第三章鉆井液

1、第三章第三章 鉆井液鉆井液第一節(jié)第一節(jié) 鉆井液的定義和功用鉆井液的定義和功用第二節(jié)第二節(jié) 鉆井液的組成和分類鉆井液的組成和分類第三節(jié)第三節(jié) 鉆井液的性能鉆井液的性能第四節(jié)第四節(jié) 鉆井液的固相控制鉆井液的固相控制第五節(jié)第五節(jié) 井塌及防塌措施井塌及防塌措施第六節(jié)第六節(jié) 油氣層保護(hù)及完井液油氣層保護(hù)及完井液第一節(jié)第一節(jié) 鉆井液的定義和功用鉆井液的定義和功用 一、鉆井液的定義一、鉆井液的定義 鉆井時(shí)用來清洗井底并把巖屑攜帶到地面、維持鉆井操鉆井時(shí)用來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。作正常進(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

2、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造壁性能造壁性能 4控制地層壓力控制地層壓力 平衡地層壓力的鉆井液密度：平衡地層壓力的鉆井液密度：式中：式中： D 井深，井深，m； 鉆井液密度，鉆井液密度，gcm3； 地層壓力，地層壓力，MPa。 再加一附加值再加一附加值 (gcm3)。 對(duì)于氣層，附加值為對(duì)于氣層，附加值為0.070.15gcm3；對(duì)于油層，附加值；對(duì)于油層，附加值為為0.050.10gcm3。Dppd00981. 0dpp 5循環(huán)停止時(shí)懸浮鉆屑和加重材料，防止下沉（即懸循環(huán)停止時(shí)懸浮鉆屑和加重材料，防止下沉（即懸浮作用）浮作用） 6從所鉆地層獲得資料從所鉆地層

3、獲得資料 7傳遞水力功率傳遞水力功率 一、鉆井液的組成一、鉆井液的組成 1、液相液相：液相是鉆井液的連續(xù)相，可以是水或油。：液相是鉆井液的連續(xù)相，可以是水或油。 2、活性固相活性固相：包括人為加入的商業(yè)膨潤(rùn)土、地層進(jìn)：包括人為加入的商業(yè)膨潤(rùn)土、地層進(jìn)入的造漿粘土和有機(jī)膨潤(rùn)土入的造漿粘土和有機(jī)膨潤(rùn)土(油基鉆井液用油基鉆井液用)。 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、各種鉆井液添加劑添加劑。第二節(jié)第二節(jié) 鉆井液的組成和分類鉆井液的組成和分類 二、鉆井液的分類二、鉆井液的分類 1、不分散體系不分散體系。 2、分散體系分散體系。 3、鈣處理體系

4、鈣處理體系。含。含Ca2+ 120mg/L，用以控制易塌頁巖及井眼，用以控制易塌頁巖及井眼擴(kuò)大。擴(kuò)大。 4、聚合物體系聚合物體系。能夠有效地增加粘度，降低失水和穩(wěn)定。能夠有效地增加粘度，降低失水和穩(wěn)定性能；可以減少為維持粘度所需的膨潤(rùn)土用量；穩(wěn)定性好；潤(rùn)性能；可以減少為維持粘度所需的膨潤(rùn)土用量；穩(wěn)定性好；潤(rùn)滑性能好?；阅芎?。 5 5、低固相體系低固相體系?？偣滔嗪看蠹s在?？偣滔嗪看蠹s在6 61010。膨潤(rùn)土固。膨潤(rùn)土固相少于相少于3 3，其固相與膨潤(rùn)土的比值應(yīng)小于，其固相與膨潤(rùn)土的比值應(yīng)小于2 2：1 1?？梢悦黠@地提?？梢悦黠@地提高鉆速。高鉆速。 6 6、飽和鹽水體系飽和鹽水體系。飽和

5、鹽水體系具有。飽和鹽水體系具有189g189gL L的氯根濃度。的氯根濃度。鹽水體系具有鹽水體系具有6 6189g/L189g/L的氯根含量。主要用于鉆鹽巖層與泥頁的氯根含量。主要用于鉆鹽巖層與泥頁巖易塌地層，具有較強(qiáng)的防塌能力。巖易塌地層，具有較強(qiáng)的防塌能力。 7 7、完井修井液體系完井修井液體系。具有抑制粘土膨脹保護(hù)儲(chǔ)層的作用。具有抑制粘土膨脹保護(hù)儲(chǔ)層的作用。由經(jīng)高度處理的鉆井液由經(jīng)高度處理的鉆井液( (封隔液封隔液) )和混合鹽或清潔鹽水組成。和混合鹽或清潔鹽水組成。 8 8、油基鉆井液體系油基鉆井液體系。 包括兩種類型：包括兩種類型： 反相乳化鉆井液，是屬油包水流體，以水為分散相，油為

