油气田应用化学教材Word格式.docx

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降低钻头温度，减少钻具磨损，提高钻具的使用寿命。

（3）平衡井壁岩石侧压力，在井壁形成滤饼，封闭和稳定井壁。

防止对油气层的污染和井壁坍塌。

（4）平衡（控制）地层压力。

防止井喷，井漏，防止地层流体对钻井液的污染。

（5）悬浮岩屑和加重剂。

降低岩屑沉降速度，避免沉沙卡钻。

（6）在地面能沉除砂子和岩屑。

（7）有效传递水力功率。

传递井下动力钻具所需动力和钻头水力功率。

（8）承受钻杆和套管的部分重力。

钻井液对钻具和套管的浮力，可减小起下钻时起升系统的载荷。

（9）提供所钻地层的大量资料。

利用钻井液可进行电法测井，岩屑录井等获取井下资料。

（10）水力破碎岩石。

钻井液通过喷嘴所形成的高速射流能够直接破碎或辅助破碎岩石。

（11）悬浮岩屑和密度调整材料：

当停止循环时，钻井液处于静止状态，其中的膨润土颗粒可互相联结，形成结构，将岩屑悬浮起来。

若钻井液中加有密度调整材料（如重晶石），则在停止循环时，钻井液也可将它悬浮起来。

钻井液悬浮岩屑和密度调整材料的能力，可使钻井液停止循环后易于再启动。

负面作用：

钻井液在使用过程中，对油气层有一定程度的损害，主要表现在：

（1）固相颗粒及泥饼堵塞油气通道；

（2）滤失液使地层中粘土膨胀而堵塞地层孔隙；

（3）钻井液滤液中离子与地层离子作用产生沉淀堵塞通道；

（4）产生水锁效应，增加油气流动阻力。

三、类型介绍

钻井液由分散介质、分散相和添加剂组成。

钻井液按分散介质（连续相）可分为水基钻井液、油基钻井液、气体型钻井流体等。

钻井液主要由液相、固相和化学处理剂组成。

液相可以是水（淡水、盐水）、油（原油、柴油）或乳状液（混油乳化液和反相乳化液）。

固相包括有用固相（膨润土、加重材料）和无用固相（岩石）。

化学处理剂包括无机、有机及高分子化合物。

1、水基钻井液

水基钻井液是一种以水为分散介质，以粘土（膨润土）、加重剂及各种化学处理剂为分散相的溶胶悬浮体混合体系。

其主要组成是水、粘土、加重剂和各种化学处理剂等。

水基钻井液基本经历了五个阶段，即天然钻井液（1904-1921年）、细分散钻井液（1921-1946年）、粗分散钻井液（1946-1973年）、不分散低固相钻井液（1966年至今）、无固相钻井液（1968年至今）、聚合物钻井液（1978年至今）阶段等。

水基钻井液还可分为：

（1）淡水钻井液。

氯化钠含量低于10mg/cm&

sup3;

，钙离子含量低于0.12mg/cm&

。

（2）盐水钻井液（包括海水及咸水钻井液）。

氯化钠含量高于10mg/cm&

（3）钙处理钻井液。

钙离子含量低于0.12mg/cm&

（4）饱和盐水钻井液。

含有一种或多种可溶性盐的饱和溶液。

（5）混合乳化（水包油）钻井液。

含有3%-40%乳化油类的水基钻井液

（6）不分散低固相聚合物钻井液。

固相含量低于4%，含有适量聚合物。

（7）钾基钻井液。

氯化钾含量高于3%。

1978年以来开始在我国钻井现场使用。

（8）聚合物钻井液。

它是以聚合物为主体，配以降粘剂，降滤失剂、防塌剂和润滑剂等多种化学处理剂所组成的钻井液。

它是20世纪80年代发展起来的一种新型钻井液体系。

包括阳离子聚合物钻井液、两性离子聚合物钻井液、全阳离子聚合物钻井液、深井聚合物钻井液和正电胶钻井液等。

2、油连续相钻井液

油连续相钻井液（习惯称为油基钻井液）是一种以油（主要是柴油或原油）为分散介质，以加重剂、各种化学处理剂及水等为分散相的溶胶悬浮混合体系。

其主要组成是原油、柴油、加重剂、化学处理剂和水等。

它基本经历了原油钻井液（1930年初）、油基钻井液、油包水（反相乳化）钻井液（1960年至今）等三个阶段。

（1）原油钻井液。

主要成分是原油。

（2）油基钻井液。

以柴油（或原油）为连续相，以氧化沥青为分散相，再配以加重剂和各种化学处理剂配制而成。

（3）油包水（反相乳化）钻井液。

一柴油（或原油）为连续相，以水为分散相呈小水滴分散在油中（水可占60%的体积），以有机膨润土（亲油鹏润土）和氧化沥青等稳定剂，再配以加重剂和各种化学处理剂等配制而成。

