油田化學(xué)鉆井液化學(xué)

關(guān)于油田化學(xué)鉆井液化學(xué)鉆井液化學(xué)

鉆井液是指在旋轉(zhuǎn)鉆井工程中用作洗井的流體的總稱(chēng)，原稱(chēng)鉆井泥漿。鉆井液是由不同液體、固體以及化學(xué)處理劑混合而成的多相分散體系。鉆井液化學(xué)主要研究鉆井液的組成、性能、及其控制與調(diào)整，目的在于實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、快速、安全、經(jīng)濟(jì)地鉆井。第2頁(yè),共38頁(yè)，2024年2月25日，星期天鉆井液性能的好壞直接關(guān)系到鉆井的成敗，人們常以鉆井液是鉆井的血液來(lái)比喻其重要性。充分顯示了泥漿在鉆井工作中的重要性。第3頁(yè),共38頁(yè)，2024年2月25日，星期天第4頁(yè),共38頁(yè)，2024年2月25日，星期天第一節(jié)鉆井液一、鉆井液的功能

攜帶和懸浮鉆屑

泥漿的一個(gè)基本功用，就是要把鉆頭破碎的巖屑從井底帶出井眼。當(dāng)接鉆桿換鉆頭或臨時(shí)停止循環(huán)時(shí)，泥漿又把井眼內(nèi)的鉆屑懸浮住，不致很快下沉，防止沉砂卡鉆的危險(xiǎn)。第5頁(yè),共38頁(yè)，2024年2月25日，星期天第6頁(yè),共38頁(yè)，2024年2月25日，星期天穩(wěn)定井壁

井壁穩(wěn)定、井眼規(guī)則是優(yōu)質(zhì)快速鉆井也是調(diào)制泥漿的基本立足點(diǎn)。

泥漿的濾失性能應(yīng)有利于在井壁上形成薄而韌、摩擦系數(shù)小的泥餅。

泥漿的組成必須對(duì)鉆遇的泥頁(yè)巖的水化膨脹和分散具有較強(qiáng)的抑制作用。第7頁(yè),共38頁(yè)，2024年2月25日，星期天第8頁(yè),共38頁(yè)，2024年2月25日，星期天

冷卻和沖洗鉆頭、潤(rùn)滑鉆頭

鉆井過(guò)程中，鉆頭、鉆柱與地層摩擦產(chǎn)生大量的熱，必須用循環(huán)的鉆井液帶至地面散發(fā)掉，從而起到冷卻鉆頭和鉆桿的作用。第9頁(yè),共38頁(yè)，2024年2月25日，星期天

平衡地層壓力

調(diào)節(jié)鉆井液密度建立與地層壓力相適應(yīng)的液柱壓力p=ρgh，防止發(fā)生井噴、井長(zhǎng)、井漏的井下復(fù)雜問(wèn)題。

井口防噴器組合

井口安裝

第10頁(yè),共38頁(yè)，2024年2月25日，星期天第11頁(yè),共38頁(yè)，2024年2月25日，星期天

2003年12月23日22時(shí)15分，重慶開(kāi)縣高橋鎮(zhèn)小陽(yáng)村黃泥埡口附近，正在施工的中國(guó)石油西南油氣田分公司川東北氣礦羅家16H礦井發(fā)生井噴事故?；煊袆《玖蚧瘹涠練獾奶烊粴忸D時(shí)沖天而起，沖高30米左右，并迅速向高橋鎮(zhèn)、正壩鎮(zhèn)、麻柳鎮(zhèn)等附近鄉(xiāng)鎮(zhèn)蔓延。截至25日18時(shí)40分，事故已造成191人死亡、數(shù)百人不同程度受傷。事故發(fā)生后，重慶市委、市政府，開(kāi)縣各部門(mén)展開(kāi)了緊急搶救，10萬(wàn)群眾被連夜緊急疏散。第12頁(yè),共38頁(yè)，2024年2月25日，星期天

家住高橋鎮(zhèn)的周永祥告訴記者，23日晚10時(shí)20分左右，他正在家里看電視，忽然聞到一股刺鼻的煤氣味道，他還以為是家里的煤氣罐泄漏，就跑到廚房去檢查，沒(méi)發(fā)現(xiàn)什么問(wèn)題。后來(lái)，味道越來(lái)越濃，他預(yù)感不妙，趕緊到街上看情況。結(jié)果讓他大吃一驚：街上幾個(gè)八九歲的小孩走路都走不穩(wěn)了，“歪歪倒倒，像喝醉了酒一樣”！第13頁(yè),共38頁(yè)，2024年2月25日，星期天第14頁(yè),共38頁(yè)，2024年2月25日，星期天二、鉆井液的組成和分類(lèi)

