钻井液完井液化学.ppt

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1、1,第一章 钻井液概论,本章要求掌握： 钻井液、完井液概念 钻井液、完井液的组成和类型 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,2,课程内容包括,三大基础： 粘土胶化 流变学 处理剂化学 三大体系： 水基 油基 气体类,两大工艺： 固控技术 复杂情况预防及处理 两大技能： 钻井液、完井液配制 钻井液、完井液性能测试,3,习题：1、9、10 1.试阐述钻井液在钻井过程中的主要作用。 9.密度为1.60g/cm3的盐水钻井液被蒸干后，得到8的柴油和68的蒸馏水。已知钻井液中Cl-含量为92000ml/l，试求该钻井液的固相含量。 10.将1ml钻井液用蒸馏水稀释到50ml

2、，然后用0.01M亚甲基蓝标准溶液进行滴定。到达滴定终点时该溶液的消耗量为3.6ml，试求钻井液中膨润土的含量（用g/l表示）。,4,1.试阐述钻井液在钻井过程中的主要作用。 控制压力、冷却润滑、传递水功率、破岩清岩、形成泥饼、携带并悬浮钻屑及加重剂、保护油气层。,作业讲评,（chapter1，No9） 已知：fo=8%（0.08），fw=68%（0.6），Cl=92 000 mg/L 求：fs 解：NaCl质量浓度 查表，NaCl质量分数为14%，Cf=1.054 计算fs ， 答：该钻井液的固相含量为20%。,5,6,10.将1ml钻井液用蒸馏水稀释到50ml，然后用0.01M亚甲基蓝标准

3、溶液进行滴定。到达滴定终点时该溶液的消耗量为3.6ml，试求钻井液中膨润土的含量（用g/l表示）。,fc=14.33.6=51.48（g/L）,7,第二章、 粘土胶体化学基础,本章要求重点掌握内容： 1. 几种粘土矿物的晶体构造及其特点。 2. 粘土水化机理。 3. 扩散双电层理论和电解质对电动电势的影响。 4. 胶体体系的基本概念。 5. 聚结稳定性和沉降稳定性概念及其影响因素。,8,习题 2、3、8 2.常见的粘土矿物有哪些？它们的晶体构造各有何特点？ 3.什么叫粘土的阳离子交换容量？其大小与水化性能有何关系？与钻井液性能、井壁稳定性又有何关系？ 8.什么叫电位？其大小与粘土胶体的稳定性有

4、何关系？粘土胶体的电位受哪些因素的影响？,常见的粘土矿物有高岭石、伊利石、蒙脱石 晶体构造特点：（列表、文字分别陈述均可）,9,2.常见的粘土矿物有哪些？它们的晶体构造各有何特点？,10,3.什么叫粘土的阳离子交换容量？其大小与水化性能有何关系？与钻井液性能、井壁稳定性又有何关系？ 粘土的阳离子交换容量是指在分散介质pH为7的条件下，粘土所能交换下来的阳离子总量。 一般来说，阳离子交换容量大的粘土矿物水化能力强。 地层中的粘土矿物如果阳离子交换容量大，易发生水化膨胀，造成井壁不稳定，可能引起井下事故。,11,8.什么叫电位？其大小与粘土胶体的稳定性有何关系？粘土胶体的电位受哪些因素的影响？ 电

5、位：滑动面到均匀液相的电位降。 稳定性的概念，电位越高，聚结稳定性越好 影响因素：反离子浓度、反离子价数,12,第三章 钻井液的流变性Chapter 3 The Rheology of Drilling Fluids,本章要求重点掌握： 1. 几种流型的概念和数学模型。 2. 流变参数的胶体化学性质。 3. 流变性测量原理和流变参数直读公式。 4. 钻井液流变性与钻井工程的关系。 5. 钻井液流变性能的调节与维护。,13,习题 4、5、8 4.用旋转粘度计测得 600=35，300=23 ，试计算钻井液的下列流变参数：表观粘度（ a）、塑性粘度（ p）、动切力（0）、流性指数（n）和稠度系数（

6、K）。 5.中原油田文33-38井在深2676m处的钻井液密度为1.32g/cm3，在60时用Baroid286型无级调速旋转粘度计测得下列数据： （1）以剪切速率 （s-1）为横坐标，剪切应力 （Pa）为纵坐标，绘制该井浆的流变曲线，并判断其流动特性，最接近于何种流变模式。 （2）试计算每种剪切速率所对应的井浆表观粘度。 （3）已知在该井段，钻井液在环形空间的平均流速为79.3cm/s，钻井时使用 81/2(21.6cm)钻头， 5 (12.7cm)钻杆，采用试算法确定井浆在环形空间的n、值。 （4）试计算该井浆的卡森模式参数和 。 8.试简要阐述钻井液流变性与钻井作业的关系。,14,AV(

