第二章鉆井液體系

1、第二章 鉆井液體系 目前，國內(nèi)常用的鉆井液體系分為水基、油基和含氣鉆井液三大系列。水基鉆井液因使用方便、配制簡單、價格低廉、對環(huán)境污染較小而應(yīng)用廣泛；油基鉆井液由于其良好的抗泥頁巖水化膨脹縮徑性能而主要應(yīng)用于泥頁巖水化縮徑嚴(yán)重的區(qū)塊和對油氣層保護要求較高的井；含氣鉆井液主要用于鉆易漏的低壓底層。上世紀(jì)90年代又成功發(fā)展出合成基鉆井液、超低滲透鉆井液和不滲透鉆井液并在大量井現(xiàn)場應(yīng)用中取得良好的效果。合成基鉆井液對環(huán)境污染更小，并具有部分油基鉆井液的特性，能很好的保持井壁穩(wěn)定；超低滲透鉆井液和不滲透鉆井液在防止地層損害和提高油氣井產(chǎn)量上有較突出的效果而得到較廣泛的應(yīng)用；各種鉆井液體系是人們在鉆井液

2、技術(shù)發(fā)展過程中不斷實踐創(chuàng)造和完善的，不要死記硬背，生搬硬套，而應(yīng)該對其熟練掌握、靈活應(yīng)用，并在解決所遇到的各種鉆井液問題中不斷總結(jié)，積累并不斷的加以完善。一、膨潤土漿（坂土漿）1、膨潤土漿是常用的水基鉆井液的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，用于代替清水開鉆，形成泥餅以加固上部地層井壁防止沖壞基礎(chǔ)和防止井漏；也用于儲備鉆井液，在鉆井過程中各種事故復(fù)雜處理后鉆井液量不足時用于做配制鉆井液的基漿。2、常規(guī)膨潤土漿配方： （1）鈉膨潤土：水+ 0.1-0.2%燒堿 + 0.2-0.3 純堿 + 6-10% 鈉膨潤土 （2）鈣膨潤土：水+ 0.3-0.5%燒堿 + 8-12% 鈣膨潤土+ 純堿（鈣膨潤土的6%） 配置好水化2

3、4小時以后可加入0.1-0.3%的CMC-LV護膠降失水。 土是膨潤土漿的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，燒堿用于除去水中鎂離子和調(diào)節(jié)膨潤土漿PH值并促進膨潤土水化，純堿用于除去水中鈣離子和促進膨潤土水化；實際應(yīng)用中，燒堿和純堿的加量可根據(jù)配漿水中的鈣鎂離子含量來適當(dāng)增減調(diào)節(jié)。3、配置步驟 （1）清淘干凈一個配漿罐，用清水清洗干凈后裝入配漿水（配漿水要求總礦化度小于1000mg/L）。 （2）軟化配漿水：檢測配漿水中鈣鎂離子含量，根據(jù)鈣鎂離子含量加入純堿、燒堿除去配漿水中鈣鎂離子，軟化水質(zhì)，以提高膨潤土的造漿率，使配制出的膨潤土漿有較理想的粘度。（3）室內(nèi)小型實驗，配制小樣，檢測小樣性能。（4）通過加重泵按實驗合格

4、的小樣配漿，配漿前應(yīng)用配漿水排替管線，配好后連續(xù)攪拌并用泵循環(huán)2-4小時，然后預(yù)水化24小時備用。（5）如有必要，加入一定數(shù)量的護膠劑護膠，通常是加入0.1-0.3%CMC-LV或中小分子處理劑。4、膨潤土漿性能指標(biāo)：粘 度： 30-55 s ； 塑性粘度： 8-12 mPa.s屈服值： 10-20 Pa ； 靜 切 力： 3-15/10-30 PaAPI失水：不刻意控制，通常20ml ； PH 值： 8-10 5、常遇到情況和處理措施 （1）粘土和泥頁巖侵入，鉆井液增稠的處理。 A、排放部分鉆井液并加水稀釋； B、加入電解質(zhì)抑制劑，如：鹽、生石灰、氯化鉀和石膏等； C、加入適量大分子聚合物包

