1 / 110

钻井液化学

油田化学电子教案 — 第二章. 钻井液工艺原理电子教案 第二章. 钻井液化学. 第一节 钻井液的功能及组成. 1 、钻井液的定义 :. 指油气钻井过程中以其多种功能满足钻井工作需要的各种循环流体；钻井液（ drilling fluid) 又称做 泥浆 (Mud) 。. 2 、钻井液循环流程. 钻井液循环系统：. 钻井液流经的各种管线和设备. 循 环 流 程：. 泥浆泵. 泥浆罐. 地面高压管汇. 立管. 水龙带. 水龙头. 方钻杆. 钻 杆. 钻铤. 钻头. 钻柱与井壁形成的环形空间.

karlyn
Download Presentation

钻井液化学

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. 油田化学电子教案—第二章 钻井液工艺原理电子教案 第二章 钻井液化学

  2. 第一节 钻井液的功能及组成

  3. 1、钻井液的定义: 指油气钻井过程中以其多种功能满足钻井工作需要的各种循环流体；钻井液（drilling fluid)又称做 泥浆(Mud)。

  4. 2、钻井液循环流程 钻井液循环系统： 钻井液流经的各种管线和设备 循 环 流 程： 泥浆泵 泥浆罐 地面高压管汇 立管 水龙带 水龙头 方钻杆 钻 杆 钻铤 钻头 钻柱与井壁形成的环形空间 从井口返出，流经固控设备进行处理，清除钻屑

  5. 钻井液的循环流程

  6. （1）携带和悬浮岩屑 3、钻井液的功能

  7. 悬浮作用：在接单根＼起下钻或因故停止循环时，钻井液又将井内的钻屑悬浮在钻井液中，使钻屑不会很快下沉，防止沉砂卡钻等情况的发生。悬浮作用：在接单根＼起下钻或因故停止循环时，钻井液又将井内的钻屑悬浮在钻井液中，使钻屑不会很快下沉，防止沉砂卡钻等情况的发生。 V返 V沉 携带作用：钻井液循环时，通过其本身的循环，将井底被钻头破碎的 岩屑携至地面，以保持井眼清洁，使起下钻畅通无阻，并保证钻头在井底始终接 触和破碎新地层，不造成重复切削，保持安全快速钻进。

  8. 稳定井壁 （1） 选择合适的钻井液密度：使液柱压力能够平衡地层压力，从而 防止井塌等井下复杂情况的发生。 （2）钻 井液具有良好的滤失造壁性能：在井壁上形成一层薄而韧的泥饼，以稳固已钻 开的地层并阻止液相侵入地层，减弱泥页岩水化膨胀和分散的程度。 钻井液 平衡地层压力： 选择合适的钻井液密度，使液柱压力大于地层压力， 防止井喷。 钻井液 压力 地层压力 （2）稳定井壁和平衡地层压力 井壁

  9. 热量来源 • 井底温度高。 • 钻头与井底岩石/钻柱与井壁摩擦而产生热量。 冷却和润滑机理 （3）冷却和润滑钻头＼钻具 • 通过钻井液不断地循环作用，将这些热量及时带走。 • 利用钻井液良好的润滑作用，降低摩擦

  10. （4）传递水动力 （1）直接破碎岩石：钻井液在钻头喷嘴处以极高的流速冲击井底，从而提高了钻井速度和破岩效率。高压喷射钻井正是利用了这一原理，即采用高泵压钻进，使钻井液所形成的高速射流对井底产生强大的冲击力，从而显著地提高了钻速。 （2）带动井下工具：在使用涡轮或螺杆钻具钻进时，钻井液由钻杆内以较高流速流经涡轮叶片或螺杆转子，使涡轮或螺杆旋转并带动钻头破碎岩石。

  11. 4、钻井液的组成 分散介质 组成 分散相 钻井液处理剂

  12. 钻井及钻井液的发展 钻井 利用一定的工具和技术在地层中钻出一个较大孔眼的过程。 为了在地下岩层中钻出所要求的孔眼而采用的钻孔方法。 钻井方法 人工掘井 人力冲击钻井法 钻井方法 分 类 顿钻钻井法 目前普遍使用 旋转钻井法 连续管钻井法

  13. 下放 向井内注水 积累到一定量 下捞砂筒 顿钻钻井示意图 顿钻钻井法 钢丝绳提升钻头 冲击井底，击碎岩石 岩屑、泥土混合成泥水浆 提出钻头 捞出井内的泥水浆 暴露新井底 设计井深

  14. 顿钻钻井法 优点： 起、下钻费时少，设备简单 缺点： (1)破碎岩石，取出岩屑的作业都是不连续的； (2)钻头功率小，破岩效率低，钻井速度慢； (3)不能进行井内压力控制； (4)只适用于钻直井。

