第2章-鉆井液化學150908

1、第一篇 鉆井化學,第二章鉆 井 液 化 學,2,第一節(jié) 鉆井液的功能與組成,第二章 鉆井液化學,3,第一節(jié) 鉆井液的功能與組成,一、鉆井液的循環(huán),泥漿泵,泥漿罐,地面高壓管匯,立管,水龍帶,水龍頭,方鉆桿,鉆 桿,鉆鋌,鉆頭,鉆柱與井壁形成的環(huán)形空間,從井口返出，流經固控設備進行處理,4,一、鉆井液的循環(huán),第一節(jié) 鉆井液的功能與組成,5,二、鉆井液的功能,第一節(jié) 鉆井液的功能與組成,2.攜帶巖屑和密度調整材料,1.沖洗井底,3.冷卻與潤滑鉆頭鉆具,5.獲取地層信息,4.平衡地層壓力,6.懸浮巖屑和固體密度調整材料,7.穩(wěn)定井壁,8.傳遞功率,6,第一節(jié) 鉆井液的功能與組成,三、鉆井液的組成,7

2、,第二節(jié) 鉆井液密度及其調整,第二章 鉆井液化學,8,第二節(jié) 鉆井液密度及其調整,一、鉆井液密度定義,二、為什么要調整鉆井液密度,定義：單位體積鉆井液的質量（用表示）,（1）防止噴、塌、漏鉆井事故的發(fā)生,單位： g/cm3 或 t/m3,（2）鉆井液密度與油氣層損害有關,（3）鉆井液密度影響鉆井速度,9,三、怎樣調整鉆井液密度,第二節(jié) 鉆井液密度及其調整,1、調整鉆井液密度原則 平衡地層壓力和地層構造應力,2、調整鉆井液密度方法,（1）降低鉆井液密度,降低鉆井液固相含量,加水稀釋,混油,充氣,低密度惰性固體,10,（2）提高鉆井液密度,方法：加入高密度材料,加重材料,高密度不溶性礦物或礦石粉末

3、,高密度的可溶性鹽類,第二節(jié) 鉆井液密度及其調整,11,表1 高密度不溶性礦物或礦石,第二節(jié) 鉆井液密度及其調整,12,表2 可溶性鹽類加重材料,第二節(jié) 鉆井液密度及其調整,還有有機鹽、有機復合鹽,13,可溶性鹽類做高密度材料所帶來的問題,腐蝕問題,鹽結晶問題,加緩釋劑,加鹽結晶抑制劑,第二節(jié) 鉆井液密度及其調整,14,第二節(jié) 鉆井液密度及其調整,15,鹽水在高密度時溫度降至一定程度析出鹽，該溫度稱析鹽溫度。,鹽水在低密度時溫度降至一定程度析出冰，該溫度稱鹽水冰點。,隨著鹽水密度增加，鹽水析鹽溫度陡然上升。,第二節(jié) 鉆井液密度及其調整,鹽水冰點：,析鹽溫度：,16,通過離子交換轉變?yōu)橄鄳柠}，

4、選擇性地吸附在剛析出的鹽晶表面，使鹽晶發(fā)生畸變，不利于鹽在其表面繼續(xù)生長變大。,為防止鹽從鉆井液中析出所加的物質,第二節(jié) 鉆井液密度及其調整,鹽結晶抑制劑：,抑制機理：,17,第二節(jié) 鉆井液密度及其調整,18,第三節(jié) 鉆井液酸堿性及其控制,第二章 鉆井液化學,19,第三節(jié) 鉆井液酸堿性及其控制,一、為什么要控制鉆井液酸堿性,一般控制在8-11范圍，較弱的堿性環(huán)境。,原因,粘土具有適當的分散度,可以使有機處理劑充分發(fā)揮其效能,對鉆具腐蝕性低,可抑制體系中鈣、鎂鹽的溶解,20,pH值對膨潤土基漿表觀粘度的影響,第三節(jié) 鉆井液酸堿性及其控制,21,用0.01M的標準硫酸中和1mL樣品至指示劑變色時所

5、需標準硫酸的體積（mL）定義為堿度。,意義：通過堿度可以判斷鉆井液的堿性來源，從而在調整鉆井液酸堿性的同時還能針對性的有效清除體系中的有害離子,第三節(jié) 鉆井液酸堿性及其控制,22,3、堿度分類,甲基橙堿度,鉆井液的甲基橙堿度（Mm）,濾液的甲基橙堿度 （Mf）,酚酞堿度,鉆井液的酚酞堿度（Pm）,濾液的酚酞堿度（Pf）,按指示劑 不同分,第三節(jié) 鉆井液酸堿性及其控制,23,OH-+ H+ H2O CO3 2 - + H+ HCO3-,酚酞為指示劑，體系滴定變色時（pH=8.3）發(fā)生的化學反應：,甲基橙為指示劑，體系滴定變色時（pH=4.3）除了發(fā)生上面的化學反應，還發(fā)生如下反應：,HCO3-

