1、鉆 井 液,DRILLING FLUIDS 韓 松 2006.5,第一章 概述,1.1 鉆井液及其作用 1鉆井的目的 鑿開地層，建立地下油氣資源的輸出通道。 獲取地下巖石和油、氣、水等有關信息。,第一章 概述,最早的鉆井工藝 頓鉆 泥漿的作用 軟化地層、攜帶巖屑,1.1 鉆井液及其作用,2鉆井工藝過程簡介 1）鉆前工程（井場準備） 2）安裝設備（搬家安裝） 3）正常鉆進（鉆頭破碎地層巖石） 4）循環(huán)泥漿（清除巖屑） 5）起下鉆（換鉆頭） 6）固井（下套管、注水泥） 7）特殊工藝（定向鉆井、測井、堵漏、壓井、解卡 ）,1.1 鉆井液及其作用,3鉆井液(DRILLING FLUIDS) 鉆井過程中

2、在鉆具管內和鉆具與井壁的環(huán)形空間中流動的一種工作液。 有鉆井的血液之稱。 最初常用粘土和水配制而成，故又稱“泥漿”（Mud）。,1.1 鉆井液及其作用,3Discription of Drilling Fluids) All fluids used in a well bore during drilling operations may be classified as drilling fluids. The term is generally restricted to those fluids which are circulated in the bore hole in rotar

3、y drilling.,鉆井液循環(huán)示意圖,Circulation System,鉆井液循環(huán)示意圖,Circulation System,鉆井液循環(huán)系統(tǒng)示意圖,1.1 鉆井液及其作用,4鉆井液的功能 (Function of Drilling Fluids) 1）軟化地層，幫助破巖; 2）懸浮和攜帶巖屑; 3）保護井壁，防止垮塌; 4）清洗井底，提高破巖效率; 5）傳遞水力功率到井底鉆具; 6）冷卻和清洗鉆頭; 7）平衡地層壓力，防止地下油氣噴出; 8）傳遞井下信息。,1.2 鉆井液性能要求和主要成分,鉆井液的性能要求 (Properties), 要求有足夠的粘滯性和密度； 要求有足夠的密度、良

4、好的造壁性、以及適當?shù)幕瘜W性能； 要求有適當?shù)拿芏龋?要求有較低的流動阻力(流變性)； 要求有較好的散熱性能； 要求與地層巖石或流體有較好的相容性。,1）懸浮和攜巖 2）保護井壁，防止垮塌 3）平衡地層壓力，防止井噴 4）傳遞水功率，清洗井底 5）冷卻和清洗鉆頭 6）傳遞井下信息,1.2 鉆井液性能要求和主要成分,鉆井液的成份 (Composition), 水、油或者氣體 不溶于上述連續(xù)相的固體或流體 調節(jié)性能所需的物質,1）一種流動介質 （連續(xù)相） 2）一些分散介質 （分散相） 3）添加劑,例如水基鉆井液：水+粘土+處理劑,1.3 常用鉆井液類型,1）鉆井液的類型 (Class) 根據(jù)連續(xù)相

5、流體介質的不同，可將鉆井液分為以下類型,1.1 鉆井液及其作用,Discription of Drilling Fluids Fluids employed for this purpose include gases, liquids, and solids suspended in liquids. Emulsions of oil in water or water in oil are also used for the suspension of solids. The gases which have been used as drilling fluids include air

6、, natural gas, exhaust gases from internal combustion engines, and commercial nitrogen.,1.3 鉆井液及其作用,2）各類鉆井液的特點 ( Characteristic ) 水基鉆井液 （Water Base Drilling Fluids） 是使用最早、最廣泛的一種鉆井液，水基鉆井液一般以水為連續(xù)介質，以粘土為分散相，配合其他處理劑組成。所以又稱為“泥漿”（Mud)。 水基鉆井液具有源料廣泛、價格便宜、適用范圍寬、工藝成熟等優(yōu)點，而被廣泛使用。 存在抗污染能力弱，對油氣層有損害等缺點。,1.3 鉆井液及其作

