钻井液防塌机理与措施-第六组

3、防塌机理
页岩抑制剂
页岩抑制剂：抑制页岩膨胀或分散（包括剥落）的化学剂 盐 压缩页岩表面扩散双电层的厚度，减小§电位 阳离子表面活性剂 a中和页岩表面的负电性 b使页岩表面反转为亲油表面 阳离子型聚合物 a中和页岩表面的负电性 b在粘土片间桥接吸附
3、防塌机理
页岩抑制剂
非离子型聚合物
a浊点效应 低温水溶，高温析出，形成乳状液封堵孔隙 b竞争吸附 优先吸附，阻止水分子进入，挤走吸附在粘土 表面的水分子 改性沥青 吸附在页岩表面，封堵页岩的孔隙，形成憎水油膜，减 少页岩与水的接触
a聚丙烯酸钾能有效地对钻屑产生“包被”作用， 抑制地层造浆 b钾离子能防止软泥页岩和硬脆性泥页岩的水化与 剥落，起到稳定孔壁的作用。 从防塌机理可知，聚丙烯酸钾和聚丙烯酞胺的防 塌机理相似，其防塌能力应无大的差别
3、防塌机理
两性复合离子聚合物钻井液
两性复合离子聚合物钻井液
聚合物钻井液的机理 a聚合物长链分子的结构特性和含有极强吸附能力的基因 对泥页岩进行多点吸附,防止水分子吸入，降低水化度， 保持泥页岩的冻结强度， b一些大分子聚合物还具有封闭泥页岩微裂缝的作用 c堵孔作用（如改性后的沥青制品通过化学作用吸附于泥 页岩边缘，防止液体进入泥页岩，而且，沥青也参与了泥 饼的组成。）
1、井塌
原因
地质因素
高压地层的压力释放、高构造应力的应力释放、 松散地层的坍塌及盐岩底层的塑性变形等
工程因素 引起对井壁的过度冲刷和起下钻过快引起的压力波动等
起下钻过程中的钻头对井壁的碰撞、环空钻井液流量过大
物理化学 因素
页岩与水接触的影响
2、井塌措施
总措施
地质因素引起
适当提高钻井液密度或化学 固壁（如用水玻璃与井壁矿物 中可交换的钙镁离子反应生成 硅酸钙、硅酸镁固结井壁）
4、结束语
错误之处望老师和同学指正！
谢谢！
当温度超过80℃（在105℃以上更明显）时，硅酸盐的 硅醇基与粘土矿物的铝醇基发生缩合反应，产生胶结性物 质，将粘土等矿物颗粒结合成牢固的整体，从而封固井壁
3、防塌机理
聚乙烯醇钻井液
聚乙烯醇钻井液
由达西定律可知，液体流动速率与滤液的粘度成反 比，粘度增加导致流体侵入速率的减小，从而有利于 页岩的稳定。同时聚乙烯醇类分子能降低钻井液滤液 的化学活性
3、防塌机理
总机理
e.活度平衡原理 使钻井液体系的活度与地层中水的活度相平衡，从而利 用渗滤的原理来有效的抑制粘土矿物的水化膨胀，保持井 壁的稳定。 在钻井过程中井壁不稳定的主要因素是孔隙压力扩散， 即在钻井过程中由于钻井液滤液进入岩石孔隙，使得岩石 的孔隙压力不断增大，粘土矿物颗粒之间的结合力就会随 之不断降低，从而岩石强度也会降低。其次，是地层中粘 土矿物颗粒之间本来存在的氢键等非化学结合力不断的被 水破坏。
工程因素引起
改进钻井工艺
物理化学因素引起
改进钻井液性能，如调整钻井 液密度和加入页岩抑制剂
2、防塌措施
防塌具体措施
具体措施
油基泥浆
页岩抑制 剂
硅酸盐钻井 液
聚乙烯醇 钻井液
聚丙烯肽胺 钻井液
两性复合离 子聚合物钻 井液
聚丙烯酸 钾钻井液
3、防塌机理
总机理
从总体上看，钻井液的防塌机理主要体现在：
