1、NoImage一、鉆井液的定義一、鉆井液的定義 鉆井時(shí)用來(lái)清洗井底并把巖屑攜帶到地面、維持鉆井操作正鉆井時(shí)用來(lái)清洗井底并把巖屑攜帶到地面、維持鉆井操作正常進(jìn)行的流體稱為鉆井液或洗井液。常進(jìn)行的流體稱為鉆井液或洗井液。 二、鉆井液的功用二、鉆井液的功用 1 1攜巖攜巖 2 2冷卻和潤(rùn)滑鉆頭及鉆柱冷卻和潤(rùn)滑鉆頭及鉆柱 3 3造壁，維持井壁穩(wěn)定造壁，維持井壁穩(wěn)定 4 4控制地層壓力控制地層壓力 5. 5. 懸浮鉆屑和加重材料，防止下沉懸浮鉆屑和加重材料，防止下沉 6. 6. 獲得地層和油氣資料獲得地層和油氣資料 7. 7. 傳遞水功率傳遞水功率NoImage三、鉆井液的組成三、鉆井液的組成 （1）液

2、相）液相： 液相是鉆井液的連續(xù)相，水或油。液相是鉆井液的連續(xù)相，水或油。 （2）活性固相）活性固相： 包括人為加入的商業(yè)膨潤(rùn)土（般土）、有機(jī)包括人為加入的商業(yè)膨潤(rùn)土（般土）、有機(jī) 膨潤(rùn)土膨潤(rùn)土( (油基油基 鉆井液用鉆井液用) )和地層進(jìn)入的造漿粘土和地層進(jìn)入的造漿粘土。 （3）惰性固相）惰性固相：惰性固相是鉆屑和加重材料。惰性固相是鉆屑和加重材料。 （4）各種鉆井液添加劑）各種鉆井液添加劑: 增粘、稀釋、漿失水、增粘、稀釋、漿失水、PH值、防塌等。值、防塌等。 NoImage四、鉆井液的分類四、鉆井液的分類 APIAPI和和IADCIADC分類：分類： （1 1）不分散體系）不分散體系 膨潤(rùn)

3、土膨潤(rùn)土+ +清水清水； 天然鉆井液（自然造漿而成），淺層鉆進(jìn)。天然鉆井液（自然造漿而成），淺層鉆進(jìn)。 （2 2）分散體系）分散體系 水水+ +膨潤(rùn)土膨潤(rùn)土+ +分散劑分散劑（鐵絡(luò)木質(zhì)素黃酸鹽等），（鐵絡(luò)木質(zhì)素黃酸鹽等）， 深井或復(fù)雜井。深井或復(fù)雜井。 （3 3）鈣處理體系）鈣處理體系 水基鉆井液水基鉆井液+ +鈣鹽鈣鹽（石灰、石膏、氯化鈣）（石灰、石膏、氯化鈣）， 抑制粘土膨脹。抑制粘土膨脹。 （4 4）聚合物體系）聚合物體系水基鉆井液水基鉆井液+ +高聚物高聚物（聚丙烯酰胺（聚丙烯酰胺PAMPAM、PHPPHP）， 絮凝劣質(zhì)土，抑制粘土分散。絮凝劣質(zhì)土，抑制粘土分散。NoImage (5(

4、5）低固相體系）低固相體系總固相含量總固相含量6% 6% 10%10%的水基鉆井液的水基鉆井液. .其中，膨潤(rùn)土含量其中，膨潤(rùn)土含量 小于小于3%3%，鉆屑與膨潤(rùn)土的比值小于，鉆屑與膨潤(rùn)土的比值小于2121。 特點(diǎn)：提高鉆速，減少對(duì)產(chǎn)層的傷害。特點(diǎn)：提高鉆速，減少對(duì)產(chǎn)層的傷害。 （6）飽和鹽水體系）飽和鹽水體系氯離子含量達(dá)氯離子含量達(dá)189g/L189g/L的水基鉆井液。的水基鉆井液。 特點(diǎn)：特點(diǎn)： 抗鹽侵，抑制粘土水化。海上鉆井、鉆鹽巖層和泥頁(yè)鹽層。抗鹽侵，抑制粘土水化。海上鉆井、鉆鹽巖層和泥頁(yè)鹽層。 （7）修井完井液體系）修井完井液體系 水水+ +鹽鹽+ +聚合物等；油基鉆井液聚合物等；油

