钻井液技术多媒体

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,钻井液技术发展态势,石油大学（北京）,2003,年,8,月,一、钻井液技术的发展阶段,19141916年，清水作为旋转钻井的洗井介质，即开始使用“泥浆”。,从2060年代，以分散型水基钻井液为主要类型的阶段,细分散体系向粗分散体系的转变，同时出现了早期使用的油基泥浆。其中有代表性的技术措施包括：,（1）19211922年，重晶石和氧化铁粉开始用作加重材料；,（2）1926年，开始使用膨润土作为悬浮剂,；,（3）1930年，研制出最早的泥浆处理剂 丹宁酸钠；（4）19311937年，研制出泥浆测量仪器；（5）19441945年，,Na-CMC（,钠羧甲基纤维素）降 滤失剂；（6）1955年，,FCLS（,铁铬木质素磺酸盐）作为稀释剂，开始应用于钻井液中；（7）从60年代开始，石灰钻井液、石膏钻井液和氯化钙钻井液等粗分散体系开始广泛使用。,20,世纪,70-80,年代，以聚合物不分散钻井液为主要类型的阶段,聚合物钻井液的出现标志着钻井液工艺技术进入了科学发展阶段。主要有以下类型：,（1）部分水解聚丙烯酰胺体系；（2）氯化钾聚合物钻井液体系；（3）羟乙基纤维素体系；,（,4,）聚磺钻井液,在此期间，油基钻井液也有了进一步的发展：,在50年代柴油为基油的油基钻井液基础上，70年代发展了低胶质油包水乳化钻井液，80年代低毒油包水乳化钻井液。,在抗高温深井钻井液方面：,研制出三磺处理剂（国内）、以,Resinex,为代表的抗高温处理剂（国外），使深井钻井液技术取得了很大进展。,20,世纪,90,年代以来，,（1）聚合物、聚磺钻井液进一步发展,（两性离子、阳离子聚合物等）,（2）,MMH,钻井液（3）合成基钻井液（4）聚合醇钻井液（5）甲酸盐（有机）钻井液（,6,）仿油基钻井液（,MEG,等）（6）硅酸盐钻井液（,7,）气体型钻井流体,二、我国钻井液技术发展概况,20,世纪,50-60,年代,分散钻井液,钙处理钻井液（以石灰、石膏及氯化钙为絮凝剂）,盐水钻井液,70年代-80年代中期,70年代初，,低固相铁铬盐混油（或盐水）钻井液,褐煤氯化钙钻井液,褐煤石膏钻井液,低固相饱和盐水钻井液,高分子有机处理剂已广泛应用于钻井液中。,70年代末至80年代中期,我国钻井液技术有了很大的发展。主要表现在：,三磺（磺化丹宁或烤胶、磺化褐煤和磺化酚醛树脂）钻井液在全国推广，创下了钻超井7175,m,的纪录。,低固相不分散聚合物钻井液技术在我国得到全面推广。所研制的钾基聚合物钻井液在很大程度上解决了泥、页岩地层的坍塌问题。,80年代初期，研制成功了油包水乳化加重钻井液，并在华北、新疆和中原等油田得到成功应用。,钻井液处理剂、原材料品种迅速增加，质量不断提高。1978年，我国钻井液处理剂仅有40多种，1985年已达到16个门类，共129种。,1986-1990年（“七五”期间）,将聚合物处理剂的类型从阴离子扩展到阳离子、两性离子，并对大、中、低分子量聚合物处理剂及其复配作用在抑制性、降滤失、降粘作用机理方面进行了系统研究,研制出以,FA-367、XY-27,和,JT-888,等处理剂组成的两性离子聚合物钻井液体系，和由阳离子包被剂、降滤失剂、降粘剂、防塌剂等组成的全阳离子聚合物钻井液体系；,为实现欠平衡压力钻井，发展了泡沫和充气钻井液技术。其中使用泡沫钻成的油井的井深达到3232,m。,为了有效地解决井壁失稳问题，研制出了各种具有强抑制性的防塌钻井液体系，包括可对付复杂盐膏层的过饱和盐水钻井液和油包水乳化钻井液等。,研制出应用于深井、超深井的聚磺钻井液体系。该体系兼有聚合物钻井液和三磺钻井液的优点，既有很强的抑制性，又改善了高温高压条件下钻井液的性能。并大大地减少了井下复杂情况的发生，提高了机械钻速。,19911995年（“八五”期间）,聚合物钻井液技术又有了新的进步。其中两性离子聚合物钻井液技术更加成熟，据统计，该体系已在我国15个油田的数千口井上推广使用，并成功研制出两性离子聚合物加重钻井液，最高密度可达2.03/,cm,3,。,阳离子聚合物钻井液技术亦更加配套、完善。,发展了混合金属层状氢氧化物（,MMH）,钻井液（又称为正电胶钻井液）技术。这类钻井液有其独特的流变特性，还具有强抑制性、防漏、减少油气层损害程度、有利于提高钻速等性能；,发展了水平井钻井液配套技术，成功地解决了钻水平井时所遇到的携岩、井壁稳定、防漏堵漏、钻井液润滑性和保护油气层等技术难题，其成果在总体上达到90年代国际先进水平。,钻井液处理剂继续以较快速度发展，并逐步形成系列。1993年，我国钻井液处理剂已有16个门类，共计246种。