5、被抑制劑，絮凝部分土相； D、使用四級固控設(shè)備清除鉆井液中有害固相； E、加入降粘稀釋劑。 （2）濾失量控制： 加入適量中分子、小分子降濾失劑，如CMC-LV、淀粉類降失水劑、KHPAN，NH4HPAN等降失水劑。二、聚合物鉆井液1、聚合物鉆井液體系一般用于上部地層大井眼段鉆進和地層水敏性較弱的淺井作業(yè)。2、配方：材料和處理劑功用用量（kg/m3）備注坂土提供結(jié)構(gòu)35-50和密度有關(guān)燒堿調(diào)節(jié)PH值3-5純堿除鈣1-3包被劑（KPAM、80A51、PAC-HV、PLUS）包被鉆屑3-5CMC-LV、KHPAN、銨鹽降低失水5-153、聚合物鉆井液性能指標(biāo)：粘 度： 30-45 s ； 塑性粘度：

6、 7-15 mPa.s屈服值： 5-15 Pa ； 靜 切 力： 1-3/5-15 PaAPI失水： 通常15ml ； PH 值： 8-10 摩阻系數(shù)： 0.1 ； 含 砂： 0.5 %4、注意事項：（1）用燒堿和純堿控制體系的pH和Ca2+、Mg2+濃度，體系pH值不宜過高，防止KPAM、PLUS等進一步水解失效，Ca2+應(yīng)控制在200ppm以下；（2）預(yù)水化坂土用于控制濾失量和提高泥餅質(zhì)量，可在配制新漿時加入，也可直接向井漿補充，加入前最好用CMC-LV、KHPAN或有稀釋作用的降濾失劑（銨鹽）等進行處理護膠；（3）配制新漿時，先加其它處理劑對細(xì)分散的般土護膠，最后加入大分子包被劑和氯化鉀

7、；（4）用稀膠液稀釋或用少量稀釋劑處理來控制泥漿的粘切；（5）CMC-LV和銨鹽用于控制泥漿的濾失量，隨井深增加井溫較高時，用SPNC或抗溫降失水劑替代CMC-LV和銨鹽，也可使用SMP、 SPNH來控制濾失量；（6）大分子包被劑和氯化鉀用于提供體系的抑制性，由于鉆屑的吸附消耗，應(yīng)經(jīng)常向井漿中補充，保持足夠的濃度以維持體系的強抑制性；三、鹽水鉆井液1、鹽水鉆井液經(jīng)常用于鉆鹽水層、鹽巖層、鹽膏層，也應(yīng)用于鉆大段易膨脹縮徑、剝落垮塌的水敏性泥頁巖層，以保持井筒內(nèi)井壁穩(wěn)定。2、分類：（1）海水鉆井液：含鹽量約3%； （2）鹽水鉆井液：含鹽量8-12%； （3）欠飽和鹽水鉆井液：含鹽量12-30%；

8、（4）飽和鹽水鉆井液：含鹽量大于30%。3、配方： （1）海水鉆井液：含鹽量約3%； A、基漿： 淡水+ 0.1-0.2%燒堿 + 0.2-0.3 %純堿 + 6-10% 鈉膨潤土 B、膠液： 海水+0.1-0.2%燒堿 + 0.05%純堿 + 2-3%中分子降失水劑（CMC-LV、 PAC、淀粉、KHPAN等） + 0.5%大分子包被劑（80A51、KPAM等）+ 0.1-0.2%降粘劑（XY-27、FCLS等）+ 1-2%瀝青粉 基漿用少量CMC護膠好，將膠液連續(xù)均勻的加入其中，根據(jù)實際情況需要加入適量潤滑劑，根據(jù)失水情況調(diào)節(jié)降失水劑加量。 （2）鹽水鉆井液：含鹽量8-12%； 材料和處理