1、鉆井液的組成

固體（如粘土）液體（如水、油）化學(xué)處理劑（如丹寧）混合而成的多相分散體系—膠體懸浮體。

第15頁(yè),共38頁(yè)，2024年2月25日，星期天

2、鉆井液的分類(lèi)水基鉆井液

連續(xù)相是水，水可以是淡水、海水、硬水、軟水等，內(nèi)相包括固體、液體和氣體。

第16頁(yè),共38頁(yè)，2024年2月25日，星期天油基鉆井液

連續(xù)相是油，內(nèi)相是水，水含量5-50%，含水10%以上的稱(chēng)為油包水乳化泥漿，低于10%的稱(chēng)為油基泥漿。

特點(diǎn)是：對(duì)油層損害小，抗可溶性鹽浸的能力強(qiáng)第17頁(yè),共38頁(yè)，2024年2月25日，星期天

（1）油包水泥漿

以柴油或原油作分散介質(zhì)，水及有機(jī)膨潤(rùn)土或其它的親油粉末物質(zhì)作分散相，加乳化劑等處理劑配制而成。

特點(diǎn)是：熱穩(wěn)定性高，有較好的防塌、潤(rùn)滑效果，對(duì)油氣層的損害小，常用于超深井的高溫地段，鉆進(jìn)易塌地段。

第18頁(yè),共38頁(yè)，2024年2月25日，星期天（2）油基泥漿

由柴油或原油和氧化瀝青或有機(jī)膨潤(rùn)土及有關(guān)處理劑配成。

大部分地區(qū)使用水基鉆井液。油基鉆井液由于成本高一般用于鉆高溫、復(fù)雜的水敏地層，鉆大斜度的定向井和水平井，或者水基鉆井液會(huì)使油層嚴(yán)重破壞的地層。第19頁(yè),共38頁(yè)，2024年2月25日，星期天第二節(jié)鉆井液性能要求與調(diào)整一、鉆井液密度

作用主要用來(lái)調(diào)節(jié)鉆井液的靜液柱壓力，以平衡地層壓力，防止發(fā)生井噴、井塌。

p=ρgh

式中g(shù)=9.8N/kg,h的單位是m,ρ的單位是kg/m3。壓強(qiáng)的單位是帕斯卡,即牛頓／平方米。

調(diào)整提高密度采用合格的加重劑如石灰石、重晶石；降低密度可采用加水稀釋?zhuān)蚴菤怏w或加稀的處理劑。

第20頁(yè),共38頁(yè)，2024年2月25日，星期天二、鉆井液的固含量

（一）定義泥漿中所含固相物質(zhì)的多少稱(chēng)為泥漿的固相含量，一般用體積百分?jǐn)?shù)來(lái)表示。（二）分類(lèi)根據(jù)鉆井液中固體的性質(zhì)可將其分為活性固體和惰性固體兩類(lèi)：

第21頁(yè),共38頁(yè)，2024年2月25日，星期天活性固體

這些固體在水中水化分散，它們的物理化學(xué)性質(zhì)受水中離子和鉆井液處理劑的影響，如粘土?；钚怨腆w受化學(xué)劑處理以后可以控制鉆井液的性質(zhì)。惰性固體

這些固體不溶于水，它在水中也不水化分散，如重晶石、石灰石等。第22頁(yè),共38頁(yè)，2024年2月25日，星期天（三）鉆井液固含量對(duì)鉆速的影響

水是鉆速最快的液體，當(dāng)水中加入固體物質(zhì)以后將導(dǎo)致鉆速下降。固含量越高，鉆井速度越慢?？諝夂吞烊粴馐倾@速最快的流體。

固相含量是影響鉆速最主要的因素，因而現(xiàn)代鉆井工藝中特別強(qiáng)調(diào)控制固相含量。第23頁(yè),共38頁(yè)，2024年2月25日，星期天三、鉆井液的酸堿度

一般鉆井液的PH值控制在8.5～11.5之間。一些鉆井液的最佳控制是基于PH值。第24頁(yè),共38頁(yè)，2024年2月25日，星期天四、可溶性鹽類(lèi)含量

總礦化度：是指鉆井液中水溶性無(wú)機(jī)鹽的總濃度含鹽量：指鉆井液中NaCl的含量含鈣量：指鉆井液中游離的Ca2+含量游離石灰含量：指在鉆井液中未溶解Ca(OH)2的含量第25頁(yè),共38頁(yè)，2024年2月25日，星期天五、鉆井液的濾失性和造壁性1、濾失性