,钻井液工艺技术的关键内容,深井高温、高密度钻井液技术；,特殊工艺井钻井液技术；,井壁稳定和防塌钻井液技术；,新型处理剂和钻井液体系的发展与应用；,保护储层的钻井液、完井液技术；,钻井液润滑性及防卡、解卡技术；,钻井液防漏、堵漏技术；,钻井液流变性及其与携岩的关系；,钻井液固控技术；,废弃钻井液处理技术。,常用防塌剂类型：,（,1）阴离子高分子聚合物类，主要指聚丙烯酰胺盐类,品种有聚丙烯酰胺钾盐（,K-HPAM,)、聚丙烯酰胺钙盐（,Ca-HPAM）,和聚丙烯酰胺铵盐(,NH,4,-HPAM,）。,PAC-141,和,80,A-51,亦属此类。该类防塌剂均以丙烯酰胺和丙烯酸盐为基本原料共聚而成，其水解度多在3060%之间，分子量一般在200500万之间，均具有较强的“包被,”作用，是防塌泥浆中的主处理剂。,（2）沥青类产品,主要品种为磺化沥青（,SAS）。,该类产品主要从抑制水化和降滤失两方面起防塌作用。特别是通过填堵页岩的微裂缝，阻止水的侵入。,（3）阳离子聚合物,为了增强聚合物处理剂的包被、抑制特性，将有机阳离子基团（如季胺盐）引入聚合物分子链中而制成该类产品。其主要品种有聚胺甲基丙烯酰胺（,CPAM，,俗称“大阳离子聚合物”），其中阳离子基团所占比例（即阳离子度）一般在30%以上。该处理剂在页岩上有较强的吸附性能，与,PHPA,相比，抑制分散的能力大大增强;此外还有小分子量的有机化合物（俗称“小阳离子”）,如双三甲基乙基氯化胺（,NW-1）,等，主要用作粘土稳定剂，其抑制分散的能力与十倍加量的,KCl,大致相当；,（4）聚合醇类,既是十分有效的页岩抑制剂，又是润滑剂。生物毒性低，可满足环保要求。例如：,Dow,化学试剂公司研制生产的,W-80,是具有代表性的甘油基材料，其组成如下：1013%甘油，1623%二聚甘油，57%三聚甘油，46%四聚甘油，34%五聚甘油，少量高聚甘油，以及24%,NaCl,和2228%水。这种甘油基在泥浆中的加量范围为640%。由它配制的泥浆具有与油基泥浆相似的特性而又不存在环境污染问题。通常称之为“仿油基泥浆”，用于钻易塌地层时可取得良好效果，尤其适于海洋钻井。只是成本要高于水基泥浆。,（5）无机防塌处理剂,硅酸盐类,硅酸钠、硅酸钾等。试验表明（见丁锐博士论文，1999年）：硅酸盐能有效阻止粘土水化分散，并能封堵岩石孔隙，具有固结井壁的作用。,无机盐类,KCl,等。尽管目前普遍认为有机聚合物防塌剂的效果高于无机盐，但无机盐的防塌作用仍不可忽视。,金属层状氢氧化物（,MMH）,三、新型钻井液概述,合成基钻井液,是以人工合成的有机化合物作为连续相，盐水作为分散相，以及乳化剂、降滤失剂、流型改进剂等组成的体系。与油基钻井液相比较，其区别在于，将油基泥浆中的基油柴油或矿物油替换成可生物降解又无毒性的改性植物油类。最初提出的要求是：（1）合成有机物的物理性质应与矿物油的物理性质相似；（2）其毒性必须很低；（3）无论在好氧或厌氧的的条件下都是可以生物降解的。目前，在墨西哥湾和北海油田等地区，使用合成基钻井液已非常普遍。据不完全统计，在世界范围内已有500多口井使用了合成基钻井液。,第一代合成基钻井液,酯类,醚类,聚,-烯烃,（,PAO）,类,第二代合成基钻井液,线性,-烯烃,（,LAO）,类,内烯烃,（,IO）,类,线性烷烃（,LP）,类,线性烷基苯类,合成基液的物理性能,基液,密度,(g/cm,3,),粘度,(cst),闪点,(),倾点,(),芳烃含量,降解温度,（,）,酯,0.85,5.0,6.0,150,160,150,100,-10,微量,/,1、酯基钻井液,酯类(,Esters),最早用作钻井液的基液（1990年3月，挪威）。它是植物脂肪酸与醇类反应的生成物。生物降解的测试结果表明，在有氧的条件下，35天后有82.5% 被细菌降解，而矿物油在同样条件下只有3.5% 被降解。由于酯基钻井液毒性很低，允许将钻屑直接排放到海里。,Statoil,公司在北海,Statfijord,气田使用该类钻井液已成功钻成10口定向井，井斜角,80,的有6口，其中一口井水平位移达7290,m，,80,以上井斜段为5470,m。,酯基钻井液典型配方及性能,配 方,性 能,组分,加量,项目,指标,酯类，,0.65 m,3,密度,1.55 g/cm,3,水生动物油乳化剂,36.5 kg,酯类,/,水,83/17,HTHP,滤失控制剂,31.9 kg,HTHP,滤失量,2.4 mL,有机土,6.3 kg,塑性粘度,(49),54 mPa,s,淡水,0.13 m,3,动切力,13 Pa,CaCl,2,(,纯度,82%),35.4 kg,初,/,终静切力,9/13 Pa,重晶石,796 kg,水盐度,173000 mg/L,降粘剂,5.9 kg,电稳定性（,49,）,990 V,石灰,4.3 kg,流型调节剂,1.1 kg,2、醚基钻井液,R-O-R,型有机物，可由醇类与酸反应生成。