钻井液处理剂作用原理-蒲晓林
针对复杂情况的钻井液技术2
人工缝
人工缝与天然缝组合
P破1
P破2 h
P破3 3 h H
2 y
P破 MaxP破1,P破2,,P破3
1 In1 PP 3 rW
(2)微裂缝高密度油基钻井液扩展性漏失 井筒钻井液有效压力大于裂缝末端抗张强度产生的井漏
微裂缝扩展
3、粒度分布范围宽:1-800微米; 4、部分粒子具有可变性密封特点;
5、对实际钻井液性能无破坏作用。 孔隙—微裂缝储层 (不漏) (微漏)
0 0.2 0.8 1
随钻堵漏区域
恶性井漏和承压堵漏新的实验方法
钻井液堵漏 评价方法
1
恶性漏失 评价方法
启动压力测试法 凝胶强度测试法
2
承压堵漏 评价方法
+ 排水率测试法
气液置换区域 裂缝内形成致密封堵层
a
井 筒 钻 井 液
气藏 Pm
孔隙—微裂缝储层 (不漏) (微漏)
0 0.2 1 2
封缝堵气示意图
封缝研究区域
停钻堵漏研究区域
裂缝地层封缝防气侵实验评价方法
封缝堵气评价方法
实验研究现场
随钻封堵防气侵钻井液技术现场实验
现场实验效果
5015m~5044m 井段实验效果(部分数据) 井深 m 5015 全烃含量 % 22.92 井深 m 全烃含量 % 井深 m 全烃含量 %
地质难点
1、储层埋藏深,非均质性强 2、缝洞深度难以预测,误差较大 3、存在多套储盖组合、多套油气水系统 4、预测地层压力预测相差较大,井漏、溢流转 换频繁 5、多期成藏,多期调整,流体关系非常复杂
举例
时间 溢流 类型 负压 08年 井漏 置换 负压 09年 井漏 置换 负压 10年 井漏 置换 负压 11年 (6月) 井漏 置换 总次数 溢流 次数 23 5 1 15 16 5 8 21 4 6 14 7 125
抗高温钻井液降滤失剂的合成
¹ 常规 GM ( 1, 1) 对原始数据要求呈指数递增 ( 或递减) , 如果达不到这个基本要求, 特别是数据出 现阶跃, 模型预测的结果误差较大。
º 对常规 GM ( 1, 1) 的残差序列的分析, 利用残 差修正模型来提高预测精度。
» 当残 差序列 是较光 滑的 数据 时, 残 差修 正 GM ( 1, 1) 模型的预测精度才会有很好的提高。
关键词: 三元共聚; 降滤失剂; 合成; 水溶液
随着世界能源需求的增加和钻探技术的发展, 深井和超深井钻探已成为今后钻探工业发展的一个 重要方面。由于井越深, 技术上的困难越多, 因此, 世 界各国都把钻井深度和速度作为钻井工艺技术水平 的重要标志。国内外超深井实践证明, 超深井钻井液 质量对超深井的成败、钻速和成本有着极其重要的 意义。由于深井井底温度可达200~250℃或更高, 压 力可达 1500~2000 大气压, 一般认为高压对水基钻 井液性能没有显著影响, 但是温度的影响却十分显 著, 因而深井水基钻井液的主要问题是抗高温, 其核 心就是抗高温的处理剂[ 1] 。
¼可对残差进行周期修正, 能进一步提高预测 精度。
[ 参考文献]
[ 1] 刘德华, 王越之. 灰色系统理论在石油工业中 的应用[ M ] . 北京: 石油工业出版社, 1995, 10: 38~50.
[ 2] 吴强. 灰色预测模型 GM ( 1, 1) 的修正. 黑龙江 商学报 ( 自然 科学版) [ J] . 1995, 3( 11) : 61~ 6 4.
38. 90 1182. 81 10. 74
2002 875. 57 896. 26
2. 36
20. 70 990. 00 11. 56
2003 854. 60 733. 79 - 14. 14 120. 81 833. 51 - 2. 53
钻井液常用处理剂的作用机理(一)概要
钻井液常⽤处理剂的作⽤机理(⼀)概要钻井液常⽤处理剂的作⽤机理(⼀)钻井液处理剂⽤于改善和稳定钻井液性能,或为满⾜钻井液某种性能需要⽽加⼊的化学添加剂。
处理剂是钻井液的核⼼组分,往往很少的加量就会对钻井液性能产⽣很⼤的影响。
钻井液原材料和处理剂的种类品种繁多,为了使⽤和研究⽅便将按其功能进⾏分类。
根据2006年API钻井液处理剂分类⽅法,将钻井液处理剂分为降滤失剂、增粘剂、乳化剂、页岩抑制剂、堵漏材料、降粘剂、腐蚀抑制剂、表⾯活性剂、润滑剂/解卡剂、加重剂、杀菌剂、消泡剂、泡沫剂、絮凝剂、除钙剂、pH控制剂、⾼温稳定剂、⽔合物控制剂。
共计18类。
其中润滑剂/解卡剂合并,另外增加了⽔合物控制剂我国钻井液标准化委员会根据国际上的分类法,并结合我国的具体情况,将钻井液配浆材料和处理剂分为16类,分别为粘⼟类、加重剂、碱度控制剂、降滤失剂、降粘剂、增粘剂、页岩抑制剂、絮凝剂、润滑剂、解卡剂、杀菌剂、缓蚀剂、乳化剂、堵漏剂、发泡剂、消泡剂。
这16类处理剂所起的作⽤不同,但在配制和使⽤钻井液是,并不同时使⽤这些处理剂,⽽是根据现场需要选择其中的⼏种。