6、連反相乳化鉆井液，是屬油包水流體，以水為分散相，油為連續(xù)相；續(xù)相； 油漿或油相鉆井液，常由氧化瀝青、有機(jī)酸、堿、各種藥劑油漿或油相鉆井液，常由氧化瀝青、有機(jī)酸、堿、各種藥劑和柴油混合而成。和柴油混合而成。 常用于鉆開油氣層或異常低壓地層，以及易發(fā)生粘卡的地層。常用于鉆開油氣層或異常低壓地層，以及易發(fā)生粘卡的地層。 9 9、空氣、霧、泡沫和氣體體系空氣、霧、泡沫和氣體體系。 常用于欠平衡壓力鉆井技術(shù)。常用于欠平衡壓力鉆井技術(shù)。 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。 二、鉆井液的流變性能二、鉆井液的流變性能 液體分為牛頓液體和非

7、牛頓液體液體分為牛頓液體和非牛頓液體，非牛頓液體又分為塑，非牛頓液體又分為塑性液體、假塑性液體和膨脹型液體三種類型。性液體、假塑性液體和膨脹型液體三種類型。第三節(jié)第三節(jié) 鉆井液的性能鉆井液的性能 (一一)塑性流型塑性流型 1塑性流型的特點(diǎn)塑性流型的特點(diǎn) (1)所加切應(yīng)力達(dá)到某一最低值之后所加切應(yīng)力達(dá)到某一最低值之后才開始流動(dòng)，這個(gè)最低切應(yīng)力稱為靜切應(yīng)才開始流動(dòng)，這個(gè)最低切應(yīng)力稱為靜切應(yīng)力。力。 又稱凝膠強(qiáng)度。又稱凝膠強(qiáng)度。 (2)當(dāng)切應(yīng)力繼續(xù)增大，流變曲線出當(dāng)切應(yīng)力繼續(xù)增大，流變曲線出現(xiàn)直現(xiàn)直 線段，稱為動(dòng)切應(yīng)力或屈服值。線段，稱為動(dòng)切應(yīng)力或屈服值。圖圖3-1 四種基本流型四種基本流型 2 2

8、塑性流型的流變方程塑性流型的流變方程 引入屈服值后，塑性流體的流變曲線可用下列方程描述：引入屈服值后，塑性流體的流變曲線可用下列方程描述：dxdvpvo 3塑性流型的流變參數(shù)及物理意義塑性流型的流變參數(shù)及物理意義 (1) (靜切力，靜切應(yīng)力靜切力，靜切應(yīng)力)：使鉆井液開始流動(dòng)所需的最低切應(yīng)力，：使鉆井液開始流動(dòng)所需的最低切應(yīng)力，它是鉆井液靜止時(shí)單位面積上所形成的連續(xù)空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的量度。它是鉆井液靜止時(shí)單位面積上所形成的連續(xù)空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的量度。 (2) (動(dòng)切應(yīng)力，屈服值動(dòng)切應(yīng)力，屈服值)：延長(zhǎng)流變曲線直線段與切應(yīng)力軸相交：延長(zhǎng)流變曲線直線段與切應(yīng)力軸相交得，它是一假想值，反映鉆井液處于

9、層流狀態(tài)時(shí)鉆井液中網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)強(qiáng)得，它是一假想值，反映鉆井液處于層流狀態(tài)時(shí)鉆井液中網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的量度。度的量度。so (3) (3) 塑性粘度：塑性粘度： 塑性粘度是塑性流體流變曲線段斜率的倒數(shù)，它不隨剪塑性粘度是塑性流體流變曲線段斜率的倒數(shù)，它不隨剪切力而變化。切力而變化。 它是由流體在層流狀態(tài)下體系中固相顆粒之間、固相顆它是由流體在層流狀態(tài)下體系中固相顆粒之間、固相顆粒與周圍液相間以及液相分子間的摩擦形成的。粒與周圍液相間以及液相分子間的摩擦形成的。pvdxdvopv/ (4)表觀粘度表觀粘度 ：表觀粘度又稱視粘度或有效粘度。它：表觀粘度又稱視粘度或有效粘度。它是在某一流速梯度下剪切應(yīng)力與相應(yīng)

10、流速梯度的比值，見圖是在某一流速梯度下剪切應(yīng)力與相應(yīng)流速梯度的比值，見圖3-1： A點(diǎn)的表觀粘度點(diǎn)的表觀粘度 而而B點(diǎn)的表觀粘度點(diǎn)的表觀粘度 說明鉆井液在不同流速梯度下的表觀粘度是不同的。說明鉆井液在不同流速梯度下的表觀粘度是不同的。AAAvAdxdvBBAvBdxdvAv圖圖3-1 四種基本流型四種基本流型 對(duì)塑性流體對(duì)塑性流體 ，表觀粘度為：，表觀粘度為：屈服值是與層流時(shí)體系中網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的密度和強(qiáng)度有關(guān)，故屈服值是與層流時(shí)體系中網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的密度和強(qiáng)度有關(guān)，故 稱為鉆井液的結(jié)構(gòu)粘度，故塑性流體的表觀粘度稱為鉆井液的結(jié)構(gòu)粘度，故塑性流體的表觀粘度 稱之動(dòng)塑比，反映鉆井液中結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和塑性粘度的比例關(guān)