醚类（,Ethers）,与酯类的物理性质相似，抗温可达240,C,。由于其分子结构中没有活泼的基团，因而性能较稳定，有较强的抗盐、抗钙能力。,（3）聚,-烯烃钻井液,（,Polyalphaolefin,缩写,PAO）,聚,-烯烃是由,-烯烃聚合而成的。由于,-烯烃在分子链的端部带有双键，经聚合后双键仍保留在生成物的分子中，因而易于降解。聚,-烯烃的另一优点是，它不随温度和,pH,值的变化而改变其特性。酯基钻井液在碱性条件下则可能发生分解。因此，该类钻井液比酯基钻井液更能抗高温和石灰污染。,聚合方式举例：,生成二聚物、三聚物、四聚物等。,C,8,H,16, C,16,H,32,+ C,24,H,48,+ C,32,H,64,辛烯-1 16烯 24烯,32烯,C,10,H,20,C,20,H,40,+ C,30,H,60,+ C,40,H,80,癸烯-1 20烯 30烯,40烯,PAO,钻井液典型配方及性能,配 方,性 能,组分,加量,项目,指标,PAO,基液,0.62 m,3,塑性粘度,29 mPa,s,水,0.21 m,3,动切力,9 Pa,乳化剂,17.1 kg,初,/,终静切力,7.5/19.5 Pa,有机土,5.7 kg,HTHP,滤失量,5.6 mL,石灰,22.8 kg,电稳定性,1840 V,CaCl,2,92.1 kg,流型调节剂,5.7 kg,重晶石,475kg,第二代合成基钻井液,与第一代合成基钻井液相比，第二代合成基钻井液的粘度较低，配制成本也较低，而且有更强的生物降解能力。总的来看，第二代合成基钻井液更适于在高温深井中使用。,聚合醇钻井液,（1）能增强钻井液的抗温性，如,JLX,能将聚合物钻井液的抗温极限温度提高20,C,以上。,（2）能明显增强钻井液的抑制性和润滑性。在这两方面，其浊点温度以上的性能更优于其浊点温度以下的性能。,（3）与常用聚合物钻井液具有很好的配伍性。并且在聚合物钻井液中，具有一定的稀释和降滤失作用。,（4）有利于保护油气层。这一方面是由于当聚合醇在其浊点温度以上时，对泥饼具有一定的堵孔作用，可防止钻井液固相颗粒和滤液的侵入；另一方面聚合醇能降低油水界面张力，减轻水锁损害，因而能较明显提高低渗岩样的渗透率恢复值。,（5）聚合醇毒性低，可生物降解，因而能满足环保要求。,（6）聚合醇的荧光度很低，有利于识别和发现油气层。,聚合醇钻井液典型配方,（1）33.5%膨润土浆 + 0.10.4%聚合物包被剂 + 0.5 1%改性淀粉（或,NH,4,-HPAN）+ 25% JLX。,（2）,膨润土海水浆 + 0.25%低粘聚阴离子纤维素 + 0.2%高粘聚阴离子纤维素 + 0.2% 80,A-51 + 0.9% NH,4,-HPAN + 3% JLX + 2% WLD,硅酸钾聚合物钻井液,（,From Marquis Fluids),很强的抑制性,有利于提高钻速,环保型钻井液,无毒、安全,配制成本低,腐蚀性弱,被誉为最有发展前景的水基钻井液,硅酸钾聚合物钻井液的典型配方与性能,(From Schlumberger),Sildril L,（硅酸盐）,10% by Vol,Duovis,（黄原胶）,1.25-1.5 PPB,(0.36-0.43%),Biocide,（杀菌剂）,0.15 PPB,(0.04%),KCl26.0 PPB,(7.4%),Polypac UL3.0-4.0 PPB,(0.86-1.14%),Soda Ash0.25-0.5 PPB,(0.07-0.14%),硅酸盐稳定井壁的机理,硅酸盐在水中可形成不同大小的颗粒，颗粒尺寸分布宽，通过吸附、扩散等途径可堵塞井壁裂缝、孔洞，可抑制泥页岩膨胀性和分散性。,硅酸根在,pH,值小于,9,时，与地层水作用，立即变成硅酸盐凝胶堵塞裂缝孔隙。,进入地层的硅酸根离子（,SiO,3,2-,),与岩石表面或地层水中的,Ca,2+,、,Mg,2+,发生反应生成,CaSiO,3,沉淀，覆盖在岩石表面起封堵作用。,硅酸盐稳定井壁的机理,当井温低于,80,时，硅酸盐可通过氢键力、静电力和范德华力的叠加与地层粘土矿物牢固结合；而井温高于,80,（特别在高于,105,）,时，其分子中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，封固井壁。,硅酸盐稳定含盐膏地层的机理，主要是,SiO,3,2-,与地层岩石表面的,Ca,2+,、,Mg,2+,发生作用，生成沉淀，从而在地层表面形成坚韧、致密的封固壳以加固井壁。,甲酸盐钻井液,（1）,HCOONa,和,HCOOK,饱和溶液的密度分别为1.34,g/cm,3,和1.60,g/cm,3,，,因而所配制的甲酸盐钻井液具有较宽的密度范围。如需更高密度，还可使用甲酸铯（,HCOOCs）,钻井液，其最高密度可达2.3,g/cm,3,。