第七章-鉆井液體系簡(jiǎn)介110920要點(diǎn).ppt

1、鉆井液體系簡(jiǎn)介,鉆井液工藝原理電子教案 第二章,上一內(nèi)容,下一內(nèi)容,回主目錄,返回,鉆井液工藝原理電子教案第七章,上一內(nèi)容,下一內(nèi)容,回主目錄,返回,本章要點(diǎn)： 1、了解常見鉆井液體系及其特點(diǎn) 2、了解幾種新型鉆井液及其特點(diǎn),鉆井液工藝原理電子教案第七章,上一內(nèi)容,下一內(nèi)容,回主目錄,返回,7-1 分散鉆井液,由淡水、配漿膨潤(rùn)土和各種分散劑（對(duì)粘土、鉆屑起分散作用的處理劑）配制而成的水基鉆井液稱為分散鉆井液。為了與鈣處理鉆井液相區(qū)別，有時(shí)又稱為細(xì)分散鉆井液或淡水鉆井液。它是油氣鉆井中最早使用并且使用時(shí)間相當(dāng)長(zhǎng)的一類水基鉆井液。 特別是在鉆開表層時(shí)，至今仍然普遍使用。,1膨潤(rùn)土及原漿的配制 膨潤(rùn)

2、土逐漸分散在淡水中致使泥漿的粘度、切力不斷增加的過程稱為造漿，每噸粘土能配出表觀粘度為15mpas的鉆井液體積稱做粘土的造漿率。 在配置原漿時(shí)，還需要加入適量的純堿，以提高粘土的造漿率。,一、分散鉆井液的組成,7-1 分散鉆井液,2、分散劑和鉆井液 用于分散型鉆井液的降粘劑（分散劑）種類較多，主要降粘劑有丹寧堿液、鐵鉻木質(zhì)素磺酸鹽、褐煤及其改性產(chǎn)品；主要降濾失劑有：鈉羧甲基纖維素CMC、聚陰離子纖維素、磺化褐煤或磺化酚醛樹脂；燒堿調(diào)節(jié)pH值；重晶石做加重劑。 國內(nèi)深井、超深井使用的抗高溫鉆井液-三磺鉆井液配方：磺化丹寧或磺化栲膠、磺化褐煤、磺化酚醛樹脂。重鉻酸鉀和Span-80提高抗溫性。,7

3、-1 分散鉆井液,二、分散鉆井液的特點(diǎn) 分散鉆井液的主要特點(diǎn)是粘土在水中高度分散，正是通過高度分散的粘土顆粒使鉆井液具有所需的流變和降濾失性能。 1、優(yōu)點(diǎn) (1)配制方法簡(jiǎn)便、成本較低； (2)固相容量高，適于配制高密度鉆井液，密度可高達(dá)2.00gcm3以上； (3)抗溫能力較強(qiáng)，比如以磺化栲膠、磺化褐煤和磺化酚醛樹脂為主處理劑的三磺鉆井液是我國常用于鉆深井的分散鉆井液體系，抗溫可達(dá)160-200。,7-1 分散鉆井液,2、缺點(diǎn)：（分散鉆井液在使用、維護(hù)過程中存在難克服的缺點(diǎn)和局限性）： (1) 性能不穩(wěn)定，容易受粘土和可溶性鹽類的污染。鉆遇鹽膏層時(shí)，少量石膏、巖鹽就會(huì)使鉆井液性能發(fā)生較大的變

4、化； (2) 濾液的礦化度低，容易引起井壁附近的泥頁巖水化、松散、垮塌，并使井壁的巖鹽溶解，即鉆井液抑制性能差，不利于防塌； (3)體系中固相含量高，特別是粒徑小于1 um的亞微米顆粒所占比例相當(dāng)高，因此對(duì)機(jī)械鉆速有明顯的影響，尤其不宜在強(qiáng)造漿地層中使用； (4) 濾液侵入易引起粘土膨脹，因而不能有效地保護(hù)油氣層，鉆遇油氣層時(shí)必須加以改造才能達(dá)到要求。,7-1 分散鉆井液,三、鉆井液的受侵及其處理 其中最常見的是鈣侵、鹽侵和鹽水侵，此外還有Mg2+、CO32-、H2S和O2等造成的污染。 1鈣侵 Ca2+進(jìn)入鉆井液的途徑： 危害： 處理方法：,7-1 分散鉆井液,2、鹽侵和鹽水侵 （1）變化規(guī)

