钻井液固控系统院士讲座

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㈢、无用(有害 固相对泥浆性能与功能的不利影响 有害)固相对泥浆性能与功能的不利影响 无用 有害 1.增加泥浆粘度 增加泥浆粘度 石灰炭、花岗岩等固相的侵入对泥浆粘度增加的增加影响不大 石灰炭、花岗岩等固相的侵入对泥浆粘度增加的增加影响不大; 泥浆粘度增加的增加影响不大 而泥页岩中混入粘土，因水化作用产生地层或岩屑造浆，它使泥浆 而泥页岩中混入粘土，因水化作用产生地层或岩屑造浆， 中粘土含量不断升高，可能造成井浆的粘度大幅度上升 甚致丧失流动 中粘土含量不断升高，可能造成井浆的粘度大幅度上升,甚致丧失流动 性、无法维持正常钻进 引发事故并大大增加泥浆维护成本。这在深井 无法维持正常钻进,引发事故并大大增加泥浆维护成本 引发事故并大大增加泥浆维护成本。 (>5000M)、高温 、 高温(≥180℃)、 重泥浆 密度 密度≥2.00)的情况下引起的粘度上 ℃ 、 重泥浆(密度 的情况下引起的粘度上 升,至今仍是未解决的重大技术难题。固相 粘土 含量越大 其分散度越 至今仍是未解决的重大技术难题。 粘土)含量越大 至今仍是未解决的重大技术难题 固相(粘土 含量越大,其分散度越 高(颗粒越细 对泥浆粘度增加越大。 颗粒越细)对 越大。 颗粒越细 泥浆粘度增加越大
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6.润滑性： 润滑性： 润滑性 泥并润滑性、极压润滑性…，深井、高密度泥浆；水平井、 泥并润滑性、极压润滑性 ，深井、高密度泥浆；水平井、 大位移井、分支井必须要的特性 大位移井、 7、其它： 、其它： PH、含砂量…… 、含砂量 随钻井技术的发展而不断变化
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㈢.钻井液类型 它分为水基、油基、气基几大类， 它分为水基 、 油基 、 气基几大类 ， 我国现在以水基钻 井液为主。 井液为主。 水基钻井液: 水基钻井液 : 是以粘土为分散相在水中稳定的多级分散 体系。属于胶体,悬浮体混合分散体系（ 05μ 1 体系。属于胶体,悬浮体混合分散体系（0.05μ—1μ）。 基本组成： 粘土+各种处理剂+ 基本组成：水+粘土+各种处理剂+专用材料 油基钻井液： 油基钻井液：它是以有机土或其它油分散固体为分散相 在油中的稳定的多级分散体系。属于油的胶体—悬浮体混 在油中的稳定的多级分散体系 。 属于油的胶体 悬浮体混 合分散体系； 合分散体系； 基本组成： 代用品)+有机土（ 油分散固相） )+有机土 基本组成 ： 油 （ 代用品 )+ 有机土 （ 油分散固相 ） + 处 理剂+专用材料（加重……） 理剂+专用材料（加重 ） 气基钻井液：以气体（空气、氮气、天然气）为基础， 气基钻井液：以气体（空气、氮气、天然气）为基础， 泡沫） 雾、（泡沫）
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㈡.钻井液(泥浆)性能 1.钻井液密度
所钻井眼内压力控制：即泥浆柱压力P泥（由泥浆静密度+循环当量密 度决定）、地层流体压力P 地 ，井壁地层坍塌压力P 塌 ，地层破裂压力P 破 （有时表现为为承压能力或漏失压力），之间保持一个合理的关系，是 保证优质、快速、安全（减少井下复杂与事故）钻井的基础和关键。 钻井过程中不可避免产生的井下复杂情况，在本质上与它紧密相关， 它与井下漏、喷、塌、卡直接相关，与钻速密切相关，与泥浆流变性、 造壁性、抑制性……等主要性能密切相关。因此合理的泥浆密度是现代 钻井技术的首要问题，也是至今国内外都没有完全解决，又急待解决的 重大技术难题。