  15. 钻柱加压 转盘旋转 循环洗井液 转盘旋转钻井法 转盘旋转法 旋转钻井法 井底动力钻具旋转法 钻头 转盘旋转钻井法 吃入地层 破碎岩石 清洗井底 设计井深

  16. 旋转钻井法特点 ①钻杆完成起下钻具、传递扭矩、为钻头施加钻压、 提供洗井液的入井渠道等任务； ②钻头在一定的钻压作用下旋转破岩，提高了破岩效率； ③在破岩的同时，井底岩屑被清除出来； ④提高了钻井速度和效益。 目前这种方法在世界各国被广泛使用。

  17. 连续管 连续管钻井示意图 连续管钻井法(柔杆钻井法) 钻头、加压装置、动力机 下放至井底 为动力机提供动力 循环洗井液 钻头旋转，破碎岩石 清洗井底 延伸井眼

  18. (1)连续管钻井实现了起、下钻的连续机械化，节省了 时间和劳动量； 连续管钻井法特点 (2)在起下钻时仍能保持洗井液的正常循环； (3)由洗井液直接提供破岩钻进的能量，大大提高了能 量的有效利用率； (4)为全自动化控制提供了很好的条件； (5)具有巨大的发展潜力，目前正在发展、完善中。

  19. 钻井液的发展 细分散钻井液 天然钻井液 粗分散钻井液 聚合物钻井液

  20. 钻井液分类 分类方法 按密度大小：非加重钻井液和加重钻井液 按流体介质：水基钻井液、油基钻井液和气体型 综合分类法：分为10类 ① 分散钻井液(Dispersed Drilling Fluids) ②钙处理钻井液（ Calcium-treated drilling fluids) ③盐水钻井液（saltwater drilling fluid) ④饱和盐水钻井液（saturated saltwater drilling fluids) ⑤ 聚合物钻井液(polymer drilling fluids) ⑥钾基聚合物钻井液（potassium-based polymer drilling fluids) ⑦油基钻井液（oil-based drilling fluids) ⑧合成基钻井液（synthetic drilling fluids) ⑨气体型钻井流体（gas-typed drilling fluids) ⑩保护储层的钻井液（drilling-in fluids)

  21. 油田化学电子教案—第二章 钻井液工艺原理电子教案 第二章 第二节 钻井液密度及其调整

  22. 一、钻井液密度 钻井液工艺原理电子教案 第二章 1、定义：单位体积钻井液的质量。 g/cm3, kg/m3, lbm/bbl 1 g/cm3 = 8.33 lbm/bbl 2、对钻井的影响 （1）影响井下安全（井喷、井漏、井塌和卡钻等） （2）与油气层损害有关 （3）影响钻井速度

  23. 二、钻井液密度调整 钻井液工艺原理电子教案 第二章 1、提高钻井液密度 （1）方法：加入高密度材料 高密度不溶性矿物或矿石粉末 （2）加重材料 高密度的可溶性盐类

  24. 二、钻井液密度调整 钻井液工艺原理电子教案 第二章 表1 高密度不溶性矿物或矿石

  25. 二、钻井液密度调整 钻井液工艺原理电子教案 第二章 表2 可溶性盐类加重材料

  26. 二、钻井液密度调整 钻井液工艺原理电子教案 第二章 （3）加重材料用量计算 设某钻井液加重前密度为ρ1，体积为V1，加重后密度为ρ2，体积为V2，试求密度为ρ的加重剂用量？ 加重前后体积关系式： （1） 加重前后质量关系式： （2）

  27. 二、钻井液密度调整 钻井液工艺原理电子教案 第二章 （3） （4） 若泥浆罐有限制，加重前需排放掉部分钻井液，可根据加重后体积V2，计算出应保留的原浆体积V1，然后由（4）计算加重剂用量。

  28. 二、钻井液密度调整 钻井液工艺原理电子教案 第二章 例：使用重晶石将200m3密度为1.32g/cm3的钻井液加重到密度为1.38g/cm3。 （1）如最终体积无限制，求重晶石（密度为4.2 g/cm3）的用量 （2）如果最终体积200m3，求重晶石的用量 解：

  29. 二、钻井液密度调整 钻井液工艺原理电子教案 第二章

  30. 二、钻井液密度调整 钻井液工艺原理电子教案 第二章 解：

  31. 二、钻井液密度调整 钻井液工艺原理电子教案 第二章

  32. 二、钻井液密度调整 钻井液工艺原理电子教案 第二章 2、降低钻井液密度 降低钻井液固相含量（机械+化学絮凝） 加水稀释（增加处理剂用量和钻井液费用） 混油（影响地质录井和测井解释） 充气（需额外设备）