6、+ H+ CO2 + H2O,第三節(jié) 鉆井液酸堿性及其控制,24,Pf與Mf值與三種離子質量濃度之間的關系,第三節(jié) 鉆井液酸堿性及其控制,25,鉆井液要求 ： Pf =1.3 1.5mL（控制 CO32-和 HCO3-） Mf /Pf 3 （控制 CO32-含量）,鉆井液中CO32-和HCO3- 均為有害離子，影響鉆井液的流變和降濾失性能，應盡量除去。,第三節(jié) 鉆井液酸堿性及其控制,26,2、 氫氧化鉀（KOH）,1、 燒堿（NaOH）,KOH K+ + OH-,有利于 井壁穩(wěn)定,第三節(jié) 鉆井液酸堿性及其控制,NaOH Na+ + OH-,27,3、 純堿（Na2CO3）,Na2CO3 2 N

7、a+ + CO32-,除鈣除鎂,第三節(jié) 鉆井液酸堿性及其控制,CO32- + H2O HCO3- + OH-,Ca 2+ + CO32- Ca CO3 ,HCO3- + H2O H2CO3 + OH-,Mg 2+ + CO32- Mg CO3 ,28,4、 碳酸氫鈉（NaHCO3）,控制鈣侵,第三節(jié) 鉆井液酸堿性及其控制,29,第四節(jié) 鉆井液濾失性及其控制,第二章 鉆井液化學,30,第四節(jié) 鉆井液濾失性及其控制,（1）鉆井液濾失性： 在壓差作用下，鉆井液中的自由液向地層滲透的現象。,一、鉆井液濾失性,1、相關概念,（2）鉆井液濾失量： 在一定溫度、一定壓差和一定時間內通過一定過濾面積的濾液體積

8、。,31,第四節(jié) 鉆井液濾失性及其控制,（3）鉆井液造壁性在濾失過程中，隨著鉆井液中的自由水進入巖層，鉆井液中的固相顆粒附著在井壁上形成泥餅的性質。,兩者的關系：一般濾失量少，造壁性就好,32,2、鉆井液濾失類型,按是否流動,動濾失,靜濾失,按測試條件,常規(guī)濾失量（VAPI）,高溫高壓濾失量（VHTHP）,第四節(jié) 鉆井液濾失性及其控制,33,243、0.69MPa、45.8cm2、30min,1503、3.45MPa、22.9cm2、30min,第四節(jié) 鉆井液濾失性及其控制,VAPI測試條件：,VHTHP測試條件：,34,3、鉆井液濾失方程,第四節(jié) 鉆井液濾失性及其控制,動濾失方程,靜濾失方程

9、,35,濾失量與滲濾時間的平方根成正比,4、濾失量影響因素,第四節(jié) 鉆井液濾失性及其控制,取決泥餅的可壓縮性,鉆井液固相含量增大，濾失量降低泥餅的固相 含量降低（水含量高），濾失量降低,（1） 滲濾時間 t,（2）壓差p,（3）固相含量,36,濾失量與滲透率的平方根成正比,第四節(jié) 鉆井液濾失性及其控制,（5）濾液粘度,溫度升高，濾液粘度下降，濾失量增大,（4）泥餅滲透率 K,濾失量與濾液粘度的平方根成反比,（6）溫度,37,第四節(jié) 鉆井液濾失性及其控制,二、鉆井液濾失性控制,1、控制濾失性意義,濾失量過大易造成很大危害 （1）井壁不穩(wěn)定（水敏性泥頁巖跨塌、縮徑）,（3）泥餅過厚（如起鉆具時提力

10、增加、遇卡、泥包鉆頭、泥餅卡鉆等）,（2）損害油氣層,38,2、鉆井液降濾失劑分類,能降低鉆井液濾失量的化學劑,天然改性（改性褐煤、改性淀粉、改性纖維素、改性樹脂） 人工合成（烯類單體聚合物）,第四節(jié) 鉆井液濾失性及其控制,降濾失劑分類：,降濾失劑：,39,（1）改性褐煤,腐殖酸分子結構,第四節(jié) 鉆井液濾失性及其控制,40,第四節(jié) 鉆井液濾失性及其控制,抗溫180，不抗鹽,抑制性增強,41,第四節(jié) 鉆井液濾失性及其控制,抗溫耐鹽， 一定耐鈣鎂能力,42,（2）改性淀粉,第四節(jié) 鉆井液濾失性及其控制,抗鹽， 抗溫性及生物穩(wěn)定性差,43,（3）改性纖維素,第四節(jié) 鉆井液濾失性及其控制,44,（4）

