6第三章 钻井液.ppt

第三章 钻井液 第一节 钻井液的定义和功用 第二节 钻井液的组成和分类 第三节 钻井液的性能 第四节 钻井液的固相控制 第五节 井塌及防塌钻井液 第六节 油气层保护及完井液 第一节 钻井液的定义和功用 一、钻井液的定义 钻井时用来清洗井底并把岩屑携带到地面、维持钻井操作正常进行的流 体称为钻井液或洗井液。 二、钻井液的功用 1．携岩 2．冷却和润滑钻头及钻柱 3．造壁，维持井壁稳定 4．控制地层压力 5. 悬浮钻屑和加重材料，防止下沉 6. 获得地层和油气资料 7. 传递水功率 一、钻井液的组成 （1）液相：液相是钻井液的连续相，水或油。 （2）活性固相：包括人为加入的商业膨润土（般土）、有机膨润土(油基 钻井液用)和地层进入的造浆粘土。 （3）惰性固相：惰性固相是钻屑和加重材料。 （4）各种钻井液添加剂。 二、钻井液的分类 API和IADC分类： （1）不分散体系——膨润土+清水；天然钻井液（自然造浆而成），浅层钻进。 （2）分散体系——水+膨润土+分散剂（铁络木质素黄酸盐等），深井或复杂井。 （3）钙处理体系——水基钻井液+钙盐（石灰、石膏、氯化钙），抑制粘土膨胀。 （4）聚合物体系——水基钻井液+高聚物（聚丙烯酰胺PAM，水解聚丙烯酰胺 PHP等），絮凝劣质土，抑制粘土分散。 （5）低固相体系——总固相含量6%~10%的水基钻井液。其中，膨润土含量小于 3%，钻屑与膨润土的比值小于2∶1。 （6）饱和盐水体系——氯离子含量达189g/L的水基钻井液。 氯离子含量为6~189g/L的水基钻井液称为盐水钻井液。 抗盐侵，抑制粘土水化。海上钻井、钻盐岩层和泥页盐层。 （7）修井完井液体系—— 水+盐+聚合物等；油基钻井液 低密度、无固相、抑制粘土膨胀、低滤失，保护油气层。 （8）油基钻井液体系——油包水乳化钻井液：油+水+乳化剂（脂肪酸等） 油基钻井液：柴油+氧化沥青、有机酸、碱 耐高温、保护油气层、防止水敏性地层吸水膨胀。 （9）空气、雾、泡沫和气体体系——欠平衡压力钻井。 第三节 钻井液的性能 预备知识——粘土的水化作用（水化膨胀） 粘土的分类：高岭土、蒙脱土、伊利土、海泡石 粘土的晶体结构（蒙脱石和伊利石） 由两层硅氧四面体和夹在它们之间的一层 铝氧八面体组成一个晶层，靠化学键联结紧密。 晶层又以一定间距（0.96nm）重叠在一起，构 成晶体，层间以氢键和静电力相连。 粘土的水化膨胀 粘土颗粒表面吸附水分子，在粘土颗粒表面 形成水化膜，使粘土晶格层面间的距离增大， 产生膨胀以至分散作用。 水化作用：蒙脱土＞伊利土＞高龄土 表面水化——粘土表面带负电荷附钻井液中 的水分子，引起粘土表面水化，使粘土变软 和膨胀。 渗透水化——当泥页岩水分中电解质的浓度高于周围钻井液中的电解质浓度时，由于渗透作用，水分子由电解质浓度较低的钻井液中渗入到电解质浓度高的泥页岩内部，造成水化膨胀。 第三节 钻井液的性能 一、钻井液的密度 钻井液的密度指单位体积钻井液的质量。加重剂：碳酸钙、重晶石、钛铁矿粉。 二、钻井液的流变性能 粘度和切力随流速变化的性能。包括静切力、动切力、表观粘度、塑性粘度、流性 指数、稠度系数等参数。 （一）液体的基本流型： 流速梯度（剪切速率）—钻井液在钻柱内、环空内和喷嘴内流动时，速度分布 不均匀，中心处流速大，由中心向外流速减小。单位距离内流速的增量称为流速梯度。 剪切应力—液流中各层速度不同，层间必有相对运动，发生内摩擦，阻碍液层作 相对运动。单位面积上的内摩擦力称为剪切