11、系。它稱之動(dòng)塑比，反映鉆井液中結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和塑性粘度的比例關(guān)系。它決定鉆井液在環(huán)空中的流態(tài)，與鉆井液攜帶巖屑效果密切相關(guān)。一般情決定鉆井液在環(huán)空中的流態(tài)，與鉆井液攜帶巖屑效果密切相關(guān)。一般情況下要求況下要求 0.360.48之間。之間。dxdvpvopvoAvdxdvdxdvo/結(jié)構(gòu)pvAvpvopvo ndxdvk (二二)假塑性流型和膨脹流型假塑性流型和膨脹流型 n流性指數(shù)，表示假塑性流體在一定流速范圍內(nèi)的非牛流性指數(shù)，表示假塑性流體在一定流速范圍內(nèi)的非牛頓性程度，頓性程度，n1時(shí)為假塑性流體；時(shí)為假塑性流體；n1時(shí)為膨脹型流體。時(shí)為膨脹型流體。一般要求一般要求n值在值在0.70.4之間。之間

12、。 k稠度系數(shù)，與流體在稠度系數(shù)，與流體在1s-1流速梯度下的粘度有關(guān)，流速梯度下的粘度有關(guān)，k值值越大，粘度越大。越大，粘度越大。 (三三)流變參數(shù)的測(cè)定流變參數(shù)的測(cè)定 1靜切力（六速旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)）靜切力（六速旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)） 一般要測(cè)定初切一般要測(cè)定初切(10s切力切力)和終切和終切(10min切力切力)。 初切測(cè)定：將鉆井液在初切測(cè)定：將鉆井液在600rmin下攪拌下攪拌10s，靜置，靜置10s后測(cè)得后測(cè)得3rmin下的表盤讀數(shù)，該讀數(shù)乘以下的表盤讀數(shù)，該讀數(shù)乘以0511即得即得初切力初切力(Pa)。 終切測(cè)定：將鉆井液在終切測(cè)定：將鉆井液在600rmin下攪拌下攪拌10s，靜置，靜置10mi

13、n后再測(cè)得后再測(cè)得3rmin下的表盤讀數(shù)，該讀數(shù)乘以下的表盤讀數(shù)，該讀數(shù)乘以0511，即得終切力即得終切力(Pa)。 Avpvo300600pvnk1022600511. 0 2其它流變參數(shù)其它流變參數(shù) 用六速旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)測(cè)得用六速旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)測(cè)得600rmin和和300rmin表盤讀數(shù)表盤讀數(shù)(600，300)，就可計(jì)算下列流變參數(shù)。，就可計(jì)算下列流變參數(shù)。 表觀粘度：表觀粘度： 0.5600(mPas) 塑性粘度：塑性粘度： 600一一300(mPas) 動(dòng)切力動(dòng)切力(屈服值屈服值)： 0511(300一一 )(Pa) 流性指數(shù)：流性指數(shù)：n3321g （無因次）（無因次） 稠度系數(shù)：稠度系數(shù)

14、： (mPasn) 三、鉆井液的造壁性能及降濾失量劑三、鉆井液的造壁性能及降濾失量劑 (一一)濾失和造壁過程濾失和造壁過程 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)在壓差的作用下向在壓差的作用下向地層內(nèi)滲濾的過程稱為鉆井液的地層內(nèi)滲濾的過程稱為鉆井液的濾失濾失。 濾餅在井壁上的形成過程稱為濾餅在井壁上的形成過程稱為造壁過程造壁過程。 1靜濾失量靜濾失量 靜濾失量即常稱的靜濾失量即常稱的API濾失量，用濾失量，用API濾失量?jī)x測(cè)定，濾失量?jī)x測(cè)定，是在常溫、是在常溫、0.7MPa 壓差下測(cè)量壓差下測(cè)量30min所得的濾液體積所得的濾液體積（mL）。）。 鉆油氣層時(shí)，鉆油氣層

15、時(shí)，API濾矢量不能高于濾矢量不能高于5mL。 2 2高溫高壓濾失量高溫高壓濾失量 試驗(yàn)在試驗(yàn)在150150溫度、溫度、3.5MPa3.5MPa壓差下壓差下30min30min所測(cè)得的濾失所測(cè)得的濾失量值乘以量值乘以2 2即得高溫高壓濾矢量。即得高溫高壓濾矢量。 鉆油氣儲(chǔ)層時(shí)，高溫高壓濾失量不得大于鉆油氣儲(chǔ)層時(shí)，高溫高壓濾失量不得大于15mL15mL。 (二二)幾種濾失的概念幾種濾失的概念 1瞬時(shí)濾失瞬時(shí)濾失 在濾餅尚未形成的一段時(shí)間內(nèi)的濾失稱為在濾餅尚未形成的一段時(shí)間內(nèi)的濾失稱為瞬時(shí)濾失瞬時(shí)濾失。 影響瞬時(shí)濾失的因素包括地層孔隙大小、鉆井液中固影響瞬時(shí)濾失的因素包括地層孔隙大小、鉆井液中固相