11、改性樹脂,第四節(jié) 鉆井液濾失性及其控制,45,第四節(jié) 鉆井液濾失性及其控制,46,（5）烯類單體聚合物,第四節(jié) 鉆井液濾失性及其控制,47,常見降濾失劑性能比較：,改性褐煤類：K-Hm、Na-Hm,熱穩(wěn)定性好，耐溫180 耐鹽耐鈣鎂性差,改性淀粉類：Na-CMS、HES,抗鹽抗鈣能力強 熱穩(wěn)定性差、易發(fā)酵,第四節(jié) 鉆井液濾失性及其控制,48,纖維素類： Na-CMC、HEC,抗鹽抗鈣能力強 熱穩(wěn)定性差,樹脂類： SMP-、SMP-,熱穩(wěn)定性好、耐180-200高溫 抗鹽性強 起泡,第四節(jié) 鉆井液濾失性及其控制,49,烯類單體聚合物：Na-HPAN、NH4-HPAN,熱穩(wěn)定性好、耐160 抗鹽能

12、力強 加量小,第四節(jié) 鉆井液濾失性及其控制,50,吸附機理,3、降濾失劑作用機理,捕集機理,增粘機理,物理堵塞機理,第四節(jié) 鉆井液濾失性及其控制,51,（2）增粘機理,增加鉆井液濾液粘度。,（1）吸附機理,通過氫鍵吸附到粘土上，增大粘土的負電性和水化膜厚度，提高粘土顆粒間斥力，使鉆井液保持一定數量的細顆粒，形成致密泥餅。,第四節(jié) 鉆井液濾失性及其控制,52,（3）捕集機理,（4）堵塞機理,高分子無規(guī)線團通過架橋而滯留在孔隙中的現象。無規(guī)線團直徑dc=1/3-1）孔隙直徑dp。,Dc dp ，無規(guī)線團封堵泥餅孔隙入口。,第四節(jié) 鉆井液濾失性及其控制,53,第五節(jié) 鉆井液流變性及其調整,第二章 鉆

13、井液化學,54,第五節(jié) 鉆井液流變性及其調整,是指在外力作用，物質發(fā)生流動和變形的特性。,（1）攜帶巖屑，井底和井眼的清潔,流變性：,與鉆井液流變性有關的鉆井問題：,（2）懸浮巖屑與加重材料,（3）鉆井速度,（4）井眼規(guī)則和井下安全,55,一、基本概念,1、剪切速率 ：指垂直于流速方向上單位距離上的流速變化。,=dv/dx s-1,第五節(jié) 鉆井液流變性及其調整,56,在鉆井過程中，鉆井液在各個部位的剪切速率不同：,沉砂池處：10 20 s-1 ； 環(huán)形空間：50250 s-1； 鉆桿內：1001000 s-1 ； 鉆頭噴嘴處：10000 100000 s-1,第五節(jié) 鉆井液流變性及其調整,57

14、,2、剪切應力：流體單位面積上的內摩擦力。, = F/A Pa,式中：F 流體的內摩擦力 N A 相鄰流動層接觸面積 m2,3、觸變性：,鉆井液攪拌變稀，靜止變稠的性質。,鉆井液表觀粘度隨剪切速率增大而降低的特性。,4、剪切稀釋性:,第五節(jié) 鉆井液流變性及其調整,58,5、流變曲線： 描述與關系的曲線。,6、流變模式： 描述與關系的數學關系式。,第五節(jié) 鉆井液流變性及其調整,7、流態(tài) 鉆井液的流態(tài)有塞流、層流、紊流。,59,1、賓漢模式, = 0 + p,0 ：動切力或屈服值，Pa p ：塑性粘度， PaS,第五節(jié) 鉆井液流變性及其調整,二、鉆井液的流變模式,60, = 0 + p,第五節(jié) 鉆

15、井液流變性及其調整,0-1：靜止階段； 1-2：塞流階段； 2-3：塞流-層流過渡階段； 3-4：層流階段； 4-5：紊流階段。,61,（1）塑性粘度p,反映流體在層流下達到動平衡時，固相顆粒之間、固相顆粒與液相之間以及液相內部內摩擦力的大小。,第五節(jié) 鉆井液流變性及其調整,物理意義,62,影響因素,A、固相含量多固相顆粒數目多塑性粘度p大,B、固相分散度大 固相表面積大 塑性粘度p 大,C、液相粘度大內摩擦力大 塑性粘度p 大,第五節(jié) 鉆井液流變性及其調整,63,調整, p ,加預水化粘土,加增粘劑,增粘機理,極性基團水化，降低自由水,與粘土形成網架結構,在粘土表面吸附，增加粘土體積分數,第

