钻井液知识.docx

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钻井液知识

钻井液知识

钻井液的概念：

钻井液是由粘土、水（或油）以及各种化学处理剂组成的一种溶胶悬浮体的混合体系。

粘土是具有可塑性的、软、有各种颜色的泥土。

一般是含水氧化铝的硅酸盐，由长石和其它硅酸盐分解而成，颗粒直径约在0.1-100µm之间，在水中有分散性，带电性、离子交换性，属于多级分散体系。

简单地说，钻井液是粘土分散在水中形成的溶胶悬浮体（颗粒直径小于2µm）为使钻井液满足钻井工艺要求，常加入各种化学处理剂及惰性物质来调节钻井液的性能，使钻井液“由稀变稠，由稠变稀”。

因此钻井液的性能变化受粘土、水和化学处理剂三方面因素的影响。

我国标准化委员会钻井液分委会将钻井液分为八种：

1、 淡水钻井液：

由淡水、粘土和一般的降粘剂、降滤失剂配制而成。

2、 钙处理钻井液；

3、 不分散低固相聚合物钻井液；

4、 盐水钻井液（包括海水及咸水钻井液）

5、 饱和盐水钻井液；

6、 钾基钻井液；

7、 油基钻井液；

8、 气体（包括一般气体及气泡）钻井液。

各类新型钻井液体系：

正电胶（MMH）钻井液体系、聚合物-铵盐钻井液体系、两性离子聚合物钻井液体系、大小阳离子钻井液体系、水基无粘土相钻井液。

我国于1986年经钻井液标准化委员会研究决定，把钻井液材料分为16类：

1、 粘土类：

主要用来配制原浆，亦有正反增加粘切、降低漏失量作用，常用的膨润土、抗盐土及有机土等；

2、 加重材料：

主要用来提高钻井液的密度，以控制地层压力，防塌防喷；

3、 降滤失剂：

主要用来降低钻井液的漏失量，常用的有CMC、预先胶化淀粉，聚丙烯酸盐等；

4、 降粘剂：

改善钻井液的流动特性，如粘度、切力，以增加可泵性，减少摩阻。

常用的有单宁、各种磷酸盐、褐煤制品、木质素磺酸盐等

5、 增粘剂：

主要用来促进钻井液中粘土颗粒网状结构的形成，增加胶凝强度以形成高流阻。

常用的有CMC、高聚物、预先胶化淀粉等。

6、 润滑剂：

主要用来降低摩阻系数，减小扭矩，增加钻头的水马力以及防止粘卡。

常用的有某些油类、石墨、塑料小球及表面活性剂。

7、 叶岩抑制剂：

用来抑制叶岩中所含粘土矿物的膨胀和分散而引起的井塌。

常用的有石膏、硅酸盐、石灰、钾盐、铵盐、各种沥青制品及高聚物的钾、铵、钙盐等。

8、 缓蚀剂：

用来控制钻具受到各种腐蚀。

常用的有各种消化石灰、亚硫酸纳、碳酸锌及胺盐，某种乳化及油基钻井液都具有较好的抑制腐蚀的性能。

9、 乳化剂：

用来使两种不相溶的液体形成均匀的混合体，常用的有改性本质素磺酸盐、某些活性剂（包括阳离子及非离子型的药剂）。

10、             消泡剂：

用来消除钻井液中的气泡及降低起泡作用，尤其是对咸水处理和盐水钻井液更为重要，常用的泡敌、甘油聚醚、硬脂酸铝等；

11、             杀菌剂：

主要用来杀灭钻井液中的有害细菌，使其降低到安全的含量范围内，以免破坏某些处理剂的效能，常用的有多聚甲醛、烧碱、石灰以及各种发酵剂。

12、             絮凝剂：

用来絮凝钻井液中过多的粘土细微颗粒及削除钻屑，从而使钻井液保持低固相，它也是一种良好的包被剂，可使钻屑不分散，易于清除，并有防塌作用。

常用的有石膏、消石灰、各种聚丙烯酰胺等。

13、             发泡剂：

主要用来使水溶液产生气泡，又称泡沫剂，当使用气体钻井时，遇到水层时可用泡沫剂将水带出，还可用于配制各种钻井液。