5、律及作用機(jī)理：,（2）處理 目前常用的處理方法是及時(shí)補(bǔ)充抗鹽性強(qiáng)的各種處理劑，將分散鉆井液轉(zhuǎn)化為鹽水鉆井液。,7-1 分散鉆井液,3硫化氫污染 H2S主要來自含硫地層，此外某些磺化有機(jī)處理劑以及木質(zhì)素磺酸鹽在井底高溫下也會(huì)分解產(chǎn)生H2S。H2S對(duì)人有很強(qiáng)的毒性，在其濃度為800mgL以上的環(huán)境中停留就可能因窒息而導(dǎo)致死亡。同時(shí)，H2S對(duì)鉆具和套管有極強(qiáng)的腐蝕作用。總的腐蝕過程可用下式表示：(臭雞蛋味) Fe+xH2SFeSx+xH2 關(guān)于腐蝕的機(jī)理，目前普遍認(rèn)為是由于氫脆的發(fā)生。,由于H2S、HS-、S2-以及FeSx等的存在，電離出的H+會(huì)迅速地吸附在金屬表面，并進(jìn)而滲入金屬晶格內(nèi)，轉(zhuǎn)變?yōu)樵?/p>

6、子氫。當(dāng)金屬內(nèi)有夾雜物、晶格錯(cuò)位現(xiàn)象或其它缺陷時(shí)(通常都比較嚴(yán)重)，原子氫便在這些易損部位聚結(jié)，結(jié)合成H2。,7-1 分散鉆井液,4. 清除污染物所需處理劑用量的確定 在判斷出進(jìn)入鉆井液的是何種污染物，并已決定選用何種處理劑將其清除之后，剩下的問題就是如何確定處理劑的用量。由于采取的是化學(xué)清除方法，因此確定處理劑用量的基本原則是：所用處理劑與污染物在鉆井液濾液中的當(dāng)量濃度應(yīng)保持相等。,7-1 分散鉆井液,第三節(jié) 粘土的水化膨脹作用,鉆井液工藝原理電子教案 第二章,7-2 鈣處理鉆井液,鈣處理鉆井液是在使用分散鉆井液的基礎(chǔ)上，于20世紀(jì)60年代發(fā)展起來的具有較好的抗鹽、抗鈣污染能力和對(duì)泥頁巖水化

7、具有較強(qiáng)抑制作用的一類鉆井液。 由于體系中粘土顆粒處于適度絮凝的粗分散狀態(tài)，因此又稱之為粗分散鉆井液。 目前常用的無機(jī)絮凝劑有三種：石灰、石膏和氯化鈣。為了進(jìn)一步增強(qiáng)其抑制性能，采用石灰和KOH聯(lián)合處理，稱為鉀石灰鉆井液。 這四種鈣處理鉆井液都是以Ca2+提供抑制性化學(xué)環(huán)境，使鉆井液中的鈉土轉(zhuǎn)變?yōu)殁}土，從而使粘土顆粒由高度分散轉(zhuǎn)變?yōu)檫m度絮凝。鈣處理鉆井液可在很大程度上克服細(xì)分散鉆井液的缺點(diǎn)，具有防塌、抗污染和在含有較多Ca2+時(shí)使性能保持穩(wěn)定的特點(diǎn)。,一、鈣處理鉆井液的配制原理及特點(diǎn) Ca2+改變粘土分散度的作用機(jī)理，可以從以下兩方面來理解。 一方面，Ca2+通過Na+Ca2+交換，將鈉土轉(zhuǎn)變

8、為鈣土。鈣土水化能力弱，分散度低，故轉(zhuǎn)化后體系分散度明顯下降。轉(zhuǎn)化的程度取決于粘土的陽離子交換容量和濾液中Ca2+的濃度。粘土的陽離子交換容量越高，所吸附Ca2+的量就越大。同時(shí)，通過控制濾液中Ca2+的濃度，可以控制鈉土轉(zhuǎn)變?yōu)殁}土的數(shù)量，從而控制鉆井液中粘土的分散度。 另一方面，Ca2+本身是一種無機(jī)絮凝劑，會(huì)壓縮粘土顆粒表面的擴(kuò)散雙電層，使水化膜變薄，電動(dòng)電位下降，從而引起粘土晶片面面和端面聚結(jié)，造成粘土顆粒分散度下降。,第三節(jié) 粘土的水化膨脹作用,鉆井液工藝原理電子教案 第二章,7-2 鈣處理鉆井液,使鉆井液處于適度絮凝的粗分散狀態(tài)有兩條途徑：一是在分散鉆井液中同時(shí)加入適量的鈣鹽(或石灰