下⾯对这16种处理剂进⾏介绍。
1 粘⼟类粘⼟的本质是粘⼟矿物。
粘⼟矿物是细分散的含⽔的层状硅酸盐和含⽔的⾮晶质硅酸盐矿物的总称。
粘⼟矿物是整个粘⼟类⼟或岩⽯的性质,它是最活跃的组分。
晶质含⽔的层状硅酸盐矿物:⾼岭⽯、蒙脱⽯、伊利⽯、绿泥⽯等;含⽔的⾮晶质硅酸盐矿物:⽔铝英⽯、硅胶铁⽯等。
1.1 粘⼟矿物的两种基本构造单元1.1.1 硅氧四⾯体与硅氧四⾯体晶⽚硅氧四⾯体:有⼀个硅原⼦与四个氧原⼦,硅原⼦在四⾯体的中⼼,氧原⼦在四⾯体的顶点,硅原⼦与各氧原⼦之间的距离相等,其结构见右图。
图1硅氧四⾯体结构硅氧⾯体晶⽚:指硅氧四⾯体⽹络。
硅氧四⾯体⽹络由硅氧四⾯体通过相临的氧原⼦连接⽽成,其⽴体结构见右图。
图2 硅氧四⾯晶⽚结构图1.1.2 铝氧⼋⾯体与铝氧⼋⾯体晶⽚铝氧⼋⾯体:六个顶点为氢氧原⼦团,铝、铁或镁原⼦居于⼋⾯体中央(如右图所⽰)。
钻井液处理剂作用机理1
钻井液配浆材料与处理剂一般来讲,钻井液配浆原材料是指在配浆中用量较大的基本组分,例如膨润土、水、油和重晶石等。
处理剂则是指用于改善和稳定钻井液性能,或为满足钻井液某种性能需要而加人的化学添加剂。
处理剂是钻井液的核心组分,往往很少的加量就会对钻井液性能产生极大的影响。
但配浆原材料与处理剂之间并无严格的界限,有的文献将配浆原材料也归类在处理剂中。
钻井液原材料和处理剂的种类品种繁多。
为了使用和研究方便,有必要将它们进行分类。
目前主要有以下两种分类方法。
第一类分类方法是按其组成分类。
通常分为钻井液原材料、无机处理剂、有机处理剂和表面活性剂四大类。
其中无机处理剂又可分为氯化物、硫酸盐、碱类、碳酸盐、磷酸盐、硅酸盐和重铬酸盐和混合金属层状氢氧化物(即正电胶)类等。
有机处理剂通常可分为天然产品、天然改性产品和有机合成化合物。
按其化学组分又可分为下列几类:腐植酸类、纤维素类、木质素类、丹宁酸类、沥青类、淀粉类和聚合物类等。
第二类分类方法是按其在钻井液中所起的作用或功能分类。
我国钻井液标准化委员会根据国际上的分类法,并结合我国的具体情况,将钻井液配浆材料和处理剂共分为以下“类,即(1)降滤失剂(Filtration Reducer);(2)增粘剂(Viscosifier);(3)乳化剂(Emulsifier)使油水乳化产生乳状液;(4)页岩抑制剂(Shale inhibitor);(5)堵漏剂(lost Circulation Material);(6)降粘剂(Thinner);(7)缓蚀剂(Corrosion inhibitor);(8)粘土类(Clay);(9)润滑剂(Lubricant);(10)加重剂(Weighting Agent);(11)杀菌剂(Bactericide);(12)消泡剂(Defoamer);(13)泡沫剂(Foaming Agent);(14)絮凝剂(Flocculant);(15)解卡剂(Pipe-Freeing Agent);(16)其它类(Others)等。
钻井液处理剂的作用原理一
钻井液处理剂的作用原理一钻井液处理剂是在钻井过程中使用的一种化学品,其作用是改善钻井液的性能以满足特定的钻井需求。
钻井液处理剂的作用原理如下:1. 增粘剂:钻井液中的增粘剂可以提高液相的粘度,减少钻井液中的固相颗粒悬浮和沉降速度,从而起到增加钻井液携带能力的作用。
增粘剂一般为聚合物化合物或纤维素衍生物,可以使钻井液在井下流动性能更好,提高钻进速度。
增粘剂:钻井液中的增粘剂可以提高液相的粘度,减少钻井液中的固相颗粒悬浮和沉降速度,从而起到增加钻井液携带能力的作用。
增粘剂一般为聚合物化合物或纤维素衍生物,可以使钻井液在井下流动性能更好,提高钻进速度。
2. 乳化剂:钻井液中的乳化剂可以促使油和水相互混合形成乳状液体。
乳化剂可以增加钻井液的稳定性和抗溶解能力,防止钻井液中的油和水相分离,从而起到稳定钻井液性质的作用。
乳化剂:钻井液中的乳化剂可以促使油和水相互混合形成乳状液体。
乳化剂可以增加钻井液的稳定性和抗溶解能力,防止钻井液中的油和水相分离,从而起到稳定钻井液性质的作用。
3. 分散剂:钻井过程中,钻井液会遇到一些固相杂质,如岩屑和沉积物等。
分散剂可以帮助将这些固相杂质分散在钻井液中,并防止其重新聚集,保持钻井液的均匀性和稳定性。
分散剂:钻井过程中,钻井液会遇到一些固相杂质,如岩屑和沉积物等。
分散剂可以帮助将这些固相杂质分散在钻井液中,并防止其重新聚集,保持钻井液的均匀性和稳定性。
4. 酸洗剂:在岩石中存在一些可溶性的杂质,如钙、镁、铁等金属离子,这些金属离子会降低钻井液的性能。
酸洗剂可以与这些金属离子发生反应,并使其变为不溶性物质,从而净化钻井液。
酸洗剂:在岩石中存在一些可溶性的杂质,如钙、镁、铁等金属离子,这些金属离子会降低钻井液的性能。
