钻井液配方.doc

钻井液配方设计
一、实验目的
根据给定条件，通过实验设计某一地层钻井液配方。了解钻井液配方的设计原则及过程，了解常用钻井液体系，熟悉常用钻井液处理剂的类型、名称、作用，能综合运用钻井液性能调节方法，按照性能要求调节钻井液性能。
二、实验原理
首先，给出钻井液设计原则：
1．根据不同油气层性质选择钻井液体系。钻井液体系必须与油气层性质相适应才能起到保护作用，并减轻损害，获得应得的产量。
2．根据不同井的类型选择钻井液体系。所谓不同类型井，主要是指对钻井液有特殊要求的井，而不是完全按习惯分类的井。如①超深井②定向井（包括水平井）③探井④油层全取心井⑤开发井。
3．根据不同地层特点选择体系。
(1)油气层对钻井液要求
(a)钻达油气层前，必须调整好钻井液各项性能，尽可能减轻对油气层的污染；
(b)在安全条件下，钻井液密度所造成的压力尽量接近地层空隙压力；
(c)尽可能使用酸溶或油溶钻井液材料；
(d)钻井液滤液活度与油层水相活度尽可能相当；
(e)最好加有粘土稳定剂。
(2)盐膏地层对钻井液要求
(a)若属薄层或夹层盐膏，可以选用抗盐膏处理剂处理维护所需钻井液性能；
(b)若遇厚或较纯食盐层，即选用饱和盐水泥浆，并加盐抑制剂；若属纯石膏层，可选用石膏钻井液；
(c)为了制止塑性变形，在盐层埋藏深度大于4000米时，应提高钻井液密度到2.00g/cm3左右，以克服缩径，特别注意挤坏套管事故。
(3)易塌地层对钻井液要求
防塌是当前尚未完全解决的技术难题，塌层性质差别较大，条件千变万化，不可能用一套要求就适应所有类型塌层，其基本原则是：
(a)不能在易塌地层采用负压钻井，即钻井液的密度不得低于塌层空隙压力；
(b)在塌层钻井，钻井液的粘度、切力不能过低，返速不能过高，以免形成紊流冲刷井壁，加剧井塌。
(c)钻井液胶凝强度不能过大，以免起下钻及开泵时压力波动过剧引起井塌；
(d)水敏性强的地层钻井，要求钻井液高温高压失水控制在15ml，不超过20ml；
(e)使用抑制性较强的钻井液体系，如钾基钻井液、滤液中钾离子浓度不得低于1800ppm；
(f)若坍塌层复杂，水基钻井液不能解决，可使用平衡活度的油基钻井液。
(4)易卡地层钻井液要求
易发生压差卡钻的地层，主要是指高渗透地层，易形成较厚的泥饼，其要求如下：
(a)降低压差是防卡的主要措施；
(b)固相含量尽可能低，特别是无用的低密度固相不超过6%；
(c)应选用有效的润滑剂。
4．根据工程要求确定钻井液体系
(1)尽可能保持近平衡的压差；
(2)具有良好的剪切稀释性；
(3)较强的洗井及携屑能力；
其次，给出常用的钻井液体系：
1．不分散聚合物钻井液
主要特点：
(1)密度低，压差小，故钻速快；
(2)亚微米颗粒的含量较低，在10%以内，而分散钻井液可达70%以上；
(3)高剪切速率下的粘度较低，故钻速快；
(4)具有较强的携砂能力。该类钻井液触变性较好，剪切稀释特性较强。
(5)可保持井眼的稳定性。
(6)可保护油气层，减轻损害。
表1 不分散聚合物钻井液配方与性能
基本配方
可达到性能
材料名称
加量，kg/m3
项目
指标
膨润土
30～80
密度， g/cm3
1.04
纯碱
1.2～3.2
漏斗粘度，s
20～50
增粘剂(HPH或PAC141或KH-Pam或80A51等

0.5～5
API滤失量，ml
5～10
泥饼厚，mm
0.5～1.5
静切力(初/终)，Pa
0. ～4
降失水剂(Ca-HPAN或Na-HPAN或NH4-HPAN或CMC或PAC142-143