常用的有烷基磺酸钠等。

14、             堵漏剂用来封漏堵漏失地带，以恢复钻井液的正常循环。

常用的有各种惰性材料及化学堵漏剂。

15、             解卡剂：

用来浸泡钻具在井内被泥饼粘附的井段，以降低其摩阻系数，增加润滑性，从而解除压差卡钻。

常用的有各种油类、含有快渗剂的油包水乳化剂、酸类等。

16、             其它：

主要包括大部分的无机处理剂及一些特殊用途的化学处理剂，常用的有各种无机盐、过氧乙烯树脂、蓖麻油等。

l        消泡剂常用的有泡敌、甘油聚醚、硬脂酸铝等。

l        润滑剂常用的有某些油类、石墨、塑料小球以及表面活性剂。

l        降粘剂常用的有单宁、各种磷酸盐、褐煤制品、本质素磺盐等。

l        降滤失剂常用的有CMC、预先胶化淀粉、聚丙烯酸盐等。

l        塑料小珠简称塑料珠，代号：

HZ-102。

它是由苯乙烯苯的共聚物经成珠而得，是一种具有一定强度的固体，按需要可选用不同的粒度配比，一般30-80um较好。

它可像轴承液珠一样来降低摩阻力，主要用探井与定向井的防卡减阻剂，抗温达200度以上，不影响钻井液性能。

l        磺化沥青：

有两种代号：

FT-342（膏状）及FT-1，均为粉状产品。

主要用作叶岩微裂及破碎带的封闭剂而起到防塌作用，并兼有较好的润滑能力。

l        解卡剂：

分为流体及固体两种，已成为商品并有正式厂家生产的只有固体一种，液体都属于各油田自己临时配制使用。

l        堵漏剂：

我国除了惰性材料处，已定型并在全国使用的正式产品较少，多数是根据自己油田的情况临时配制的。

水基钻井液基本经历了五个发展阶段：

1、天然（或自然）钻井液体系：

1904-1921年，人们使用清水造浆。

2、细分散体系：

1921-1946年，人为使用粘土来配制钻井液，并加入一些化学分散剂。

3、粗分散钻井液体系：

1946-1973年，使用了多种无机盐类抑制剂（钙基钻井液体系）。

4、不分散低固相钻井液体系：

从1966年使用喷射钻井开始。

5、无固相钻井液体系：

1968年以后使用，大量研究表明，钻井液中所含固相，尤其是粘土，不但是提高钻速的最大障碍，也是对产层造成较大损害的重要因素。

水基钻井液的组成：

是一种以水为分散介质，以膨润土、加重剂及各种化学处理剂为分散相的多相分散体系。

在分散体系中的很细的悬浮颗粒（包括固体、液体、气体等）较均匀地分布在连续相中，此悬浮颗粒称为分散相。

在体系中能完全悬浮胶体、油滴、固体颗粒等分散相的液体，称不连续相。

分散钻井液指由水、膨润土及各种分散剂为主处理剂配成的水基钻井液体系。

不分散聚合物钻井液体系：

“不分散”包括两个含义：

一是该类体系中的固相颗粒基本上不再分散成较细颗粒，二是钻出的岩屑受到保护，不被分散。

主要特点：

密度低；压差小，钻速快。

不分散低固相钻井液就是通过高分子絮凝剂而不使用促使粘土水化分散的分散剂，并采用固相控制工艺而实现不分散和低固相这两个特点的钻井液体系。

不分散低固相钻井液一般由淡水、膨润土和选择性絮凝剂组成。

钾基钻井液和混油钻井液是其中的两种。

细分散钻井液的组成：

通过使用一些单一的化学分散剂，促进粘土的水化分散，使粘土由粗颗粒分散成很细小的颗粒，同时加入简单有机处理剂改善其性能，形成的比较稳定的细分散体系，称为细分散钻井液，也称淡水钻井液。