7、用,2）各類鉆井液的特點 ( Characteristics ) 油基鉆井液（Oil Base Drilling Fluids） 以柴油或原油為連續(xù)介質，以水或粘土等材料為分散相。油基鉆井液具有抗污染能力強，對油氣層損害小等優(yōu)點。 由于油基鉆井液成本較高，有環(huán)境污染等問題。因而主要用于對水介質較為敏感的地層。,1.3 鉆井液及其作用,2各類鉆井液的特點 ( Characteristic ) 天然氣、空氣、廢氣，和泡沫鉆井液以及充氣鉆井液是近十年來發(fā)展起來的新型鉆井液。此類鉆井液有鉆速高、不損害油氣層等優(yōu)點。 由于其對設備要求高和工藝較復雜，目前主要用于低壓低滲油氣層，以及對水或固體微粒敏感的油

8、氣層。,1.4 鉆井液工藝發(fā)展概況,鉆井液類型 清水 泥漿 油基泥漿 泡沫、氣體 水基鉆井液體系 細分散體系 粗分散體系 不分散體系 鉆井液處理劑 粘土、天然植物 數(shù)百種添加劑,思 考 題（一）,1鉆井液是什么？ 2鉆井液有什么作用？ 3鉆井液的有哪些類型？ 4鉆井液的主要成份是什么？ 5鉆井工藝對鉆井液性能的主要要求是什么？,第二章 水基鉆井液的配制與性能測定,2.1 水基鉆井液的配制 1）水基鉆井液的組分(Components) 水(Water) 粘土(膨潤土)(Clay) 處理劑(Drilling Fluid Additives),第二章 水基鉆井液的配制與性能測定,2.1 水基鉆井液的

9、配制 2）膨潤土的特性與作用 形狀和尺寸 表面電荷與水化性能 在泥漿中的狀態(tài)（分散、絮凝、聚結） 在泥漿中的作用（懸浮能力、造壁性能）,第二章 水基鉆井液的配制與性能測定,2.1 水基鉆井液的配制 2）膨潤土的的特性與作用 粘土(Clay): 小于2微米，具有塑性的礦物原料。 粘土礦物: 構成粘土的主體礦物。大都具有晶體本性，其化學成份是含水（鎂）硅酸鹽。 粘土礦物的結構：層狀（二層、三層、混層）；鏈狀（纖維狀）。 膨潤土(Bentonite)：主要成分為蒙脫石的粘土礦物。 蒙脫石(Montmorillonite)：三層(2:1)型粘土礦物，層間為O和O層相接，因只有范氏力層間引力弱，表面吸附

10、能力強，易水化膨脹和分散。,2.1 水基鉆井液的配制,2）膨潤土的的特性與作用 粘土的電性質: 電泳 電滲,2.1 水基鉆井液的配制,2）膨潤土的的特性與作用 擴散雙電層： 電位 電解質對雙電層的影響,粘土在泥漿中的狀態(tài),第二章 水基鉆井液的配制與性能測定,2.1 水基鉆井液的配制 3水基鉆井液的配制工藝 粘土與水的用量計算 粘土-水的混合與預水化,第二章 水基鉆井液的配制與性能測定,2.2 水基鉆井液的性能 1)密度(Density) 或比重(Mud Weight) 檢測儀器(比重稱)(Mud balance) 測定方法,第二章 水基鉆井液的配制與性能測定,2.2 水基鉆井液的性能 2)漏斗

11、粘度(Funnel Viscosity) 檢測儀器：漏斗粘度計 (馬氏漏斗)(Marsh funnel) 測定方法 在漏斗內裝入700ml泥漿,記錄自然流出500ml所用的時間(秒) 在馬氏漏斗內裝入1500ml泥漿,記錄自然流出1夸脫（946ml）所用的時間(秒),第二章 水基鉆井液的配制與性能測定,2.2 水基鉆井液的性能 鉆井液的觸變性 攪動后變稀,靜置后變稠。 靜切力隨靜置時間延長而增大。 快的強凝膠 慢的強凝膠 快的弱凝膠 慢的弱凝膠,第二章 水基鉆井液的配制與性能測定,2.2 水基鉆井液的性能 3)切力(Gel Strength) 有初切和終切之分 檢測儀器(旋轉粘度計、切力計)