7、) =600/2 mPa.s 牛顿流体 Newtonian Fluids： = 300 = 600/2mPa.s 宾汉流体 Bingham Fluids： PV(s) =600- 300mPa.s YP (0) = 0.511(300- s) Pa 假塑性体 Power Law Fluids： n = 3.322 lg(600 /300) K = 0.511300 /511n Pa.sn 卡森流体 Casson Fluids： = 1.43 (6001/2 - 1001/2) 2 mPa.s c = 0.243 (2.45100 1/2-6001/2 )2 Pa 静切力: =0.5113 Pa

8、,15,8.试简要阐述钻井液流变性与钻井作业的关系。, 影响钻井速度； 影响环空携带岩屑能力； 影响井壁稳定； 影响岩屑和加重物质的悬浮； 影响井内压力激动； 影响钻进泵压和排量； 影响固井质量。,16,第四章 钻井液的滤失和润滑性能The Filtration Properties and Lubricity of Drilling Fluids,本章要求： 1.掌握三个（瞬、静、动）失水概念。 2.了解失水造壁性与钻井工程的关系。 3.掌握静失水方程及其影响因素。 4.了解钻井液润滑性参数及测定方法。,17,本 章 作 业1、4、6、7,1.写出钻井液的静滤失方程，并注明各符号的意义。 4

9、.使用API滤失量测定仪测得1min滤失量为4.5ml，7.5min滤失量为12.6ml，试计算这种钻井液的瞬时滤失量和API滤失量。 6.试简述钻井液滤失性与钻井作业的关系。 7.评价钻井液润滑性的技术指标是什么？通常用哪些仪器测定该性能？有哪些途径可改善钻井液的润滑性？,18,Vsp=4.5-(12.6-4.5)/(7.50.5-10.5)*10.5=-0.16(ml) V30=2(V7.5- Vsp)+ Vsp =2*(12.6+0.16)-0.16=25.36(ml),4.使用API滤失量测定仪测得1min滤失量为4.5ml，7.5min滤失量为12.6ml，试计算这种钻井液的瞬时滤失

10、量和API滤失量。,19,1. 失水量过大的危害： 导致水敏性泥页岩缩径、垮塌。 油气层内粘土水化膨胀使产层渗透率下降，从而损害油气层。 2.泥饼过厚的危害： 井径缩小 易引起起下钻遇阻、遇卡。 泥饼粘附卡钻。 扭矩增大。 易出现泥包现象。 影响固井质量。,6.试简述钻井液滤失性与钻井作业的关系。,20,page105:泥饼和钻井液的摩擦阻力系数 Page112113：四种 Page107：影响因素 严格控制钻井液粘土含量，搞好固相控制和净化，尽量 用低固相钻井液； 加入降滤失剂或其它改进泥饼质量的处理剂，通过改善泥饼质量来改善钻井液的润滑性能； 加入有机高分子处理机来改善泥饼质量； 正确使用

11、润滑剂。,7.评价钻井液润滑性的技术指标是什么？通常用哪些仪器测定该性能？有哪些途径可改善钻井液的润滑性？,第五章 钻井液原材料和处理剂,本章要求掌握主要内容： 1. 钻井液处理剂的分类。 2. 降粘剂、降失水剂、絮凝剂的作用原理。 3. 常见降粘剂、降失水剂、絮凝剂、加重剂。 4. 降粘剂、降失水剂、絮凝剂的选择方法。,21,习题 1、3、4 1.我国的钻井液处理剂按其功能是如何分类的？试写出常见的降滤失剂、增粘和降粘剂各三种。 3.使用API重晶石粉将180m3密度为1.10g/cm3的钻井液加重至密度为1.25g/cm3。若加重后钻井液总体积仍限制在180m3，试计算： （1）加重前应废

12、弃多少立方米钻井液？ （2）需加入多少千克重晶石粉？ 4.分别以单宁酸钠和CMC为例，阐述降粘剂和降滤失剂的一般作用机理。,22,1.我国的钻井液处理剂按其功能是如何分类的？试写出常见的降滤失剂、增粘和降粘剂各三种。 降失水剂 Filtration Reducer增粘剂 Viscosifier 降粘剂 Thinner絮凝剂 Flocculant 加重剂 Weighting Agent润滑剂 Lubricant 堵漏剂 Lost Circulation Material 粘土类 Clay 页岩抑制剂 Shale Inhibitor乳化剂 Emulsifier 缓蚀剂 Corrosion Inhi

13、bitor消泡剂 Defoamer 解卡 剂 Pipe-Freeing Agent杀菌剂 Bactericide 起泡剂 Foaming Agent 其它类 Others 常见的降滤失剂有CMC、磺甲基褐煤、水解聚丙烯腈 常见的增粘剂有HV-CMC、黄原胶、羟乙基纤维素 常见的降粘剂有腐植酸钾、硝基腐殖酸钾、单宁酸钠、xy系列,23,3.使用API重晶石粉将180m3密度为1.10g/cm3的钻井液加重至密度为1.25g/cm3。若加重后钻井液总体积仍限制在180m3，试计算： （1）加重前应废弃多少立方米钻井液？ （2）需加入多少千克重晶石粉？,24,第六章 水基钻井液体系,25,水基分散型