16Leabharlann 二、泥浆中固相对泥浆性能与功能的影响 (为什么要固控 以水基泥浆为例 为什么要固控,以水基泥浆为例 为什么要固控 以水基泥浆为例) ㈠.钻井液中必须含有的固相 (必须保留在泥浆中有用固相 必须保留在泥浆中有用固相) 钻井液中必须含有的固相 必须保留在泥浆中有用固相 钻井液中固相以颗粒存在,颗粒的大小不等，大小固相颗 钻井液中固相以颗粒存在 颗粒的大小不等， 颗粒的大小不等 粒的含量也不等。固相颗粒的大小称为粒度 即粗细程度 。 即粗细程度)。 粒的含量也不等 。固相颗粒的大小称为粒度(即粗细程度 各种大小固相颗粒占固相总量的百分数比称为级配(级数分 各种大小固相颗粒占固相总量的百分数比称为级配 级数分 配)。 。
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2.防止和解决钻井过程（ 包括使用泥浆本身 ） 所产生的困难和 防止和解决钻井过程（包括使用泥浆本身） 防止和解决钻井过程 复杂问题:井漏、井壁不稳定(缩径 井塌、井壁掉块……)， 缩径、 复杂问题 井漏、井壁不稳定 缩径、井塌、井壁掉块 井漏 ， 伤害油层,压差卡钻 井筒压力控制……。 伤害油层 压差卡钻;井筒压力控制 。 压差卡钻 井筒压力控制 3.保证钻井技术的进步和促进钻井技术的发展 保证钻井技术的进步和促进钻井技术的发展 传递动力、 能量， 参与破岩： 高压喷散钻井水力破岩， 传递动力 、 能量 ， 参与破岩 ： 高压喷散钻井水力破岩 ， 井下动力钻具;信号传输（MWD,LWD），解决大位井、分支井、 井下动力钻具;信号传输（MWD,LWD） 解决大位井、分支井、 特殊井的摩阻问题
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㈣.水基泥浆发展过程 1.自然泥浆体系 水在钻井中地层自然造浆 自然泥浆体系 2细分散泥浆体系：以分散剂保证配浆般土高度分散来实现泥浆体 细分散泥浆体系： 细分散泥浆体系 系的建立和功能的实现 3.粗分散泥浆体系：以分散剂 无机聚凝剂，以保证般土的适度分 粗分散泥浆体系：以分散剂+无机聚凝剂 无机聚凝剂， 粗分散泥浆体系 散（按要求），来实现泥浆体系的建立和功能的实现 按要求） 4.聚合物不分散泥浆体系：以有机高分子处理剂为主，控制造浆般 聚合物不分散泥浆体系：以有机高分子处理剂为主， 聚合物不分散泥浆体系 土的分散度，利用聚合物的聚凝 包被作用，抑制地层粘土造浆， 包被作用， 土的分散度，利用聚合物的聚凝,包被作用 抑制地层粘土造浆， 以保持低固相来建立的泥浆体系 无粘土相泥浆体系： 5.无粘土相泥浆体系：利用特种聚合物代替般土来建立泥浆体系和 无粘土相泥浆体系 实现功能（还未实现） 实现功能（还未实现）
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1.造浆搬土 造浆搬土 目前钻井液必须使用搬土，而且搬土必须高度分散（粒 目前钻井液必须使用搬土，而且搬土必须高度分散（ 径 ＜ 1-2µm)， 成为一种搬土在水中高度分散的多级分散胶 ， 悬浮体， 体--悬浮体，此分散体系的稳定性及内部结构状态是体系的 悬浮体 宏观性能的内在依据， 必须靠各种化学处理剂（ 宏观性能的内在依据 ， 必须靠各种化学处理剂 （ 分散度稳 定剂、分散剂、护胶剂）来实现,分散稳定剂的种类及其作 定剂 、 分散剂 、护胶剂） 来实现 分散稳定剂的种类及其作 用机理不同，即决定了泥浆不同的类型。 用机理不同，即决定了泥浆不同的类型。 2.泥浆加重材料 泥浆加重材料 泥浆 重晶石粉(200目) 目 重晶石粉 碳酸钙粉(200目) 目 碳酸钙粉 铁矿粉(200目) 目 铁矿粉