,由于不需另添加膨润土和固体加重材料，因此非常适于配制成无固相或低固相钻井液与完井液。显而易见，该类钻井液与完井液不仅水力特性优良，环空压耗小，有利于提高机械钻速，而且对储层具有很好的保护作用。,（2）甲酸盐与常用的聚合物处理剂具有很好的配伍性，并能减缓多种粘度控制剂和降滤失剂在高温高压条件下的水解和氧化降解速度。因此，甲酸盐钻井液可抗高温，并且性能稳定。,（3）甲酸盐为强电解质，因此甲酸盐钻井液对泥页岩水化膨胀、分散有很强的抑制作用，与储层岩石和流体的配伍性好，同时抗盐、抗钙、抗固相污染的能力也明显优于淡水钻井液,。,（4）甲酸盐水溶液对金属的腐蚀性很弱，对钻具和井下设备、材料基本不会造成损害，从而避免了过去使用,NaCl、KCl、CaCl,2,、CaBr,2,和,ZnBr,2,等卤化物配制清洁盐水钻井液时带来的腐蚀问题。,（5）甲酸盐的毒性极低，并可生物降解。,甲酸盐钻井液典型配方,浓度23.2%的,HCOONa,水溶液 + 0.15%,XC + 0.5% JS-3 + 5%,超细,CaCO,3,仿油基甲基葡糖甙,(MEG),钻井液,是一种不污染环境的水基钻井液。其性能与油基钻井液接近，能稳定泥页岩，具有良好的润滑性和滤失控制性能。,MEG,是葡萄糖的衍生物，从玉米淀粉制得，无毒性，且易生物降解。,MEG,是含,4,个羟基和,1,个甲基的两排环状结构。,MEG,钻井液具有以下特点：,(1),强的抑制性与封堵作用；,(2),良好的润滑性能；,(3),有效地保护油气层；,(4),性能稳定，热稳定性好。,黑色（有机）正电胶钻井液,(,代号,BPS),近年来，山东大学与胜利油田一起研究成功黑色正电胶钻井液。,是一种高正电的有机溶胶，其有效物含量为,50%,。它与,MMH,相比，带有更多的正电荷；,具有油溶性的特点,(MMH,是水溶的,),，但能在水中分散，具有良好的抑制泥页岩水化膨胀能力，润滑性能好，与各种处理剂配伍性好，抗盐、抗钙能力强，耐温,160,C,以上；,由于,BPS,具有油溶性，因而对油层损害程度比,MMH,钻井液低，渗透率恢复值高。此钻井液已在胜利、冀东等油田使用。,KCl/,有机正电胶钻井液典型配方,r,=1.03g/cm3,预水化膨润土浆 ,0.2,复合金属离子两性聚合物 ,0.5,铵盐 ,0.5,KCl,2,有机正电胶,2,有机硅腐植酸钾,10,12,原油复配暂堵剂,微泡沫钻井液,美国,Acti Systems,公司研制成一种在近平衡压力钻井中使用的微泡钻井液。这种钻井液在不注入空气和天然气的情况下可产生均匀气泡，并把这种钻井液叫,“,Aphron”,钻井液,。,这种均匀气泡为非聚集和可再循环的微气泡，因此，能产生比水低的密度。,微泡是由多层膜包裹着气核的独立球体组成的，膜是维持气泡强度的关键。,微泡沫钻井液的基本组成,基浆,+,起泡剂,+,稳泡剂,+,降滤失剂,+,增粘剂,微泡沫钻井液的组成及性能,（辽河油田）,微泡沫钻井液配方,5%,基浆,+ 0.3% MF-1 + 0.03% SF-1 + 2% SMP-II + 0.05% 80A51 + 0.2%XC + 1% SPNH,微泡沫钻井液体系的特点,微泡沫钻井液是由气,-,液或者气,-,液,-,固多相组成的分散体系；,微泡沫钻井液中的气泡以均匀、非聚集、非连续态存在；,微泡沫钻井液中的泡沫质量在,0.2,0.6 g/cm3,的的范围内可调；,微泡沫钻井液密度在,0.5,0.95g/cm3,的范围内可调；,气体来源可以是化学法产生，也可以是物理法产生。,四、深井钻井液技术,定义,深井：井深 4570,m（15 000,英尺）,超深井：井深 6100,m（20 000,英尺）,特深井：井深 9144,m（30 000,英尺）,美国,1938年第一口深井（4572,m）,1949,年第一口超深井（6250,m）,1974,年第一口特深井（9583,m）,中国,1966年第一口深井大庆松基六井（4719,m）,70年代东风2井（5006,m）、,新港57井（5127,m）、,王深2井（5163,m）,1976,年,第一口超深井女基井（6011,m）,1978,年最深超深井关基井（7175,m）,对深井钻井液的特殊要求,高温稳定性,耐高温主处理剂的优选,较强的抑制性,良好的润滑性,良好的流变性,钻井液密度 2.0时，膨润土含量应,17.1,g/l；,使用,MMH,或,XC,生物聚合物提高携屑能力；加入解絮凝剂控制静切力等。,国外抗高温聚合物处理剂,SSMA,磺化苯乙烯马来酸酐共聚物,M=10005000，,抗温230,C，,美国产品。,CDP/TDS,丙烯酸钠乙烯磺酸盐共聚物,M=1005000，,抗温260,C，,美国产品。,Resinex,褐煤树脂,降滤失剂，抗温,220,C，,美国产品。