5、基鉆井液 。 特點(diǎn)：特點(diǎn)： 低密度、無(wú)固相、抑制粘土膨脹、低濾失，保護(hù)油氣層。低密度、無(wú)固相、抑制粘土膨脹、低濾失，保護(hù)油氣層。NoImage（8）油基鉆井液體系）油基鉆井液體系油包水乳化鉆井液：油油包水乳化鉆井液：油+ +水水+ +乳化劑乳化劑 油基鉆井液：柴油油基鉆井液：柴油+ +氧化瀝青、有機(jī)酸、堿氧化瀝青、有機(jī)酸、堿 特點(diǎn)：耐高溫、保護(hù)油氣層、防止水敏性地層吸水膨脹特點(diǎn)：耐高溫、保護(hù)油氣層、防止水敏性地層吸水膨脹。 摩阻小，用于大位移水平井，或特出復(fù)雜層段。摩阻小，用于大位移水平井，或特出復(fù)雜層段。 （9）空氣、霧、泡沫和氣體體系）空氣、霧、泡沫和氣體體系欠平衡壓力鉆井。欠平衡壓力鉆井

6、。 特點(diǎn)：提高鉆速，保護(hù)油氣層。特點(diǎn)：提高鉆速，保護(hù)油氣層。 適用于低壓油氣層、易漏的裂縫性油氣層、低滲透油氣層等。適用于低壓油氣層、易漏的裂縫性油氣層、低滲透油氣層等。 井壁應(yīng)比較穩(wěn)定的地層。井壁應(yīng)比較穩(wěn)定的地層。 NoImage（一）鉆井液的密度一）鉆井液的密度 鉆井液的密度指單位體積鉆井液的質(zhì)量。鉆井液的密度指單位體積鉆井液的質(zhì)量。 加重劑：碳酸鈣、重晶石、鈦鐵礦粉。加重劑：碳酸鈣、重晶石、鈦鐵礦粉。 （二）鉆井液的流變性能二）鉆井液的流變性能 粘度和切力隨流速變化的性能。包括靜切力、動(dòng)切力、表觀粘度、塑粘度和切力隨流速變化的性能。包括靜切力、動(dòng)切力、表觀粘度、塑性粘度、流性指數(shù)、稠度系

7、數(shù)等參數(shù)。性粘度、流性指數(shù)、稠度系數(shù)等參數(shù)。 NoImage（三）鉆井液的造壁性能及濾失量三）鉆井液的造壁性能及濾失量 1、濾失和造壁過(guò)程、濾失和造壁過(guò)程 鉆井液中的液體鉆井液中的液體(剛開始也有鉆井液剛開始也有鉆井液)在壓差的作用下向地層內(nèi)滲在壓差的作用下向地層內(nèi)滲濾的過(guò)程稱為鉆井液的濾失。濾的過(guò)程稱為鉆井液的濾失。 鉆井液中的固相顆粒附著在井壁上形成濾餅的過(guò)程稱為造壁過(guò)程。鉆井液中的固相顆粒附著在井壁上形成濾餅的過(guò)程稱為造壁過(guò)程。 2、幾種不同的濾失情況、幾種不同的濾失情況 （1） 瞬時(shí)濾失瞬時(shí)濾失 在鉆頭破碎巖石形成新的井眼而濾餅尚未形成的一段時(shí)間內(nèi)，鉆在鉆頭破碎巖石形成新的井眼而濾餅尚