12、(Rheometer、Shearometer) 測定方法,第二章 水基鉆井液的配制與性能測定,2.2 水基鉆井液的性能 流變曲線 牛頓液(Newtonian Fluid) 指數(shù)液(Power-law Fluid) 塑性液(Bingham Fluid) 膨脹液(Swell Fluid),2.2 水基鉆井液的性能,賓漢模式 (Bingham Model),第二章 水基鉆井液的配制與性能測定,2.2 水基鉆井液的性能 4)塑性粘度S(PV - Plastic Viscosity) 5)動切應力O(屈服值)(YP - Yield Point) 檢測儀器:旋轉粘度計(Rheometer) 測定方法 參數(shù)

13、計算,第二章 水基鉆井液的配制與性能測定,2.2 水基鉆井液的性能 旋轉粘度計(Rheometer),2.2 水基鉆井液的性能,常用英制單位換算 泊（P）= 100 厘泊（CP） 1 厘泊（CP）= 1 毫帕秒（mPaS) 10 達因/厘米2 (Dyne/cm2) = 1 帕(Pa),第二章 水基鉆井液的配制與性能測定,2.2 水基鉆井液的性能 6)稠度系數(shù)(K值) (Consistency index) 7)流性指數(shù)(n值) (Flow behavior index) 檢測儀器 測定方法 參數(shù)計算,第二章 水基鉆井液的配制與性能測定,2.2 水基鉆井液的性能 鉆井液流變模式,第二章 水基鉆井

14、液的配制與性能測定,2.2 水基鉆井液的性能 8)失水量(Filtration loss quality 或 Water loss) 9)泥餅厚度(Filter cake) 檢測儀器(泥漿失水儀)(Filter press) 測定方法,第二章 水基鉆井液的配制與性能測定,2.2 水基鉆井液的性能 10)PH值(PH) 檢測手段(PH試紙) 測定方法 用PH試紙浸入濾液，然后與比色板對照。 PH=7為中性，大于7為堿性。,第二章 水基鉆井液的配制與性能測定,2.2 水基鉆井液的性能 11)固相含量(Solid content) 檢測儀器(泥漿固相含量測定儀) 測定方法,取20ml泥漿，加熱蒸干后

15、測取冷凝液體積。,第二章 水基鉆井液的配制與性能測定,2.2 水基鉆井液的性能 總之: 密度(Density) 流變性(Rheology) 失水造壁性(Filtration properties) 是鉆井液最重要的三大性能,思 考 題（二）,1水基鉆井液的主要成分是什么？ 2膨潤土有何特性？ 3膨潤土在鉆井液中有什么作用？ 4為什么要研究粘土膠體化學? 5鉆井液有哪些主要性能？ 6鉆井液的流變性如何測定與計算？ 7. 鉆井液性能對鉆井工藝有哪些影響？,第三章 鉆井液處理劑,3.1 無機處理劑 1)粘土類 膨潤土(搬土)、海泡石 2)加重材料 重晶石、碳酸鈣、鈦鐵礦粉、氧化鐵、方鉛礦 3)無機鹽

16、類 NaCl、CaCl2、NaBr、CaBr2、ZnBr2、CaSO4、Na2CO3 4)無機堿 NaOH、KOH、CaOH2,第三章 鉆井液處理劑,3.2 有機處理劑 1)降粘劑 產品：丹寧、栲膠、鐵鉻鹽、磺化丹寧、磺化栲膠 作用原理：優(yōu)先吸附在粘土端面，拆散網架結構。 2)增粘劑 產品：高粘CMC、羥乙基纖維素、生物聚合物（XC） 作用原理：形成高分子網架結構 3)降失水劑 產品：腐植酸鈉、低粘CMC、磺化酚醛樹脂（SMP） 作用原理：有機膜護膠、高分子護膠,第三章 鉆井液處理劑,3.3 表面活性劑 1)特點 能顯著降低界面張力; 具有兩親結構,兩親(HLB)值與作用密切相關;,第三章 鉆

17、井液處理劑,3.3 表面活性劑 2)產品 ABS、AS、SP-80、OP10、TW-80、CP-233、硬酯酸鋁、十二烷基三甲基溴化銨 、 3)作用 潤濕、乳化、起泡、消泡、潤滑、抑制頁巖水化、提高熱穩(wěn)定性,第三章 鉆井液處理劑,3.4 鉆井液處理劑的類型 APIIADC分類： 1）粘土類 2）加重材料 3）增粘劑 4）降粘劑 5）降濾失劑 6）堵漏材料 7）消泡劑 8）絮凝劑 9）頁巖抑制劑和防塌劑 10）潤滑劑 11）發(fā)泡劑 12）殺菌劑 13）解卡劑 14）乳化劑 15）腐蝕抑制劑 16）高溫穩(wěn)定劑 17）清潔劑 18）堿度控制劑 19）油基鉆井液添加劑,思 考 題（三）,1鉆井液處理劑