,Polydrill,新型磺化聚合物,M=20,万，抗温260,C，,德国产品。,各公司深井钻井液组成情况,具有相似的组成，即,无机盐,抗高温聚合物包被剂,高温稳定剂,M-I,Durathem System,聚合物包被剂：,PHPA,EMI-164,高温稳定剂：,Desco（,磺化单宁）,Resinex（,褐煤树脂）,Polysal（,淀粉）,Polypac（,聚阴离子纤维素）,Spersene（,铁铬木质素磺酸盐）,无机盐：,Ca(OH),2,Baroid,Polynox,聚合物包被剂：,VSVA（,乙烯酰胺-乙烯磺酸盐共聚物）,AKTA（,抗高温流型调节剂）,高温稳定剂：,Lignox（,丙烯酸-木质素共聚物）,Baronex（,聚阴离子纤维素）,Carbonex（,褐煤类非离子型处理剂）,DexTrid（,淀粉）,无机盐：,Ca(OH),2,Milpark,Pyro-Drill,聚合物包被剂：,COP-1（AMPS/AM,共聚物）,COP-1（AMPS/AAM,共聚物）,高温稳定剂：,SSMA（,磺化苯乙烯马来酸酐共聚物）,Chemral-x（,改性褐煤）,Filtrex（,褐煤树脂）,无机盐：,Ca(OH),2,IDF,Poly Tempy,聚合物包被剂：,ID-Bond（,部分水解聚丙烯酰胺）,Hi-Temp（,丙烯酸共聚物）,PTS-200（,抗高温聚合物）,高温稳定剂：,ID-FLR（,聚阴离子纤维素）,ID-Thin500（,抗高温聚合物降粘剂,）,ID-Sperse XTC（,抗高温聚合物降粘剂）,ID-FLO（,抗高温降滤失剂）,无机盐：,KCl,国内,聚磺钻井液,聚合物包被剂：,PAC,系列、,SK,系列等，但抗温性不够；可抗200,C,的,AMPS/AM、AMPS/AAM、 Polydrill,等正在研制中。,高温稳定剂：,SMK（,磺化栲胶）,SMC（,磺化褐煤）,SMP（,磺化酚醛树脂）,SLSP（,磺化木质素磺甲基酚醛树脂）,SPNH（,磺化褐煤树脂）,以及纤维素类、改性淀粉类等。,无机盐：,Ca(OH),2,、KCl,我国深井钻井液技术,经历三个发展阶段：,1、钙处理钻井液阶段（60-70年代）,用,CMC、FCLS、NaC、,表面活性剂调节流变和降滤失性能；,用,Ca(OH),2,、CaSO,4,H,2,O 、CaCl,2,或,NaCl,增强抑制性，提高抗污染能力。,2、三磺钻井液阶段（70年代）,使用,SMK、SMC、SMP，,并配合,FCLS、CMC、 Ca(OH),2,、K,2,CrO,7,、,表面活性剂（,SP-80、AS,等），成功钻成女基井（6011,m）,和关基井（7175,m）。,抗温超过190,C，,标志着我国深井钻井液技术已接近于国际先进水平。,3、聚磺钻井液阶段（80年代以后）,即聚合物钻井液与三磺钻井液相结合，其广泛应用是我国深井钻井液技术的又一大进步。,三磺钻井液 + 阴离子型丙烯酰胺、丙烯腈类聚合物,三磺钻井液 + 两性离子型聚合物（,FA-367、XY-27、JT-888,等）,三磺钻井液 + 阳离子型聚合物（大阳离子,CPAM、CHM、SP-2,等；小阳离子,NW-1、CSW-1,等）,大阳离子：包被、絮凝作用；小阳离子：抑制泥页岩水化膨胀与分散。,聚磺钻井液的组成,抑制剂类（或简称“聚”类）,包括有机聚合物和无机盐类,主要作用：抑制泥页岩地层水化、膨胀、造浆，,主要有利于钻井时地层的稳定。,分散剂类（或简称“磺”类）,主要作用：维持钻井液良好的流变性和低的滤失 性，主要有利于钻井液性能的稳定。,使用聚磺钻井液的经验准则,以井深25003000,m（,白垩系前后）为界，,上部地层：,“多聚少磺”、“只聚不磺”,（因一般情况下蒙脱石含量较多，造浆严重）,下部地层：,“少聚多磺”、“只磺不聚”,（因一般情况下伊利石较多，坍塌严重，且井温偏高）,或概括为：,“上不分散、下分散”,五、特殊工艺井钻井液,水平井钻井液：目前国外水平井钻井过程中普遍采用的钻井液体系主要有以下,5,种：,聚合物钻井液；,油基钻井液；,清洁水,/,盐水钻井液；,混合金属层状氢氧化物钻井液；,泡沫或充气钻井液。,各种类型钻井液润滑性的比较,特殊工艺井钻井液,大位移井（,Extended Reach Drilling, ERD,）：,油井的井底水平位移大于或等于垂直深度的两倍，一般可称为大位移水平井。与普通水平井相比，它能钻穿更长的油层井段，可以更大范围地探明和控制含油面积，大幅度的提高单井产量。,钻大位移井所使用的主要钻井液体系：,国外大位移钻井资料表明，世界上超大位移井钻井作业中多数采用的是油基钻井液和合成基钻井液。这主要与其良好的润滑和防塌性能有关。