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㈡、无用(有害 固相 有害)固相 无用 有害 泥浆在使用中必然有大量地层钻屑和井壁坍塌物混入， 泥浆在使用中必然有大量地层钻屑和井壁坍塌物混入， 且必然被分散磨细，成为粒径大小不等的微粒，其中石灰 且必然被分散磨细，成为粒径大小不等的微粒， 炭、花岗岩等可能达到几百微粒(100-200目); 花岗岩等可能达到几百微粒 目 而泥页岩中粘土混入， 混入泥浆的大量粘土 ， 也因 而泥页岩中粘土混入 ， 混入泥浆的大量粘土， 水化作用和泥浆中胶体稳定剂的作用而高度的分散，使体 水化作用和泥浆中胶体稳定剂的作用而高度的分散， 系成为胶体—半胶体 悬浮体的多级分散体系 达到微米 系成为胶体 半胶体—悬浮体的多级分散体系 半胶体 悬浮体的多级分散体系(达到微米 级 )。 这种作用叫地层或岩屑造浆 ， 它使泥浆中粘土含量 。 这种作用叫地层或岩屑造浆， 不断升高，从而泥浆性能及其功能发挥带来十分不利的影 不断升高， 响，成为泥浆技术必须解决的重大问题。 成为泥浆技术必须解决的重大问题。
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一.钻井液与固相控制 ㈠.钻井液及其功能 满足钻井工程需要，解决钻井中的难题，帮助钻 满足钻井工程需要，解决钻井中的难题， 井新技术实现,在钻井中循环应用的流体。 井新技术实现 在钻井中循环应用的流体。 在钻井中循环应用的流体 1.满足钻井工程的基本需要： 满足钻井工程的基本需要： 满足钻井工程的基本需要 建立循环：清洗井底、带出钻屑， 建立循环：清洗井底、带出钻屑，悬浮钻屑 对付地层流体（油、气、水） 对付地层流体（ 冷却钻头
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⑵泥浆必须的流变性及表征参数
表观粘度：漏斗粘度： 流变参数：塑性粘度、动切应力、流型指数、稠度系数、极限粘度… 静切应力：（悬浮能力） 触变性 剪切稀释性： ……
⑶它必然是非牛顿流体和结构性流体
流变性与温度，压力和泥浆矿化度（含盐）有密切关系，必须专题研究。
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3.钻井液的造壁性 ⑴失水造壁性的概念(失水、泥饼) 当钻井液与井壁岩石接触时，在压差作用下钻井液将进入井壁地层， 岩石孔隙、裂缝尺寸大于泥浆中各种粒子，则泥浆进入地层（漏失）； 若岩石孔隙裂缝尺寸小于泥浆中大部分固相粒子，则泥浆向地层发生滤 失。在滤失过程中泥浆固相在地层井壁表面发生过滤，其固相粒子沉积 其上形成滤饼（泥饼），过滤过去的液相称为失水（滤失量）。这个滤 失过程是一客观存在，它对井壁稳定，油层保护、防止压差卡钻……有 直接关系，必须严加控制（低失水，好泥饼），因此就产生了泥浆的 “失水造壁性”这个特殊的重要性能。
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4、抑制性 、 这是关系到井壁稳定，油层损害与保护， 这是关系到井壁稳定，油层损害与保护，泥浆自身 性能及其稳定的重要性质； 性能及其稳定的重要性质； 抑制性是指泥浆本身对粘土水化、膨胀、 抑制性是指泥浆本身对粘土水化、 膨胀、分散作用 的抑制性。 的抑制性。 如何尽可能提高抑制性一直是泥浆技术的重点和难 点，至今并未完全达到所希望的水平。 至今并未完全达到所希望的水平。 使用油基泥浆的初衷也是基于这一考虑。 使用油基泥浆的初衷也是基于这一考虑。
钻井液与固控系统
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石油钻井机械与装备为油气钻井工程服务； 钻井工程为油气勘探开发服务； 钻井液技术为钻井工程服务
为满足油气钻井工程技术不断提高的要求, 石油钻井机械 与装备得到不断发展； 石油钻井机械与装备的发展保证和促进了钻井工程技术发 展；