18、的類型有哪些？ 2常用加重劑的區(qū)別有哪些特點？ 3有機降粘劑用量越多是否降粘效果越好？ 4有機降失水劑的作用機理是什么? 5. 表面活性劑有哪些作用?,第四章 常用水基鉆井液體系,4.1 淡水鉆井液（細分散泥漿） 1)性能特點 粘土高度分散以滿足所需的泥漿性能。 性能不穩(wěn)定、抗污染能力弱。 鉆粘土含量高的泥頁巖地層時，粘、切上升快，比重增加； 鉆鹽膏層時，粘、切升高，失水增大； 鉆遇大段巖鹽層時，還可能粘、切下降，失水猛增。 濾液為淡水，防塌能力差、對油氣層污染大。,第四章 常用水基鉆井液體系,2)性能調節(jié)方法 a.提密度 加碳酸鈣、或加重晶石、或加鈦鐵礦粉； b.降密度 加水、或加稀的處理劑

19、溶液、 或清除部分固體,第四章 常用水基鉆井液體系,2)性能調節(jié)方法 c.提粘度 加高粘CMC、加預水化原漿、加海泡石(泥漿) d.降粘度 加降粘劑磺甲基丹寧（SMT）、或磺甲基栲膠（SMK）、或鐵鉻木質素磺酸鹽（FCLS） 加水、加稀的處理劑溶液,第四章 常用水基鉆井液體系,2)性能調節(jié)方法 e.降失水及泥餅厚度 影響因素及關鍵護膠 加磺甲基褐煤（SMC） 加低粘酸甲基纖維素（LV-CMC）、 加磺甲基酚醛樹脂（SMP）等降失水劑； 加磺化瀝青（SAS）等膠體材料,第四章 常用水基鉆井液體系,3)受侵及處理 a.鹽侵及鹽水侵 現(xiàn)象： 初期粘度、切上升、失水增大； 后期可能粘切下降，甚至水土分

20、層。,第四章 常用水基鉆井液體系,3)受侵及處理 a.鹽侵及鹽水侵 處理： 如鹽水侵應先提高密度控制鹽水進入； 加抗鹽降粘劑（SMT、FCLS等）降粘、切； 加抗鹽降失水劑（CMC、SMP等）降失水； 必要時加預水化新漿或磺化瀝青等補充膠體。,第四章 常用水基鉆井液體系,3)受侵及處理 b.鈣侵處理 現(xiàn)象： 鉆水泥塞或鉆遇石膏層時粘度、切上升、失水增大； 處理： 可用純堿除鈣，然后再進行處理（亦可不除鈣)； 加抗鈣降粘劑（SMT、FCLS等）降粘、切； 加抗鈣降失水劑（SMC、SMP等）降失水； 轉化成鈣處理泥漿,第四章 常用水基鉆井液體系,4.2 鈣處理鉆井液（粗分散泥漿） 1)性能特點 利

21、用分散劑與電解質互相制約,使粘土處于適度絮凝的粗分散狀態(tài),以滿足所需的泥漿性能。 性能較穩(wěn)定、抗污染能力強 濾液礦化度高，對油氣層污染小。,第四章 常用水基鉆井液體系,4.2 鈣處理鉆井液（粗分散泥漿） 2)配制工藝要點 配制工藝：先配膨潤土原漿并充分預水化,然后加抗鈣處理劑護膠,最后加鈣處理劑調整性能。 轉化工藝：調整井漿的固相含量，然后加足抗鈣處理劑護膠，最后加鈣處理劑。,第四章 常用水基鉆井液體系,4.2 鈣處理鉆井液（粗分散泥漿） 3)常用處理劑 常用護膠劑：褐煤、丹寧、栲膠、FCLS、SMC、 SMT、 SMK、 SMP 常用鈣處理劑：石灰、石膏、氯化鈣。,第四章 常用水基鉆井液體系