8、未形成的一段時(shí)間內(nèi)，鉆井液迅速向地層滲濾，此時(shí)的濾失稱為瞬時(shí)濾失。瞬時(shí)濾失量有利井液迅速向地層滲濾，此時(shí)的濾失稱為瞬時(shí)濾失。瞬時(shí)濾失量有利于提高鉆速，但嚴(yán)重?fù)p害油氣層。于提高鉆速，但嚴(yán)重?fù)p害油氣層。 NoImage（2） 動(dòng)濾失動(dòng)濾失 在已形成的井眼內(nèi)，隨著鉆井液的滲濾，在井壁上形成一層濾在已形成的井眼內(nèi)，隨著鉆井液的滲濾，在井壁上形成一層濾餅，并不斷增厚、密實(shí)。同時(shí)，形成的濾餅又受到鉆井液的沖刷和餅，并不斷增厚、密實(shí)。同時(shí)，形成的濾餅又受到鉆井液的沖刷和鉆柱的碰撞、刮擠而遭到破壞。最終，濾餅形成速度等于破壞速度鉆柱的碰撞、刮擠而遭到破壞。最終，濾餅形成速度等于破壞速度而達(dá)到平衡，此時(shí)濾餅厚度

9、不變，濾失速率也保持不變。而達(dá)到平衡，此時(shí)濾餅厚度不變，濾失速率也保持不變。 這種鉆井液在井內(nèi)循環(huán)流動(dòng)時(shí)的濾失過(guò)程稱為動(dòng)濾失。這種鉆井液在井內(nèi)循環(huán)流動(dòng)時(shí)的濾失過(guò)程稱為動(dòng)濾失。 （3）靜濾失）靜濾失 鉆井液在停止循環(huán)時(shí)的濾失過(guò)程稱為靜濾失。隨著濾失過(guò)程的鉆井液在停止循環(huán)時(shí)的濾失過(guò)程稱為靜濾失。隨著濾失過(guò)程的進(jìn)行，濾餅逐漸增厚，濾失阻力逐漸增大，濾失速率逐漸減小。進(jìn)行，濾餅逐漸增厚，濾失阻力逐漸增大，濾失速率逐漸減小。 影響濾失量的因素：影響濾失量的因素： 濾失時(shí)間、壓差、溫度、固相含量及類型、濾餅滲透率。濾失時(shí)間、壓差、溫度、固相含量及類型、濾餅滲透率。 NoImage（一）井塌的原因（一）井塌

10、的原因 （1）地質(zhì)因素）地質(zhì)因素 異常高壓的釋放，鉆遇破碎帶、斷層、微裂縫發(fā)育地層、煤層、高異常高壓的釋放，鉆遇破碎帶、斷層、微裂縫發(fā)育地層、煤層、高構(gòu)造應(yīng)力地層、膏鹽層等。構(gòu)造應(yīng)力地層、膏鹽層等。 （2）工程因素）工程因素 大排量鉆井液沖刷井壁，起下鉆引起的壓力激，鉆井液液柱壓力低大排量鉆井液沖刷井壁，起下鉆引起的壓力激，鉆井液液柱壓力低于井壁坍塌壓力，鉆井液侵泡時(shí)間長(zhǎng)等。于井壁坍塌壓力，鉆井液侵泡時(shí)間長(zhǎng)等。 （3）泥頁(yè)巖的水化膨脹）泥頁(yè)巖的水化膨脹 泥頁(yè)巖中的粘土礦物容易吸水膨脹和分散，造成井壁巖石強(qiáng)度降泥頁(yè)巖中的粘土礦物容易吸水膨脹和分散，造成井壁巖石強(qiáng)度降低，引起井壁不穩(wěn)定。井壁不穩(wěn)定