16、五節(jié) 鉆井液流變性及其調整,64, p,加水稀釋,第五節(jié) 鉆井液流變性及其調整,使用固控設備,使用化學絮凝劑,65,（2）動切力0,物理意義：鉆井液在層流狀態(tài)下達到動平衡時形成網架結構的強弱。,影響因素,A、固相含量大結構數目多 動切力0大,B、固相分散度大 固相顆粒數量多 動切力0大,C、加入降粘劑動切力0 降低,第五節(jié) 鉆井液流變性及其調整,66,0 ,0 ,第五節(jié) 鉆井液流變性及其調整,調整,加預水化粘土,加高分子聚合物,加適量的電解質,加降粘劑,加水稀釋,消除引起0升高的電解質,67,1、鉆井液濾失相關概念,課堂回顧：,2、鉆井液濾失方程及濾失量影響因素,（1）鉆井液濾失性： 在壓差作

17、用下，鉆井液中的自由液向地層滲透的現象。 （3）鉆井液造壁性：在濾失過程中，隨著鉆井液中的自由水進入巖層，鉆井液中的固相顆粒附著在井壁上形成泥餅的性質。,靜濾失方程,動濾失方程,68,3、控制濾失性意義,課堂回顧：,（1）天然改性（改性褐煤、改性淀粉、改性纖維素、改性樹脂） （2）人工合成（烯類單體聚合物,（1）井壁不穩(wěn)定（水敏性泥頁巖跨塌、縮徑） （2）損害油氣層 （3）泥餅過厚（如起鉆時提力增加、遇卡、泥包鉆頭、泥餅卡鉆等）,4、鉆井液降濾失劑種類,69,5、降濾失劑作用機理,課堂回顧：,（1）吸附機理； （2）增粘機理 ； （3）捕集機理 ； （4）物理堵塞機理。,6、與鉆井液流變性有關

18、的鉆井問題：,（1）攜帶巖屑，井底和井眼的清潔； （2）懸浮巖屑與加重材料； （3）鉆井速度； （4）井眼規(guī)則和井下安全。,70,7、鉆井液流變性相關概念,課堂回顧：,（1）剪切速率； （2）剪切應力； （3）觸變性：鉆井液攪拌變稀，靜止變稠的性質； （4）剪切稀釋性：鉆井液表觀粘度隨剪切速率增大而降低的特性。,8、賓漢模式, = 0 + p 塑性粘度p：反映流體在層流下達到動平衡時，固相顆粒之間、固相顆粒與液相之間以及液相內部內摩擦力的大小 ； 動切力0：鉆井液在層流狀態(tài)下達到動平衡時形成網架結構的強弱。,71,= Kn （0 n 1） K 稠度系數，PaSn n 流性指數,第五節(jié) 鉆井液流

19、變性及其調整,2、冪律模式,72,1/2 =C 1/2+1/21/2 C 卡森動切力 卡森的極限粘度,第五節(jié) 鉆井液流變性及其調整,3、卡森模式,73,物理意義：反映鉆井液網架結構的強弱,物理意義：反映鉆井液內摩擦力的強弱,第五節(jié) 鉆井液流變性及其調整,（1）卡森屈服值c,（2）極限高剪切粘度,影響因素與調整：同0,影響因素與調整：同p,74,賓漢模式的局限性： 適合在中剪切速率范圍描述鉆井液的流變性。,第五節(jié) 鉆井液流變性及其調整,冪律模式的局限性： 適合在低、中剪切速率描述鉆井液的流變性。,75,卡森模式的優(yōu)點： 在低剪切區(qū)和中剪切區(qū)有較好的精確度，還可以利用低、中剪切區(qū)的測定結果預測高剪

20、切速率下的流變特性。,第五節(jié) 鉆井液流變性及其調整,76,1、為什么要調整鉆井液的流變性,（1）粘度和切力過大，影響鉆井速度、泥包鉆頭、巖屑在地面不易除去、鉆井液脫氣困難等。,（主要指調整鉆井液的粘度和切力）,第五節(jié) 鉆井液流變性及其調整,（2）粘度和切力過小，影響鉆井液攜屑和井壁穩(wěn)定等。,三、鉆井液流變性調整,77,2、調整鉆井液粘度和切力的方法,根據測量實驗結果判斷粘度和切力偏高還是偏低。,偏高 減少體系的固相含量、加降粘劑,偏低 增加體系的固相含量、加增粘劑,流變性調整劑：調整鉆井液粘度和切力的化學物質。,第五節(jié) 鉆井液流變性及其調整,78,3、降粘劑,鉆井液增稠的主要原因：,（1）鉆井