,近,15,年来国外大位移井基本情况,区 域,井 号,测 深,m,垂 深,m,水平位移,m,年 份,钻井液体系,英国陆上,F18,F21,M3,LM-05SP,M11,4449,6180,7449,8700,10657,1600,1600,1594,1605,1605,3855,5420,6818,8035,10114,1986,1994,1995,1995,1998,油 基,油 基,油 基,油 基,油 基,英国北海,A13,ExcalibueE5,6021,2660,4763,6900,1988,油 基,油 基,挪威北海,C3,C2,7429,8761,2695,2700,5854,7290,1991,1993,合成基,酯 基,中 东,AIShaheen2,1060,3800,1994,油 基,北 美,A21,C29,5090,1335,1460,293,4472,1156,1992,1990,聚合醇,海水聚合物,亚 太,XJ24-3-AI4,9236,2912,8064,1997,油 基,南 美,ARA S7,1,6982,1684,6252,1996,油 基,小井眼钻井液,90%,的井身直径小于,f,177.8mm,（,7,英寸）或,70,的井身直径小于,f,127mm,（,5,英寸）的井为小井眼。,小井眼钻井液应具有的特点,小井眼钻井液应为低固相或无固相体系。在常规井眼中，约有,69%,的循环压力损失发生在环空，而在小井眼中，这个值有可能高达,60%80%,，过高的固相含量必然会增大钻井液在环空的流动阻力，不利于水力能量的有效利用和发挥；,必须有很好的流变性，以满足携带岩屑的要求。在小环空间隙下，容易致使环空钻井液上返速度高。在这种条件下，相对低的钻井液粘度可满足携岩要求，控制好流变性能，可降低环空当量循环密度和环空压降，也可减小开泵压力激动，以免井壁不稳。,有较好的抑制性。小环空间隙致使钻具容易发生卡钻，因此钻井液应能抑制地层造浆和维护井壁稳定，以免发生井塌、卡钻；同时，钻井液应具有较低的滤失量和优质的泥饼，以防塑性泥页岩地层吸水膨胀产生缩径，发生粘卡，此外，低滤失量也有利于保护油气层。,应具有良好的润滑性。小环空间隙使钻具粘卡机会增多，故钻井液要能改善摩阻。,常用的小井眼钻井液体系,甲酸盐钻井液体系,乙二醇,K,2,CO,3,水基钻井液,CBF,钻井液体系（一种阳离子聚合物盐水钻井液 ）,Amoco,公司研制的,CBF,体系的组成和性能参数,处理剂及性能,CBF,增粘的,CBF,加重的,CBF,阳离子聚合物,A (kg/m,3,),4.28,4.28,4.28,预胶淀粉,(kg/m,3,),5.70,5.70,5.70,羟乙基纤维素,(kg/m,3,),0,2.85,2.85,KCl (kg/m,3,),108.59,108.59,62.99,CaCl,2,(kg/m,3,),0,0,304.95,PV,(mPa,s),1,10,11,YV,(kg/m,2,),0.05,0.25,0.30,10,秒种凝胶强度,(kg/m,2,),0,0.05,0.05,10,分钟凝胶强度,(kg/m,2,),0,0.05,0.05,API,滤失量（,ml,）,13,12,10,密度,(kg/m,3,),1066.49,1066.49,1258.22,六、井壁稳定研究新进展,采用具有高效成,膜效率,的新型水基钻井液来缓解页岩地层不稳定问题,。,CSIRO,和,Baroid,联合开发研制的具有高膜效率的新型水基钻井液来缓解页岩地层不稳定问题。这种新型水基钻井液在页岩等类地层在井壁表面形成膜，阻止钻井液滤液进入地层，从而在稳定井壁方面发挥着类似于油基钻井液的作用。,测定膜效率的实验,测定膜效率实验装置,测试结果,对,Pierre II,岩样进行了,300,多次膜效率测试，大范围的评价了三类新型成膜剂在岩样上的成膜性能。结果表明，这三类化合物在特定的岩样上成膜效率在,55%,85%,之间。把这三类化合物用于水基钻井液配方，钻井液体系表现出类似于油基钻井液的性能。,M-I,钻井液公司确定了,3,种类型的膜,1,、,水基钻井液成膜,(,型膜,),：,这类膜形成于页岩表面，钻井液滤液、页岩,/,粘土、孔隙流体、孔隙尺寸、滤液粘度、渗透率、粘土组分和页岩的胶结作用都会影响膜的形成和膜效率,。,在水基钻井液中能够成膜的物质有糖类化合物及其衍生物（如甲基葡糖甙,MEG,）、丙烯酸类聚合物、硅氧烷、木质素磺酸盐、乙二醇及其衍生物和各种表面活性剂（如山梨糖醇酐的脂肪酸盐）。,M-I,钻井液公司确定了,3,种类型的膜,2,、封堵材料成膜,(,型膜,),：,硅酸盐、铝酸盐、铝盐、氢氧化钙和酚醛树脂等封堵材料。在实验中发现在硅酸盐钻井液中加入糖类聚合物可保持实际渗透压接近理论渗透压。,硅酸盐钻井液的成膜效率可达到,70%,以上。