2～8
表观粘度，mPa.s
10～40
塑性粘度，mPa.s
8～20
动切力， Pa
2.5～9
含砂量，%
0.1～0.5
Na(OH)或K(OH)
0.5～3
N值
0.4～0.8
固体降滤失剂(包括细碳酸钙或沥青制品)

视需要而定
动塑比
300～450
PH值
7～10
无机盐(包括KCL或NaCL等)
视需要而定

2．钾基钻井液
主要特点：
(1)对水敏性泥岩、页岩具有较好的防塌效果；
(2)抑制泥页岩能力较强；
(3)钻井液细颗粒含量比较低，对油层的粘土矿物起稳定作用；
(4)分散型钾基钻井液有较高的固相容度限。
表2 钾基钻井液配方及性能
基本配方
可达到性能
材料名称
加量，kg/m3
项目
指标
膨润土
33～80
密度， g/cm3
加重者
05～1.15
可达1.50以上
纯碱
30-50
漏斗粘度，s
22～50
主防塌剂(K-HPAM或PAC141或PHP或CPA等)

API滤失量，ml
4～8
泥饼厚，mm
0.2～1
静切力(初/终)，Pa
0～1.5/0.5～7
降失水剂(K-HPAN或Na-HPAN或Ca-HPAN或CMC或PAC142-143或SMP等)
2-4
7～30
N值
0.6～0.8
塑性粘度， mPa.s
7～30
动塑比
280～330

Na(OH)或K(OH)
2～10
降粘剂（FCLS或SMT等）
视需要而定
KCL
视需要定，约30-50
润滑剂
视需要而定
沥青
视需要而定
重晶石
视需要而定
3．分散钻井液体系
表3 分散型三磺钻井液推荐配方及性能
配 方
性 能
材料名称
加量，kg/m3
项 目
指 标
膨润土
纯碱
磺化栲胶
磺化褐煤
磺化芬醛树脂或SCSP
红矾钾（或钠）
SP-80
CMC（低粘）
润滑剂
烧碱
重晶石
80～150
5～8
5～15
30～50
30～50
5～9
2～4
3～5
10～15
5～15
3左右
视需要定
密度，g/cm3
漏斗粘度，s
静切力(初/终)，pa
API滤失量，ml
HTHP滤失量，ml
滤饼，mm
PH值
含砂量，%
1.15～1.20
30～60
0～1/1.0～4.0
〈5
15左右
0．5～1
≥10
0．5～1

4．钙处理钻井液
表4 石灰钻井液推荐配方及性能
配 方
性 能
材料名称
加量，kg/m3
项 目
指 标
膨润土
纯碱
磺化栲胶
铁络盐
石灰
CMC或淀粉
NaoH
不溶解的石灰

80～150
4～7.5
4～12
6～9
5～15
5～9
3～8
10～15
密度，g/cm3
漏斗粘度，s
静切力(初/终)，pa
API滤失量，ml
滤饼，mm
PH值
含砂量，%

1.15～1.20
25～30
0～1/10～4.0
5～10
5～1.0
11～12
<1.0
表5 石膏钻井液配方及性能
配 方
性 能
材料名称
加量，kg/m3
项 目
指 标
膨润土
纯碱
铁络盐
烧碱
石灰
CMC
磺化栲胶
石膏
重晶石
80～150
4～6.5
12～18
2～4.5
5～9
3～4
视需要定
12～20
视需要定
密度，g/cm3
漏斗粘度，s
静切力(初/终)，pa
API滤失量，ml
滤饼，mm
PH值
含砂量，%

1.15～1.20
25～30
0～1/1.0～4.0
5～8
5～1.0
9.5～10.5
5～1.0

三、实验步骤
1．根据实验要求选定钻井液体系；
2．依据实验室现有的处理剂情况确定概念配方；
3．根据性能要求，通过实验逐步确定每一种处理剂用量；
4．最后得到满意的完整配方，并测其性能。

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