钻井液完井液化学5.ppt

单击以编辑,母版标题样式,单击以编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,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/cm,3,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,，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：,f,o,=8%,（,0.08,），,f,w,=68%,（,0.6,），,Cl,=92 000 mg/L,求：,f,s,解：,NaCl,质量浓度,查表，,NaCl,质量分数为,14%,，,C,f,=1.054,计算,f,s,，,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）。,f,c,=14.3,3.6=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）,矿物名称,晶型,晶层间距,晶格取代,补偿离子,CEC,高岭石,1:1,7.2,3,15,伊利石,2:1,9.6,40,O-(Al-Mg),K,70,130,蒙脱石,2:1,10,T-(Si-Al),Na,、,Ca,20,40,9,2.,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（,K,）。,5.,中原油田文,33-38,井在深,2676m,处的钻井液密度为,1.32g/cm,3,，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,8,1,/,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。,转速,/r,min,-1,600,400,300,200,100,80,60,40,20,6,3,刻度盘读数,52.3,38.8,32.8,25.5,18.5,16.5,14.0,11.5,10.0,8.2,7.5,14,AV(,),=,600,/2 mPa.s,牛顿流体,Newtonian Fluids,：,=,300,=,600,/2mPa.s,宾汉流体,Bingham Fluids,：,PV(,s,)=,600,-,300,mPa.s,YP(,0,)=0.511,(,300,-,s,)Pa,假塑性体,Power Law Fluids,：,n=3.322 lg(,600,/,300,),K=0.511,300,/511,n,Pa.s,n,卡森流体,Casson Fluids,：,=1.43(,600,1/2,-,100,1/2,),2,mPa.s,c,=0.243,(2.45,100,1/2,-,600,1/2,),2,Pa,静切力,:,=0.511,3,Pa,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.,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,V,sp,=4.5-(12.6-4.5)/(7.5,0.5,-1,0.5,)*1,0.5,=-0.16(ml),V,30,=2(V,7.5,-V,sp,)+V,sp,=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,180m,3,密度为,1.10g/cm,3,的钻井液加重至密度为,1.25g/cm,3,。若加重后钻井液总体积仍限制在,180m,3,，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？,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 Inhibitor,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,180m,3,密度为,1.10g/cm,3,的钻井液加重至密度为,1.25g/cm,3,。若加重后钻井液总体积仍限制在,180m,3,，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/cm,3,，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/cm,3,，,p,=10mPa,s,，,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/cm,3,，,p,=10mPaS,，,0,=43.1Pa,，,pH,值,=11.5,，,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/cm,3,f,s,=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,CaCl,2,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,CaCl,2,在水中的适宜质量浓度（用,kg/m,3,）表示）。若该钻井液中,，则每立方米钻井液中需要加入多少,CaCl,2,？,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？,Page313327,33,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=R,L(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-10,3,kg,P,-,MPa,（,10,6,N/m,2,),