  33. 油田化学电子教案—第二章 钻井液工艺原理电子教案 第二章 第三节 钻井液酸碱性及其控制

  34. 钻井液酸碱性与钻井密切相关，酸碱性大小直 接关系到以下问题： 1、粘土在钻井液中的分散程度 2、钻井液处理剂使用效果 3、钻井液流变性和滤失造壁性 4、井眼稳定 5、钻具的腐蚀

  35. 一、钻井液酸碱性表示法 钻井液工艺原理电子教案 第二章 1、pH值表示法 钻井液对pH值要求： 一般控制在（8-10）范围，即维持在一 个较弱的碱性环境。 原因如下： 粘土具有适当的分散度，便于控制和调整钻井液性能 可以使有机处理剂充分发挥其效能 对钻具腐蚀性低 可抑制体系中钙、镁盐的溶解

  36. 一、钻井液酸碱性表示法 钻井液工艺原理电子教案 第二章 pH值法缺点：pH值不能反映维持钻井液碱性的离子种类和类型。 2、碱度表示法 （1）碱度：指用0.01mol/L的标准硫酸中和1mL样品至酸碱指示剂变色时所需要的体积（单位：毫升）

  37. 一、钻井液酸碱性表示法 钻井液工艺原理电子教案 第二章 （2）碱度的测定 ①酚酞碱度Pf：以酚酞为指示剂，用酸滴定水样由红色变为无色，以下反应进行完全，消耗酸的体积，记为Pf。 OH-+H+=H2O CO32-+H+=HCO3-

  38. ②甲基橙碱度Mf：以甲基橙为指示剂，用酸滴定水样由黄色变为橙色，以下反应进行完全，消耗酸的体积，记为Mf 。 OH-+H+=H2O CO32-+H+=HCO3-

  39. 如果体系中同时含OH-、CO32-或CO32-、 HCO3-，Pf、Mf关系如何？ 碱性来源判断：

  40. 二、钻井液酸碱性调整 钻井液工艺原理电子教案 第二章 1、烧碱（NaOH） 2、氢氧化钾（KOH） 3、纯碱（Na2CO3) 4、碳酸氢钠（NaHCO3)

  41. 油田化学电子教案—第二章 钻井液工艺原理电子教案 第二章 第四节 钻井液滤失性及其控制

  42. 与钻井液滤失性有关的钻井问题： 1、井壁稳定 • 2、油气层保护 • 3、钻井速度 • 4、井下安全

  43. 一、滤失: 在压力差作用下，钻井液中的自由水向井壁孔隙或裂缝渗透，钻井液中的固相颗粒粘附着在井壁上形成泥饼的过程。

  44. 1、瞬时滤失：钻井液与新地层接触的瞬间，泥饼尚1、瞬时滤失：钻井液与新地层接触的瞬间，泥饼尚 未形成时的滤失。 二、滤失类型 2、动滤失：钻井液在循环过程中的滤失。 3、静滤失：钻井液停止循环时发生的滤失

  45. 三、滤失量影响因素 式中： A----渗滤面积 K----泥饼渗透率 ΔP----渗滤压差 sc----泥饼中固相体积分数 sm----钻井液中固相体积分数 t----渗滤时间 ----滤液粘度 静滤失方程

  46. 1、时间t 2、压差ΔP 3、泥饼渗透率K

  47. 4、固相影响 选择优质粘土配浆→颗粒水化膜厚→sc减小 5、滤液粘度 6、渗滤面积A

  48. 四、静滤失量测量 （1）API滤失量（常规滤失量） t = 30min（实测7.5min) ΔP=0.689MPa，A=45.8cm2 T =常温 （2）HTHP滤失量（高温高压滤失量） T = 60min ，ΔP= 3.5MPa，A =22.9cm2，T=150℃

  49. 1、钻井要求：滤失量适中，泥饼薄、致密、韧性好、摩阻小1、钻井要求：滤失量适中，泥饼薄、致密、韧性好、摩阻小 五、钻井液滤失性的控制 2、调节依据：主要调节泥饼渗透率K。 3、调节方法（降低K） （1）使用膨润土造浆，并加入适量的Na2CO3 ，使钙土转化为钠土，促进分散；加入封堵性添加剂 ，封堵泥饼孔隙 。 （2）加入降滤失剂—降低钻井液滤失量的化学剂。

  50. 4、常用降滤失剂 （1）改性褐煤类(改性腐植酸)：K-Hm、Na-Hm 假想的腐植酸分子结构

More Related