11、主要是泥頁(yè)巖的水化問(wèn)題。低，引起井壁不穩(wěn)定。井壁不穩(wěn)定主要是泥頁(yè)巖的水化問(wèn)題。六、井塌及防塌措施六、井塌及防塌措施NoImage（二）防塌措施二）防塌措施 1鉆井液中加入鉆井液中加入K+、NH+4等無(wú)機(jī)陽(yáng)離子等無(wú)機(jī)陽(yáng)離子 （1） K+的固定作用的固定作用 K+進(jìn)入晶層之間并嵌入到相鄰兩層硅氧四面體氧原子組成的六角環(huán)中，進(jìn)入晶層之間并嵌入到相鄰兩層硅氧四面體氧原子組成的六角環(huán)中，把帶負(fù)電荷的粘土晶片緊緊聯(lián)結(jié)在一起，阻止水化膨脹。把帶負(fù)電荷的粘土晶片緊緊聯(lián)結(jié)在一起，阻止水化膨脹。 NoImage（2） K+的水化較弱，抑制粘土水化膨脹。的水化較弱，抑制粘土水化膨脹。 K+離子的未水化直徑（離子的未

12、水化直徑（0.266nm）比）比Na+離子未水化直徑離子未水化直徑（0.19nm）大，而）大，而K+離子水化半徑比離子水化半徑比Na+離子水化半徑小，因離子水化半徑小，因而而K+離子水化能離子水化能(322 Jmol)比比Na+離子的水化能離子的水化能(406 Jmol)低，水化膜薄。當(dāng)它進(jìn)入粘土的層間，既減少粘土的水化，又低，水化膜薄。當(dāng)它進(jìn)入粘土的層間，既減少粘土的水化，又增加粘土層間的吸引力。增加粘土層間的吸引力。NoImage （3）使粘土顆粒的擴(kuò)散雙電層變薄，）使粘土顆粒的擴(kuò)散雙電層變薄， 利于有機(jī)處理劑分子利于有機(jī)處理劑分子 在粘土上的吸附。在粘土上的吸附。 K+等電解質(zhì)的加入，使

13、粘土顆粒的等電解質(zhì)的加入，使粘土顆粒的電電位降低，擴(kuò)散雙電層變薄，有利于各種有位降低，擴(kuò)散雙電層變薄，有利于各種有機(jī)機(jī) 處理劑分子的吸附（非極性容易吸附非處理劑分子的吸附（非極性容易吸附非極性），提高處理劑的使用效果。極性），提高處理劑的使用效果。NoImage2加入高聚物加入高聚物 （1）高聚物在井壁上形成多點(diǎn)吸附，鞏固井壁）高聚物在井壁上形成多點(diǎn)吸附，鞏固井壁 高聚物三種吸附方式：?jiǎn)吸c(diǎn)吸附、環(huán)高聚物三種吸附方式：?jiǎn)吸c(diǎn)吸附、環(huán)軌軌尾吸附、多點(diǎn)吸附尾吸附、多點(diǎn)吸附; 常用的高聚物：常用的高聚物： 聚丙烯酰胺聚丙烯酰胺(PAM)、部分水解聚丙烯酰胺、部分水解聚丙烯酰胺(PHP)、陽(yáng)離子聚丙烯酰胺

14、、陽(yáng)離子聚丙烯酰胺、各種陽(yáng)離子聚合物、兩性離子聚合物各種陽(yáng)離子聚合物、兩性離子聚合物FA367等。等。 （2）高聚物分子的護(hù)膠和堵孔作用）高聚物分子的護(hù)膠和堵孔作用 NoImage3利用瀝青類物質(zhì)在井壁上起封堵作用利用瀝青類物質(zhì)在井壁上起封堵作用 瀝青類物質(zhì)親水性弱，親油性強(qiáng)，可有效地涂敷在井壁上形成一層油瀝青類物質(zhì)親水性弱，親油性強(qiáng)，可有效地涂敷在井壁上形成一層油膜。膜。 （1）減輕鉆具與井壁的摩擦和鉆具對(duì)井壁的沖擊；）減輕鉆具與井壁的摩擦和鉆具對(duì)井壁的沖擊； （2）防止濾液向地層滲透。）防止濾液向地層滲透。 常用的封堵類防塌劑：常用的封堵類防塌劑： 磺化瀝青、氧化瀝青、植物渣油、磺化妥爾油