22、,4.3 鹽水鉆井液（粗分散泥漿） 1)配制工藝要點 配制工藝：先配膨潤土原漿并充分預水化,然后加抗鈣處理劑護膠,最后加鹽調整性能。 2)常用處理劑 常用護膠劑：褐煤、丹寧、栲膠、FCLS、CMC、SMC、 SMT、 SMK、 SMP,第四章 常用水基鉆井液體系,4.3 鹽水鉆井液（粗分散泥漿） 3)飽和鹽水鉆井液工藝要點 選用抗鹽能力強的處理劑 鐵鉻鹽(FCLS)+羧甲基纖維素(CMC) 磺化褐煤(SMS)+磺化丹寧(SMT)+磺化酚醛樹脂(SMP) 處理好過飽和與重結晶問題 加預水化新漿、HV-CMC或海泡石解決提粘難問題 用磺化瀝青等膠體材料幫助控制失水造壁性 用AS等表面活性劑提高抗溫

23、穩(wěn)定性,第四章 常用水基鉆井液體系,4.4 海水鉆井液（粗分散泥漿） 配制工藝要點 先配膨潤土含量較大的原漿并充分預水化； 然后加抗鹽鈣處理劑護膠； 最后與海水混合。,第四章 常用水基鉆井液體系,4.5 聚合物鉆井液（不分散泥漿） 鉆井液固相與性能對鉆井的影響作用 固相含量高可導致密度,粘度過高； 固相含量高可導致泥餅增厚； 使流動阻力增加,產生“壓持效應”,造成重復破碎,導致鉆速降低。,第四章 常用水基鉆井液體系,4.5 聚合物鉆井液（不分散泥漿） 聚合物不分散鉆井液特點 地層粘土不易造漿,容易保持低密度； 流變性能穩(wěn)定； 剪切稀釋性好,適合于噴射鉆井的要求; 泥餅潤滑性好,不易卡鉆; 具有

24、防塌能力; 鉆速高。,第四章 常用水基鉆井液體系,4.5 聚合物鉆井液（不分散泥漿） 聚合物的作用,絮凝作用 全絮凝 選擇性絮凝 剪切稀釋與紊流減阻； 防塌作用。,第四章 常用水基鉆井液體系,4.5 聚合物鉆井液（不分散泥漿） 聚合物鉆井液的常用類型 聚合物無固相快速鉆井液； 出口處用全絮凝劑PAM, 入口處用選擇性絮凝劑PHP 利用大土池絮沉鉆屑 聚合物低固相鉆井液；,作業(yè)題（四）,1試求配制100方密度為1.05(g/cm3)的原漿所需的膨潤土量（噸）。膨潤土密度取2.6(g/cm3）。 2要將1方密度為1.05(g/cm3)的原漿加重為密度為1.50(g/cm3)的重漿，需密度為4.2(

25、g/cm3)的重晶石多少噸？ 3配制100方密度為1.50(g/cm3)的重漿，問需密度為1.05(g/cm3)的原漿多少方？需重晶石多少噸？,第五章 鉆井液固相控制,5.1 鉆井液中的固相 活性固體與惰性固體 活性固體：膨潤土、泥頁巖、粘土、石膏； 隋性固體：重晶石、碳酸鈣、砂巖、礫石等 有用固體與有害固體 有用固體：膨潤土、重晶石、碳酸鈣等； 有害固體：泥頁巖、粘土、石膏、砂巖、礫石等,第五章 鉆井液固相控制,5.1 鉆井液中的固相 固相的影響作用 膨潤土、加重材料提供必要的密度、流變性、以及失水造壁性能； 固相含量過高的不利影響 密度過高、粘切過大、泥餅厚度增加 導致鉆速降低、卡鉆、井漏

26、等井下復雜情況 加劇設備磨損 超細顆粒堵塞油氣層,第五章 鉆井液固相控制,5.1 鉆井液中的固相 固相的尺寸分布,第五章 鉆井液固相控制,5.2 鉆井液的固相控制方法 加水稀釋、加稀的處理劑溶液 替換部分鉆井液 在大池中沉降 機械分離,5.3 鉆井液固控設備,1）振動篩 （Shale shakers）,第五章 鉆井液固相控制,5.3 鉆井液固控設備 1）振動篩（Shale shakers） 結構組成：支架、篩網、振動軸、電機 工作原理 常見類型：隋圓形和直線式；單層式和雙層式 主要參數(shù)：處理量、篩網目數(shù) “目”的含意及其選擇依據(jù),5.3 鉆井液固控設備,2）旋流器（Hydrocyclones）

