鉆井液防塌機(jī)理與措施-第六組

1、鉆井液防塌機(jī)理與措施鉆井液防塌機(jī)理與措施 第六組組長：楊守剛組員：樂杰 趙春平 夏平 馬磊 晁興旺油田化學(xué)研究性學(xué)習(xí)答辯目錄頁目錄頁contents0101井塌原因井塌原因0202防塌措施防塌措施0303防塌機(jī)理防塌機(jī)理0404結(jié)束語結(jié)束語1 1、井塌、井塌井塌 well slough 井壁巖石剝落掉塊，導(dǎo)致井徑變大的現(xiàn)象鉆井過程中井壁失穩(wěn)垮塌的現(xiàn)象 -一般定義-油田化學(xué)定義定義定義1 1、井塌、井塌原因原因工程因素高壓地層的壓力釋放、高構(gòu)造應(yīng)力的應(yīng)力釋放、松散地層的坍塌及鹽巖底層的塑性變形等頁巖與水接觸的影響起下鉆過程中的鉆頭對井壁的碰撞、環(huán)空鉆井液流量過大引起對井壁的過度沖刷和起下鉆過快引

2、起的壓力波動等物理化學(xué) 因素地質(zhì)因素高壓地層的壓力釋放、高構(gòu)造應(yīng)力的應(yīng)力釋放、松散地層的坍塌及鹽巖底層的塑性變形等地質(zhì)因素工程因素起下鉆過程中的鉆頭對井壁的碰撞、環(huán)空鉆井液流量過大引起對井壁的過度沖刷和起下鉆過快引起的壓力波動等頁巖與水接觸的影響物理化學(xué) 因素2 2、井塌措施、井塌措施總措施適當(dāng)提高鉆井液密度或化學(xué)適當(dāng)提高鉆井液密度或化學(xué)固壁固壁（如用水玻璃與井壁礦物中可交換的鈣鎂離子反應(yīng)生成硅酸鈣、硅酸鎂固結(jié)井壁）地質(zhì)因素引起改進(jìn)鉆井工藝改進(jìn)鉆井工藝物理化學(xué)因素引起工程因素引起改進(jìn)鉆井液性能改進(jìn)鉆井液性能，如調(diào)整鉆井液密度和加入頁巖抑制劑2 2、防塌措施、防塌措施具體措施防塌具體措施防塌具體

3、措施頁巖抑制頁巖抑制劑劑油基泥漿油基泥漿硅酸鹽鉆井硅酸鹽鉆井液液聚乙烯醇聚乙烯醇鉆井液鉆井液聚丙烯肽胺聚丙烯肽胺鉆井液鉆井液聚丙烯酸聚丙烯酸鉀鉆井液鉀鉆井液兩性復(fù)合離兩性復(fù)合離子聚合物鉆子聚合物鉆井液井液頁巖抑制頁巖抑制劑劑油基泥漿油基泥漿硅酸鹽鉆井硅酸鹽鉆井液液頁巖抑制頁巖抑制劑劑油基泥漿油基泥漿3 3、防塌機(jī)理、防塌機(jī)理總機(jī)理a.a.聚合物包被作用聚合物包被作用 聚合物鉆井液體系中的水溶性聚合物可以很好的吸附在井壁巖層或粘土礦物表面上，進(jìn)而形成一層高分子吸附膜，這樣就阻止了粘土與水的接觸，從而抑制了泥頁巖的粘土水化膨脹。b.b.無機(jī)鹽離子作用原理無機(jī)鹽離子作用原理 利用無機(jī)鹽類離子，與粘土