15、瀝青。磺化瀝青、氧化瀝青、植物渣油、磺化妥爾油瀝青。NoImage七、油氣層保護(hù)及完井液七、油氣層保護(hù)及完井液 （一）儲(chǔ)層損害的主要原因及防止措施一）儲(chǔ)層損害的主要原因及防止措施 1外來(lái)流體中的固體顆粒對(duì)儲(chǔ)層的損害外來(lái)流體中的固體顆粒對(duì)儲(chǔ)層的損害 在壓差的作用下，外來(lái)流體中粒徑極小的固體顆粒在壓差的作用下，外來(lái)流體中粒徑極小的固體顆粒(粘土、巖屑、加粘土、巖屑、加重材料等重材料等)在濾餅形成前會(huì)侵入儲(chǔ)層，造成儲(chǔ)層油氣流通道堵塞，儲(chǔ)層在濾餅形成前會(huì)侵入儲(chǔ)層，造成儲(chǔ)層油氣流通道堵塞，儲(chǔ)層滲透性降低。滲透性降低。 防止措施：防止措施： （1）實(shí)施屏蔽暫堵技術(shù)）實(shí)施屏蔽暫堵技術(shù) 選擇與儲(chǔ)層孔喉直徑相匹

16、配的架橋粒子（如酸溶性超細(xì)碳酸鈣、油選擇與儲(chǔ)層孔喉直徑相匹配的架橋粒子（如酸溶性超細(xì)碳酸鈣、油溶樹脂等，直徑為儲(chǔ)層平均孔徑的溶樹脂等，直徑為儲(chǔ)層平均孔徑的1/22/3，加入量一般大于，加入量一般大于3。），。），再配用充填粒子（如磺化瀝青、氧化瀝青、石蠟、樹脂等）封堵孔喉。再配用充填粒子（如磺化瀝青、氧化瀝青、石蠟、樹脂等）封堵孔喉。 （2）使用無(wú)固相清潔鹽水做完井液）使用無(wú)固相清潔鹽水做完井液NoImage2儲(chǔ)層內(nèi)部微粒運(yùn)移造成的損害儲(chǔ)層內(nèi)部微粒運(yùn)移造成的損害 流體在油氣層孔隙通道流動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)地層中的微粒移動(dòng)，大于孔喉流體在油氣層孔隙通道流動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)地層中的微粒移動(dòng)，大于孔喉直徑的微粒便被捕

17、集而沉積下來(lái)，對(duì)孔喉造成堵塞，也可能幾個(gè)微粒直徑的微粒便被捕集而沉積下來(lái)，對(duì)孔喉造成堵塞，也可能幾個(gè)微粒同時(shí)聚集在孔喉處形成橋堵。同時(shí)聚集在孔喉處形成橋堵。 防止微粒運(yùn)移的方法：防止微粒運(yùn)移的方法： （1）控制流體在地層內(nèi)流速低于臨界流速；）控制流體在地層內(nèi)流速低于臨界流速； （2）加入粘土微粒防運(yùn)移劑，陽(yáng)離子型聚合物和非離子型聚合物，）加入粘土微粒防運(yùn)移劑，陽(yáng)離子型聚合物和非離子型聚合物，通過(guò)靜電引力或者化學(xué)鍵合力，將微粒橋接到地層表面，增強(qiáng)對(duì)粘土通過(guò)靜電引力或者化學(xué)鍵合力，將微粒橋接到地層表面，增強(qiáng)對(duì)粘土微粒的束縛力。微粒的束縛力。NoImage3儲(chǔ)層內(nèi)粘土水化膨脹引起孔喉堵塞儲(chǔ)層內(nèi)粘土水