27、 結構組成 支架、錐體、砂泵 類型 除砂器（Desander） 除泥器（Desilter） 超級旋流器,第五章 鉆井液固相控制,2）旋流器 工作原理 影響因素 流量(壓力) 尺寸 主要參數(shù) 處理量 底流密度 底流形狀,第五章 鉆井液固相控制,5.3 鉆井液固控設備 2）旋流器 尺寸與分離點,5.3 鉆井液固控設備,3）離心機（Decanting centrifuges）,結構組成 外筒、內筒、離心泵、電機 類型 標準離心機 高速離心機,5.3 鉆井液固控設備,3）離心機（Decanting centrifuges） 工作原理,內、外筒同向高速向旋轉,離心力使巖屑甩向外筒壁。由于內外筒轉速差異產

28、生的螺旋推力，使巖屑推向排屑端。液體從排液端返回。,第五章 鉆井液固相控制,5.4 固控設備的正確使用 合理配置 振動篩+除砂器+除泥器 振動篩+除砂器+除泥器+離心機 振動篩+除砂器+清潔器 注意使用順序 大顆粒小顆粒 設備處理能力 按鉆井液最大排量的125%配備,5.4 固控設備的正確使用,合理配置,第五章 鉆井液固相控制,5.4 固控設備的正確使用 使用注意事項 a.振動篩（Shale shakers） 一般配備23臺，以保證全流處理鉆井液。 篩網目數(shù)的正確選擇。篩網尺寸應盡可能選細一些，以鉆井液流過篩網的2/3長度為宜。 保持篩網的整潔與平順。 既要防止跑泥漿，又要嚴禁人為破壞篩網。,

29、第五章 鉆井液固相控制,5.4 固控設備的正確使用 使用注意事項 b.除砂器(Desander) 除砂器的使用率應在75%以上。 維持正常工作壓力。調節(jié)好底流孔徑。 底流密度應至少高于進口密度0.120.30 。 調整好底流形狀，以傘形霧狀排屑的分離效率最高。以繩狀排屑時雖底流密度高，但分離效率低。,第四章 鉆井液固相控制,4.4 固控設備的正確使用 使用注意事項 b.除砂器 工作狀態(tài)正常和異常,第五章 鉆井液固相控制,5.4 固控設備的正確使用 使用注意事項 b.除泥器 非加重鉆井液盡量使用，處理率應在70%以上。 維持正常工作壓力。調節(jié)好底流孔徑。 調整好底流形狀，以傘形霧狀排屑的分離效率

30、最高。以繩狀排屑時雖底流密度較高，但分離效率低。 高密度鉆液應慎用除泥器。 據(jù)沉降速度 重晶石R2與鉆屑R1具有相同u時，R1/R2 = 1.5,第五章 鉆井液固相控制,5.4 固控設備的正確使用 使用注意事項 c.離心機 在非加重鉆井液中斷續(xù)使用。 在高密度鉆液中“反向”使用。即回收從排屑口排出的加重材料，放棄排液口返出的液相和超細粘土。 在昂貴的液相鉆井液體系中使用旋流器與離心機串聯(lián)的二級分離方式回收液相。或者使用清潔器回收液相。,5.4 固控設備的正確使用,二級分離方式,5.4 固控設備的正確使用,用清潔器回收液相,第五章 鉆井液固相控制,5.5 固控設備使用的經濟性評價 評價思路 a.