,M-I,钻井液公司确定了,3,种类型的膜,3,、,合成基和逆乳化钻井液成膜,(,型膜,),：,很高的膜效率。,此膜由连续相的可移动薄膜、表面活性剂薄膜和钻井液的水相的薄膜组成。,型膜形成了一道防止水和溶质扩散的屏障。,各种类型的膜具有不同的渗透机理,水基钻井液中，硅基钻井液具有最佳的膜效率和渗透效率。,逆乳化钻井液能提供最佳渗透效率和膜效率,。,七、我国主要钻井液类型,（,一）,无固相不分散聚合物钻井液,基本组成：聚丙烯酰胺或多元乙烯基共聚物类絮凝剂、无机盐等,特点：絮凝剂可有效地絮凝钻井过程所产生的岩屑。,典型配方：,（1）水 + 0.1,0.3%,PHP + 0.1,0.2% CaCl,2,或0.5,1%,KCl,（2）,水 + 0.07,0.14%,CPAM + 0.1,0.3% TDC-15（,低分子量有机阳离子）+ 0.2%,CaCl,2,（3）,水 + 0.1,0.3%,FA-367 + 0.1,0.2% CaCl,2,或0.5,1%,KCl,适用范围：层理裂隙不发育、正常孔隙压力与弱地应力、中等分散砂岩与泥岩互层；已下技术套管的低压、井壁稳定的储层等。,（二）低固相聚合物钻井液,适用范围：用于钻进层理裂隙不发育的易膨胀、强分散或不易膨胀、强分散、软的砂岩与泥岩互层；已下技术套管的低压储层等。,1、阴离子聚合物钻井液,基本组成：多元乙烯基共聚物类、水解聚丙烯腈、部分水解聚丙烯酰胺等,特点：高分子量聚合物包被粘土或钻屑，并提供钻井液所需粘度、切力；中分子量和低分子量聚合物用于控制滤失量并控制粘度、切力。,典型配方：膨润土浆 + 0.1,0.3%,KPAM + 0.4,0.5% NPAN,（2）阳离子聚合物钻井液,基本组成：高分子量与低分子量阳离子聚合物，以及淀粉等,特点：阳离子聚合物具有极强的稳定页岩的能力，即强吸附、强抑制性；配合使用淀粉类处理剂调整滤失造壁性。,典型配方：膨润土浆 + 0.4%,SP-2（,阳离子聚合物）+ 0.4%,CSW-1（,低分子量有机阳离子）+ 1% 改性淀粉,（3）两性离子聚合物钻井液,基本组成：高分子量和低分子量两性离子聚合物，有时配合加入阴离子聚合物,特点：利用聚合物中的阳离子基团增强体系的抑制性，同时大量的阴离子、非离子基团使体系保持稳定。两性离子聚合物与各种处理剂具有很好的相容性。,典型配方：膨润土浆 + 0.1,0.3%,FA-367 + 0.05,0.2 %XY-27 + 1,3%,磺化沥青类产品,（三）聚磺钻井液,基本组成：高分子量聚合物（包括阴、阳、两性离子聚合物）、中分子量聚合物降滤失剂、磺化酚醛树脂类产品和沥青类产品等。,特点：具有很强的抑制性、良好的造壁性、封堵能力、流变性和热稳定性，以及低的,HTHP,滤失量。,典型配方：,1）阴离子聚合物钻井液 + 1,2%,SMP-1 + 1,2% SMC（,或2,4%,SPNH,等）+ 2,4% 磺化沥青类产品,2）阳离子聚合物钻井液 + 2,4%,SPNH + 1,2% FT-1,3）,两性离子聚合物钻井液 + 2,3% 磺化酚醛树脂类产品 + 1,3% 磺化沥青类产品,4）钾胺基聚合物钻井液 + 2,5% 磺化酚醛树脂类产品 + 1,2% 磺化沥青类产品,适用范围：深井与超深井段；层理裂隙发育的泥页岩、岩浆岩、砂岩、煤层等。,（四）氯化钾聚磺钻井液,基本组成：,KCl,、,聚合物、降粘剂、磺化酚醛树脂类产品、磺化沥青类产品等,特点：利用,KCl,中钾离子和聚合物的协同作用，可有效抑制蒙皂石或伊蒙无序间层矿物水化膨胀，防止地层坍塌。,典型配方：,1）,KCl,聚磺钻井液：膨润土浆 + 0.5,1%,PAC-141 + 0.5,1% SK,系列产品 + 3,7%,KCl,（,或2%硅酸钾，0.2%磷酸钾，0.5% 醋酸钾）+ 1,3%,SMP + 1,2% PSC + 3,5%,磺化沥青类产品 + 0.1,0.5%,KOH,2）KCl,两性离子聚磺钻井液：膨润土浆 + 0.1,0.2%,SK-2 + 0.5,1% SK-3 + 0.5,1% XY-27 + 5% SMP + 1% SPNH + 3,5%,磺化沥青类产品 + 10%,KCl,+ KOH（,调,pH,值）,3）,KCl,阳离子聚磺钻井液：膨润土浆 + 0.3%,PHP + 0.3%CPA + 0.5% HPAN + 0.8,1.2%,阳离子聚合物 + 0.4,0.6% 低粘,CMC + 0.8% FT-1 + 0.8,1.2% SLSP + 0.4,0.6% Span-80 + 2,4%,KCl,+ 2,4%,超细,CaCO,3,适用范围：蒙皂石或伊蒙无序间层矿物含量高的强水敏易坍塌地层,。,（五）钾石灰钻井液,基本组成：,KOH（,或,K,2,CO,3,）、,石灰、聚合物、,SMP-1、,磺化沥青等,特点：利用钾、钙离子抑制泥页岩水化膨胀，使用磺化沥青和磺化酚醛树脂封堵层理裂缝。