9、)和分散劑；二是在受鈣侵后處于絮凝狀態(tài)的鉆并液中及時(shí)加入分散劑。在適度絮凝的粗分散狀態(tài)中，其絮凝和分散程度也有所區(qū)別，加人分散劑可使顆粒變細(xì)，絮凝程度降低；反之加鈣鹽則使顆粒變粗，絮凝程度提高。,第三節(jié) 粘土的水化膨脹作用,鉆井液工藝原理電子教案 第二章,7-2 鈣處理鉆井液,優(yōu)點(diǎn)：與分散鉆井液相比，鈣處理鉆井液的優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)在以下方面： （1）性能較穩(wěn)定，具有較強(qiáng)的抗鈣污染、鹽污染和粘土污染的能力。 （2）固相含量相對(duì)較少，容易在高密度條件下維持較低的粘度和切力，有利于提高鉆速。 （3） 能在一定程度上抑制泥頁巖水化膨脹；濾失量較小，泥餅薄且韌性好，有利于井壁穩(wěn)定。 （4）由于鉆井液中粘土細(xì)

10、顆粒含量較少，對(duì)油氣層的損害程度相對(duì)較小。,第三節(jié) 粘土的水化膨脹作用,鉆井液工藝原理電子教案 第二章,7-2 鈣處理鉆井液,第三節(jié) 粘土的水化膨脹作用,鉆井液工藝原理電子教案 第二章,7-3 鹽水鉆井液,一、鹽水鉆井液的定義和分類 凡NaCl含量超過1的鉆井液統(tǒng)稱為鹽水鉆井液。一般將其分為以下三種類型： (1)一般鹽水鉆井液 其含鹽量自1直至飽和之前均屬此類。 (2)飽和鹽水鉆井液 是指含鹽量達(dá)到飽和，即常溫下濃度為3.15105mg/L左右的鉆井液。注意NaCl溶解度隨溫度變化而變化。 (3)海水鉆井液 是指用海水配制而成的含鹽鉆井液。體系中不僅含有約3104mg/L的NaCl，還含有一定

11、量的Ca2+和Mg2+。,二、鹽水鉆井液的配制原理及特點(diǎn) 與鈣處理鉆井液的配制原理相同，通過人為地添加無機(jī)陽離子來抑制粘土顆粒的水化膨脹和分散，并在分散劑的協(xié)同作用下，形成抑制性粗分散鉆井液的。 鹽水鉆井液的pH值一般隨含鹽量的增加而下降，這一方面是由于濾液中的Na+與粘土礦物晶層間的H+發(fā)生了離子交換；另一方面則是由于工業(yè)食鹽中含有的MgCl2雜質(zhì)與濾液中的OH-反應(yīng)，生成Mg(OH)2沉淀，從而消耗了OH-所導(dǎo)致的結(jié)果。因此，在使用鹽水鉆井液時(shí)應(yīng)注意及時(shí)補(bǔ)充燒堿，以便維持一定的pH值。一般情況下，鹽水鉆井液的pH值應(yīng)保持在9.511.0之間。,第三節(jié) 粘土的水化膨脹作用,鉆井液工藝原理電子

12、教案 第二章,7-3 鹽水鉆井液,優(yōu)點(diǎn)： （1）由于礦化度高，因此這種體系具有較強(qiáng)的抑制性，能有效地抑制泥頁巖水化，保證井壁穩(wěn)定； （2）不僅抗鹽侵的能力很強(qiáng)，而且能夠有效地抗鈣侵和抗高溫，適于鉆含巖鹽地層或含鹽膏地層，以及在深井和超深井中使用； （3）由于其濾液性質(zhì)與地層原生水比較接近，故對(duì)油氣層的損害較輕； （4）由于鉆出的巖屑不易在鹽水中水化分散，在地面容易被清除，因而有利于保持較低的固相含量； （5）鹽水鉆井液還能有效地抑制地層造漿，流動(dòng)性好，性能較穩(wěn)定。 缺點(diǎn)： （1）維護(hù)工藝比較復(fù)雜； （2）對(duì)鉆柱和設(shè)備的腐蝕性較大； （3） 配制成本相對(duì)較高。,第三節(jié) 粘土的水化膨脹作用,鉆井液