4、礦物的泥頁巖表面進(jìn)行離子之間的交換，改變粘土礦物的活性，進(jìn)而控制粘土礦物的水化膨脹。從總體上看，鉆井液的防塌機(jī)理主要體現(xiàn)在：從總體上看，鉆井液的防塌機(jī)理主要體現(xiàn)在：3 3、防塌機(jī)理、防塌機(jī)理總機(jī)理c.c.封堵作用封堵作用 在鉆井液體系中的加入特定的添加劑，進(jìn)而可用來暫堵屬于力學(xué)不穩(wěn)定因素引起的泥頁巖層的微裂縫，從而防止鉆井液體系中的水分沿著巖層的裂縫滲入地層中，從而起到防止粘土礦物水化膨脹。d.d.正電勢壘穩(wěn)定機(jī)理正電勢壘穩(wěn)定機(jī)理 粘土礦物能夠與混合金屬層狀氫氧化物形成復(fù)合體后，在帶有負(fù)電荷的粘土礦物顆粒周圍形成一層帶有正電荷的勢壘，這樣就能有效的阻止粘土礦物與水分子發(fā)生的離子交換，進(jìn)而有效地

5、抑制了粘土礦物的滲透水化而膨脹。3 3、防塌機(jī)理、防塌機(jī)理總機(jī)理e.e.活度平衡原理活度平衡原理 使鉆井液體系的活度與地層中水的活度相平衡，從而利用滲濾的原理來有效的抑制粘土礦物的水化膨脹，保持井壁的穩(wěn)定。 在鉆井過程中井壁不穩(wěn)定的主要因素是孔隙壓力擴(kuò)散，即在鉆井過程中由于鉆井液濾液進(jìn)入巖石孔隙，使得巖石的孔隙壓力不斷增大，粘土礦物顆粒之間的結(jié)合力就會隨之不斷降低，從而巖石強(qiáng)度也會降低。其次，是地層中粘土礦物顆粒之間本來存在的氫鍵等非化學(xué)結(jié)合力不斷的被水破壞。3 3、防塌機(jī)理、防塌機(jī)理頁巖抑制劑頁巖抑制劑：抑制頁巖膨脹或分散（包括剝落）的化學(xué)劑頁巖抑制劑：抑制頁巖膨脹或分散（包括剝落）的化學(xué)劑

6、壓縮頁巖表面擴(kuò)散雙電層的厚度，減小電位a中和頁巖表面的負(fù)電性b使頁巖表面反轉(zhuǎn)為親油表面a中和頁巖表面的負(fù)電性b在粘土片間橋接吸附鹽鹽陽離子表面活性劑陽離子表面活性劑陽離子型聚合物陽離子型聚合物3 3、防塌機(jī)理、防塌機(jī)理頁巖抑制劑非離子型聚合物非離子型聚合物改性瀝青改性瀝青a濁點(diǎn)效應(yīng) 低溫水溶，高溫析出，形成乳狀液封堵孔隙b競爭吸附 優(yōu)先吸附，阻止水分子進(jìn)入，擠走吸附在粘土 表面的水分子吸附在頁巖表面，封堵頁巖的孔隙，形成憎水油膜，減少頁巖與水的接觸3 3、防塌機(jī)理、防塌機(jī)理油基泥漿a泥頁巖的脫水硬化這種脫水硬化作用是通過兩種形式的半透膜即油基泥漿在井壁表面形成的半透膜和油包水乳滴自身的半透膜來

7、實(shí)現(xiàn)的。半透膜兩側(cè)高鹽度水相與泥頁巖原生水的活度差產(chǎn)生了滲透驅(qū)動力，萃取泥頁巖中的水，使泥頁巖硬化，強(qiáng)度增大。b增大泥頁巖的毛細(xì)管壓力，阻止泥漿水進(jìn)入泥頁巖。油基泥漿油基泥漿3 3、防塌機(jī)理、防塌機(jī)理硅酸鹽鉆井液 硅酸鹽在水中可以形成不同尺寸的膠體和高分子的納米級粒子。這些粒子通過吸附、擴(kuò)散或在壓差作用下進(jìn)入井壁的微小孔隙中，其硅酸根離子與巖石表面或地層水中的鈣、鎂離子發(fā)生反應(yīng)，生成的硅酸鈣沉淀覆蓋在巖石表面起封堵作用: 當(dāng)進(jìn)入地層的硅酸根遇到pH值小于9的地層水時(shí)，會立即變成凝膠，形成三維凝膠網(wǎng)絡(luò)，封堵地層的孔喉與裂縫 當(dāng)溫度超過80（在105以上更明顯）時(shí)，硅酸鹽的硅醇基與粘土礦物的鋁醇基