16、含量及顆粒尺寸分布、鉆井液及濾液粘度等。相含量及顆粒尺寸分布、鉆井液及濾液粘度等。 2 2動(dòng)濾失動(dòng)濾失 鉆井液在井內(nèi)循環(huán)流動(dòng)時(shí)的濾失過程稱為鉆井液在井內(nèi)循環(huán)流動(dòng)時(shí)的濾失過程稱為動(dòng)濾失動(dòng)濾失。動(dòng)濾。動(dòng)濾失的特點(diǎn)是濾餅薄，濾失量大。它除了受地層條件、壓差、失的特點(diǎn)是濾餅薄，濾失量大。它除了受地層條件、壓差、鉆井液中固相類型和含量及粘度影響外，鉆井液的流變參數(shù)鉆井液中固相類型和含量及粘度影響外，鉆井液的流變參數(shù)與動(dòng)濾失密切相關(guān)，平衡濾餅的厚度與鉆井液的流速與流態(tài)與動(dòng)濾失密切相關(guān)，平衡濾餅的厚度與鉆井液的流速與流態(tài)有關(guān)。有關(guān)。 3 3靜濾失靜濾失 鉆井液在停止循環(huán)時(shí)的濾失過程稱為鉆井液在停止循環(huán)時(shí)的濾

17、失過程稱為靜濾失靜濾失。 (三三)影響靜濾失量的因素影響靜濾失量的因素式中式中 Vf鉆井液的濾失量，鉆井液的濾失量，mL； A過濾面積，過濾面積，cm2； K濾餅的滲透率；濾餅的滲透率； Cc濾餅中固相含量濾餅中固相含量(以體積計(jì)以體積計(jì))，；，； Cm鉆井液中固相含量鉆井液中固相含量(以體積計(jì)以體積計(jì))。；。； p壓差，壓差，MP； t濾失時(shí)間，濾失時(shí)間，min 鉆井液濾液粘度，鉆井液濾液粘度，mPas。101ptCCKAVmcf 1濾失時(shí)間濾失時(shí)間式中式中 Vf2時(shí)間時(shí)間t2時(shí)的未知濾矢量，時(shí)的未知濾矢量，mL； Vf1時(shí)間時(shí)間t1時(shí)的已知濾失量，時(shí)的已知濾失量，mL。 例：如果例：如果7

18、.5min內(nèi)的濾失量?jī)?nèi)的濾失量Vf1是是5mL，則在，則在30min內(nèi)的內(nèi)的濾矢量將是：濾矢量將是： mL1212ttVVff105 . 73052fV 2 2壓差壓差 濾矢量應(yīng)該與壓差的平方根成正比。但在泥餅的情況下并濾矢量應(yīng)該與壓差的平方根成正比。但在泥餅的情況下并非如此，要根據(jù)所形成濾餅的性質(zhì)決定。非如此，要根據(jù)所形成濾餅的性質(zhì)決定。 3 3溫度溫度 溫度升高引起濾液粘度下降，導(dǎo)致濾失速率增加。溫度升高引起濾液粘度下降，導(dǎo)致濾失速率增加。 4 4固相含量及類型固相含量及類型 ，C Cc cC Cm m 比值下降，就會(huì)降低濾失量，使比值下降，就會(huì)降低濾失量，使C Cm m 增大或使增大或使

19、C Cc c 降低。降低。Cc Cc 越小，說明濾餅中固相含量越低；越小，說明濾餅中固相含量越低；而水分含量越高，粘土顆粒的束縛水就多，在壓差作用下易而水分含量越高，粘土顆粒的束縛水就多，在壓差作用下易于變形，使濾餅滲透性降低，失量減少。于變形，使濾餅滲透性降低，失量減少。 5 5濾餅的滲透率濾餅的滲透率 主要取決粘土類型及其顆粒的尺寸、級(jí)配、形狀和水化主要取決粘土類型及其顆粒的尺寸、級(jí)配、形狀和水化程度。程度。1mcfCCV ( (四四) )降濾失劑及其作用機(jī)理降濾失劑及其作用機(jī)理 1 1護(hù)膠作用護(hù)膠作用 一方面能吸附在粘土顆粒表面形成吸附層，以阻止粘土顆粒一方面能吸附在粘土顆粒表面形成吸附

20、層，以阻止粘土顆粒絮凝變粗；絮凝變粗； 另一方面能把在鉆井液循環(huán)攪拌作用下，所拆散的細(xì)顆粒吸另一方面能把在鉆井液循環(huán)攪拌作用下，所拆散的細(xì)顆粒吸附在分子鏈上，不再粘結(jié)成大顆粒，而形成薄而韌的泥餅，稱之附在分子鏈上，不再粘結(jié)成大顆粒，而形成薄而韌的泥餅，稱之為降濾失劑的護(hù)膠作用。為降濾失劑的護(hù)膠作用。 2 2增加鉆井液中粘土顆粒的水化膜厚度，降低濾失量增加鉆井液中粘土顆粒的水化膜厚度，降低濾失量 降濾失劑吸附于鉆井液中的粘土顆粒上，使粘土顆粒周圍降濾失劑吸附于鉆井液中的粘土顆粒上，使粘土顆粒周圍的水化膜增厚，形成的濾餅在壓差作用下容易變形，濾餅的滲的水化膜增厚，形成的濾餅在壓差作用下容易變形，濾