21、液體系的無用固相,（2）粘土粒子聯(lián)結形成空間網架結構及高分子與粘土顆粒間形成網狀結構使大量自由水束縛不能自由移動。,第五節(jié) 鉆井液流變性及其調整,79,第五節(jié) 鉆井液流變性及其調整,粘土粒子聯(lián)結形成空間網架結構,80,第五節(jié) 鉆井液流變性及其調整,粘土粒子聯(lián)結形成空間網架結構被拆開,81,（1）改性單寧,第五節(jié) 鉆井液流變性及其調整,或,單寧酸鈉、栲膠堿液、磺甲基單寧.,82,第五節(jié) 鉆井液流變性及其調整,83,（2）改性木質素磺酸鹽,第五節(jié) 鉆井液流變性及其調整,84,（1）泡沫問題,第五節(jié) 鉆井液流變性及其調整,（2）環(huán)境問題 鐵、鋯、鈦木質素磺酸鹽,鐵鉻木質素磺酸鹽使用問題：,研制替代產

22、品,85,通過結構中的羥基與粘土表面的羥基形成氫鍵吸附在粘土顆粒表面，水化基團在水中電離，形成擴散雙電層，提高了粘土顆粒表面負電和水化層厚度，拆散粘土顆粒連接所產生的結構，降低了鉆井液的粘度和切力。,第五節(jié) 鉆井液流變性及其調整,上述兩種降粘劑作用機理:,86,（3） 烯類單體低聚物（分子量2000-6000）,第五節(jié) 鉆井液流變性及其調整,87,聚合物類降粘劑作用機理:,第五節(jié) 鉆井液流變性及其調整,在聚合物鉆井液中，低聚物通過競爭吸附使吸附在粘土顆粒表面的聚合物解吸下來。,通過氫鍵或陽離子鏈節(jié)吸附在粘土顆粒表面,水化基團通過增加粘土顆粒表面負電和水化層厚度,拆散粘土顆粒連接所產生的結構。,

23、88,4、增粘劑,正點,（1）纖維素,第五節(jié) 鉆井液流變性及其調整,89,（2）正電膠,第五節(jié) 鉆井液流變性及其調整,混合金屬鹽溶液逐步用沉淀劑將金屬離子沉淀出來所配得的增粘劑。,90,（3）黃胞膠,第五節(jié) 鉆井液流變性及其調整,抗鹽、抗鈣，具有增加低剪切速率粘度作用。,91,分子鏈中極性基團水化和分子鏈之間的互相糾纏，對鉆井液的水起稠化作用。,增粘作用機理：,通過吸附，增加粘土顆粒體積，提高流動阻力。,通過橋接，在粘土顆粒間形成結構，產生結構粘度。,第五節(jié) 鉆井液流變性及其調整,92,第六節(jié) 鉆井液中的固相及其含量的控制,第二章 鉆井液化學,93,第六節(jié) 鉆井液中的固相及其含量的控制,一、鉆

24、井液固相類型及對鉆井的影響,有用固相：配漿粘土、加重材料,無用固相：鉆屑,膠體離子（顆粒直徑2m） 泥（2-74m） 砂（74m）,1、鉆井液固相類型,還可按照來源、密度、表面化學活性分類。,94,（2）固相含量高，形成的濾餅厚，容易引起卡鉆,第六節(jié) 鉆井液中的固相及其含量的控制,2、鉆井液中的固相對鉆井的影響,（1）固相含量升高，鉆速降低,（3）固相含量高，對油氣層損害嚴重,95,第六節(jié) 鉆井液中的固相及其含量的控制,二、固相控制方法,1、沉降法,2、稀釋法,3、機械設備法（振動篩、除砂器、除泥器等）,4、化學法（使用絮凝劑）,固控：在保存適量有用固相的前提下，盡可能清除無用固相的工藝。,9

25、6,第六節(jié) 鉆井液中的固相及其含量的控制,三、絮凝劑,1、定義：通過橋連吸附將一些細顆粒聚結在一起的化學物質。,97,2、類型,第六節(jié) 鉆井液中的固相及其含量的控制,全絮凝劑：即絮凝有用固相又絮凝無用固相,選擇性絮凝劑：只絮凝無用固相,98,25,第六節(jié) 鉆井液中的固相及其含量的控制,選擇性絮凝作用,全絮凝作用,99,膨潤土 （負電）,鉆屑 （不帶電或少量負電）,吸附,吸附,吸附,不吸附,PAM,HPAM,第六節(jié) 鉆井液中的固相及其含量的控制,3、絮凝機理：,100,1、流變模式,課堂回顧：,2、為什么要調整鉆井液的流變性及其方法,（1）賓漢模式： = 0 + p （2）冪律模式： = Kn

