鹽層等。（2）工程因素：大排量鉆井液沖刷井壁，起下鉆引起的壓力激動(dòng)，鉆井液液柱壓力低于井壁坍塌壓力，鉆井液浸泡時(shí)間長(zhǎng)等。（3）泥頁(yè)巖水化膨脹泥頁(yè)巖中的粘土礦物容易吸水膨脹和分散，造成井壁巖石強(qiáng)度降低，引起井壁不穩(wěn)定，井壁不穩(wěn)定主要是泥頁(yè)巖水化的問(wèn)題。第二十四頁(yè)，共三十五頁(yè)，2022年，8月28日二、防塌措施

1、鉆井液中加入、等無(wú)機(jī)陽(yáng)離子

（1）的固定作用

進(jìn)入晶層之間并嵌入到相鄰兩層硅氧四面體氧原子組成的六角環(huán)中，把帶負(fù)電荷的晶片緊緊聯(lián)結(jié)在一起，防止水化膨脹。第二十五頁(yè)，共三十五頁(yè)，2022年，8月28日（2）的水化較弱，抑制粘土水化膨脹

的未水化直徑（0.266nm）比的未水化直徑（0.190nm）大，而的水化半徑比的水化半徑小，因而的水化能（332J/mol〕比的水化能（406J/mol）低，水化膜薄，當(dāng)它進(jìn)入粘土的層間，既減小粘土的水化，又增加粘土層間的吸引力。第二十六頁(yè)，共三十五頁(yè)，2022年，8月28日（3）使粘土顆粒的擴(kuò)散雙電層變薄，有利于有機(jī)處理劑分子在粘土上的吸附。?等電解質(zhì)的加入，使粘土顆粒的電位降低，擴(kuò)散雙電層變薄，有利于各種有機(jī)處理劑分子的吸附（非極性容易吸附非極性），提高處理劑的使用效果。第二十七頁(yè)，共三十五頁(yè)，2022年，8月28日2、加入高聚物

（1）高聚物在井壁上形成多點(diǎn)吸附，鞏固井壁。

?高聚物的三種吸附方式：?jiǎn)吸c(diǎn)吸附、環(huán)軌尾吸附，多點(diǎn)吸附

?常用的高聚物聚丙烯酰胺（PAM）、部分水解聚丙烯酰胺（PHP）、部分水解聚丙烯酰胺、各種陽(yáng)離子聚合物、兩性離子聚合物FA367等。（2）高聚物的護(hù)膠及堵孔作用第二十八頁(yè)，共三十五頁(yè)，2022年，8月28日3、利用瀝青類(lèi)物質(zhì)在井壁上起封堵作用

瀝青類(lèi)物質(zhì)親水性弱，親油性強(qiáng)，可有效地涂敷在井壁上，形成一層油膜。（1）減輕鉆具與井壁的摩擦和鉆具對(duì)井壁的沖擊；（2）防止濾液向地層滲透。

?常用的封堵類(lèi)防塌劑：磺化瀝青、氧化瀝青、植物渣油、磺化妥爾油瀝青。第二十九頁(yè)，共三十五頁(yè)，2022年，8月28日第六節(jié)油氣層保護(hù)及完井液一、儲(chǔ)層損害的主要原因及防止措施

1、外來(lái)流體中的固體顆粒對(duì)儲(chǔ)層的損害

在壓差作用下，外來(lái)流體中粒徑極小的固體顆粒（粘土、巖屑、加重材料等）在濾餅形成前會(huì)侵入儲(chǔ)層，造成儲(chǔ)層油氣流通道堵塞，儲(chǔ)層滲透性降低。

防治措施：

（1）實(shí)施屏蔽暫堵技術(shù)選擇與儲(chǔ)層孔喉直徑相匹配的架橋粒子（如酸溶性超細(xì)碳酸鈣、油溶樹(shù)脂等，直徑為儲(chǔ)層平均孔徑的1/2~2/3，加入量一般大于3%）再配用充填粒子（如磺化瀝青、氧化瀝青、石蠟、樹(shù)脂等）封堵孔喉。

（2）使用無(wú)固相清潔鹽水做完井液第三十頁(yè)，共三十五頁(yè)，2022年，8月28日2、儲(chǔ)層內(nèi)部微粒運(yùn)移造成的損害

流體在油氣層孔隙通道流動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)地層中的微粒移動(dòng)，大于孔喉直徑的微粒便被捕集而沉淀下來(lái)，對(duì)孔喉造成堵塞，也可能幾個(gè)微粒同時(shí)聚集在孔喉處形成橋堵。?防治微粒運(yùn)移的方法：（1）控制流體在地層中的流速低于臨界流速（2）加入粘土微粒防運(yùn)移劑，陽(yáng)離子型聚合物和非離子型聚合物，通過(guò)靜電引力或化學(xué)鍵合力，將微粒橋接到地層表面，增強(qiáng)對(duì)粘土微粒的束縛力。第三十一頁(yè)，共三十五頁(yè)，2022年，8月28日3、儲(chǔ)層內(nèi)粘土水化膨脹，引起孔喉堵塞

預(yù)防措施：

（1）減小入井流體的濾失量，提高濾液的礦化度（提高濾液的抑制性）（2）粘土防膨劑，防膨機(jī)理分為三大類(lèi)：

減小粘土表面負(fù)電荷：鹽（NaCl、）、陽(yáng)離子聚合物、陽(yáng)離子表面活性劑；

使粘土表面羥基化：變粘土表面為親油性和增強(qiáng)晶層間連接，羥基鹵代硅烷等。

轉(zhuǎn)變粘土礦物類(lèi)型：

如硅酸鉀、氫氧化鉀等可將蒙脫石轉(zhuǎn)化為非膨脹型鉀硅鋁酸鹽。第三十二頁(yè)，共三十五頁(yè)，2022年，8月28日4、流體的不配伍性對(duì)儲(chǔ)層的損害流體的不配伍是指不同流體相遇后會(huì)產(chǎn)生沉淀物，這些沉淀物會(huì)堵塞儲(chǔ)層孔隙喉道，造成儲(chǔ)層傷害。（1）入井流體彼此不配伍，如鉆井液與水泥漿常不配伍，生成鈣鹽沉淀。（2）入井流體與地層水不配伍，如和相遇，生成白色碳酸鈣沉淀。（3）入井流體造成儲(chǔ)層原油乳化，生成油包水乳狀液，粘度增大，引起滲透率降低。5、水鎖效應(yīng)

油流中的水滴在通過(guò)狹窄的孔隙喉道時(shí)，孔喉兩側(cè)必須有一定