21、餅的滲透率降低。透率降低。 3 3提高濾液粘度，降低濾失量提高濾液粘度，降低濾失量 4降濾失劑分子本身的堵孔作用降濾失劑分子本身的堵孔作用 常用的降濾失劑有：常用的降濾失劑有：Na-CMC(羧甲基纖維素鈉鹽羧甲基纖維素鈉鹽)，SMP(磺化酚醛樹脂磺化酚醛樹脂)、NH4HPAN(水解聚丙烯腈銨鹽水解聚丙烯腈銨鹽)、Na-HPAN(水解聚丙烯腈鈉鹽水解聚丙烯腈鈉鹽)、Ca-HPAN(水解聚丙烯水解聚丙烯腈鈣鹽腈鈣鹽)、SPNH(磺化褐煤樹脂磺化褐煤樹脂)及及PAC系列產(chǎn)品。系列產(chǎn)品。第四節(jié)第四節(jié) 鉆井液的固相控制鉆井液的固相控制 一、鉆井液中的固相對(duì)鉆速的影響一、鉆井液中的固相對(duì)鉆速的影響 1 1

22、固相含量對(duì)鉆速的影響固相含量對(duì)鉆速的影響 如圖如圖3-23-2所示。所示。鉆速隨固相含量升高而下降，固相含量鉆速隨固相含量升高而下降，固相含量每降低每降低1，鉆速至少可提高，鉆速至少可提高10。 2 2固相類型對(duì)鉆速的影響固相類型對(duì)鉆速的影響 如圖如圖3-33-3所示。從圖中可以看出：所示。從圖中可以看出：固相含量相同時(shí)，固相含量相同時(shí)，用用不分散鉆井液體系，其鉆速大于分散鉆井液體系的鉆速。不分散鉆井液體系，其鉆速大于分散鉆井液體系的鉆速。鉆井液中固相含量鉆井液中固相含量(體積體積)圖圖3-3 鉆井液中固相含量相同時(shí)鉆井液中固相含量相同時(shí)鉆井液類型對(duì)鉆速的影響鉆井液類型對(duì)鉆速的影響 鉆井液中固

23、相含量鉆井液中固相含量(體積體積)圖圖3-2 鉆井液中固相含量與鉆速的關(guān)系鉆井液中固相含量與鉆速的關(guān)系 二、固相控制方法二、固相控制方法 1 1大池子沉淀大池子沉淀 利用固相與液相的密度差，在重力的作用下，鉆屑從鉆利用固相與液相的密度差，在重力的作用下，鉆屑從鉆井液中沉降下來。井液中沉降下來。 2 2清水稀釋清水稀釋 向鉆井液中加水，固相含量相對(duì)減少。向鉆井液中加水，固相含量相對(duì)減少。 3 3替換部分鉆井液替換部分鉆井液 用水或固相含量低的鉆井液替換部分固相含量高的鉆井液，從用水或固相含量低的鉆井液替換部分固相含量高的鉆井液，從而達(dá)到降低整個(gè)鉆井液固相含量的目的。而達(dá)到降低整個(gè)鉆井液固相含量的

24、目的。 4利用機(jī)械設(shè)備清除固相利用機(jī)械設(shè)備清除固相 固相分離的設(shè)備有振動(dòng)篩（清除固相分離的設(shè)備有振動(dòng)篩（清除0.5mm以上）、旋流分離以上）、旋流分離器和離心機(jī)（清除器和離心機(jī)（清除25m以上的粗顆粒）三大類。根據(jù)清除固以上的粗顆粒）三大類。根據(jù)清除固相顆粒尺寸不同，旋流分離器又分為除砂器（一般在相顆粒尺寸不同，旋流分離器又分為除砂器（一般在74m以上，以上，也可以分離少部分也可以分離少部分4074m的固相顆粒）、除泥器（的固相顆粒）、除泥器（ 1074m的固相顆粒）和超級(jí)旋流分離器（的固相顆粒）和超級(jí)旋流分離器（ 5l0m的固相顆粒）的固相顆粒）三種。三種。 三、聚合物絮凝劑三、聚合物絮凝劑

25、 1聚合物絮凝劑的類型聚合物絮凝劑的類型 (1)全絮凝劑：聚合物能使鉆井液中所有的固相都發(fā)生絮全絮凝劑：聚合物能使鉆井液中所有的固相都發(fā)生絮凝沉淀，如聚丙烯酰胺。凝沉淀，如聚丙烯酰胺。 (2) (2)選擇性絮凝劑：只絮凝鉆屑和劣質(zhì)土，而不絮凝膨潤(rùn)選擇性絮凝劑：只絮凝鉆屑和劣質(zhì)土，而不絮凝膨潤(rùn)土的聚合物絮凝劑，如合適水解度的部分水解聚丙烯酰胺。土的聚合物絮凝劑，如合適水解度的部分水解聚丙烯酰胺。 常用的有機(jī)聚合物絮凝劑有聚丙烯酰胺常用的有機(jī)聚合物絮凝劑有聚丙烯酰胺(PAM)(PAM)、部分水解、部分水解聚丙烯酰胺聚丙烯酰胺(PHP)(PHP)、80A5180A51、醋酸乙烯酯、醋酸乙烯酯順丁烯二