13、工藝原理電子教案 第二章,7-3 鹽水鉆井液,第三節(jié) 粘土的水化膨脹作用,鉆井液工藝原理電子教案 第二章,上一內(nèi)容,下一內(nèi)容,回主目錄,返回,7-4 聚合物鉆井液,聚合物鉆井液是自20世紀(jì)70年代初發(fā)展起來的一種新型鉆井液體系。廣義地講，凡是使用線型水溶性聚合物作為處理劑的鉆井液體系都可稱為聚合物鉆井液。但通常是將聚合物作為主處理劑或主要用聚合物調(diào)控性能的鉆井液體系稱為聚合物鉆井液。,一、聚合物鉆井液概述 1發(fā)展概況 聚合物鉆井液最初是為提高鉆井效率開發(fā)研究的。研究資料指出：鉆井液的固相含量是影響鉆井速度的一個(gè)主要因素。所以，清水的鉆井速度應(yīng)最高。但當(dāng)時(shí)并沒有能夠有效清除鉆井液中固相的手段。直

14、到1958年首次應(yīng)用了聚合物絮凝劑聚丙烯酰胺(簡(jiǎn)稱PAM)后，才實(shí)現(xiàn)了真正的清水鉆井。PAM可同時(shí)絮凝鉆屑和蒙脫土，稱為完全絮凝劑。在鉆井液中加入極少量的PAM即可使鉆屑絮凝而全部除去。清水鉆井大大提高了鉆速，但因其攜帶鉆屑能力差，濾失量大，影響井壁穩(wěn)定等缺點(diǎn)，不能廣泛使用，只能用于地層特別穩(wěn)定的淺層井段。1960年，發(fā)現(xiàn)有兩類高聚物，即部分水解聚丙烯酰胺(簡(jiǎn)稱PHPA或PHP)和醋酸乙烯酯馬來酸酐共聚物(簡(jiǎn)稱VAMA)，具有選擇性絮凝作用。,第三節(jié) 粘土的水化膨脹作用,鉆井液工藝原理電子教案 第二章,7-4 聚合物鉆井液,對(duì)鉆屑的分散具有良好的抑制能力，處理過的鉆井液體系中亞微米顆粒含量明顯

15、低于其它類型的水基鉆井液，這對(duì)提高鉆井速度是十分有益的。這類新型的聚合物鉆井液體系稱為“不分散低固相聚合物鉆井液”。1966年，泛美石油公司在加拿大西部油田首次系統(tǒng)地使用了這種不分散低固相聚合物鉆井液，大幅度提高了鉆速。隨后，這種鉆井液體系在世界范圍內(nèi)推廣應(yīng)用，經(jīng)受了不同地層、不同井深和不同密度等方面的考驗(yàn)，在提高鉆井速度和降低鉆井成本等方面效果顯著，證明是一種技術(shù)先進(jìn)的鉆井液體系。1971年，在第八屆世界石油大會(huì)上，不分散低固相聚合物鉆井液的成功開發(fā)被列為70年代初鉆井工藝最有影響的新進(jìn)展之一，表明對(duì)鉆井技術(shù)發(fā)展的促進(jìn)作用是顯著的。,第三節(jié) 粘土的水化膨脹作用,鉆井液工藝原理電子教案 第二章

16、,7-4 聚合物鉆井液,為進(jìn)一步提高聚合物鉆井液的防塌能力，70年代后期發(fā)展了聚合物與無機(jī)鹽(主要是氯化鉀)配合的鉆井液體系，發(fā)現(xiàn)該體系對(duì)水敏性地層的防塌效果顯著。近20年來，聚合物處理劑的發(fā)展也很快，除帶陰離子基團(tuán)的處理劑如PHPA、VAMA、水解聚丙烯腈銨鹽(簡(jiǎn)稱NPAN)、聚丙烯酸鹽等以外，近期又開發(fā)出帶陽離子基團(tuán)的陽離子聚合物和分子鏈中同時(shí)帶陰離子基團(tuán)、陽離子基團(tuán)和非離子基團(tuán)的兩性離子聚合物處理劑，使聚合物鉆井液技術(shù)得到不斷發(fā)展和完善。,第三節(jié) 粘土的水化膨脹作用,鉆井液工藝原理電子教案 第二章,7-4 聚合物鉆井液,目前，根據(jù)聚合物處理劑的離子特性，可將聚合物鉆井液分為陰離子聚合物鉆