酸洗剂可以与这些金属离子发生反应,并使其变为不溶性物质,从而净化钻井液。
5. 碱洗剂:一些岩石中含有酸性物质,如硅酸盐等,这些酸性物质会对钻井液产生腐蚀作用。
碱洗剂可以中和这些酸性物质,增强钻井液的抗腐蚀性能,防止井壁受到损害。
钻井液及其处理剂作用原理-(5、6)
两性离子聚合物钻井液: 聚合物分子结构上引入阳离子
和阴离子两种基团。如FA-367、XY-27等。
——有人称这是我国钻井液技术的第三大进步。
32
我国水基钻井液类型
聚合物水基钻井液
聚合醇水基钻井液
甲基葡萄糖甙水基钻井液
甲酸盐水基钻井液
硅酸盐水基钻井液
MEG钻井液
33
钻井液处理剂分类
②阴离子基团,如羧酸基、磺酸基、磷酸基、硫酸基; ③阳离子基团,如叔胺基、季铵基等。
12
水溶性聚合物类别:
按构成主链的原子不同,可分为碳链和杂链水溶
性聚合物;
按链结构,可分为线型、支链型及交联型水溶性
聚合物;
按分子所具电荷,可分为非离子、阴离子、阳离
子及两性水溶性聚合物
13
水溶性聚合物的功能及应用
5
钻井液处理剂基本要求
1、每一口油气井,必须按照一定配方,使用 各种配浆材料和化学处理剂配制成所需要的 钻井液。 2、将处理剂添加到正在使用的钻井液中,调 节、维护钻井液性能。
处理剂研发趋势:
新型、高效、无毒、多功能。
6
钻井液环境保护
毒性评价:LC50、LD50 生物降解性:COD、BOD 环境排放标准
(1)初步形成时期 —— 18881928年; (2)快速发展时期 —— 19281948年; (3)高速发展时期 —— 19481965年;
(4)科学化时期
—— 1965年现在。
24
(1)初步发展时期—自然造浆阶段
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)
7
8
油田废弃钻井液无害化处理技术
3.1 从源头管控
废弃钻井液的前身是钻井液,要想更好地处理油田废弃钻 井液,就要从源头上进行把控,采用高性能的水基钻井液,减少 油基钻井液和其他钻井液的使用频率,推广清洁生产。采用高 性能的水基钻井液,可以有效地降低废弃液中油料、重金属和 有毒物质的含量,降低油田废弃钻井液的危害。钻井设备方面, 采用固控效果好,使用效率高的钻井设备。好的钻井设备不仅 可以提高生产效率,增加经济效益,还可以改善井下环境,降低 钻井废弃液的污染物含量。国家要严格制定钻井液使用标准和 排放标准,在采矿前要要求企业先建立起完善的废弃液处理系 统,保证企业具备合格的废弃液处理能力,防止后续处理能力 不足,造成废弃钻井液处理不当,影响企业生产和环境保护 [4]。
2.2 循环处理法
循环处理法是将废弃钻井液进行过滤筛选,将废弃液中有 用成分提取出来,再适量地添加补充钻井液需要的添加剂,重 新运用到下次的钻井任务中去,这样不仅可以节约废弃液处理 成本,还可以对资源进行再利用,节约资源。废弃液经过处理, 其二次循环利用率可以达到七成以上,可以极大地节约新矿井 的矿井液生产成本,提高企业经济效益。循环处理法,虽然可以 很好地节约资源,但是对于过滤技术和运输水平要求较高,要 根据矿场实际状况进行选用。
4 结语
经过多年的探索,我国废弃钻井液处理技术有了一定的 发展,但是其无害化处理水平和成本控制等方面还有很多的不 足。部分企业对于钻井液处理不够重视,企业废弃液处理设备 落后,技术储备不足,废弃钻井液处理水平远远滞后于企业发 展需求。为了响应国家环境保护建设的要求,企业要自觉完善 废弃钻井液处理水平,提升无害化处理能力。国家要制定相关 法律和行业发展标准,规范企业生产和配套处理设施建设,积 极促进国内外相关企业的交流合作。
钻井液及其处理剂作用原理
它能够改变钻井液的流变性、密度、粘度、切力等物理化学性质,以满足钻井过程 中的各种需求。
钻井液处理剂在钻井过程中起着至关重要的作用,能够提高钻井效率、保护井壁、 防止钻屑沉积等。
钻井液处理剂的分类
根据作用原理,钻井液处理剂可分为
页岩抑制剂
防止页岩水化膨胀和分散,保 持井壁稳定。
降滤失剂
降低钻井液滤失量,保持钻井 液性能稳定,防止地层水化膨 胀和坍塌。
流型调节剂
调节钻井液流型,控制流速和 压力,防止井喷和漏失。
润滑剂
降低钻具和岩石之间的摩擦系 数,减少磨损和卡钻事故。
PART 03
钻井液处理剂的作用原理
粘土防膨剂的作用原理
润滑剂的应用
润滑剂是一种用于改善钻井液润 滑性的处理剂,其主要作用是降 低钻具与井壁之间的摩擦阻力,
提高钻井效率。
润滑剂通过在钻具和井壁表面形 成润滑膜,减少摩擦阻力,降低 磨损和摩擦热,提高钻井效率。
在钻井过程中,润滑剂可以有效 减轻钻具的磨损和摩擦阻力,减 少卡钻和泥包等事故的发生,提
高钻井安全性和效率。
PART 05
结论