26、酸酐共順丁烯二酸酐共聚物聚物(VAMA)(VAMA)。 2 2有機(jī)聚合物絮凝劑的作用機(jī)理有機(jī)聚合物絮凝劑的作用機(jī)理 絮凝作用分三個(gè)步驟：絮凝作用分三個(gè)步驟： (1)(1)吸附吸附：通過分子鏈上的吸附基團(tuán)：通過分子鏈上的吸附基團(tuán)( (如羥基如羥基-OH-OH、酰胺基、酰胺基- -CONHCONH2 2) )與粘土表面的氧原子或氫氧原子之間形成氫鍵而發(fā)生吸與粘土表面的氧原子或氫氧原子之間形成氫鍵而發(fā)生吸附，同時(shí)通過分子鏈上的離子化基團(tuán)附，同時(shí)通過分子鏈上的離子化基團(tuán)( (如羧鈉基如羧鈉基-COONa)-COONa)還可以還可以與粘土顆粒斷鍵邊緣產(chǎn)生靜電吸附。與粘土顆粒斷鍵邊緣產(chǎn)生靜電吸附。 (2)

27、 (2)架橋架橋：由于絮凝劑的分子鏈較長(zhǎng)，分子鏈上有多個(gè)吸：由于絮凝劑的分子鏈較長(zhǎng)，分子鏈上有多個(gè)吸附基團(tuán)，所以一條長(zhǎng)鏈上可以同時(shí)吸附多個(gè)粘土顆粒，這一附基團(tuán)，所以一條長(zhǎng)鏈上可以同時(shí)吸附多個(gè)粘土顆粒，這一作用過程就是長(zhǎng)鏈分子在粘土顆粒間的架橋作用。作用過程就是長(zhǎng)鏈分子在粘土顆粒間的架橋作用。 (3)(3)形成團(tuán)塊，在重力作用下下沉形成團(tuán)塊，在重力作用下下沉：當(dāng)架橋作用完成后，：當(dāng)架橋作用完成后，聚合物分子鏈本身及其鏈段發(fā)生旋轉(zhuǎn)和運(yùn)動(dòng)聚合物分子鏈本身及其鏈段發(fā)生旋轉(zhuǎn)和運(yùn)動(dòng)( (稱之痙攣稱之痙攣) )，將，將小的粘土顆粒聚集到一塊，形成絮凝固塊，在重力作用下絮小的粘土顆粒聚集到一塊，形成絮凝固塊，

28、在重力作用下絮凝團(tuán)塊下沉，從鉆井液中除去，全絮凝作用機(jī)理見圖凝團(tuán)塊下沉，從鉆井液中除去，全絮凝作用機(jī)理見圖3-53-5。 圖圖3-5 聚合物全絮凝作用機(jī)理示意圖聚合物全絮凝作用機(jī)理示意圖 3 3聚合物絮凝劑的加量聚合物絮凝劑的加量 達(dá)到最佳絮凝效果的加量：聚合物絮凝劑的加量為鉆井液達(dá)到最佳絮凝效果的加量：聚合物絮凝劑的加量為鉆井液中固相飽和吸附量的中固相飽和吸附量的1/21/2。 第五節(jié)第五節(jié) 井塌及防塌措施井塌及防塌措施 井塌就是指井眼不穩(wěn)定，即井壁巖石碎塊掉入井內(nèi)的現(xiàn)象。井塌就是指井眼不穩(wěn)定，即井壁巖石碎塊掉入井內(nèi)的現(xiàn)象。 一、井塌的征兆與危害一、井塌的征兆與危害 (1) (1) 粘度、切

29、力、密度和含砂量都增高粘度、切力、密度和含砂量都增高, ,泵壓忽高忽低泵壓忽高忽低, ,有有時(shí)突然憋泵。時(shí)突然憋泵。 (2)(2)井口返出的巖屑增多，砂樣混雜，有上部地層的巖石，井口返出的巖屑增多，砂樣混雜，有上部地層的巖石，有時(shí)返出大塊巖樣。有時(shí)返出大塊巖樣。 (3)(3)起鉆遇阻，下鉆達(dá)不到井底起鉆遇阻，下鉆達(dá)不到井底, ,有時(shí)造成環(huán)空堵塞，引起有時(shí)造成環(huán)空堵塞，引起憋泵或卡鉆。憋泵或卡鉆。 二、產(chǎn)生井塌的原因二、產(chǎn)生井塌的原因 (1)(1)地質(zhì)因素地質(zhì)因素：異常高壓地層、地質(zhì)破碎帶、斷層、含大：異常高壓地層、地質(zhì)破碎帶、斷層、含大量微裂紋地層及煤層等；量微裂紋地層及煤層等； (2)(2)

30、工程因素工程因素：鉆井液排量大、起下鉆速度快、井內(nèi)液柱：鉆井液排量大、起下鉆速度快、井內(nèi)液柱壓力低及鉆井液浸泡時(shí)間過長(zhǎng)等；壓力低及鉆井液浸泡時(shí)間過長(zhǎng)等； (3)(3)泥頁巖的水化泥頁巖的水化造成井壁不穩(wěn)定造成井壁不穩(wěn)定 水化分表面水化和滲透水化兩種：水化分表面水化和滲透水化兩種： 表面水化：粘土表面帶負(fù)電荷，吸附鉆井液中的水分子，表面水化：粘土表面帶負(fù)電荷，吸附鉆井液中的水分子，引起粘土表面水化，使粘土變軟和膨脹。引起粘土表面水化，使粘土變軟和膨脹。 滲透水化：當(dāng)泥頁巖水分中電解質(zhì)的濃度高于周圍鉆井液滲透水化：當(dāng)泥頁巖水分中電解質(zhì)的濃度高于周圍鉆井液中的電解質(zhì)濃度時(shí)，由于滲透作用，水分子由電解