17、井液、陽離子聚合物鉆井液和兩性離子聚合物鉆井液。 自20世紀(jì)70年代以來，聚合物鉆井液技術(shù)已在我國得到普遍推廣應(yīng)用。同時(shí)，還對(duì)聚合物處理劑的抑制性、降濾失和降粘等作用機(jī)理進(jìn)行了系統(tǒng)研究。目前，我國在各種聚合物鉆井液體系的基礎(chǔ)研究、新產(chǎn)品開發(fā)和推廣應(yīng)用方面，已接近或達(dá)到世界先進(jìn)水平。主要介紹不分散低固相聚合物鉆井液的組成、特點(diǎn)、涉及的基本理論以及現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用等。,第三節(jié) 粘土的水化膨脹作用,鉆井液工藝原理電子教案 第二章,7-4 聚合物鉆井液,2聚合物鉆井液的特點(diǎn) 與其它水基鉆井液相比，聚合物鉆井液優(yōu)點(diǎn)：7個(gè) (1)固相含量低 (2)具有良好的流變性,(3)鉆井速度高 (4)穩(wěn)定井壁的能力較強(qiáng)，井徑

18、比較規(guī)則。 (5)對(duì)油氣層的損害小，有利于發(fā)現(xiàn)和保護(hù)產(chǎn)層。,(7)鉆井成本低。,(6)可防止井漏的發(fā)生。,第三節(jié) 粘土的水化膨脹作用,鉆井液工藝原理電子教案 第二章,7-4 聚合物鉆井液,缺點(diǎn)： 在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中遇到的、還需要進(jìn)一步研究解決一些問題。 （1）當(dāng)鉆速太快時(shí)，無用固相不能及時(shí)清除，難以維持低固相，在強(qiáng)造漿井段尤其如此； （2）對(duì)一些強(qiáng)分散地層，有時(shí)抑制能力也顯得不足，這時(shí)鉆井液的流變性變得難以控制，比如切力太高，導(dǎo)致鉆屑更不容易清除，產(chǎn)生惡性循環(huán)，不得不加入分散劑降低鉆井液結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，以改善流動(dòng)性。這將以部分損害聚合物鉆井液的優(yōu)良性能為代價(jià)。,第三節(jié) 粘土的水化膨脹作用,鉆井液工藝原理電

19、子教案 第二章,7-4 聚合物鉆井液,3聚合物處理劑的主要作用機(jī)理 (1)橋聯(lián)與包被作用 (2)絮凝作用,(3)增粘作用 (4)降濾失作用,(5)抑制與防塌作用 (6)降粘作用,第三節(jié) 粘土的水化膨脹作用,鉆井液工藝原理電子教案 第二章,7-4 聚合物鉆井液,第三節(jié) 粘土的水化膨脹作用,鉆井液工藝原理電子教案 第二章,上一內(nèi)容,下一內(nèi)容,回主目錄,返回,7-5 正電膠鉆井液,MMH正電膠鉆井液的特性 1電性的調(diào)節(jié) 2穩(wěn)定性,3流變性,4抑制性,5抑制鉆屑分散和穩(wěn)定井壁的機(jī)理 (1)“滯流層”機(jī)理 (2)“膠粒吸附膜穩(wěn)定地層活度”機(jī)理 (3)“束縛自由水”機(jī)理,第三節(jié) 粘土的水化膨脹作用,鉆井液

20、工藝原理電子教案 第二章,7-6 抗高溫水基鉆井液,一、深井水基鉆井液應(yīng)具備的特點(diǎn) (1)具有抗高溫的能力。 (2)在高溫條件下對(duì)粘土的水化分散具有較強(qiáng)的抑制能力。 (3)具有良好的高溫流變性。 (4)具有良好的潤(rùn)滑性。,二、高溫對(duì)深井水基鉆井液性能的影響 1鉆井液中粘土的高溫分散作用,2高溫對(duì)鉆井液處理劑的影響 (1)高溫降解 (2)高溫交聯(lián),3高溫對(duì)處理劑與粘土相互作用的影響 (1)高溫解吸附作用 (2)高溫去水化作用,第三節(jié) 粘土的水化膨脹作用,鉆井液工藝原理電子教案 第二章,7-6 抗高溫水基鉆井液,3常用的抗高溫處理劑 (1)抗高溫降粘劑 磺甲基單寧（SMT），簡(jiǎn)稱磺化單寧。 磺甲基