8、發(fā)生縮合反應(yīng)，產(chǎn)生膠結(jié)性物質(zhì)，將粘土等礦物顆粒結(jié)合成牢固的整體，從而封固井壁硅酸鹽鉆井液硅酸鹽鉆井液3 3、防塌機(jī)理、防塌機(jī)理聚乙烯醇鉆井液 由達(dá)西定律可知，液體流動速率與濾液的粘度成反比，粘度增加導(dǎo)致流體侵入速率的減小，從而有利于頁巖的穩(wěn)定。同時(shí)聚乙烯醇類分子能降低鉆井液濾液的化學(xué)活性聚乙烯醇鉆井液聚乙烯醇鉆井液3 3、防塌機(jī)理、防塌機(jī)理聚丙烯酞胺鉆井液a長鏈的聚丙烯酞胺在泥頁巖井壁表面上產(chǎn)生多點(diǎn)吸附，并可橫過裂縫，從而阻止泥頁巖的剝落b聚丙烯酞胺濃度較高時(shí)，在泥頁巖井壁表面形成較致密的吸附膜，減慢自由水向泥頁巖滲透的速度，對泥頁巖的水化膨脹起到抑制作用聚丙烯肽胺鉆井液聚丙烯肽胺鉆井液3 3

9、、防塌機(jī)理、防塌機(jī)理聚丙烯酸鉀鉆井液a聚丙烯酸鉀能有效地對鉆屑產(chǎn)生“包被”作用，抑制地層造漿b鉀離子能防止軟泥頁巖和硬脆性泥頁巖的水化與剝落，起到穩(wěn)定孔壁的作用。從防塌機(jī)理可知，聚丙烯酸鉀和聚丙烯酞胺的防塌機(jī)理相似，其防塌能力應(yīng)無大的差別聚丙烯酸鉀鉆井液聚丙烯酸鉀鉆井液3 3、防塌機(jī)理、防塌機(jī)理兩性復(fù)合離子聚合物鉆井液 兩性復(fù)合離子聚合物鉆井液體系的防塌機(jī)理與其他聚合物鉆井液體系的防塌機(jī)理相似，只是在防塌作用過程中，它的抑制作用表現(xiàn)的更強(qiáng):同時(shí)包被作用和吸附性也有所提高。兩性復(fù)合離子聚合物兩性復(fù)合離子聚合物鉆井液鉆井液聚合物鉆井液的機(jī)理聚合物鉆井液的機(jī)理a聚合物長鏈分子的結(jié)構(gòu)特性和含有極強(qiáng)吸附

10、能力的基因?qū)δ囗搸r進(jìn)行多點(diǎn)吸附,防止水分子吸入，降低水化度，保持泥頁巖的凍結(jié)強(qiáng)度，b一些大分子聚合物還具有封閉泥頁巖微裂縫的作用c堵孔作用（如改性后的瀝青制品通過化學(xué)作用吸附于泥頁巖邊緣，防止液體進(jìn)入泥頁巖，而且，瀝青也參與了泥餅的組成。）4 4、結(jié)束語 鉆井過程中井壁的垮塌失穩(wěn)問題是鉆探行業(yè)鉆井過程中井壁的垮塌失穩(wěn)問題是鉆探行業(yè)中共存的一個(gè)重點(diǎn)和難點(diǎn)，無論是油氣田勘探開中共存的一個(gè)重點(diǎn)和難點(diǎn)，無論是油氣田勘探開發(fā)還是其他礦產(chǎn)的勘探開發(fā)，其開發(fā)費(fèi)用主要是發(fā)還是其他礦產(chǎn)的勘探開發(fā)，其開發(fā)費(fèi)用主要是鉆井成本，因此保持井壁穩(wěn)定，快速順利地鉆井鉆井成本，因此保持井壁穩(wěn)定，快速順利地鉆井是降低鉆探開發(fā)成本的主要因素。是降低鉆探開發(fā)成本的主要因素。 為此，我們希望采取一些有效的防范措施來為此，我們希望采取一些有效的防范措施來避免此類井壁失穩(wěn)垮塌問題的發(fā)生，從而提高鉆避免此類井壁失穩(wěn)垮