在鉆井過(guò)程中，在液柱壓力與地層壓力差以及濃度的作用下，鉆井液的水向地層滲透的現(xiàn)象。2、造壁性

鉆井液在濾失水的同時(shí)，其中固體顆粒在井壁上形成一層濾餅，稱(chēng)為造壁性。第26頁(yè),共38頁(yè)，2024年2月25日，星期天第27頁(yè),共38頁(yè)，2024年2月25日，星期天

3、濾失量

鉆井液在一定的壓差下和溫度下，通過(guò)45.8±0.6cm2過(guò)濾面積的濾紙，經(jīng)過(guò)30min后濾液的數(shù)量稱(chēng)為濾失量，單位是（ml）。

第28頁(yè),共38頁(yè)，2024年2月25日，星期天4、濾失量大造成的危害泥漿的失水量過(guò)大造成濾餅過(guò)厚進(jìn)而下鉆遇阻，甚至遇卡；妨礙套管的順利下入。水敏性泥頁(yè)巖的垮塌；損害油、氣產(chǎn)層；第29頁(yè),共38頁(yè)，2024年2月25日，星期天5、濾餅的質(zhì)量好的泥漿的濾餅一定要薄、致密、韌性好能經(jīng)受泥漿流循環(huán)時(shí)的沖刷，濾失量低。6、影響鉆井液濾失量和濾餅質(zhì)量的因素經(jīng)數(shù)學(xué)推導(dǎo)和物理模型簡(jiǎn)化，鉆井泥漿的濾失量可用達(dá)西公式表示：第30頁(yè),共38頁(yè)，2024年2月25日，星期天A：濾餅面積（cm2）；K：濾餅的滲透率（達(dá)西）；

：鉆井液濾液粘度（厘泊）；ΔP：壓差（Pa）；T：時(shí)間（s）；Cc：濾餅中固相的體積分?jǐn)?shù)；Cm：鉆井液中固相體積分?jǐn)?shù)；第31頁(yè),共38頁(yè)，2024年2月25日，星期天其中固相含量系數(shù)、K主要由鉆井液固相含量、固相類(lèi)型、顆粒分布以及水化分散程度有關(guān)，具體來(lái)講：鉆井液中優(yōu)質(zhì)活性固體——膨潤(rùn)土含量增加一般濾失量下降。然而鉆井液中固相含量增加會(huì)使鉆井液粘度升高，為了使鉆井液有好的流動(dòng)性，不采用提高鉆井液固相含量的方法來(lái)降低濾失量。降濾失劑如CMC、磺甲基褐煤、酚醛樹(shù)酯等能堵塞濾餅的孔，降低K。第32頁(yè),共38頁(yè)，2024年2月25日，星期天六、鉆井液體系簡(jiǎn)介

1、自然鉆井液體系（1904—1921）

開(kāi)始于1904年—1921年間，使用清水鉆井，不加任何處理劑。使用時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)復(fù)雜井下問(wèn)題。第33頁(yè),共38頁(yè)，2024年2月25日，星期天

2、細(xì)分散鉆井液體系（1921—）又稱(chēng)Na基泥漿，特點(diǎn)是粘土顆粒高度分散。在本階段中，人為地加入粘土來(lái)配制鉆井液，并加入一些化學(xué)分散劑如純堿、燒堿、丹寧等，使粘土充分分散，大大改善了鉆井液性能。

隨著井的加深，井溫的升高，此種鉆井液對(duì)地層的鹽類(lèi)和粘土特別敏感，性能不穩(wěn)定，粘度和切力變化比較大。第34頁(yè),共38頁(yè)，2024年2月25日，星期天

3、粗分散鉆井液（1946—）其特點(diǎn)是采用了多種無(wú)機(jī)鹽作粘土分散抑制劑如CaCl2等，配合以耐鹽的稀釋劑、降濾失劑而配制成粗分散體系，從而大大提高了其耐溫和抗各種侵污能力。有粗分散的鈣處理泥漿、飽和鹽水泥漿。第35頁(yè),共38頁(yè)，2024年2月25日，星期天4、不分散低固相聚合物鉆井液體系

（1966～）其特點(diǎn)是使用了有選擇性絮凝劑，如聚丙烯酰胺、醋酸乙烯酯與順丁烯二酸酐的共聚物。它們可以對(duì)巖屑起包被作用，控制分散。配制時(shí)保持低固相