钻井液与完井液1

钻井液密度
– 平衡地层压力，防止井喷、井漏和钻井液受地层流 体的污染；
– 平衡地层压力，保持井壁稳定，防止井塌； – 实现近平衡钻井技术，减少压持效应，提高机械钻
速； – 合理选择打开油气层的钻井液密度，减少钻井液对 产层的伤害。 • 用比重秤测定。
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钻井液的含砂量
– 定义:钻井液中不能通过200目筛的固相的体 积占钻井液体积的百分数。一般要求小于0.5 ％。
主要解决问题： 快速钻井 保护油气层
典型技术： 不分散低固相钻井液 气体钻井 保护油气层的完井液 合成基钻井液 抗高温钻井液
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国内钻井液技术发展特点
• 同样经历了这些阶段，但滞后一定时间; • 水基体系的研究应用比油基体系多; • 深井水基钻井液、防塌钻井液、聚合物钻井液理论较成
熟； • 成功研制了一些钻井液处理剂，如FA367, XY27, SMP,
广义完井液 —— 一切与产层接触的流体（各种盐水、 聚合物溶液、钻井液、泡沫等）。
狭义完井液 —— 钻开油气层的钻井液（钻开液）。 (completion fluid)
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第二节、 钻井液的组成、类型及性能
1. 钻井液的组成 主要由水、粘土和添加剂组成的体系 分散介质+分散相+化学处理剂 连续相+不连续相 液相+固相+化学处理剂
用组分表示的配方为： 5%膨润土浆+1%处理剂
配方表示的特点： • 用W/V百分数表示组分。 • 不考虑处理剂的体积。
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钻井液的组成示例
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2. 钻井液的分类 分类方法多
通常根据分散介质分为四大类：
水基钻井液（Water-Base Drilling Fluids） 油基钻井液（Oil-Base Drilling Fluids） 气态钻井液（Gas-Base Drilling Fluids） 合成基钻井液(Synthetic-Base Drilling Fluids)
• 低固相钻井液-low solids drilling fluids
• 饱和盐水泥浆-saturated saltwater drilling fluids
• 钙处理钻井液-calciumtreated drilling fluids
• 修井液，完井液workover ,completion fluids
– 不分散型钻井液体系：PH=7.5~8.5 – 分散型钻井液体系：PH>10 – 钙处理钻井液体系:PH>11
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钻井液膨润土含量（MBT）
– 钻井液中活性粘土的数量。 – 水基钻井液都有一个合适的膨润土含量，
MBT过高，钻井液的粘度、切力增大，泥饼 增厚，容易造成井下事故。 MBT过小，钻井液的粘度、切力急剧下降， 失水增大。
• 胶质 （胶体Colloid） +溶剂 • 蛋白质 明胶 氢氧化铝
subsurface tubulars.
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优质钻井液的标准
• 有利于安全、快速、优质、低耗钻井； • 有利于取全、取准各项工程、地质资料； • 有利于发现、保护油气层。
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钻井液工作的基本任务
• 根据所钻井类型、地层特性、孔隙及破裂压力、井温、 测井及环保要求正确选择钻井液类型；
• 自始至终维护、保持良好的钻井液性能； • 预防、处理各种井下复杂情况和事故； • 保证安全顺利钻井前提下，尽可能降低钻井液成本。 • 根据地质及钻井工程需要研究新型钻井液处理剂及体
– 含砂量过高带来的危害：
• 钻井液密度升高，降低机械钻速； • 泥饼中含砂量升高，泥饼渗透率增大，失水增
大； • 泥饼表面摩擦系数增加； • 钻头、钻柱、泵等机械设备磨损严重。
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钻井液的pH值
– 由于钻井液中使用的化学处理剂在碱性条件 下才能溶解，而酸性环境对钻井设备上的橡 胶部件有严重的腐蚀作用，所以，绝大多数 钻井液体系的PH值都控制在7以上。
系。
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第三节、 钻井液工艺技术的发展
1 初步发展时期 —— 自然造浆阶段
1888 ~1928年
主要解决问题： 携带钻屑 控制地层压力
典型技术： 水+钻屑+地面土 使用重晶石、铁矿粉（1920年以后)
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2. 快速发展时期 —— 细分散泥浆阶段
1928 ~1948年
主要解决问题：
–泥浆性能的稳定 –井壁稳定
• 具有丁达耳现象、扩散慢、不渗析 • 广义胶体：包括粗分散体系（悬浮体、乳状液、泡
沫）；溶胶；高分子真溶液；缔合胶体。
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胶体概念的沿革
• 1864年Graham的半透膜实验：
– 将一块羊皮纸(一种半透膜)缚在一个玻璃筒下端，筒内装着要 研究的水溶液，并把筒浸于水中，经过一段时间后，测定水中 溶质的浓度，求得溶质透过羊皮纸的扩散速度。实验发现：
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一般分类