21、栲膠（SMK），簡(jiǎn)稱磺化栲膠。 (2)抗高溫降濾失劑 磺甲基褐煤（SMC），簡(jiǎn)稱磺化褐煤。 磺甲基酚醛樹脂，簡(jiǎn)稱磺化酚醛樹脂，分 I 型產(chǎn)品（SMP-I）和II 型產(chǎn)品 （SMP-II）。 （3）DMDAAC/AA/AM/AMPS，共聚單體為丙烯酰胺、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、二甲基二烯丙基氯化銨、丙烯酸。降濾失能力強(qiáng)，抗溫高于180，抗鹽至飽和，可有效的抑制鉆屑的分散。,第三節(jié) 粘土的水化膨脹作用,鉆井液工藝原理電子教案 第二章,7-6 抗高溫水基鉆井液,第三節(jié) 粘土的水化膨脹作用,鉆井液工藝原理電子教案 第二章,上一內(nèi)容,下一內(nèi)容,回主目錄,返回,7-7 其他水基鉆井液,一、聚合醇鉆

22、井液 聚合醇水基鉆井液體系是聚合醇與其它處理劑配伍使用的鉆井液體系。該鉆井液體系是八十年代初發(fā)展起來的一種新型水基鉆井液，具有較強(qiáng)的抑制性、良好的潤(rùn)滑性、生物毒性小、易生物降解、對(duì)地層損害小等特點(diǎn)。現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明，聚合醇在穩(wěn)定井眼、提高鉆速、降低鉆井事故等方面具有較好的效果，已成功地用于大斜度井、大位移井、水平井以及高溫高壓活性泥頁巖地層的鉆井施工中。,1、聚合醇性能 （1）吸附特性。 （2）潤(rùn)滑特性。 （3）調(diào)整流變性。 （4）聚合醇熒光級(jí)別低。 （5）聚合醇的生物毒性小。,第三節(jié) 粘土的水化膨脹作用,鉆井液工藝原理電子教案 第二章,7-7 其他水基鉆井液,2、 聚合醇作用機(jī)理,降低活度，即通

23、過滲透作用穩(wěn)定泥頁巖； 濁點(diǎn)行為，通過聚合醇顆粒封堵泥頁巖； 吸附作用。,第三節(jié) 粘土的水化膨脹作用,鉆井液工藝原理電子教案 第二章,7-7 其他水基鉆井液,二、 硅酸鹽鉆井液 井壁穩(wěn)定機(jī)理： （1）硅酸鹽進(jìn)入地層孔隙形成三維凝膠結(jié)構(gòu)和不溶沉淀物，快速在井壁處堵塞泥頁巖孔隙和微裂縫，阻止濾液進(jìn)入地層，同時(shí)減少了壓力穿透作用； （2）硅酸鹽抑制泥頁巖中粘土礦物的水化膨脹和分散；KCl/聚合物/硅酸鹽體系 （代號(hào)KPS）各處理劑間的協(xié)同作用，使粘土產(chǎn)生脫水而收縮，使泥頁巖的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度提高； （3）硅酸鹽可能與泥頁巖中的粘土礦物發(fā)生反應(yīng)，生成類似氟石的非晶質(zhì)的聯(lián)結(jié)非常致密的新礦物，增強(qiáng)井壁的穩(wěn)定性；

24、（4）氯化鈉或氯化鉀的協(xié)同增效作用?？扇苄怨杷猁}溶液還具有抗腐蝕性能，能有效地抑制非膨脹粘土礦物懸浮液 pH值升高時(shí)界面上硅石的溶解，保持聚結(jié)晶體里的晶間凝結(jié)力。,第三節(jié) 粘土的水化膨脹作用,鉆井液工藝原理電子教案 第二章,7-7 其他水基鉆井液,三、 欠平衡鉆井液 1、常規(guī)鉆井液,液體 充氣流體 泡沫 氣霧 空氣/氣體 適用于欠平衡鉆井的流體,第三節(jié) 粘土的水化膨脹作用,鉆井液工藝原理電子教案 第二章,7-7 其他水基鉆井液,2、空氣流體 空氣流體是指空氣或天然氣，氮?dú)狻⒍趸?、防腐劑及干燥劑等組成的循環(huán)流體。 空氣鉆井裝備需要具有高壓大排量壓風(fēng)機(jī)，以滿足施工要求，此外還要有井口防噴器，旋