3、气体型钻井流体

气体钻井液是以空气或天然气作为钻井循环流体的钻井液。

泡沫钻井液是以泡沫作为钻井循环流体的钻井液。

主要组成是液体、气体及泡沫稳定剂等。

20世纪80年代我国标准化委员会钻井液体系分委会把钻井液分为：

不分散地固相聚合物钻井液、淡水钻井液、盐水钻井液、饱和盐水钻井液、钙处理钻井液、钾基钻井液、油基钻井液、气体钻井液等八大体系。

API（美国石油学会）及LADC（国际钻井承包商协会）认可的钻井液体系如下：

不分散钻井液体系、分散性钻井液体系、钙处理钻井液体系、聚合物钻井液体系、低固相钻井液体系、饱和盐水钻井液体系、修井完井钻井液体系、油基钻井液体系和空气、雾、泡沫和气体体系。

四、选用原则

钻井液是钻井的“血液”，在钻井作业中起着非常重要的作用。

因此对钻井液要求很高，主要有四个方面：

1、钻井循环的要求

钻井循环对钻井液的要求是泵压低（粘度低），携砂能力强（动切力高），启动泵压低（静切力低），润滑性能好，摩擦力低，磨损小（固体颗粒少）。

2、要保持井眼的稳定

钻穿的地层要用钻井液的压力柱与地层压力取得平衡，钻井液密度稳定；

钻井油气层时要靠钻井液的压力柱来平衡油气的压力要求钻井液密度适当。

要求钻井液有克服不稳定地层的性能，例如泥岩吸水膨胀造成井眼收缩；

砾岩、火山岩遇水造成跨塌，盐岩遇水而形成溶洞等，即要求有不同性质的钻井液。

3、要求钻井液保护油气层

钻开油气层后，钻井液与油气层接触，为防止钻井液损害油气层，要求钻井液的失水小、泥饼薄（钻井液失水后，固压差固体颗粒在井壁上形成泥饼环）、固相含量低、滤液的水化作用低（滤液进入地层后与地层中的液体发生的化学作用）等。

4、保护环境和生态

钻井液中常含有原油、柴油和各种油类以及含有大量的化学处理剂，为防止钻井液对环境和生态可能造成的影响，要求使用无害、无毒的钻井液。

五、突发情况下钻井液处理方案

1、地层出水

地层出水是指钻井过程中，地层水进入钻井液中并随循环而返出地面的过程。

由于地层水的矿化程度高，含有较多的重金属离子和高价阴离子，这些含有多种离子的地层水往往会破坏钻井液原有性能的稳定，严重时会造成井壁的坍塌，发生卡钻等井下事故。

如出水量较小，对钻井液性能影响不大时，可以不考虑，出水量较大且严重影响钻井液性能时，则应加大钻井液密度，压住出水，也可采取下套管封隔的办法。

2、其它伤害情况下的钻井液处理

钻井过程中还会遇到许多意想不到的事情，导致钻井液性能变差、变坏的因素，严重时也会导致井下复杂和事故。

其主要有：

发生钙、石膏、盐、盐水、锶、钡等污染，钻屑等有害固相侵害、碳酸根、重碳酸根等侵害，每一种侵害或污染有其相对应的处理方法，现场处理时首先要分析污染和侵害的原因所在，选择合适的钻井液类型或使用适当的处理剂进行处理，否则会带来井下复杂情况。