钻井液及其处理剂的重要性
保障钻井安全
保护储层
钻井液及其处理剂能够提供良好的润 滑性、携岩能力和稳定性,有效防止 钻井过程中的井喷、卡钻等事故,保 障钻井作业的安全进行。
钻井液及其处理剂能够选择性地与储 层岩石和流体相容,减少储层伤害, 提高油气采收率。
提高钻井效率
钻井液及其处理剂能够通过降低摩擦 阻力、减少钻头磨损等方式,提高钻 井效率,缩短钻井周期,降低钻井成 本。
润滑剂的作用原理
一种多功能钻井液处理剂的研制与评价
一种多功能钻井液处理剂的研制与评价随着钻井技术的不断发展,钻井液已经成为了钻井过程中最为重要的环节之一。
然而,在钻井过程中,钻井液会遇到很多挑战,如高温、高压、高盐等环境条件,以及井壁稳定性和原油亲水性等物理性质的影响。
为了解决这些问题,科学家们研发出了多种多功能钻井液处理剂,以适应不同的工况环境和钻井需求。
本文主要介绍一种多功能钻井液处理剂的研制与评价。
该处理剂主要是由聚合物、表面活性剂和胶体泡沫构成的复合材料,具有一定的抗高温、抗高盐、改善井壁稳定性等特点,同时也具有很好的润滑性和降低摩阻的作用,能有效地提高钻头磨损率,并且具有较好的环保性能。
首先,我们对该处理剂的研制工艺进行了详细的介绍。
根据不同的原油类型和井下地质条件,选择了合适的基础液体,并结合多项工程试验和实验室研究,通过改变不同成分的配比和优化生产工艺,最终开发出适合本地地质条件和工况需求的多功能钻井液处理剂。
其次,我们通过一系列实验对处理剂进行了评价。
首先,对处理剂的基本物理性质进行了测试,如泡沫性能、粘度、密度等,评估处理剂的基础性能。
同时,我们也通过一系列模拟实验和现场试验,分别测试了处理剂在不同环境条件下的稳定性、断电作用和润滑性能等,结果表明该处理剂具有较好的环境适应性和渗透能力,并且能有效降低钻头摩阻和提高磨损率,具有很好的实用价值。
最后,我们对处理剂的几个主要应用领域进行分析。
根据不同的工况需求,处理剂可以被广泛应用于钻井液的加稠剂、泡沫浆剂、润滑剂等不同类型的处理剂中。
同时,我们也对处理剂的市场前景进行了展望,并提出了一些有关研究和发展的建议。
综上所述,该文对一种多功能钻井液处理剂的研制与评价进行了全面的介绍和分析,为钻井液技术的发展提供了有益的参考。
我们相信,在不久的将来,该处理剂将得到更广泛的应用和推广。
多功能钻井液处理剂是钻井液工程领域中的一大研究热点,目前,各种新增配方钻井液进入市场的速度越来越快,然而在实际应用过程中,各种问题也逐渐浮现,例如不良附着力、泡沫抑制不良、泡沫不稳定等问题。
钻井液处理剂在重晶石表面吸附行为研究
钻井液处理剂在重晶石表面吸附行为研究摘要本文通过实验研究了钻井液处理剂在重晶石表面的吸附行为。
实验发现,钻井液处理剂能够有效地吸附在重晶石表面,并且吸附量随着处理剂浓度的增加而增加。
同时,处理剂的吸附行为受到环境因素的影响,如pH值和温度等。
本研究结果可以为钻井液处理剂的研究和开发提供一定的参考依据。
关键词:钻井液处理剂;重晶石;吸附行为;环境因素Introduction钻井液处理剂在油气勘探和开采过程中发挥着重要作用。
在钻井过程中,钻井液处理剂起到了减少钻头磨损、控制井壁稳定和加速沉积物的聚集等作用。
其中,重晶石是一种常见的岩石,在钻井中也难免会遇到。
然而,钻井液处理剂在重晶石表面的吸附行为还未得到深入的研究。
因此,本文通过实验研究了钻井液处理剂在重晶石表面的吸附行为。
Experimental Section实验使用了三种不同浓度的钻井液处理剂,在常温下,将处理剂加入含有重晶石的溶液中,并在不同pH值和不同温度下进行搅拌。
通过电子显微镜和原子力显微镜对重晶石表面的吸附状态进行观察和分析,并用紫外-可见吸收光谱法测定处理液中的浓度变化情况。
Results and Discussion实验结果表明,随着处理剂浓度的增加,钻井液处理剂在重晶石表面的吸附量也随之增加。
当处理剂浓度为20mg/L时,钻井处理液在重晶石表面的吸附量最大,为0.21μmol/g。
同时,pH值和温度也对处理剂在重晶石表面的吸附行为产生了一定的影响。
在pH值为8时,处理剂的吸附量最大,为0.26μmol/g;在温度为45℃时,处理液在重晶石表面的吸附量最大,为0.24μmol/g。
结论本文通过实验研究了钻井液处理剂在重晶石表面的吸附行为,发现处理剂在重晶石表面能够有效地吸附,并且吸附量随着处理剂浓度的增加而增加。
同时,环境因素如pH值和温度也对处理剂在重晶石表面的吸附行为产生了一定的影响。
本研究结果可以为钻井液处理剂的研究和开发提供一定的参考依据。
钻井液—井壁界面半透膜与隔离层形成机理
钻 井液一 井壁 界 面 半 透膜 与 隔 离层 形成 机理
白小 东
(.西 南 石 油 大 学 材料 科 学 与 工 程 学 院 四 川 成都 1