25、轉(zhuǎn)頭，密封鉆桿，巖屑排除管匯及測(cè)量?jī)x表等。空氣鉆井的優(yōu)點(diǎn)： （1）空氣鉆井技術(shù)可大幅度降低壓差，可大大提高機(jī)械鉆速，延長(zhǎng)鉆頭使用壽命； （2）減少對(duì)敏感地層的損害，可有效的保護(hù)低壓油氣層； 可有效的鉆穿易漏層。 空氣鉆井的缺點(diǎn)：易引起井下著火與爆炸，造成井下鉆具破壞，所以空氣鉆井選擇氣體類型很重要。,第三節(jié) 粘土的水化膨脹作用,鉆井液工藝原理電子教案 第二章,7-7 其他水基鉆井液,3、霧流體 霧流體是空氣、發(fā)泡劑、防腐劑和少量水混合組成的循環(huán)流體，是空氣鉆井中的一種過渡性工藝，即當(dāng)鉆遇地層出液量大于24m3/h，就只能采用泡沫流體鉆進(jìn)。,4、充氣水基或油基鉆井液體系（充氣流體） 充氣流體是將

26、空氣注入鉆井液內(nèi)來降低流體液柱壓力，充氣鉆井液流體的密度最低可達(dá)到0.59g/cm3，鉆井液和空氣的混配比一般為10:1。用空氣鉆井液鉆井時(shí)，環(huán)空速度要達(dá)到0.8-8m/s，地面正常工作壓力為3.5-8Mpa。在鉆進(jìn)過程要注意空氣的分離和防腐，防沖蝕等問題，要求有配套工藝和地面充氣設(shè)備。,5、泡沫流體 泡沫流體是氣體介質(zhì)分散在液體中，并配以發(fā)泡劑，穩(wěn)泡劑或粘土形成的分散體系。它使鉆進(jìn)低壓產(chǎn)層常用而有效的工作液，油田用泡沫流體一般為硬膠泡沫和穩(wěn)定泡沫。硬膠泡沫是氣體、粘土、穩(wěn)定劑和發(fā)泡劑配成的穩(wěn)定性比較強(qiáng)的分散體系，它用于需要泡沫壽命長(zhǎng)，攜帶能力強(qiáng)的場(chǎng)所，如解決大直徑鉆井?dāng)y帶巖屑和清洗井底或防漏

27、、堵漏、堵水等問題，其成本低，但它對(duì)電解質(zhì)及油品的污染較敏感，一般不宜在油氣井中應(yīng)用；穩(wěn)定泡沫是指空氣（氣體）、液體發(fā)泡劑和穩(wěn)定劑配成的分散體系，穩(wěn)定泡沫能與各類電解質(zhì)、原油及鉆井作業(yè)過程的污染物配伍，且能處理水。據(jù)美國空氣鉆井公司介紹，在10m3/h的出水量情況時(shí)，用泡沫流體鉆井不會(huì)發(fā)生復(fù)雜問題，對(duì)低壓易漏地層特別有效。,第三節(jié) 粘土的水化膨脹作用,鉆井液工藝原理電子教案 第二章,7-7 其他水基鉆井液,第三節(jié) 粘土的水化膨脹作用,鉆井液工藝原理電子教案 第二章,7-8 油基鉆井液,前言,（一）油基鉆井液：以油為連續(xù)相的鉆井液。,成本高 污染環(huán)境 鉆速低,有利于井壁穩(wěn)定 抗污染能力強(qiáng) 潤(rùn)滑性