31、 求出使用固控設備分離出鉆屑（總量為Qs）所發(fā)生的費用C1； b. 計算把Qs當作粘土配制成原井漿性能相同的鉆井液所需的費用C2； c. 當：C1 2C2 時，認為固控設備的使用是有經濟效益的。,思 考 題（五）,1水基鉆井液中固相的類型有哪？ 2固相對鉆井液性能的影響作用有哪些？ 3常用固相控制設備名稱及其工作原理。 4固相控制設備的合理配置。 5每一種固控設備的使用注意事項。,第六章 復雜情況下的鉆井液工藝,6.1 井漏及其防治 1）井漏的現(xiàn)象 a)泥漿出口流量小于進口流量； b)泥漿池液面下降； c)嚴重時泥漿有進無出。,第六章 復雜情況下的鉆井液工藝,6.1 井漏及其防治 2）井漏的類

32、型 a)滲透性漏失 漏速0.54m3 /h ，多發(fā)生在滲透性砂巖、砂礫巖中。 b)裂縫性漏失 漏速數(shù)十上百m3 /h ，多發(fā)生在碳酸鹽地層和裂縫性砂巖中。有天然裂縫和人為裂縫兩種類型。“漏氣同層”時常引起趕井噴。 c)溶洞性漏失 漏速100 m3 /h ，多發(fā)生于碳酸鹽地層中。常伴有跳鉆、鉆具放空現(xiàn)象若“漏氣同層”會較快引發(fā)生井噴。,第六章 復雜情況下的鉆井液工藝,6.1 井漏及其防治 3）井漏的預防 a) 使用低密度、低粘切鉆井液； b) 減小壓力激動、防止人為裂縫； c) 保持較低鉆井液返速； d)用稠漿鉆表層疏松井段； e)制定合理的井身結構。,第六章 復雜情況下的鉆井液工藝,6.1 井

33、漏及其防治 4）常用堵漏方法 a)起鉆靜置；(適應于滲漏和人為裂縫性漏失) b) 降低密度、適當提高粘切、小排量循環(huán)；（適用于地表疏松地層） c) 用橋塞劑堵漏； 粒狀：碎磚、碎核桃殼、碎桃核、碎橡膠、重晶石、膨脹珍珠巖 纖維狀：甘蔗渣、木纖維、革屑、石棉、棉子殼、豬毛、亞麻、尼龍 片狀：云母、玻璃紙、木刨花、賽珞璐片,第六章 復雜情況下的鉆井液工藝,6.1 井漏及其防治 4）常用堵漏方法 c) 用橋塞劑堵漏； 配方例： 碎核桃殼、碎桃核（23kg/m3）+ 木纖維、蔗渣(11.5kg/m3) + 革屑、尼龍（3kg/m3）+ 玻璃紙片（8.5kg/m3） 用量一般為1680(m3) 常用比例

34、：粒 : 纖維 : 片 = 3 ：2 ：1,第六章 復雜情況下的鉆井液工藝,6.1 井漏及其防治 4）常用堵漏方法 d) 凝膠堵漏； 柴油搬土 聚丙烯酰胺+搬土+水泥 e) 水泥漿堵漏； f)特殊堵漏工藝（尼龍袋堵漏、金屬異型管堵漏、搶鉆過漏層下套管等）,第六章 復雜情況下的鉆井液工藝,6.1 井漏及其防治 5）堵漏工藝要點 a)選擇合適的堵漏方法 根據(jù)漏層巖性和漏速大小確定 b)準確確定漏失層位 注意鉆井時發(fā)生漏失與加重時發(fā)生漏失不同 c)充分暴露漏層 在確保不發(fā)生卡鉆的前提下盡量鉆穿漏層,6.1 井漏及其防治,5）堵漏工藝要點 d)根據(jù)漏失層特點確定堵漏劑配方 例如橋塞劑的種類、尺寸、用量

35、搭配；水泥漿的凝結時間；化學凝膠的凝結時間和化學與溫度環(huán)境等。 e) 確保部分堵漏劑進入漏層 根據(jù)漏失速度與漏層壓差確定是否擠注。 f)注意防止卡鉆和堵鉆具 用光鉆桿堵漏，注水泥時注意起鉆到一定高度循環(huán)等。,第六章 復雜情況下的鉆井液工藝,6.1 井漏及其防治 6）漏層的測定方法 a)井溫測井法 靜置一定時間后測井溫，灌泥漿之后立即再測井溫，對比兩次井溫曲線，有區(qū)別的層位即為漏層。 b)流量測井法 在漏失的情況下測定流速與井深曲線。 c)示蹤劑量測井法 在鉆井液中添加發(fā)射性示蹤劑，然后進行放射性測井。,第六章 復雜情況下的鉆井液工藝,6.2 井塌及其防治 1）井塌的現(xiàn)象 a)返出巖屑多而雜、且