26、（0 n 1） （3） 卡森模式：1/2 =C 1/2+1/21/2,（1）粘度和切力過大，影響鉆井速度、泥包鉆頭、巖屑在地面不易除去、鉆井液脫氣困難等。（減少體系的固相含量、加降粘劑） （2）粘度和切力過小，影響鉆井液攜屑和井壁穩(wěn)定等。（增加體系的固相含量、加增粘劑）,101,3、降粘劑及其作用機理,課堂回顧：,（1）改性單寧、鐵鉻木質素磺酸鹽：通過結構中的羥基與粘土表面的羥基形成氫鍵吸附在粘土顆粒表面，水化基團在水中電離，形成擴散雙電層，提高了粘土顆粒表面負電和水化層厚度，拆散粘土顆粒連接所產生的結構，降低了鉆井液的粘度和切力。 （2）烯類單體低聚物：通過氫鍵或陽離子鏈節(jié)吸附在粘土顆粒表面

27、,水化基團通過增加粘土顆粒表面負電和水化層厚度,拆散粘土顆粒連接所產生的結構；在聚合物鉆井液中，低聚物通過競爭吸附使吸附在粘土顆粒表面的聚合物解吸下來。,102,課堂回顧：,（1）類型：纖維素、正電膠、黃胞膠 （2）作用機理： 分子鏈中極性基團水化和分子鏈之間的互相糾纏，對鉆井液的水起稠化作用。 通過吸附，增加粘土顆粒體積，提高流動阻力。 通過橋接，在粘土顆粒間形成結構，產生結構粘度。,4、增粘劑及其作用機理,103,5、鉆井液固相類型及對鉆井的影響,課堂回顧：,（1）類型（分類） （2）鉆井液中的固相對鉆井的影響： 固相含量升高，鉆速降低 固相含量高，形成的濾餅厚，容易引起卡鉆 固相含量高，

28、對油氣層損害嚴重,6、固相控制方法：,（1）沉降法； （2）稀釋法； （3）機械設備法（振動篩、除砂器、除泥器等）； （4）化學法（使用絮凝劑）。,104,7、絮凝劑：通過橋連吸附將一些細顆粒聚結在一起的化學物質,課堂回顧：,（1）全絮凝劑：即絮凝有用固相又絮凝無用固相 （一般為非離子型）； （2）選擇性絮凝劑：只絮凝無用固相。,105,絮凝過程：吸附架橋蜷曲絮凝成團,第六節(jié) 鉆井液中的固相及其含量的控制,CPAM含有陽離子鏈節(jié)和非離子鏈節(jié)，比PAM、HPAM具有更好的絮凝作用。,106,第六節(jié) 鉆井液中的固相及其含量的控制,4、影性絮凝作用的主要因素,（1）相對分子質量：,（3）濃度 ： 飽

29、和吸附量的一半,（4）pH： HPAM作為絮凝劑的pH為7-8,（2）水解度：,分子量3106,= 30%,107,第七節(jié) 鉆井液潤滑性及其改善,第二章 鉆井液化學,108,第七節(jié) 鉆井液潤滑性及其改善,鉆井液潤滑性：鉆井液能使鉆柱與井壁之間 的干摩擦變成濕摩擦，從而使摩擦產生的阻力減小，鉆井液的這種性能稱鉆井液潤滑性。,一、鉆井液潤滑性,摩阻系數：一定條件下，相對運動物體所產生的摩擦力與垂直摩擦面作用力的比值。,1、概念,109,摩擦系數空氣為0.5，清水為0.35，柴油為0.07。,水基鉆井液摩阻系數在0.200.35之間。,油基鉆井液的摩阻系數在0.080.09之間。,水平井要求鉆井液的

30、摩阻系數在0.080.10范圍。,第七節(jié) 鉆井液潤滑性及其改善,110,減少鉆柱的摩擦阻力，縮短起下鉆時間,能用較小的動力來轉動鉆具,能防粘卡，防止鉆頭泥包,第七節(jié) 鉆井液潤滑性及其改善,2、為什么鉆井液要具有良好的潤滑性,潤滑性是鉆水平井、大位移井、超深井等復雜井的關鍵技術,111,（1）固相的影響,固相含量增高，鉆井液潤滑性變差,（2）有機高分子處理劑的影響,改善泥餅質量,在井壁上形成吸附膜,降低摩擦阻力,（3）潤滑劑,第七節(jié) 鉆井液潤滑性及其改善,3、鉆井液潤滑性影響因素,112,1、液體類潤滑劑,類型：礦物油、植物油和表面活性劑等。,第七節(jié) 鉆井液潤滑性及其改善,二、鉆井液潤滑性改善,

