油田化學鉆井液化學

關(guān)于油田化學鉆井液化學第1頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月鉆井液化學

鉆井液是指在旋轉(zhuǎn)鉆井工程中用作洗井的流體的總稱，原稱鉆井泥漿。鉆井液是由不同液體、固體以及化學處理劑混合而成的多相分散體系。鉆井液化學主要研究鉆井液的組成、性能、及其控制與調(diào)整，目的在于實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、快速、安全、經(jīng)濟地鉆井。第2頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月鉆井液性能的好壞直接關(guān)系到鉆井的成敗，人們常以鉆井液是鉆井的血液來比喻其重要性。充分顯示了泥漿在鉆井工作中的重要性。第3頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月第4頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)鉆井液一、鉆井液的功能

攜帶和懸浮鉆屑

泥漿的一個基本功用，就是要把鉆頭破碎的巖屑從井底帶出井眼。當接鉆桿換鉆頭或臨時停止循環(huán)時，泥漿又把井眼內(nèi)的鉆屑懸浮住，不致很快下沉，防止沉砂卡鉆的危險。第5頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月第6頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月穩(wěn)定井壁

井壁穩(wěn)定、井眼規(guī)則是優(yōu)質(zhì)快速鉆井也是調(diào)制泥漿的基本立足點。

泥漿的濾失性能應(yīng)有利于在井壁上形成薄而韌、摩擦系數(shù)小的泥餅。

泥漿的組成必須對鉆遇的泥頁巖的水化膨脹和分散具有較強的抑制作用。第7頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月第8頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月

冷卻和沖洗鉆頭、潤滑鉆頭

鉆井過程中，鉆頭、鉆柱與地層摩擦產(chǎn)生大量的熱，必須用循環(huán)的鉆井液帶至地面散發(fā)掉，從而起到冷卻鉆頭和鉆桿的作用。第9頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月

平衡地層壓力

調(diào)節(jié)鉆井液密度建立與地層壓力相適應(yīng)的液柱壓力p=ρgh，防止發(fā)生井噴、井長、井漏的井下復雜問題。

井口防噴器組合

井口安裝

第10頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月第11頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月

2003年12月23日22時15分，重慶開縣高橋鎮(zhèn)小陽村黃泥埡口附近，正在施工的中國石油西南油氣田分公司川東北氣礦羅家16H礦井發(fā)生井噴事故。混有劇毒硫化氫毒氣的天然氣頓時沖天而起，沖高30米左右，并迅速向高橋鎮(zhèn)、正壩鎮(zhèn)、麻柳鎮(zhèn)等附近鄉(xiāng)鎮(zhèn)蔓延。截至25日18時40分，事故已造成191人死亡、數(shù)百人不同程度受傷。事故發(fā)生后，重慶市委、市政府，開縣各部門展開了緊急搶救，10萬群眾被連夜緊急疏散。第12頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月

家住高橋鎮(zhèn)的周永祥告訴記者，23日晚10時20分左右，他正在家里看電視，忽然聞到一股刺鼻的煤氣味道，他還以為是家里的煤氣罐泄漏，就跑到廚房去檢查，沒發(fā)現(xiàn)什么問題。后來，味道越來越濃，他預感不妙，趕緊到街上看情況。結(jié)果讓他大吃一驚：街上幾個八九歲的小孩走路都走不穩(wěn)了，“歪歪倒倒，像喝醉了酒一樣”！第13頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月第14頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月二、鉆井液的組成和分類

1、鉆井液的組成

固體（如粘土）液體（如水、油）化學處理劑（如丹寧）混合而成的多相分散體系—膠體懸浮體。

第15頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月

2、鉆井液的分類水基鉆井液

連續(xù)相是水，水可以是淡水、海水、硬水、軟水等，內(nèi)相包括固體、液體和氣體。

第16頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月油基鉆井液

連續(xù)相是油，內(nèi)相是水，水含量5-50%，含水10%以上的稱為油包水乳化泥漿，低于10%的稱為油基泥漿。

特點是：對油層損害小，抗可溶性鹽浸的能力強第17頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月

（1）油包水泥漿

以柴油或原油作分散介質(zhì)，水及有機膨潤土或其它的親油粉末物質(zhì)作分散相，加乳化劑等處理劑配制而成。

特點是：熱穩(wěn)定性高，有較好的防塌、潤滑效果，對油氣層的損害小，常用于超深井的高溫地段，鉆進易塌地段。

第18頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）油基泥漿

由柴油或原油和氧化瀝青或有機膨潤土及有關(guān)處理劑配成。

大部分地區(qū)使用水基鉆井液。油基鉆井液由于成本高一般用于鉆高溫、復雜的水敏地層，鉆大斜度的定向井和水平井，或者水基鉆井液會使油層嚴重破壞的地層。第19頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)鉆井液性能要求與調(diào)整一、鉆井液密度