a.聚合物包被作用 聚合物钻井液体系中的水溶性聚合物可以很好的吸附在 井壁岩层或粘土矿物表面上，进而形成一层高分子吸附膜， 这样就阻止了粘土与水的接触，从而抑了泥页岩的粘土 水化膨胀。 b.无机盐离子作用原理 利用无机盐类离子，与粘土矿物的泥页岩表面进行离子 之间的交换，改变粘土矿物的活性，进而控制粘土矿物的 水化膨胀。
油田化学研究性学习答辩
钻井液防塌机理与措施
第六组 组长：杨守刚 组员：乐杰 赵春平 夏平 马磊 晁兴旺
目录页
contents
01 井塌原因
02 防塌措施
03 防塌机理
04 结束语
1、井塌
定义
井塌 well slough
---一般定义
钻井过程中井壁失稳垮塌的现象
---油田化学定义
井壁岩石剥落掉块，导致井径变大的现象
两性复合离子聚合物钻井液体系的防塌机理与其他聚 合物钻井液体系的防塌机理相似，只是在防塌作用过程 中，它的抑制作用表现的更强:同时包被作用和吸附性也 有所提高。
4、结束语
钻井过程中井壁的垮塌失稳问题是钻探行业 中共存的一个重点和难点，无论是油气田勘探开 发还是其他矿产的勘探开发，其开发费用主要是 钻井成本，因此保持井壁稳定，快速顺利地钻井 是降低钻探开发成本的主要因素。 为此，我们希望采取一些有效的防范措施来避 免此类井壁失稳垮塌问题的发生，从而提高钻井 的速度和质量。故分析及研究钻井过程中泥页岩 矿物的化学失稳机理，以及钻井液防塌机理与措 施，是非常必要且重要的。
3、防塌机理
总机理
c.封堵作用 在钻井液体系中的加入特定的添加剂，进而可用来暂堵 属于力学不稳定因素引起的泥页岩层的微裂缝，从而防止 钻井液体系中的水分沿着岩层的裂缝渗入地层中，从而起 到防止粘土矿物水化膨胀。 d.正电势垒稳定机理 粘土矿物能够与混合金属层状氢氧化物形成复合体后， 在带有负电荷的粘土矿物颗粒周围形成一层带有正电荷的 势垒，这样就能有效的阻止粘土矿物与水分子发生的离子 交换，进而有效地抑制了粘土矿物的渗透水化而膨胀。
3、防塌机理
油基泥浆
油基泥浆
a泥页岩的脱水硬化 这种脱水硬化作用是通过两种形式的半透膜即油基泥浆在 井壁表面形成的半透膜和油包水乳滴自身的半透膜来实现 的。半透膜两侧高盐度水相与泥页岩原生水的活度差产生 了渗透驱动力，萃取泥页岩中的水，使泥页岩硬化，强度 增大。 b增大泥页岩的毛细管压力，阻止泥浆水进入泥页岩。
3、防塌机理
硅酸盐钻井液
硅酸盐钻井液
硅酸盐在水中可以形成不同尺寸的胶体和高分子的纳米 级粒子。这些粒子通过吸附、扩散或在压差作用下进入井 壁的微小孔隙中，其硅酸根离子与岩石表面或地层水中的 钙、镁离子发生反应，生成的硅酸钙沉淀覆盖在岩石表面 起封堵作用:
当进入地层的硅酸根遇到pH值小于9的地层水时，会立 即变成凝胶，形成三维凝胶网络，封堵地层的孔喉与裂缝
3、防塌机理
聚丙烯肽胺钻井液
聚丙烯酞胺钻井液
a长链的聚丙烯酞胺在泥页岩井壁表面上产生多点 吸附，并可横过裂缝，从而阻止泥页岩的剥落 b聚丙烯酞胺浓度较高时，在泥页岩井壁表面形成 较致密的吸附膜，减慢自由水向泥页岩渗透的速 度，对泥页岩的水化膨胀起到抑制作用
3、防塌机理
聚丙烯酸钾钻井液
聚丙烯酸钾钻井液