它是最早的钻井液。

目前基本已被更先进的钻井液所代替。

但由于淡水水源分布广、处理剂用量少，成本低，在一些地层钻进尚能满足要求等原因，仍然在许多地区的一些井段上使用。

细分散钻井液的特点是粘土在水中高度分散，并通过粘土的高度分散来取得钻井液所需的流变性，降低滤失量。

当粘度、切力升高时，加水和稀释剂拆散粘土颗粒所形成的空间网架结构，促使粘土颗粒分散。

滤失量大时，加降滤失剂护胶，用有利于粘土颗粒继续分散变细的办法来降低滤失量。

细分散钻井液的组成和性能特点决定了它的性能不稳定，易受化学污染和粘土侵，造成处理频繁，浪费人力、物力。

细分散钻井液有时是用淡水和粘土特意配制的。

粗分散钻井液是在细分散钻井液的基础上发展起来的，以叫抑制性钻井液。

它是通过使用某些絮凝剂，并配合使用稀释剂和降滤失剂，抑制粘土和岩屑的水化分散，形成适度絮凝又稳定的钻井液。

形成抑制性钻井液的方法有两种：

1、 添加各种适当的无机电解质；2、加入足够量的某种有选择性的稀释剂以减缓水化。

粗分散钻井液为钙处理钻井液和盐处理（或海水）钻井液。

油基钻井液是为了复杂地层（如岩盐、石膏、泥岩、叶岩等）以及钻定向井、高温井、完井、修井的需要而发展起来的，基本经历了三个阶段：

1、原油阶段：

由于水基泥浆会损害油层，人们试用原因做为钻井液，但原油没有切力，滤失量大，且含有易挥发成份。

2、油基钻井液：

在原油和柴油的基础上加入乳化剂和其它处理剂。

3、反乳化钻井液（油泡水乳化钻井液）：

60年代后，人们认识到，将油中的水乳化后，其周围的乳化膜具有半渗透膜的性质。

利用平衡原理，在油基钻井液中人为地加入10-50%的高矿化度盐水配制成反相乳化钻井液，由于它更有利于泥岩、叶岩的井壁稳定，所以适用于钻复杂的盐岩层及超深井。

油基钻井液的组成：

以原因或柴油为连续相，以氧化沥青作分散相，再加入化学处理剂和加重剂酿成的。

主要成分是柴油、芳香烃，含量5％-10％之间，软化点1500C以上的氧化沥青，炭黑、石灰石粉，硬脂酸皂、生石灰等

油基钻井液的特点：

1、 不损害油气层，能获得真实的地质资料，无腐蚀性；

2、 防塌效果好，井壁稳定，井径规则；

3、 不受可溶性盐类和有害离子的影响和污染，抗污染能力强。

4、 润滑性好；

5、 密度调节范围广，可采用低于1.0g/cm3的钻井液钻低压油气层；

6、 具有低凝固点，高温不稠化、不聚集，有良好的热稳定性。

缺点：

配制复杂，维护处理麻烦，不利于操作。

油泡水乳化钻井液的以称反相乳化钻井液。

是油基钻井液。

它是以油作分散介质，以不分散为稳定的小水滴作分散相，用添加剂将此体系加以稳定和调整形成稳定的分散体系，主要成分是柴油，要求闪点900C以上，燃点1000C以上，苯胺点应大于700C；水相一般用饱和盐水或CaCl2乳化剂。

该体系不损害油层，防塌能力强，润滑性好，抗盐抗钙能力强，易于处理，不易失火。

油泡水乳化钻井液的特点：

1、 不损害油层渗透率，有利于保护油气层，尤其对低压油层更有利。

2、 能防卡泥岩水化膨胀，防卡地层坍塌；

3、 润滑性好，可防卡粘附卡钻；

4、 具有良好的抗污染能力，能防止地层及其它盐类污染；

5、 稳定性高，适用于深井、超深井；

6、 比油基泥浆成本低，易于处理、不易着火；

7、 对含H2S、CO2和盐水层有防腐作用；

钻井液体系中油包水乳化钻井液、油基钻井液更合乎大定向井的要求，但也成功地使用了不分散低固相水基钻井液、聚合物水基钻井液、饱和盐水钻井液和一般盐水钻井液，通常使用的钻井液体系是经过改进的钻井液体系。

油基钻井液防腐性能好，以具有良好的润滑性能，所以常用于超深井、定向井，但在敏感地层不能使用或禁止使用，有些场合，油基钻井液未经特殊处理，其性能不好水基钻井液

钾基钻井液体系是以各种高聚物的钾、铵、钙盐及KCI为主处理剂而配成的防塌钻井液体系。

气体钻井液：

空气或天然气作为钻井循环流体，是为了钻低压油气层，严重漏失层或坚硬而不含水的地层而发展起来的钻井液。

聚合物钻井液是以大小阳离子聚合物为主体，辅以阴离子的降粘剂、降滤失剂、防塌剂和润滑剂等所组成的阳离子聚合物钻井液。

聚合物不分散低固相钻井液主要组分是絮凝剂控制粘土及固相含量、高温稀释剂、防塌剂、降滤失剂等，能提高钻井速度，但抗盐、抗钙能力差。

密度过大有以下害处：

1、损害油气层；2、降低钻井速度；3、过大压差易造成压差卡钻；4、易憋漏地层；5、易引起过高的粘切；6、多消耗钻井液材料及动力；7、抗污染能力下降。

密度过低则容易发生井喷、井塌、缩经（对塑性地层，如较纯的粘土、岩盐层等）及携屑能力下降等。

实践证明，钻井液密度升高，产生的静液压力增大，钻速降低，钻井静液压力对钻速的影响程序还与所钻岩石的性质有关，钻井