9、劑功用用量（kg/m3）備注坂土提供結(jié)構(gòu)25-60和密度有關(guān)燒堿調(diào)節(jié)PH值5-10純堿除鈣2-5鹽（NaCL）提供鹽含量根據(jù)需要CMC-LV降失水劑8-12供選用SMP10-30SPNH10-30PSC10-20SMT降粘劑降失水劑8-15供選用FCLS4-8SMC8-15GMP-32-380A51包被抑制劑2-5供選用KPAM2-5PLUS3-8瀝青類防塌劑防塌劑10-30液體潤滑劑潤滑劑10-30消泡劑消泡劑2-5 （3）欠飽和鹽水鉆井液、飽和鹽水鉆井液：材料和處理劑功用用量（kg/m3）備注坂土提供結(jié)構(gòu)30-60和密度有關(guān)燒堿調(diào)節(jié)PH值5-10純堿除鈣2-5鹽（NaCL）提供鹽含量根據(jù)需

10、要CMC-LV降失水劑10-15供選用SMP-2或-315-35SPNH10-30PSC15-30SMT降粘劑降失水劑10-20供選用FCLS6-10SMC10-20GMP-33-580A51包被抑制劑3-6供選用KPAM3-6PLUS5-10瀝青類防塌劑防塌劑10-30液體潤滑劑潤滑劑10-30消泡劑消泡劑2-54、性能指標(biāo)： 適用密度范圍：1.052.50g/cm3 ； 適用井深： 0-10000米粘 度： 42-65 s ； 塑性粘度： 15-25 mPa.s屈服值： 7-15 Pa ； 靜 切 力： 1-5/6-15 PaAPI失水：通常8ml ； PH 值： 9-10.5 HTHP：

11、 通常12ml ； 摩阻系數(shù)： 0.1 5、注意事項： （1）加入鹽后，通常會使鉆井液PH值降低，應(yīng)適時不斷補充燒堿，以保持鹽水鉆進液PH值保持在9-10.5。 （2）鹽水鉆井液有時會出現(xiàn)發(fā)泡現(xiàn)象，應(yīng)加入適量潤滑劑改善其表面潤滑性能或加入適量消泡劑消泡。 （3）應(yīng)經(jīng)常檢測鉆井液的鹽含量（氯離子含量），在鉆井過程中應(yīng)根據(jù)鹽含量的需求來不斷補充鹽，控制鹽含量在一定范圍內(nèi)；同時應(yīng)加入適量的降粘劑、降失水劑和其它添加劑，以使鉆井液具備良好的性能。四、聚磺鉆井液體系1、聚磺鉆井液一般是在水基聚合物鉆井液中引入磺化材料【包括磺化單寧（SMT），磺化褐煤（SPNH）、磺化瀝青及磺化酚醛樹脂（SMP）】，從而

12、提高鉆井液抗高溫抗鹽性能，以適應(yīng)深井、超深井鉆探對鉆井液的要求。聚磺鉆井液性能穩(wěn)定，抗污染能力較強，配制維護簡單；具有較強的抗溫抗鹽性能。2、配方：材料和處理劑功用用量（kg/m3）備注坂土提供結(jié)構(gòu)30-50和密度有關(guān)燒堿調(diào)節(jié)PH值5-8純堿除鈣根據(jù)鈣離子含量使用CMC-LV降失水劑5-84000米以后慎用SMP-1、-2或-3降失水劑10-20供選用SPNH10-20PSC10-20SPNC降失水劑10-20GMP-3降粘劑3-5供選用80A51包被抑制劑3-6供選用KPAM3-6PAC-HV增稠劑3-5粘切低時供選用XC增稠提切3-5正電膠MMH提切劑5-8瀝青類防塌劑防塌劑10-30液體