蒲晓 林
600) 1 5 0
6 0 0 } 2 西 南 石 油 大 学 石 油 工 程 学 院 四川 成 都 15 0
摘 要 :在 钻 井 液一 井 壁 界 面 形 成 高 效 率半 透 膜 是 一种 新 的 阻水 思路 。利 用 活 度 控 制 原 理 , 透 膜 具 有 调 控 水 流 方 向 的 作 用 。 半 透 半
膜 通 过 膜 污 染 进 一步 转 换 成 隔离 层 之 后 , 阻止 外来 物 质 进 入 地 层 , 到 稳 定 井壁 和 保 护 储 层 的 作 用 。 以 自制 纳 米 胶 乳 NM一 ( 能 起 1 平 均 粒 径 为 6 m) 无机 纳 米 粉 体 NMT 为 主 剂 , 制 出 纳 米 钻 井 液 ; 渗 透 压 法 测 定 了 纳 米 钻 井 液 的 半 透 膜 效 应 , 效 率 为 5n 和 O 配 用 膜 6 % ; 用 滤 失 量 测 定 法 评 价 了钻 井 液 的 隔 离 层 效 应 , P 滤 失 量 在 1 0 mi 5 采 A I 2 n后 随 时 间 变 化 的 增 量 几 乎 为 零 , 承 压 能 力 在 其
关 键 词 :纳 米胶 乳 ; 透膜 ; 离层 ; 井 液 ; 半 隔 钻 网络 结 构
中图 分 类 号 :TE 4 25 文献 标 识 码 :A
Fo m a i n m e ha s s o e ip r e b e m e b a e n s l to a e s r to c nim fs m — e m a l m r n s a d io a i n l y r
生物酶可解堵钻井液体系的在油层保护技术中研究与应用
生物酶可解堵钻井液体系的在油层保护技术中研究与应用摘要:生物酶可解堵钻井液是一种新型钻井液体系,它利用生物酶能将钻井液处理剂降解为二氧化碳和水的生物催化特性,使井壁先前形成的泥饼自动破除而解堵。
破除的时间可以根据生物酶对体系的催化降解特性人为控制,从根本上改进了解堵工艺,实现对地层无污染、室内研究和现场应用表明,该体系能实现对地层无污染、无伤害钻进,完井后地层的渗透性恢复高,油气井产量大。
关键词:生物酶;可解堵;钻井液完井液;油气层保护0 前言生物酶可解堵钻井液是利用现代生物技术的优势,创造性的将生物酶应用于石油开采领域,此种新型的钻井液体系利用生物酶的生物降解特性,将钻进过程中侵入地层和粘附在井壁上的钻井材料转化为二氧化碳和水。
将钻井和完井相结合,并兼顾环境保护和储层保护,在钻井完成后不需要采用压力解堵、酸化解堵、油溶解堵、破胶解堵等技术,储层先前形成的泥饼在生物酶的作用下自动降解破除,且破除的时间可以根据生物酶对体系的催化降解特性人为控制,泥饼破除后产层孔隙中的阻塞物消除,从而使地下流体通道畅通,从根本上改进了解堵工艺,实现对地层无污染、无伤害钻进,完井后地层的渗透性恢复高,油气井产量大,节约生产成本[1]。
1 作用原理生物酶可解堵钻井液体系利用生物酶能够对钻进过程中侵入地层和粘附在井壁上的钻井液材料进行生物降解的特殊性能,在钻开产层前几十米,通过选择加入特殊的复配生物酶制剂和相应的化学试剂,在近井壁形成一个渗透率几乎为零的护壁层,达到稳定井壁的效果。
钻进结束后,该层中的钻井液材料在生物酶的催化作用下发生生物降解,由长链大分子变成了短链小分子,粘度逐渐下降,先前形成的泥饼自动破除,产层孔隙中的阻塞物消除,从而使地下流体通道畅通,恢复地层渗透率[2]。
在该过程中,酶分子作为一种催化剂参与反应,其结构及活性不发生变化,相反酶在氧化分解过程的同时可利用释放的能量来完成其自身的新陈代谢,不断进行生长繁殖和自我更新。
钻井液处理剂处理机理介绍
单宁碱液的降粘机理
单宁类降粘剂主要是通过拆散结构而起 到降粘的作用,它主要降低动切力,对 塑性粘度影响较小,其它分散型降粘剂 的作用机理均与之相似。 由于降粘剂主要在粘土的端面上起作 用,因此与降滤失剂相比,一般用量较 少。
单宁类降粘剂的特点
单宁碱液在高浓度的无机盐溶液中会发生盐析 或生成沉淀,失去降粘效果,其抗盐、抗钙能力 差。单宁酸钠含有脂键,高温下易断裂,其抗温 能力在100~120°C。 为提高单宁酸钠的使用效果,常通过磺甲基 化制得磺甲基单宁(SMT),其抗温能力在 180~200°C,加量0.5 ~1%,抗钙达1000ppm,抗 盐效果差,小于1%。
磺甲基酚醛树脂(SMP)
SMP是在酸性条件下使甲醛苯酚生 产成线性酚醛树脂,再在碱性条件下 加入磺甲基化试剂进行分步磺化制 得。
SMP的结构及性能特点