31、合理使用潤滑劑可以降低摩阻系數改善潤滑性。,113,第七節(jié) 鉆井液潤滑性及其改善,114,第七節(jié) 鉆井液潤滑性及其改善,115,作用機理：通過在金屬、巖石和粘土表面形成吸附膜，減少鉆具對井壁和套管的摩擦。,第七節(jié) 鉆井液潤滑性及其改善,116,2、固體類潤滑劑,作用機理：多數固體潤滑劑類似細小滾珠，將滑動摩擦轉化為滾動摩擦，因而可大幅度降低扭矩和阻力。,類型：塑料小球、石墨、玻璃微珠等,第七節(jié) 鉆井液潤滑性及其改善,117,第八節(jié) 井壁穩(wěn)定性及其控制,第二章 鉆井液化學,118,第八節(jié) 井壁穩(wěn)定性及其控制,1、井壁穩(wěn)定性,定義：井壁保持原始狀態(tài)的能力,井壁不穩(wěn)定現象：,井塌：井壁巖石剝落掉塊，

32、井徑擴大。,縮井：高壓層或易水化膨脹地層，井徑縮小。,119,2、井壁穩(wěn)定性影響因素,（1）地質因素：地層本身原因引起,高壓地層壓力釋放、松散地層的坍塌、高壓鹽巖層的塑性變形、斷層破碎帶，等等。,第八節(jié) 井壁穩(wěn)定性及其控制,120,（2）鉆井工程因素,鉆井液對井壁的沖刷作用,井內激動壓力過大,鉆具對井壁的碰撞,井內液柱壓力大幅度降低,第八節(jié) 井壁穩(wěn)定性及其控制,121,（3）物理化學因素,非膨脹性粘土：,膨脹性粘土：,剝落、坍塌,泥頁巖地層與鉆井液接觸后導致的不穩(wěn)定原因。,水化膨脹、縮徑,第八節(jié) 井壁穩(wěn)定性及其控制,122,3、物理化學因素引起：加入頁巖抑制劑，又稱防塌劑能抑制泥頁巖膨脹和分散

33、的化學劑。,1、地質因素引起：適當提高鉆井液密度。,2、鉆井工程因素引起：改進鉆井工藝。,二、井壁不穩(wěn)定性應付對策,第八節(jié) 井壁穩(wěn)定性及其控制,123,1、鹽： KCl、 NaCl,作用機理,壓縮粘土擴散雙電層，降低其負電性,K+、NH4+鑲嵌作用,三、防塌劑及其防塌機理,第八節(jié) 井壁穩(wěn)定性及其控制,124,2、陽離子表面活性劑,第八節(jié) 井壁穩(wěn)定性及其控制,（1）中和粘土的負電荷,（2）改變粘土表面潤濕性，由親水變?yōu)橛H油,作用機理：,125,3、陽離子聚合物,第八節(jié) 井壁穩(wěn)定性及其控制,（1）中和粘土的負電荷,（2）通過吸附橋連在井壁上形成一層保護膜,作用機理：,126,4、非離子型聚合物,第

34、八節(jié) 井壁穩(wěn)定性及其控制,127,（2）競爭吸附作用。多元醇在粘土上的吸附能力大于水與粘土的吸附作用，多元醇可優(yōu)先吸附到粘土礦物表面，阻止水分子進入，同時也可把吸附在粘土上的水分子擠走。,（1）濁點效應。當低于一定溫度時是水溶性的，但高于此溫度時從水中析出形成乳狀液。,第八節(jié) 井壁穩(wěn)定性及其控制,作用機理：,128,（1）類型：氧化瀝青、改性瀝青粉、 磺化瀝青（水溶）、乳化瀝青,（2）機理：封堵微裂縫，涂敷在井壁上形成疏水油膜，減少水進入泥頁巖地層。,第八節(jié) 井壁穩(wěn)定性及其控制,5、瀝青類,129,第九節(jié) 卡鉆與解卡,第二章 鉆井液化學,130,第九節(jié) 卡鉆與解卡,一、卡鉆,鉆具被卡住而不能正

35、常運轉的現象,壓差卡鉆、沉砂卡鉆、井塌卡鉆、砂橋卡鉆等。,二、壓差卡鉆（泥餅粘附卡鉆）,在鉆井液壓力與地層孔隙壓力之差的作用下，靜止鉆具緊壓在井壁泥餅上而導致的卡鉆。,1、定義,131,第九節(jié) 卡鉆與解卡,2、壓差卡鉆原因,靜止鉆具與泥餅接觸后其摩擦力大于鉆機的最大提升力。,粘附卡鉆斷面位置,132,實例： 某井在1000米深處卡鉆，鉆桿尺寸為114mm,圍包角90，泥餅粘附長度15m，鉆井液比重1.20，地層孔隙水的壓力100atm，泥餅磨擦系數0.25，解卡所需力為67噸。,第九節(jié) 卡鉆與解卡,133,三、解卡,1、使用解卡劑浸泡,降低摩擦系數,2、降低鉆井液密度,降低壓差,第九節(jié) 卡鉆與