31、質(zhì)濃度較低的中的電解質(zhì)濃度時(shí)，由于滲透作用，水分子由電解質(zhì)濃度較低的鉆井液中滲入到電解質(zhì)濃度高的泥頁巖內(nèi)部，造成井壁水化膨脹、鉆井液中滲入到電解質(zhì)濃度高的泥頁巖內(nèi)部，造成井壁水化膨脹、坍塌。坍塌。 三、防止井壁坍塌的措施三、防止井壁坍塌的措施 1鉆井液中鉆井液中加入加入K+、NH+4等無機(jī)陽離子等無機(jī)陽離子 (1) K+的固定作用。的固定作用。 K+直徑為直徑為0.265mm圖圖3-6 K+的固定作用的固定作用(1)正視圖；正視圖；(2)俯視圖俯視圖 o O(氧氧) Si(硅硅) (2) K(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 K+ +離子的水化能離子

32、的水化能(322 J(322 Jmol)mol)比比NaNa+ +離子的水化能離子的水化能(406 J(406 Jmol)mol)低，當(dāng)它進(jìn)入粘土的層間，既減少粘土的水化，又增加粘土層低，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。間的吸引力。 (3)(3)使粘土顆粒的擴(kuò)散雙電層變薄，利于有機(jī)處理劑分子在使粘土顆粒的擴(kuò)散雙電層變薄，利于有機(jī)處理劑分子在粘土上的吸附。粘土上的吸附。 2 2加入高聚物加入高聚物 （1 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。 高聚物通常以三種方式進(jìn)行吸附。如圖高聚物通常以三種方式進(jìn)行吸附。如圖3-73-7

33、所示：所示： A A為單點(diǎn)吸附；為單點(diǎn)吸附； B B為環(huán)為環(huán)軌軌尾吸附，兩個(gè)吸附點(diǎn)間的鏈段構(gòu)成環(huán)，環(huán)尾吸附，兩個(gè)吸附點(diǎn)間的鏈段構(gòu)成環(huán)，環(huán)和鏈尾部飄在溶液中；和鏈尾部飄在溶液中； C C為多點(diǎn)吸附，通過吸附，高聚物為多點(diǎn)吸附，通過吸附，高聚物“躺臥躺臥”或貼在粘土或貼在粘土上，也稱臥式吸附。上，也稱臥式吸附。 ABC圖圖3-7 聚合物吸附模型聚合物吸附模型 常用的高聚物有聚丙烯酰胺常用的高聚物有聚丙烯酰胺(PAM)(PAM)、部分水解聚丙烯酰、部分水解聚丙烯酰胺胺(PHP)(PHP)、陽離子聚丙烯酰胺、各種陽離子聚合物、兩性離、陽離子聚丙烯酰胺、各種陽離子聚合物、兩性離子聚合物子聚合物FA367

34、FA367等。如果這些高聚物分子吸附在鉆屑上，則等。如果這些高聚物分子吸附在鉆屑上，則能防止鉆屑分散，這就是所說的包被作用。能防止鉆屑分散，這就是所說的包被作用。 （2 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。 高聚物分子的護(hù)膠和堵孔作用，使濾餅滲透率降低，濾高聚物分子的護(hù)膠和堵孔作用，使濾餅滲透率降低，濾失量減少，防止井壁粘土水化膨脹。失量減少，防止井壁粘土水化膨脹。 3 3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，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，在井壁上形成一層油膜。在井壁

35、上形成一層油膜。 常用的封堵類防塌劑有磺化瀝青、氧化瀝青、植物渣油、常用的封堵類防塌劑有磺化瀝青、氧化瀝青、植物渣油、磺化妥爾油瀝青等?；腔谞栍蜑r青等。 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 1外來流體中的外來流體中的固體顆粒對(duì)儲(chǔ)層的損害固體顆粒對(duì)儲(chǔ)層的損害 在井內(nèi)液柱壓差的作用下，外來流體中粒徑極小的固體顆在井內(nèi)液柱壓差的作用下，外來流體中粒徑極小的固體顆粒粒( (粘土、巖屑、加重材料等粘土、巖屑、加重材料等) )在濾餅形成前會(huì)侵入儲(chǔ)層，造成在濾餅形成前會(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。儲(chǔ)層油氣流通道堵塞，儲(chǔ)層滲透性降低。 與流體的濾失性能