SMP分子结构有如下特点(1)分子链由亚甲基桥 和苯环构成引入磺酸基故热稳定性高,可抗180℃200℃高温。(2)由于引入磺酸基,其抗无机电解 质的能力强。其中SMP-1可适用于矿化度小于10万 PPM的钻井液体系,SMP-2是二次磺化制得,分子 量较低,磺化基团较多,抗盐能力更强。可适用于 盐水钻井液、饱和盐水钻井液体系,抗钙达 2000PPm。SMP能有效降低钻井液的高温高压失水, 明显改善泥饼质量,增强钻井液的热稳定性。同时, 它还有较好的润滑和防塌作用。
第二、提高滤液粘度可以降低滤失量。滤失 量与钻井液滤液粘度的0.5次方成反比。有机 降滤失剂加入钻井液后提高了滤液粘度,使滤 失量降低。 第三、增加钻井液中粘土颗粒的水化程度,可 以降低滤失量。降滤失剂吸附在钻井液中的 粘土颗粒上,使其水化程度增加颗粒的水化膜 增厚,形成的滤饼在高压下易变形,滤饼的渗透 率降低。
提高地层承压能力的钻井液堵漏作用机理
( le f Per lu En ie rn S u h s Per lu Unv r i Ch n du6 0 0 C i a Colge toe m g n e ig, o twet toe m i est o y, e g 1 5 0, h n )
第 3 卷 1
第 6期
石
油
学
报
V 0I31 No. . 6
NO V. 2 0 01
2/ 0 0年 1 1月 文章 编 号 :0 5 — 6 7 2 1 ) 6 1 0 —4 2 32 9 ( 0 0 0 — 0 9 0
A CTA PET RO LEI SI I N CA
关 键 词 :钻 井 液 ; 漏 ; 堵 裂缝 ; 力 强度 因 子 ; 导 应 力 ; 缝 重 启 压 力 应 诱 裂
中图分类号 : E 5 T 24
文 献 标 识 码 :A
Pl g i g m e ha s fdr li l i y e ha i g we l o e p e s r u g n c nim o ilng fu d b n nc n lb r r s u e
压 能力 的作 用 机 理 。通 过 分 析承 压堵 漏 后 缝 内压 力 分 布 , 立 了封 堵 诱 导 裂 缝 的 断 裂 力 学 模 型 , 给 出承 压 堵 漏 阻 止 诱 导 裂 缝 延 建 并
伸 的 必要 条 件 ; 于 井 周 围岩 裂 缝 诱 导 应 力 场 的数 学模 型 , 出 了堵 漏 提 高 诱 导裂 缝 重 启 压 力 的 力 学 实 质 。理 论 研 究 表 明 , 漏 材 基 提 堵 料 在 裂 缝 入 口后 一定 距 离封 堵 为 封堵 诱 导 裂 缝 的 最 佳 位 置 形 式 ; 缝 尖 端 部 分 流 体 压 力 必须 低 于水 平 最 小 主 应 力 , 该 压 力 越 低 , 裂 且 越 有 利 于 裂 缝 的 阻裂 ; 导 裂 缝 重 启 压 力 的提 高 依 赖 于周 向诱 导 应 力 , 漏 材 料 必 须 支 撑 裂 缝 以维 持 周 向 诱 导 应 力 ; 压 堵 漏 作 用 诱 堵 承 机 理 包 含 密封 和 支 撑 裂 缝 两 方 面 , 漏 材 料 应 同 时具 有 封 堵 性 能和 机械 强度 。 堵
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水基钻井液及处理剂作用机理蒲晓林课程简介本课程是“泥浆工艺原理”、“深井泥浆”的后续课程,是根据钻井液化学研究方向总结、整理的课程。
着重从钻井液工艺性能和胶体化学的角度讲述钻井液处理剂作用原理。
1.课程特点(1)课程目前还在完善中。
①国外:对处理剂应用阐述多,作用机理研究少,在此研究领域还没有这样一门专门课程;②国内:近年来文章多,文献报道多,但不系统,各说各的;③关于此方面的研究:大都以产品、专利出现,有关理论研究的报道较少,尤其是许多研究还触及到许多商业秘密。
因此,许多单位从机理出发,从理论出发去开发产品不多,缺乏理论指导。
例如:中山大学、天津大学、山东大学、成都科大。
全国:产品成系列的仅两家:我院和勘探开发研究院。
根本原因:机理不清楚,研究失去方向。
(2)本课程主要从钻井液的发展和类型的角度讲述处理剂的作用机理。
使学者掌握各种处理剂在不同钻井液条件下的作用原理和用途。
2.课程主要任务①分析、揭示水基钻井液作用机理,学习进一步深入研究这种作用机理的方法和思路;②讲述目前主要使用的国内外钻井液处理剂的作用机理。
引导机理研究入手,力求把处理剂研究、研制理论化、条理化,为有目的地、有针对性地研制处理剂和研究新型钻井液体系创造条件;③从研究机理入手,掌握使用规律。
更好地指导产品应用和质量提高,把处理剂研制、生产和应用规律有机地结合起来。
3.课程的主要内容和思路(1)核心内容●处理剂作用机理及其对钻井液宏观性能的影响;●处理剂作用性质和作用效果的实验研究方法。
(2)处理剂研究的一般思路①从钻井工程对钻井液性能要求出发研究处理剂适应钻井工程、地质勘探及其技术发展,钻井液性能应具备的性能要求;钻井工程、地质勘探技术发展同钻井液技术发展的相互促进关系。
