第二章 钻井液(1).ppt
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1、第一节 钻井液的功用、组成和类型第二节 粘土胶体化学基础第三节 钻井液的工艺性能第四节 钻井液常用原材料和处理剂第五节 钻井液体系,第二章 钻井液,定义:钻井液是指具有各种各样功能以满足钻井工程需要的循环流体。有“钻井工程的血液”之称,又称为“泥浆”。钻井液始终是为钻井工程服务的,它的发展与钻井工程的发展紧密相关。一口油气井钻井成功和钻井成本的减少在很大程度上取决于钻井液的性能。,b,第二章 钻井液,第二章 钻井液,冷却润滑钻头,一、钻井液的功能,第一节 钻井液的功能、组成和类型,第二章 钻井液,提供所钻地层的地质资料(岩屑录井),第一节 钻井液的功用、组成和类型,一、钻井液的功能 钻井液的功
2、能体现在油气井钻井、完井的两个方面: 在整个钻进过程中,要保持安全优质快速低成本钻井; 在进入油气层时,要具有保护储层的作用。,第二章 钻井液,二、钻井液的组成和类型,1、钻井液的组成 钻井液的基本成分由分散相+分散介质+化学处理剂组成。,处理剂:各种维护分散体系稳定和调整体系 性能的化学处理剂。,第一节 钻井液的功用、组成和类型,第二章 钻井液,多相多级胶体悬浮体分散体系固分散液液分散液气分散液,钻井液的实际配制:,如以水为连续相的某种水基钻井液组分为:水 + 膨润土 + 处理剂100ml 5g 1g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
3、虑其它的体积。,第一节 钻井液的功用、组成和类型,第二章 钻井液,随钻井工艺技术的发展,钻井液的种类增多,有不同的分类方法按照密度大小: 低密度 高密度(1.35g/cm3 )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) 气基钻井液(Gas-Base Drilling Fluids) 合成基钻井液(Synthetic-Base Drilling Fluids),2、钻井液的分类,第一节 钻井液的功用、组成和类型,第二章 钻井液,第一节 钻井液的功用、组成和类型,第二章 钻井液,PAM
4、聚丙烯酰胺,API和IADC分类法,不分散钻井液(基本不含处理剂的天然泥浆上部井段或浅井)分散钻井液(水膨润土处理剂中、深井)钙处理钻井液(石灰、石膏和氯化钙抑制粘土化和抗盐侵)聚合物钻井液(由天然改性或合成的线性长链高分子聚合物普遍使用),低固相钻井液(总固体积为610提高钻井速度)盐水钻井液(防页岩膨胀、抗盐及抗石膏侵)油基钻井液(用于油气层保护)合成基钻井液(具有油基钻井液的性能却对环境不成造成损害)气体类钻井液(空气、雾化、泡沫及充气低压钻井),第一节 钻井液的功用、组成和类型,第二章 钻井液,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
5、泥浆)钾基钻井液 , K+1800mg/L(防塌)分散钻井液盐水钻井液,饱和盐水泥浆钙处理钻井液修井液,完井液油基钻井液气体类钻井流体,第一节 钻井液的功用、组成和类型,第二章 钻井液,初步形成时期 1888 1928年; 快速发展时期 1928 1948年; 高速发展时期 1948 1965年; 科 学 化 时 期 1965年 现在。,3、钻井液的发展,第一节 钻井液的功用、组成和类型,第二章 钻井液,初步发展时期 自然造浆阶段(清水钻屑中的粘土泥浆),主要解决问题: 携带钻屑 控制地层压力典型技术: 水+粘土 使用重晶石、铁矿粉(1920年前后),第一节 钻井液的功用、组成和类型,第二章
6、钻井液,快速发展时期 细分散泥浆阶段,主要解决问题:泥浆性能的稳定井壁稳定典型技术: 一些泥浆性能测试仪器研制出来(切力计、漏斗粘度计等) 使用膨润土、丹宁、烧碱、褐煤(无机和有机),第一节 钻井液的功用、组成和类型,第二章 钻井液,高速发展阶段 粗分散泥浆阶段(适度絮凝的粗分散满足失水要求,粘度、切力较低,提高钻速),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(降失水、降粘、增粘、加重、堵漏、泡沫剂等),第一节 钻井液的功用、组成和类型,第二章 钻井液,科学发展时期 聚合物不分散低固相钻井液阶段,主要解决问题: 快速钻井 保护油气层典