13、潤滑劑潤滑劑10-30消泡劑消泡劑2-53、性能指標(biāo)： 適用密度范圍：1.052.30g/cm3 ； 適用井深： 0-7000米粘 度： 40-65 s ； 塑性粘度： 15-25 mPa.s屈服值： 6-15 Pa ； 靜 切 力： 1-4/5-15 PaAPI失水：通常8ml ； PH 值： 8.5-10 HTHP： 通常15ml ； 摩阻系數(shù)： 0.1 4、注意事項：（1） 用燒堿和純堿控制體系的pH和Ca2+、Mg2+濃度；（2） 控制體系的坂土含量在較低水平，若需加入預(yù)水化坂土用于控制濾失量和提高泥餅質(zhì)量時，加入前必須用稀釋劑或中分子降失水劑等進行處理護膠；（3） 用聚合物解絮凝劑木

14、質(zhì)素磺酸鹽（FCLS）、磺化褐煤（SMC）、磺化單寧（SMT）等來控制泥漿粘切；體系的坂土含量高引起過高粘切時，應(yīng)優(yōu)先使用稀膠液稀釋的方法來處理。（4） 加入磺化瀝青、陽離子乳化瀝青類防塌劑增強體系的防塌能力；SMP、PSC、SPNH用于控制HTHP濾失量。五、氯化鉀聚磺鉆井液1、簡介：氯化鉀聚磺鉆井液是最近幾年應(yīng)用非常廣泛的鉆井液體系，在塔里木油田和西北局塔河油田廣泛應(yīng)用于鉆3000米以上的地層。它抑制粘土和泥頁巖水化膨脹、分散的能力相當(dāng)強，能有效的防止軟泥頁巖水化膨脹縮徑，防止硬脆性泥頁巖地層的剝蝕掉快和垮塌。經(jīng)過近幾年的實踐表明：氯化鉀聚磺鉆井液非常適應(yīng)該區(qū)塊的深井鉆井液體系；氯化鉀聚磺

15、鉆井液性能穩(wěn)定，抗污染能力強，配制維護簡單；氯化鉀聚磺鉆井液能保證起下鉆順利通暢，提高鉆井速度，減少事故復(fù)雜的發(fā)生；氯化鉀聚磺鉆井液中氯化鉀適宜的加量為4-11%。2、配方：材料和處理劑功用用量（kg/cm3）備注坂土提供結(jié)構(gòu)30-60和密度有關(guān)燒堿或氫氧化鉀（KOH）調(diào)節(jié)PH值，提供鉀離子10-15用氫氧化鉀優(yōu)于燒堿純堿除鈣2-5氯化鉀（KCL）提供鉀離子根據(jù)需要40-110kg3%左右為氯化鉀加入鉆井液中的膠凝點，此時鉆井液最稠CMC-LV降失水劑8-10供選用SMP-2或-315-30SPNH10-30PSC10-20SPNC降失水劑10-20SMT降粘劑降失水劑10-20供選用FCLS

16、6-10SMC10-20GMP-33-580A51包被抑制劑3-6供選用KPAM3-6PAC-HV增稠劑5-10粘切低時供選用XC增稠提切3-5正電膠MMH提切劑5-8瀝青類防塌劑防塌劑10-30液體潤滑劑潤滑劑10-30消泡劑消泡劑2-53、性能指標(biāo)： 適用密度范圍：1.052.50g/cm3 ； 適用井深： 0-10000米粘 度： 40-60 s ； 塑性粘度： 15-25 mPa.s屈服值： 6-15 Pa ； 靜 切 力： 1-4/5-15 PaAPI失水：通常8ml ； PH 值： 9-11 HTHP： 通常10ml ； 摩阻系數(shù)： 0.1 4、注意事項： （1）經(jīng)常（每天至少一次）檢測K+含量，并不斷根據(jù)實測K+含量補充氯化鉀，保證氯化鉀在鉆井液中含量在4-11%。 （2）保持鉆井液中包被增稠劑、降失水劑的含量，以保持鉆井液良好的包被性和較低的濾失量。 （3）有條件的情況下，盡量用KOH代替燒堿調(diào)節(jié)PH值，保持PH值=9-11。 （4）氯化鉀聚磺鉆井液通常是由上部使用的聚合物鉆井液轉(zhuǎn)化而成，轉(zhuǎn)化時先將上部使用的鉆井液用稀聚磺膠液稀釋護膠，降低其膨潤土含量在30-40kg/m