②考虑如何选用处理剂实现钻井液作用效能通过什么样的(运用)处理剂,起什么作用,作用规律(机理)是什么?具有实现钻井液作用效能,处理剂应具有的性质,——如水溶性、抗盐性和抗温性,同粘土的作用规律等等。
③钻井液性能、作用效能要求与处理剂分子结构的关系处理剂分子结构组成、分子量、分子链型、基团种类、比例、处理剂分子构象等等。
——最终落实到处理剂的分子结构设计。
④处理剂的合成、研制要实现处理剂分子结构设计,所需的化学途径、合成工艺路线、合成条件。
⑤处理剂应用规律和效能评价处理剂效能评价的原则:满足优质、安全、低成本钻井、完井和环保要求。
a.是否有利于井壁岩石稳定b.是否有利于钻井液性能稳定c.是否有利于保护油气储层d.是否有利于环境保护正确地掌握处理剂应用规律和采用准确的方法评价处理剂效能,对于建立钻井液体系和指导应用是至关重要的。
§1 钻井液处理剂的作用原理1.处理剂的作用机理(包括作用原因、途径、效果)钻井液性能的微观本质(为什么具有这种性能、本质是什么?):水基钻井液组成:水+土+化学处理剂本质:分散相(粘土)的分散状态决定钻井液性能。
量的体现:土含量加上分散状态数值大小。
⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧⎩⎨⎧=粒度结合方式、形式、程度粒子的结合多级分散粒子的级配为粒子浓度)分散度(土量相同时,分散状态 其中,分散状态测定方法:① 粒度分布:沉降天平,库尔特计数器,激光粒度仪等; ② 电镜分析。
然而,分散状态由粘土粒子表面状态决定。
{⎩⎨⎧ζ=作用相关与处理剂在粘土表面的水化膜表面状态⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧=吸附后的电荷吸附后的状态吸附量吸附键(吸附作用)处理剂作用 吸附作用测定方法:① 主要测吸附量、厚度;② 波谱、红外、紫外、质谱。
⎪⎩⎪⎨⎧⎩⎨⎧==处理剂所处介质环境交换性阳离子粘土表面晶型处理剂的分子结构影响吸附作用的因素 以上众多关系中,任意寻找或研究两者的关系即为机理研究。
2.处理剂的研制处理剂研制、研究包括以下内容:(1) 明确处理剂在钻井液中作用效能要求,以及处理剂实现这些效能要求的途径;(2) 研究具有这种作用的处理剂本身应该具有什么样的要求。
如:水溶性、抗盐、抗钙、水溶液粘度、构型、构象、与粘土作用等。
(3) 具有这种效能和性能的处理剂在分子结构上应该具有什么特征(分子量、基团种类和比例、位置、链形、含不含金属离子、金属离子怎么作用上去的等);(4) 实现这种分子结构所需要的化学途径;(5) 处理剂的应用规律和效果评价。
3. 水基钻井液处理剂及其研究现状(1)钻井液及处理剂发展情况现代钻井技术对钻井液的要求有三点:① 辅助钻井提高钻井速度。
②保证钻井井下安全,防止钻井过程中各种复杂问题发生,如井塌、卡钻、井喷、井漏等。
③保护油气层,提高油气井产量。
钻井液包括钻井液处理剂正是在不断满足钻井工程要求的基础上发展起来的。
钻井液工艺的发展经历了四个发展时期:①初步形成时期——1888~1928年;②快速发展时期——1928~1948年;③高速发展时期——1948~1960年;④科学化时期——1961年~现在。
a.初步发展时期——自然造浆阶段主要解决问题: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)特点:几乎未使用过化学处理剂。
b.快速发展时期——细分散泥浆阶段主要解决问题:Φ泥浆性能的稳定Φ井壁稳定典型技术:Φ性能测定仪器研制出来Φ使用膨润土、单宁、烧碱、褐煤特点:认识到胶体稳定性好的钻井液能够保证钻井的安全,开始发展和大量使用分散剂,于是形成了以细分散泥浆为主的淡水泥浆。
c.高速发展阶段——粗分散泥浆阶段主要解决问题:Φ石膏、盐污染Φ温度影响典型技术:Φ各种盐水、钙处理泥浆Φ油基泥浆Φ处理剂品种16大类特点:出现了新的一类钻井液处理剂——无机絮凝剂,主要是含钙离子的电解质,如石灰、石膏、氯化钙等。
同时,经过适度絮凝的钻井液需要作用更强的稀释剂和降滤失剂才能有效地控制钻井液的流动性和滤失性。
于是,一些抗盐抗钙能力强的处理剂发展起来,如铁铬木质素磺酸盐、钠羧甲基纤维素等。
同时,本时期(1935~1936年)还在天然化合物利用方面得到长足发展:——开始使用淀粉作为降低矿化度高的钻井液滤失控制剂。
——单宁酸类稀释剂得到了应用。
——研究并应用腐植酸类处理剂。
——通过对天然沥青磺化、乳化,沥青类处理剂在抑制性方面见到良好效果。