14、钻井液要求掌握主要内容： 1. 掌握造浆率概念和计算。 2. 掌握土量、水量计算公式。 3. 掌握盐、钙污染规律。 4. 了解钻井液性能调节原则。 水基抑制性钻井液主要掌握： 1. 抑制性钻井液的基本特点 2. 石灰钻井液性能指标及维护原理 3. 盐水钻井液性能指标及维护原理,本章习题：1、7、8、11 1.欲配制密度为1.06g/cm3，试计算膨润土和水的用量。 7.与分散性钻井液相比较，聚合物钻井液的主要优点是什么？对不分散低固相聚合物钻井液的性能指标有何要求？ 8.试比较常规阴离子聚合物钻井液、阳离子聚合物钻井液和两性离子聚合物钻井液各有何特点？试写出目前国内使用的以上三种聚合物钻井液有

15、代表性的处理剂。 11.某泥浆池中的非加加重钻井液漏斗粘度偏高，流动阻力大。按API标准测试其性能，结果如下：密度1.08g/cm3，p=10mPas， 0 =43.1Pa，pH值=11.5，API滤失量=33ml，泥饼厚度为2.4mm，Cl-1含量200mg/l，膨润土含量=71g/l，井口钻井液温度为49，预测的井底温度为62.8。试根据以上参数，分析钻井液出现明显增稠的原因，并提出对其进行处理的措施。,26,第六章习题11讲评,原题： 某泥浆池中的非加重钻井液漏斗粘度偏高，流动阻力大。按API标准测试其性能，结果如下：密度1.08g/cm3，p=10mPaS，0=43.1Pa，pH值=1

16、1.5，API滤失量=33ml，泥饼厚度为2.4mm，Cl-含量200mg/l，膨润土含量=70g/l，井口钻井液温度为49，预测的井底温度为62.8。试根据以上参数，分析钻井液出现明显增稠的原因，并提出对其进行处理的措施。,27,0=35Pa 盐膏、固含、土含,FL=33ml 盐膏、固含、泥饼K,m=1.08g/cm3 fs=0.21 屑土比3:1,第七章 油基钻井液(Oil-Based Drilling Fluid),定义：以油为连续相的钻井液。 分类： 普通油基钻井液 油包水乳化钻井液 低胶质油包水乳化钻井液 低毒油包水乳化钻井液,28,习题1、3、6,1.与水基钻井液相比较，使用油基钻

17、井液的优、缺点各有哪些？ 3除了油相和水之外，油基钻井液中的必要组分还有哪些？它们各起什么作用？ 6.为配制活度平衡的油包水乳化钻井液，需将适量的CaCl2加至该钻井液的水相中。已测得页岩中水的活度为0.72，试求CaCl2在水中的适宜质量浓度（用kg/m3）表示）。若该钻井液中 ，则每立方米钻井液中需要加入多少CaCl2？,29,第八章 固相控制(solid control),30,习题：2 2.常用的机械固控设备有哪些？每种设备能够消除无用固相的一般范围各是多少？,第九章 对付井下复杂情况的 钻井液技术,31,习题,1、7、9,32,1. 影响井壁不稳定的因素主要有哪些？,Page3133

18、27,33,地质因素： 异常地层压力 构造应力大（地应力大） 地层倾斜等,工程因素： 泥浆液流冲蚀 抽吸作用 钻柱碰撞井壁 由于起钻未灌泥浆、井漏、井喷等引起,化学因素： 水化膨胀压改变井周应力分布 降低岩石强度 削弱粒间连接，造成剥落掉块 使孔隙压力增大,7. 井漏会造成什么危害？试阐述发生井漏的原因和防止井漏的主要措施。,page348,34,危害 损失钻井时间，延长钻井周期 损失大量钻井液原材料 产层漏失会严重损害产层 诱发其它井下复杂、事故 干扰钻井液性能的正常维护处理 干扰地质录井工作 诱发其他井下复杂情况,9. 使用一种分散钻井液在某渗透性气层中钻进，已知气层厚度为30.48m（100ft），井眼直径为15.56cm（6.125in），形成的泥饼厚度1.27cm，泥饼摩擦系数为0.10。井内压力比地层压力大13.8MPa。如果直径为12.1cm的（4.75in）的钻铤在整个渗透性气层发生了压差卡钻，试问需要多大的力才能使钻铤解卡？(260吨）,的几何计算：,35,F=RL(P液柱-P地层) R-钻柱半径 -包角 L-粘附长度 -泥饼摩擦系数 F-上提力,单位及换算 R-cm（0.01m） -弧度 L-m -（0） F-103kg P-MPa（106N/m2),