28、好 對(duì)油氣層損害小 抗高溫,優(yōu)點(diǎn),缺點(diǎn),（二）油基鉆井液特點(diǎn),（三）油基鉆井液發(fā)展,一、油基鉆井液組成與性能,（一）油基鉆井液組成 1、油相 （1）柴油 閃點(diǎn)和燃點(diǎn)分別在82和93以上，確保安全 ； 苯胺點(diǎn)在60 以上，控制芳烴含量，減少對(duì)橡膠部件的腐蝕； 苯胺點(diǎn)：等體積的油與苯胺（芳烴）相互溶解時(shí)的最低溫度 苯胺點(diǎn) 芳烴含量 粘度適宜，以有利于流變性控制 （ 2）低毒礦物油,2、水相,淡水、鹽水、海水。,3、乳化劑,作用：維持油包水（W/O）或水包油（O/W） 乳 狀液的穩(wěn)定性,作用機(jī)理,降低界面張力 在油/水界面上形成具有一定強(qiáng)度的吸附膜 增加外相粘度,(1) 以空間構(gòu)型為依據(jù)選擇乳化劑,

29、乳化劑的空間構(gòu)型：主要指乳化劑分子極性基團(tuán)截面積直徑 d極 和非極性集團(tuán)截面積直徑d非極的大小。 乳狀液類型判斷： d極d非極易形成O/W型 d極d非極易形成W/O型,HLB：親油親水平衡值；HLB值越大，親水性越強(qiáng)， 越有利于形成O/W型乳狀液。 HLB值的選擇：HLB=4-6，適于作W/O型乳化劑 HLB=8-18，適于作O/W型乳化劑,(2) 以HLB為依據(jù)選擇乳化劑,4、潤(rùn)濕劑,作用：把原來親水的固體表面轉(zhuǎn)變?yōu)橛H油，有利于親水 性固體在油相中懸浮。,作用原理（潤(rùn)濕反轉(zhuǎn)）：潤(rùn)濕劑為具有兩親結(jié)構(gòu)的表面活性劑，分子中親水的一端與固體表面有很強(qiáng)的親合力，吸附在固體的表面，并將親油端指向油相時(shí)，

30、原來親水的固體表面轉(zhuǎn)變?yōu)橛H油。,5、親油膠體,定義：分散在W/O乳化鉆井液油相中的固體處理劑 （有機(jī)土、氧化瀝青、親油褐煤粉等）。,作用：增粘與降濾失。,有機(jī)土：親水的膨潤(rùn)土 + 季胺鹽類陽離子表面活性劑 親油粘土。,氧化瀝青：石油瀝青經(jīng)加熱吹氣氧化處理后與一定比例的 石灰混合而成的產(chǎn)品。,（1）提供Ca2+有利于二元金屬皂的生成和W/O乳狀液的穩(wěn)定。 （2）維持鉆井液pH=8.5-10，防止鉆具腐蝕。 （3）防止酸性氣體（H2S和CO2）污染鉆井液,Ca(OH)2 + H2S CaS + 2H2O Ca(OH)2 + CO2 CaCO3 + H2O,6、石灰,重晶石粉在水基和油基鉆井液中，都

31、是最重要的加重材料。對(duì)于油基鉆井液，加重前應(yīng)注童調(diào)整好各項(xiàng)性能，油水比不宜過大，并適當(dāng)?shù)囟嗉尤胍恍?rùn)濕劑和乳化劑，使重晶石加人后，能及時(shí)地將其顆粒從親水轉(zhuǎn)變?yōu)橛H油，從而能夠較好地分散和懸浮在鉆井液中。,7、加重材料,對(duì)于密度小于l.68gcm3的油基鉆井液，也可用碳酸鈣作為加重材料。雖然其密度只有2.7gcm3 ，比重晶石低得多，但它的優(yōu)點(diǎn)是比重晶石更容易被油所潤(rùn)濕，而且具有酸溶性，可兼作保護(hù)抽氣層的暫堵劑。,（二）油基鉆井液性能,1、固相含量 在滿足鉆井液流變性和濾失造壁性前提下，固相含量盡量少。,2、流變性 影響W/O乳化鉆井液的粘度與切力的因素：親油膠體、油水比、溫度與壓力。,增粘機(jī)理：親油膠體與水滴之間相互作用，形成空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。,W/O乳化鉆井液動(dòng)切力0取決于：W/O體系中親油膠 體和水滴的數(shù)量，以及兩者的相互作用力大小。,(1)親油膠體與油水比,在實(shí)際鉆井過程中，井內(nèi)鉆井液所承受的溫度和壓力同時(shí)隨井深增加而升高。一方面溫度升高使油包水