7、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,第一节 钻井液的功用、组成和类型,第二章 钻井液,国内钻井液技术发展特点,同样经历了以上的阶段,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(钾基)、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SMTSMCSMP磺化(磺甲基)丹宁、磺化褐煤、磺化酚醛树脂)、MMH正电胶等;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(旋转粘度计、失水仪、固相含量测定仪等);计算机应用相对滞后。,第一节 钻井液的功用、组成和类型,第二章 钻井液,粘土胶体化学:
8、在一般胶体化学规律指导下,专门研究粘土胶体的生成、破坏和物理化学性质的科学。狭义胶体:胶体大小(三维中任一维尺寸在1100nm之间)的微粒分散在另一种连续介质中所形成的分散体系。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。,第二节 粘土胶体化学基础,第二章 钻井液,相和相界面 相 物质的物理化学性质都完全相同的均匀部分。体系中有两个或两个以上的相,称为多相体系。 界面 相与相之间的接触面。,一、粘土胶体化学的几个基本概念,第二节粘土胶体化学基础,第二章 钻井液,分散相与分散介质 分散相是指在多相分散体系中被分散的物质。分散介质则是分散相所在的连续介质。例如,
9、在水基钻井液中,粘土颗粒分散在水中,粘土为分散相,水为分散介质。,第二节粘土胶体化学基础,第二章 钻井液,分散度和比表面分散度 分散相的分散程度。比表面 单位体积(重量)物质的总表面积。,第二节粘土胶体化学基础,第二章 钻井液,二、主要粘土矿物的晶体构造和特点,粘 土:主要由粘土矿物和少量非粘土矿物组成的 细粒粘滞土状物质。 特性:细粒(2m以下),粘性,高温成型性,可塑成型性 成分:粘土矿物(蒙托石、伊利石等)+ 非粘土矿物(石英、长石等)+ 非晶质的胶体矿物(蛋白石、Fe2OH等)。 粘土矿物: 含水的细分散的层状及层链状构造硅酸盐矿物的及含水的非晶质硅酸盐矿物的总称。 特点:具有相对固定
10、的化学组成和确定的内部结构 (内部格子构造-晶格)。,第二节粘土胶体化学基础,第二章 钻井液,硅、氧、铝,1、粘土矿物的两种基本构造单元,(1)硅氧四面体与硅氧四面体片 由一个硅原子和四个等距的氧原子组成的正四面体。硅原子在四面体的中心,氧原子在四面体的顶点。图中: 基底氧:四面体底面三个氧原子。 顶端氧:四面体顶点一个氧原子。 OO距离:2.61埃=0.261nm SiO距离:1.61埃=1.61nm。, 硅原子, 氧原子,第二节粘土胶体化学基础,第二章 钻井液,单个四面体与若干个相邻四面体通过底面氧相连,构成平面连续的四面体晶格。四面体片特点: 由SiO4彼此连接而成的Si4O10的无限重
11、复的六方网格。所有基底氧排列在同一个平面上。 所有顶端氧在另一个平面上。 平面投影形成正六角形的三层空心六角环网格。 四面体片在粘土中不能独立存在(通过阳离子和附加氧离子结合)。, 硅原子, 氧原子,Si4O10 最小重复单元分子式,第二节粘土胶体化学基础,第二章 钻井液,(2)铝氧八面体与铝氧八面体片,铝原子处于正八面体中心,六个氧原子或氢氧原子处于八面体顶点。图中: OO距离=0.260nm。 OHOH距离=0.294nm, 铝原子, 氢氧原子,第二节粘土胶体化学基础,第二章 钻井液,单个八面体与相邻的八面体通过共用氢氧连接起来,顶端和底端氧原子则构成两个平行的平面(每个八面体同相邻的六个
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