36、解卡,解卡劑,134,第十節(jié) 鉆井液中的漏失與地層的堵漏,第二章 鉆井液化學,135,1、為什么鉆井液要具有良好的潤滑性,課堂回顧：,2、鉆井液潤滑性改善,（1）減少鉆柱的摩擦阻力，縮短起下鉆時間 （2）能用較小的動力來轉動鉆具 （3）能防粘卡，防止鉆頭泥包 （4）潤滑性是鉆水平井、大位移井、超深井等復雜井的關鍵技術,（1）液體類潤滑劑（礦物油、植物油和表面活性劑）：通過在金屬、巖石和粘土表面形成吸附膜，減少鉆具對井壁和套管的摩擦。 （2）固體類潤滑劑（增加體系的固相含量、加增粘劑）：多數固體潤滑劑類似細小滾珠，將滑動摩擦轉化為滾動摩擦。,136,3、井壁不穩(wěn)定現象,課堂回顧：,（1）井塌：井

37、壁巖石剝落掉塊，井徑擴大。 （2）縮井：高壓層或易水化膨脹地層，井徑縮小。,（1）地質因素：地層本身原因引起 （2）鉆井工程因素： （3）物理化學因素：,4、井壁穩(wěn)定性影響因素,137,課堂回顧：,（1）1、鹽： KCl、 NaCl （壓縮粘土擴散雙電層，鑲嵌作用） （2）陽離子表面活性劑（中和粘土的負電荷，改變潤濕性） （3）陽離子聚合物（中和粘土的負電荷，形成保護膜） （4）非離子型聚合物（濁點效應，競爭吸附作用） （5）瀝青類（封堵微裂縫，涂敷在井壁上形成疏水油膜，減少水進入泥頁巖地層）,5、防塌劑及其防塌機理,138,6、壓差卡鉆（泥餅粘附卡鉆）,課堂回顧：,（1）概念：在鉆井液壓力與

38、地層孔隙壓力之差的作用下，靜止鉆具緊壓在井壁泥餅上而導致的卡鉆。 （2）原因：靜止鉆具與泥餅接觸后其摩擦力大于鉆機的最大提升力。 （3）解卡：使用解卡劑浸泡（液體潤滑劑、稠化瀝青、表面活性劑）；降低鉆井液密度降低壓差,139,一、漏失定義及類型,1、定義：鉆井過程中，鉆井液大量流入地層的現象。,2、類型：,滲透性漏失：砂巖或礫巖地層，漏失速率0.5-10m3.h-1，鉆井液液面緩慢下降,第十節(jié) 鉆井液中的漏失與地層的堵漏,（a）滲透性漏失,140,裂縫性漏失：裂縫性灰?guī)r和砂巖地層，漏失速率10-100m3.h-1，鉆井液液面迅速下降。,溶洞性漏失：溶洞性灰?guī)r地層，漏失速率100m3.h-1，鉆

39、井液只進不出。,第十節(jié) 鉆井液中的漏失與地層的堵漏,（c）溶洞性漏失,（b）裂縫性漏失,141,1、堵漏：對漏失地層的封堵,2、堵漏材料：封堵漏失地層采用的材料,（1）滲透性地層堵漏, 硅酸凝膠,鉻凍膠,HPAM+重鉻酸鉀+亞硫酸鈉,鉻凍膠,二、堵漏與堵漏材料,第十節(jié) 鉆井液中的漏失與地層的堵漏,142,酚醛樹脂,苯酚+甲醛,不溶于水的酚醛樹脂,（2）裂縫性或溶洞性地層堵漏,纖維性材料,植物纖維：短棉絨,礦物纖維：石棉纖維, 顆粒性材料,植物性顆粒：核桃殼、花生殼等,礦物性顆粒：粘土、石灰?guī)r等,第十節(jié) 鉆井液中的漏失與地層的堵漏,143,第十一節(jié) 鉆 井 液 體 系,第二章 鉆井液化學,144,第十一節(jié) 鉆井液體系,水基鉆井液體系,油基鉆井液體系,氣體鉆井液體系,鉆井液體系,145,第十一節(jié) 鉆井液體系,一、水基鉆井液,水基鉆井液,非抑制性鉆井液,抑制性鉆井液,O/W 鉆井液,泡沫鉆井液,鈣處理鉆井液,鉀鹽鉆井液,鹽水鉆井液,聚合物鉆井液,正電膠鉆井液,146,1、非抑制性鉆井液,（1）定義：由淡水、粘土和各種對粘土起分散作用的處理劑配制而成的的水基鉆井液。,（2）特點,配制簡便，成本低,濾失造壁性能好,可配制高密度鉆井液,抗溫能力強,優(yōu)點,第十一節(jié) 鉆井液體系,147,抗污染能力差，性能不穩(wěn)定,抑制性差，