淡水 : NaCL 1%;Ca2 120mg / L
盐水(
饱和 海水)
:
NaCL
1%(W
/V
)
水基混 低 钙固 油 处(相 理O((il石 FP/AACW膏M3a6aC/7t石 )eL:r2S灰)(:VV)O固 浆 :iCl)a2140%%120mg / L
油基油 一包 般水 油(基 W:/OOi)l
传递功率；
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4、钻井液的性能
• 钻井液的密度(Density) • 钻井液的流变性(Rheological Properties) • 钻井液的失水造壁性(Filtration Properties) • 钻井液的含砂量(Sand content of DF) • 钻井液的pH值 • 钻井液的固相含量和油、水含量 • 钻井液膨润土含量(MBT) • 钻井液的润滑性(Lubricity) • 钻井液的抑制性 • 钻井液滤液的化学性质（碱度、硬度、Cl-含量、….）17
本章要求掌握：
•成和类型。
•
钻井液、完井液的主要作用。
•
钻井液基本性能参数。
•
钻井液技术发展简史
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第一节、 钻井液、完井液的定义
狭义钻井液——粘土以小颗粒状态(‹2um)分散在水中所 形成的溶胶 悬浮体。(泥浆 mud)
广义 钻 井 液 —— 凡钻进中一切有助于从井眼产生和 清除钻屑的流体（液、气、液+气）。 (drilling fluid)
80A51等； • 成功应用了一些钻井液体系，如三磺体系，两性离子聚
合物体系，聚磺体系等； • 研制了大量钻井液性能评价仪器； • 钻井液工艺技术日益提高：预防和减少了各种井下复杂，
保证了常规井及各种特殊井的完成。 • 计算机应用及固控技术相对滞后。
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预测钻井液技术发展方向
– 钻井液强化稳定井壁技术 – 复杂地质条件下深井、超深井、大位移井钻井液技术 – 新型钻井液体系及其处理剂的研制与应用 – 废弃钻井液的处理技术 – 保护油气层的钻井液技术 – 低密度钻井液完井液体系及技术 – 恶性漏失的防治技术 – ……
• 两大技能：
o 钻井液、完井液配制 o 钻井液、完井液性能
测试
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课程特点及要求
• 涉及领域宽，属应用学科。 • 要求掌握基本概念、基本原理、基本计
算、基本实验技能； • 了解钻井液完井液体系及应用工艺、发
展方向和动态。
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主要参考书刊
• 李健鹰编著, 泥浆胶体化学 • H.范.奥尔芬, 粘土胶体化学导论 (译本) • G.R.格雷, 钻井液的组成与性能 (译本) • 鄢捷年，钻井液工艺学， • 张绍槐等编著, 保护储集层技术 • 张孝华等编著, 现代泥浆实验技术 • 期刊: 钻井液与完井液、 油田化学、石油钻采
• 油基钻井液-oil-based drilling fluids
• 气体类钻井液-gas –typed drilling fluids
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石油钻井工程标委会钻井液分委会 综合分类法
• 不分散聚合物钻井液（用 大中小分子聚合物处理的 低固相泥浆）
• 钾基钻井液 , K+≮1800mg/L
• 分散钻井液
钻井液完井液化学
Drilling and Completion Fluids Chemistry
主讲：黄进军 石工院钻井所泥浆室 CNPC钻井液重点研究室
• 所用教材 焉捷年 钻井液工艺学 陈大均等 油气田应用化学 黄汉仁 罗平亚等 泥浆工艺原理
泥浆工艺原理 实验讲义 泥浆工艺原理 习题集
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第一章、 钻井液概论
– 有些物质如无机盐、白糖等，扩散快，能很快透过羊皮纸。另 一类物质如明胶、丹宁、蛋白质、氢氧化铝等，扩散速度缓慢， 而且极难甚至不能透过羊皮纸。
– 当溶剂蒸发时，前一类者物质易成晶体析出，后一类物质则不 成晶体，而成粘稠的胶状物质。
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• 凝晶质（晶体Crystalloid）+溶剂 食盐 白糖
典型技术：
– 一些泥浆性能测试仪器研制出来 – 使用膨润土、单宁、烧碱、褐煤
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3. 高速发展阶段 —— 粗分散泥浆阶段
1948 ~1965年
主要解决问题：
➢ 石膏、盐污染 ➢ 温度影响
典型技术：
➢ 各种盐水、钙处理泥浆 ➢ 油基泥浆 ➢ 处理剂品种16大类
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4. 科学发展时期 —— 聚合物不分散低固 相钻井液阶段 1965年 ~现在
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钻井液循环路线
泥浆池 泵 高压管汇 水龙带
固控设备
方钻杆
井口及 环空 钻头 钻铤 振动筛
钻杆
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3. 钻井液的主要功能
控制压力 传递水功率 破岩、清岩
携带、悬浮岩屑 及加重材料
形成泥饼 冷却润滑钻头 保护油气层
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钻井液的主要作用
保持清洁；控制压力； 冷却润滑；防止垮塌； 避免损害；取准资料；