36、、固相含量及顆粒分布、壓差及流體與與流體的濾失性能、固相含量及顆粒分布、壓差及流體與地層的接觸時(shí)間有關(guān)。地層的接觸時(shí)間有關(guān)。 第六節(jié)第六節(jié) 油氣層保護(hù)及完井液油氣層保護(hù)及完井液 (1)(1)實(shí)施屏蔽暫堵技術(shù)實(shí)施屏蔽暫堵技術(shù) 選擇規(guī)則是架橋顆粒的直徑為儲(chǔ)層平均孔徑的選擇規(guī)則是架橋顆粒的直徑為儲(chǔ)層平均孔徑的1/21/22/32/3。在完井液中，架橋粒子的加入量一般大于在完井液中，架橋粒子的加入量一般大于3 3。 常用的架橋粒子有超細(xì)碳酸鈣常用的架橋粒子有超細(xì)碳酸鈣( (酸活性酸活性) )、油溶樹脂、氯、油溶樹脂、氯化鈉化鈉( (水溶性水溶性) )等，再配用充填粒子和可變形粒子，如磺化瀝等，再配用充

37、填粒子和可變形粒子，如磺化瀝青、氧化瀝青、石蠟、樹脂等。青、氧化瀝青、石蠟、樹脂等。 (2)(2)使用無固相清潔鹽水做完井液。使用無固相清潔鹽水做完井液。 2 2儲(chǔ)層內(nèi)部?jī)?chǔ)層內(nèi)部微粒運(yùn)移造成的損害微粒運(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)，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集而沉積下來，對(duì)孔喉造成堵塞，大于孔喉直徑的微粒便被捕集而沉積下來，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。也可能幾個(gè)微粒同時(shí)聚集在孔喉處形成橋堵。 防止儲(chǔ)層內(nèi)的微粒運(yùn)移的方法：防止儲(chǔ)層內(nèi)的微粒運(yùn)移的方法：控制流體控制流體( (包括儲(chǔ)層內(nèi)流體包

38、括儲(chǔ)層內(nèi)流體和外來流體和外來流體) )的的流速流速低于臨界流速；低于臨界流速；加入加入粘土微粒粘土微粒防運(yùn)移劑防運(yùn)移劑。 粘土微粒防運(yùn)移劑主要是通過粘土表面的兩個(gè)基本性粘土微粒防運(yùn)移劑主要是通過粘土表面的兩個(gè)基本性質(zhì)質(zhì)( (帶負(fù)電、羥基化帶負(fù)電、羥基化) )或化學(xué)鍵的形成起作用?；蚧瘜W(xué)鍵的形成起作用。 粘土微粒防運(yùn)移劑是陽離子型聚合物和非離子型聚合物。粘土微粒防運(yùn)移劑是陽離子型聚合物和非離子型聚合物。陽離子型聚合物主要是通過粘土微粒表面的負(fù)電性，非離子陽離子型聚合物主要是通過粘土微粒表面的負(fù)電性，非離子型聚合物則主要通過粘土微粒的羥基化表面，將微粒橋接到型聚合物則主要通過粘土微粒的羥基化表面，

39、將微粒橋接到地層表面。地層表面。 3 3儲(chǔ)層內(nèi)粘土儲(chǔ)層內(nèi)粘土水化膨脹引起孔喉堵塞水化膨脹引起孔喉堵塞 預(yù)防儲(chǔ)層內(nèi)粘土水化膨脹的措施是減少入井流體的濾夫量，預(yù)防儲(chǔ)層內(nèi)粘土水化膨脹的措施是減少入井流體的濾夫量，提高濾液的礦化度提高濾液的礦化度( (提高濾液的抑制性提高濾液的抑制性) )和使用粘土防膨劑。和使用粘土防膨劑。 粘土防膨劑是指能抑制粘土膨脹的化學(xué)劑。粘土防膨劑是指能抑制粘土膨脹的化學(xué)劑。它主要通過三它主要通過三種機(jī)理起防膨作用。種機(jī)理起防膨作用。 (1)(1)減少粘土表面的負(fù)電性，這類防膨劑包括鹽減少粘土表面的負(fù)電性，這類防膨劑包括鹽( (如如KC1KC1、NHNH4 4Cl)Cl)、陽

40、離子型表面活性劑和陽離子聚合物等。、陽離子型表面活性劑和陽離子聚合物等。 (2)(2)防膨劑與粘土表面的羥基作用，使粘土變成親油表面或防膨劑與粘土表面的羥基作用，使粘土變成親油表面或?qū)⒕勇?lián)接起來，這類防膨劑是烴基鹵代硅烷，如二甲基二氯甲將晶層聯(lián)接起來，這類防膨劑是烴基鹵代硅烷，如二甲基二氯甲硅烷、二乙基二氯甲硅烷等。硅烷、二乙基二氯甲硅烷等。 (3)(3)轉(zhuǎn)變粘土礦物類型，將膨脹型粘土礦物轉(zhuǎn)變?yōu)榉桥蛎浶娃D(zhuǎn)變粘土礦物類型，將膨脹型粘土礦物轉(zhuǎn)變?yōu)榉桥蛎浶偷钠渌V物。在一定條件下硅酸鉀或氫氧化鉀可將蒙脫石轉(zhuǎn)變?yōu)榈钠渌V物。在一定條件下硅酸鉀或氫氧化鉀可將蒙脫石轉(zhuǎn)變?yōu)榉桥蛎浶偷拟浌桎X酸鹽。非膨脹型的鉀硅鋁酸鹽。 4 4流體的不配伍性性對(duì)儲(chǔ)層的損害流體的不配伍性性對(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)