,典型配方：膨润土浆 + 1%,FCLS + 0.8%,石灰 + 1%,K,2,CO,3,+ 0.1% MA-871 + 1.5%,磺化沥青 + 1.5%,SMP-1 + 1% HUC + 2%,超细碳酸钙 + 浓度20%的,KOH（,将,pH,值调至10.5）,适用范围：层理裂隙发育的中深井段泥页岩层。,（六）石膏钻井液,基本组成：石膏、,SMC、SMP、SMT、FCLS,等,特点：利用同离子效应，通过加入石膏来抑制地层中石膏的溶解,典型配方：膨润土浆 + 1.2,1.8%,FCLS + 0.3,0.4% CMC + 1.2,2% CaSO,4,2H,2,O + 0.2,0.5%,NaOH,+,重晶石至所需密度,使用范围：用于钻进大段石膏层,（七）正电胶钻井液,基本组成：膨润土、混合金属层状氢氧化物（,MMH）、,降滤失剂、降粘剂,特点：,MMH,能提供独特的流变性能，并具有很强的抑制地层水化分散的能力；需配合使用不破坏,MMH,粘土复合体结构的降滤失剂控制滤失量。,典型配方：膨润土浆 + 0.05,0.1%,MMH + 0.5 % （,低粘）,CMC,或改性淀粉 + 0.5 %,NPAN + 0.5 %,润滑剂,适用范围：层理裂隙发育的地层，胶结差的砾石层等,（八）钾硅基钻井液,基本组成：,KPAM、,硅稳定剂、硅稀释剂、硅腐钾、,SMP、,磺化沥青类产品,特点：利用硅稳定泥页岩，降低地层的水润湿性。表现出较强抑制性和热稳定性，并具有较强的容纳固相的能力。,典型配方：,（,1,）膨润土浆 + 0.1,0.2%,KPAM + 1,1.5%,硅稳定剂,GWJ + 2%,有机硅腐植酸钾 + 1,3%,SMP + 1,5%,磺化沥青,（,2,）聚磺钻井液配方 + 0.5,2% 硅酸钾,适用范围：深层层理裂隙发育的地层。,（九）多元醇或聚醚类钻井液,基本组成：多元醇类或聚醚类处理剂、防塌剂、聚合物等,特点：多元醇类或聚醚类处理剂的亲水性受温度影响较大。在一定温度下，该剂从水相游离出来，成为类似于油相的物质，使其在井壁上形成憎水性的膜，达到稳定井壁、抑制钻屑水化分散、降低钻具扭矩的目的；且对环境无害。,典型配方：膨润土海水浆 + 0.25%低粘聚阴离子纤维素 + 0.2% 高粘聚阴离子纤维素 + 0.2% 80,A-51 + 0.9% NH,4,-HPAN + 3% JLX + 2% WLD,适用范围：层理裂隙发育的泥页岩地层，特别适用于定向斜井，以及海洋等对环保要求高的地区,。,（十）盐水钻井液,基本组成：,NaCl,等无机盐、抗盐的降粘剂与降滤失剂、盐抑制剂等,特点：可有效抑制泥页岩渗透水化，防止地层坍塌；能控制地层中的盐对钻井液性能的影响。,典型配方：与饱和盐水钻井液基本相似，只是各种处理剂加量随钻井液中含盐量的下降而减少。,适用范围：浅层或中深井段的厚度不大的纯盐膏层,。,（十一）饱和盐水钻井液,基本组成：,NaCl,等无机盐、抗盐的降粘剂与降滤失剂、磺化酚醛树脂类产品、磺化沥青类产品、改性淀粉、盐抑制剂等,特点：可有效地抑制盐的溶解和封堵层理裂隙，防止含盐膏地层井径扩大与井壁坍塌所引起的各种井下复杂情况与事故，并可提高固井质量。,典型配方：,1）膨润土浆 + 2,2.5% 改性淀粉 + 1,1.5%,CMC +,盐至饱和,2）饱和盐水聚磺钻井液：膨润土浆 + 2,2.5% 改性淀粉 + 2,2.5%磺化酚醛树脂类产品 + 0.2,0.4%,KPAM（,或,CPA、MAN-101、SK,等）+ 1.5,2% 磺化沥青类产品 + 1.5,2%,SMC + 0.3,0.4%,盐抑制剂 + 0.5% 润滑剂 + 0.3,0.5%,NaOH,+,盐至饱和（有时根据需要，加入适量,SMT、FCLS,及改性石棉等,3）饱和盐水两性离子聚磺钻井液：膨润土浆（膨润土含量50,60,g/l）+ 0.1,0.2% JT-888 + 1% SDX + 0.5% CMC + 0.4%,NaOH,+,盐至饱和 + 重晶石至所需密度,适用范围：大段含盐膏地层,（十二）油包水乳化钻井液,基本组成：柴油、有机土、乳化剂、辅乳化剂、氯化钙、水等,特点：能有效抑制泥页岩水化膨胀与盐膏的溶解，具有良好的润滑性和热稳定性。,典型配方：750,920,l/m,3,柴油（0,10号）+ 80,250,l/m,3,CaCl,2,水溶液（,CaCl,2,浓度500,g/l）+ 20,35 kg/m,3,油酸 + 20,40,kg/m,3,环烷酸酰胺 + 20,25,kg/m,3,烷基苯磺酸钙 + 20,30,kg/m,3,有机土 + 15,50,kg/m,3,CaO,+,重晶石,适用范围：高难度深井、超深井、水平井、大位移井，水基钻井液难以对付的强水敏性泥页岩地层、大段含盐膏地层等。,谢谢大家！,