d.科学发展时期——聚合物不分散钻井液阶段主要解决问题:Φ快速钻井Φ保护油气层典型技术:不分散低固相钻井液Φ气体钻井保护油气层的完井液特点:钻井液处理剂种类从天然高聚物类及其改性制品向合成高聚物和共聚物类方向发展,并由化学处理剂的单一功能向多功能方向发展,由低效能向高效能方向发展。
——1958年,完全絮凝剂-聚丙烯酰胺成功应用;——1960年,选择性絮凝剂-部分水解聚丙烯酰胺和醋酸乙烯酯与顺丁烯二酸酐的共聚物成功应用;——60年代初,研制出具有特殊剪切稀释作用的生物聚合物,可用于钻井液、压裂液、聚合物驱提高采收率等方面。
——70年代,为解决深井抗高温问题,研究并应用磺化系列处理剂:磺化酚醛树脂(代号SMP)、磺化褐煤(代号SMC)、磺化单宁和栲胶(代号SMT、SMK)等。
——70年代中期,研究并应用有机阳离子聚合物、两性离子聚合物等。
——80年代后,表面活性剂在钻井液中开始广泛使用。
——90年代后,聚合醇、合成基、甲酸盐等环保型强抑制钻井液开始使用。
(2)我国钻井液技术突出发展的几个阶段四个阶段:①钙处理钻井液阶段(60年代-70年代)利用无机盐:CaO、NaCl提高井壁稳定性;利用:FCLS、NaC、CMC及一些表面活性剂维持钻井液性能的稳定。
②三磺钻井液阶段(70年代后期)主要用在深井。
三磺处理剂:SMP、SMC、SMK(老三磺),有效地降低钻井液高温高压失水,进而提高井壁稳定性。
用这类处理剂成功钻成我国最深的两口井:关基井(7175米)、女基井(6011米)。
——有人称这是我国钻井液技术的第一大进步。
③聚磺钻井液阶段(70年代末-80年代)聚磺钻井液:聚合物钻井液+三磺钻井液。
即:在三磺水基钻井液基础上引入阴离子型丙烯酰胺类聚合物抑制剂。
——有人称这是我国钻井液技术的第二大进步。
④阳离子、两性离子聚合物钻井液阶段(80年代末-90年代)阳离子聚合物钻井液:聚合物分子结构上引入阳离子基团:(-N-)如阳离子聚丙烯酰胺、羟丙基三甲基氯化胺。
两性离子聚合物钻井液:聚合物分子结构上引入阳离子和阴离子两种基团。
如FA-367、XY-27等。
——有人称这是我国钻井液技术的第三大进步。
(3)钻井液处理剂发展趋势钻井液处理剂在发展过程中必须注意解决两个不能回避的问题:①“聚”与“分”的矛盾或者“聚”与“磺”的矛盾对于所钻井的地层,为了快速、安全钻进,究竟是聚结为主或是分散为主始终贯穿在钻井液技术实施过程中,从而得到不同的技术方案、思路,相应地,采用不同的处理剂系列。
a.“聚”类处理剂:主要指抑制剂,包括无机盐和有机聚合物类。
特点:抑制蒙脱土含量较高地层的水化、膨胀、造浆,有利于钻井时地层的稳定。
(主要是上部地层)缺点:不利于钻井液性能的稳定。
b.“分”类处理剂:主要是磺化聚合物、褐煤、纤维素及淀粉等。
特点:有利于钻井液性能稳定,使钻井液成为稳定胶体并具有钻井工程所需要的流变性和造壁性。
缺点:对地层的稳定有时不利。
“聚”与“分”两者是辨证的共处于矛盾的统一体中,可以相互转化,是相反相成的。
因此,现场钻井液工程师根据地层沉积的特点(上部蒙脱土含量多,造浆严重,下部伊利石较多,坍塌严重),采用钻井液体系原则:上部地层:只聚不磺(分)下部地层:少聚多磺或者只磺不聚。
②“专”与“配”的矛盾“专”是指在一类聚合物分子上,利用分子结构设计,获得所需要作用效果的处理剂。
“配”是指利用多种处理剂的协同复配作用达到某个作用效果。
4. 分散性钻井液处理剂作用机理分散性钻井液概念(因无准确概念,则划分出一个细分散、粗分散):钻井液性能的维持和实现是靠处理剂在钻井液中对粘土粒子的分散作用实现的。
特点:①处理剂主要起分散作用,给钻井液带来分散环境,对所有粘土粒子均起分散作用。
②内部结构:以卡片式房子结构为主,即:E—E、E—F。
4.1分散性钻井液的降粘剂——降低粘度处理剂最简单的是水,但不包括水。
(1) 降粘剂概念:不降低钻井液粘土含量下降低粘度、切力的处理剂(因为盐也可能降低粘度)。
——降粘剂又称稀释剂、解絮凝剂。
(2) 钻井液粘度构成:粘度=η结+η非结(3) 降粘剂定义:通过降低钻井液结构粘度来降低钻井液表观粘度的处理剂。
(4) 作用机理:首先选择性或优先多点吸附在粘土粒子的端面,增加端面负电荷分布密度,提高粘土粒子ζ,增加水化膜,阻止或削弱结构形成。
(1)钻井液稠化原因a. 钻井液固相颗粒过多→粘切增加b. 粘土粒子形成卡片式房子结构→粘切增加c. 钻井液中自由水含量大幅度减少→粘切增加总粘度可用Einstein 经典悬浮液粘度公式和Hiemenz 溶剂化理论公式联合表示出来:{}G hS k hS k G s ηφφηηηη+++++=+=22)1(2)1(110 式中:x η —稀溶液粘度; c η—稠溶液粘度;x η 0η—纯溶液粘度; k 、k 1、k 2—均为常数; φ—固相体积百分数;S —固相比表面积;h —颗粒溶剂化膜厚度。