作用主要用來調(diào)節(jié)鉆井液的靜液柱壓力，以平衡地層壓力，防止發(fā)生井噴、井塌。

p=ρgh

式中g(shù)=9.8N/kg,h的單位是m,ρ的單位是kg/m3。壓強的單位是帕斯卡,即牛頓／平方米。

調(diào)整提高密度采用合格的加重劑如石灰石、重晶石；降低密度可采用加水稀釋，或是氣體或加稀的處理劑。

第20頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月二、鉆井液的固含量

（一）定義泥漿中所含固相物質(zhì)的多少稱為泥漿的固相含量，一般用體積百分數(shù)來表示。（二）分類根據(jù)鉆井液中固體的性質(zhì)可將其分為活性固體和惰性固體兩類：

第21頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月活性固體

這些固體在水中水化分散，它們的物理化學性質(zhì)受水中離子和鉆井液處理劑的影響，如粘土?；钚怨腆w受化學劑處理以后可以控制鉆井液的性質(zhì)。惰性固體

這些固體不溶于水，它在水中也不水化分散，如重晶石、石灰石等。第22頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月（三）鉆井液固含量對鉆速的影響

水是鉆速最快的液體，當水中加入固體物質(zhì)以后將導致鉆速下降。固含量越高，鉆井速度越慢?？諝夂吞烊粴馐倾@速最快的流體。

固相含量是影響鉆速最主要的因素，因而現(xiàn)代鉆井工藝中特別強調(diào)控制固相含量。第23頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月三、鉆井液的酸堿度

一般鉆井液的PH值控制在8.5～11.5之間。一些鉆井液的最佳控制是基于PH值。第24頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月四、可溶性鹽類含量

總礦化度：是指鉆井液中水溶性無機鹽的總濃度含鹽量：指鉆井液中NaCl的含量含鈣量：指鉆井液中游離的Ca2+含量游離石灰含量：指在鉆井液中未溶解Ca(OH)2的含量第25頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月五、鉆井液的濾失性和造壁性1、濾失性

在鉆井過程中，在液柱壓力與地層壓力差以及濃度的作用下，鉆井液的水向地層滲透的現(xiàn)象。2、造壁性

鉆井液在濾失水的同時，其中固體顆粒在井壁上形成一層濾餅，稱為造壁性。第26頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月第27頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月

3、濾失量

鉆井液在一定的壓差下和溫度下，通過45.8±0.6cm2過濾面積的濾紙，經(jīng)過30min后濾液的數(shù)量稱為濾失量，單位是（ml）。

第28頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月4、濾失量大造成的危害泥漿的失水量過大造成濾餅過厚進而下鉆遇阻，甚至遇卡；妨礙套管的順利下入。水敏性泥頁巖的垮塌；損害油、氣產(chǎn)層；第29頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月5、濾餅的質(zhì)量好的泥漿的濾餅一定要薄、致密、韌性好能經(jīng)受泥漿流循環(huán)時的沖刷，濾失量低。6、影響鉆井液濾失量和濾餅質(zhì)量的因素經(jīng)數(shù)學推導和物理模型簡化，鉆井泥漿的濾失量可用達西公式表示：第30頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月A：濾餅面積（cm2）；K：濾餅的滲透率（達西）；：鉆井液濾液粘度（厘泊）；ΔP：壓差（Pa）；T：時間（s）；Cc：濾餅中固相的體積分數(shù)；Cm：鉆井液中固相體積分數(shù)；第31頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月其中固相含量系數(shù)、K主要由鉆井液固相含量、固相類型、顆粒分布以及水化分散程度有關(guān)，具體來講：鉆井液中優(yōu)質(zhì)活性固體——膨潤土含量增加一般濾失量下降。然而鉆井液中固相含量增加會使鉆井液粘度升高，為了使鉆井液有好的流動性，不采用提高鉆井液固相含量的方法來降低濾失量。降濾失劑如CMC、磺甲基褐煤、酚醛樹酯等能堵塞濾餅的孔，降低K。第32頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月六、鉆井液體系簡介

1、自然鉆井液體系（1904—1921）

開始于1904年—1921年間，使用清水鉆井，不加任何處理劑。使用時經(jīng)常出現(xiàn)復雜井下問題。第33頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月

2、細分散鉆井液體系（1921—）又稱Na基泥漿，特點是粘土顆粒高度分散。在本階段中，人為地加入粘土來配制鉆井液，并加入一些化學分散劑如純堿、燒堿、丹寧等，使粘土充分分散，大大改善了鉆井液性能。

隨著井的加深，井溫的升高，此種鉆井液對地層的鹽類和粘土特別敏感，性能不穩(wěn)定，粘度和切力變化比較大。第34頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月

3、粗分散鉆井液（1946—）其特點是采用了多種無機鹽作粘土分散抑制劑如CaCl2等，配合以耐鹽的稀釋劑、降濾失劑而配制成粗分散體系，從而大大提高了其耐溫和抗各種侵污能力。有粗分散的鈣處理泥漿、飽和鹽水泥漿。第35頁，課件共38頁，創(chuàng)作于2023年2月4、不分散低固相聚合物鉆井液體系

（1966～）其特點是使用了有選擇性絮凝劑，如聚丙烯酰胺、醋酸乙烯酯與順丁烯二酸酐的共聚物。它們可以對巖屑起