18、化膨脹引起孔喉堵塞 預(yù)防措施預(yù)防措施:（1）減少入井流體的濾夫量，提高濾液的礦化度（提高濾液的抑制性）減少入井流體的濾夫量，提高濾液的礦化度（提高濾液的抑制性） （2）粘土防膨劑，防膨機(jī)理分為三大類：）粘土防膨劑，防膨機(jī)理分為三大類： 減小粘土表面負(fù)電性：減小粘土表面負(fù)電性： 鹽（鹽（KCl、NH4Cl）、陽(yáng)離子聚合物、陽(yáng)離子型表面活性劑；）、陽(yáng)離子聚合物、陽(yáng)離子型表面活性劑； 使粘土表面羥基化：使粘土表面羥基化： 變粘土表面為親油性和增強(qiáng)晶層間聯(lián)結(jié)。羥基氯代硅變粘土表面為親油性和增強(qiáng)晶層間聯(lián)結(jié)。羥基氯代硅 烷等。烷等。 轉(zhuǎn)變粘土礦物類型：轉(zhuǎn)變粘土礦物類型： 如硅酸鉀、氫氧化鉀等可將蒙脫石轉(zhuǎn)化

19、為非膨脹型鉀硅鋁酸鹽。如硅酸鉀、氫氧化鉀等可將蒙脫石轉(zhuǎn)化為非膨脹型鉀硅鋁酸鹽。 NoImage4. 流體的不配伍性對(duì)儲(chǔ)層的損害流體的不配伍性對(duì)儲(chǔ)層的損害 流體的不配伍是指不同流體相遇后會(huì)產(chǎn)生沉淀物，這些沉淀物會(huì)堵塞儲(chǔ)流體的不配伍是指不同流體相遇后會(huì)產(chǎn)生沉淀物，這些沉淀物會(huì)堵塞儲(chǔ)層孔隙喉道，造成儲(chǔ)層損害。層孔隙喉道，造成儲(chǔ)層損害。 （1）入井流體彼此不配伍，如鉆井液與水泥漿常不配伍，生成鈣鹽沉淀；）入井流體彼此不配伍，如鉆井液與水泥漿常不配伍，生成鈣鹽沉淀； （2）入井流體與地層水不配伍，如）入井流體與地層水不配伍，如Ca2+與與CO32相遇，生成白色碳酸鈣沉相遇，生成白色碳酸鈣沉淀；淀； （3

20、）入井流體造成儲(chǔ)層原油乳化，生成油包水乳狀液，粘度增大，引起滲）入井流體造成儲(chǔ)層原油乳化，生成油包水乳狀液，粘度增大，引起滲透率降低。透率降低。 5. 水鎖效應(yīng)水鎖效應(yīng) 油流中的水滴在通過(guò)狹窄的孔隙喉道時(shí)，孔喉兩側(cè)須有一定的壓差水滴油流中的水滴在通過(guò)狹窄的孔隙喉道時(shí)，孔喉兩側(cè)須有一定的壓差水滴才能通過(guò)，否則孔喉就被水滴堵塞。油流中的水珠（柱）通過(guò)孔喉時(shí)產(chǎn)生才能通過(guò)，否則孔喉就被水滴堵塞。油流中的水珠（柱）通過(guò)孔喉時(shí)產(chǎn)生附加油流阻力，稱為水鎖效應(yīng)，也稱為賈敏效應(yīng)。附加油流阻力，稱為水鎖效應(yīng)，也稱為賈敏效應(yīng)。NoImage（二）完井液（二）完井液 1無(wú)固相清潔鹽水完井液無(wú)固相清潔鹽水完井液 水水+可溶性鹽類（調(diào)節(jié)密度）可溶性鹽類（調(diào)節(jié)密度）+ 聚合物（調(diào)節(jié)粘度）聚合物（調(diào)節(jié)粘度）+緩蝕劑緩蝕劑 適合于要求無(wú)固相堵塞特別高（低滲）、或者要求完井液的抑制性適合于要求無(wú)固相堵塞特別高（低滲）、或者要求完井液的抑制性特別強(qiáng)的油氣層特別強(qiáng)的油氣層。 2水包油完井液水包油完井液 水（鹽水）水（鹽水）+油