36、棱角園滑； b)泥漿密度、粘切升高、泵壓不穩(wěn)或蹩泵； c) 鉆進時蹩跳嚴重、接單根下不到底、起鉆有阻卡； d)下鉆遇阻頻繁、下鉆下不到底、劃眼困難、甚至越劃越淺。,第六章 復雜情況下的鉆井液工藝,6.2 井塌及其防治 2）井塌的原因 a)力學原因 頁巖孔隙壓力異常、構造應力、巖層強度低； b）物理化學原因 泥頁巖水化膨脹（分表面水化和滲透水化兩種；與巖石成分、鉆井液性能、溫度以及浸泡時間有關）； c）鉆井工藝誘因 鉆井液沖蝕、井下缺吸壓力過大、井漏、起鉆未灌泥漿、鉆具碰撞或剌漏；,第六章 復雜情況下的鉆井液工藝,6.2 井塌及其防治 3）防塌機理 a)力學平衡 泥漿液柱壓力 地層孔隙壓力(或坍

37、塌應力)； b）化學平衡 改變滲透壓防止泥頁巖水化（尤其是滲透水化）；,第六章 復雜情況下的鉆井液工藝,6.2 井塌及其防治 4）防塌鉆井液 a)低失水高礦化度水基鉆井液 即：一低（失水）、二高（礦化度、濾液粘度）、二適當（密度、粘度）； b）油包水乳化鉆井液 水相用CaCl2飽和； c）鉀基聚合物鉆井液 利用K+離子和聚合物的雙重作用；,第六章 復雜情況下的鉆井液工藝,6.2 井塌及其防治 5）防塌特殊實驗 a)頁巖成分分析（X射線衍射） b)頁巖水分分析（含水量及活度） c)膨脹實驗 d)分散性實驗 e)浸泡試驗和三軸應力試驗,6.2 井塌及其防治,5）防塌特殊實驗 自動X射線粉末衍射儀,

38、第六章 復雜情況下的鉆井液工藝,6.2 卡鉆及其防治 1）卡鉆的類型及其特點 a)泥餅粘附卡鉆（壓差卡鉆） b)砂橋卡鉆 c)井塌卡鉆 d)鉆頭泥包卡鉆 e)縮徑卡鉆 e)鍵槽卡鉆（除此之外均與泥漿性能有關）,第六章 復雜情況下的鉆井液工藝,6.2 卡鉆及其防治 2）防卡途徑 a)適當?shù)你@井液密度（過高導致壓差卡鉆、過低導致井塌卡鉆） b)調整好鉆井液性能（良好的流變性和造壁性） c)降低泥餅磨擦系數(shù),第六章 復雜情況下的鉆井液工藝,6.2 卡鉆及其防治 3）防卡措施 a)混油 b)用好固控設備 c)加潤滑減阻劑（石墨、二硫化鉬、塑料小球） d)加表面活性劑,第六章 復雜情況下的鉆井液工藝,6

39、.2 卡鉆及其防治 4）解卡方法 a)上提、下放、轉動、蹩通循環(huán) b)浴井解卡（泡水、泡油、泡解卡劑、泡酸） c)使用震擊器 d)套銑倒扣,第六章 復雜情況下的鉆井液工藝,6.2 卡鉆及其防治 5）卡點測定方法 a)據(jù)彈性虎克定律 b)卡點深度,第六章 復雜情況下的鉆井液工藝,6.2 卡鉆及其防治 5）卡點測定方法 c) 例：（E = 2.06105 MPa, D = 41/2吋 d = 10 cm ， A = 2.35 10-3 m2 ) 如果使(F2-F1)=4.8410-4 N （即約4.94噸） 則：,思 考 題（六）,1井漏的原因及類型有哪些？ 2常用的堵漏方法有哪些？ 3常用的漏層測定方法有哪些？ 4井塌的現(xiàn)象及原因有哪些？ 5防塌的途徑是什么? 6. 常用的防塌泥漿有哪些? 7. 卡鉆的原因及類型有哪些? 8. 如何預防壓差卡鉆(泥餅粘附卡鉆)? 9. 常用的解卡方法有哪些?,第七章 深井鉆井液工藝,7.1 深井的不利條件 1）裸眼井段長 2）鉆井周期長 3）井底溫度高