1）钙、石膏污染：

选择碳酸钠配合FCLS进行处理。

2）盐、盐水污染：

选用盐水和饱和盐水钻井液。

3）锶、钡等污染：

选用碳酸钠进行处理。

4）有害固相侵害：

利用固控设备清除有害固相，或放掉部分钻井液。

5）碳酸根、重碳酸根等侵害：

首先用水泥等将钻井液中碳酸根、重碳酸根处理掉，再用碳酸钠将剩余的钙处理掉，最后选用FCLS等处理剂调整好钻井液各项性能参数，恢复钻井工作。

钻屑对钻井施工的影响

一般说来，钻屑使钻井液固相含量升高的现象不会很快呈现出来，其危害的产生有一定的过程，在经济方面造成的影响也就不可能很快展示给我们。

所以，这些人不相信钻屑对钻井液的危害能够达到它们实际造成损害的程度。

钻屑会增加钻井成本，伤害储层，加大处理钻井液的费用。

因此，钻屑与以下特殊问题相互关联：

1、滤液伤害储层；

2、钻速受限；

3、井下复杂；

4、卡钻；

5、井漏；

6、钻井液直接成本；

7、处理费用增加。

钻屑对一口井的经济影响是很微妙的。

钻屑含量的增加并不会马上导致钻井灾难。

当钻头停止钻进而且扭矩增大时，钻井工作人员马上知道该起钻了；

而岩屑量的增加，其负面影响不会马上表现出来，所以降低固相含量类似于为防止发生意外买份保险单。

要保证这些事故（如卡钻）不会发生是很难的。

（二）固井

一、固井的作用

封隔油、气、水层，阻止地层间流体相互窜流，保护生产层；

封隔严重漏失层或其它坍塌等复杂地层；

支撑套管和防止地下流体对套管的腐蚀。

固井作业的主要环节：

下套管；

注水泥

二、油井水泥外加剂及其作用机理

1、分散剂（减阻剂、紊流引导剂）

作用：

降低水泥浆粘度、增加水泥浆流动性能；

改变水泥石的微观孔隙结构；

影响水泥浆的凝结时间和失水

分散剂的种类：

木质素系；

树脂；

密胺树脂；

酮醛树脂；

其它分散剂

2、稠化时间调节剂

稠化时间：

指水泥浆稠度达到100BC的时间，为可泵送的极限时间。

为了保证施工安全，施工时间应低于稠化时间。

稠化曲线：

在稠化过程中水泥浆稠度随时间变化的曲线

调凝剂：

为了准确控制施工时间，既要保证施工安全，又要尽快缩短水泥浆在环空中候凝时间以减少水泥失水、析水或遭水浸、气浸的时间通常要在水泥浆中加入稠化时间调节剂。

能缩短水泥浆稠化时间的外加剂称为促凝剂，能延长稠化时间的则称为缓凝剂。

（1）分散剂的调凝

（2）无机盐的调凝

（3）促凝剂

常用无机促凝剂：

CaCl2、NH4Cl、MgCl2、Ca（NO3）2、AlCl3、Na2CO3和硅酸钠等，其中CaCl2是最常用的促凝剂和早强剂。

目前不提倡使用CaCl2作促凝剂。

有机促凝剂：

甲酸钙、甲酸铵、尿素、三乙醇胺、乙二醛都属有机促凝剂。

（4）缓凝剂

木质素磺酸盐及其衍生物（磺烷基木质素；

硝基木质素）；

磺化丹宁、磺化栲胶、丹宁酸钠；

纤维素衍生物；

羟基羧酸及其盐类

3、油井水泥降失水剂

失水：

指水泥浆在环空上返过程中，由于液柱和地层压差的作用，自由水渗入地层的现象。

危害：

对地层造成伤害；

改变水泥浆的流动性；

高失水是造成气窜的主要原因

类型：

（1）微粒材料：

微小的颗粒进入滤饼并嵌入水泥颗粒之间使滤饼结构致密，降低泥饼的渗透率，从而减少水泥浆的失水。

这类的降失水剂有：

沥青、CaCO3粉末、微硅、石英粉、火山灰、飞尘、硅藻土、硫酸钡细粉、滑石粉、热塑性树脂等。

（2）纤维素衍生物：

这类型产品品种较多，常用的有HEC（羟乙基纤维素）、CMC、CMHEC，硫酸纤维素，纤维素黄原酸盐以及纤维素的接枝改性产品。

①羧甲基纤维素（CMC）②羟乙基纤维素（HEC）③羧甲基羟乙基纤维素（CMHEC）

（3）丙烯酰胺类共聚物：

丙烯酰胺类共聚物作为油井水泥降失水剂是丙烯酰胺单体（AM）和一批阴离子或非离子单体通过自由基聚合产生的