国内外前沿钻井液技术发展简介 -

中国石油西部钻探工程公司国内外前沿钻井液技术简介西部钻探工程公司2013年1月中国石油西部钻探工程公司三、国内外钻井液技术差距与发展趋势一、钻井液发展现状四、需要做的几项工作二、钻井液技术挑战与新发展四、油基钻井液技术中国石油西部钻探工程公司中国钻井液技术发展概述钻井液服务于钻井工程。它直接关系着钻井质量的优劣、速度的快慢、采油的多少、甚至钻井工程的成功与失败。因此，被誉为钻井的“血液”。解放初期，我国的钻井液技术非常落后,当时对处理浅层松软粘土造浆和水泥侵都力不从心。解放后，随着中国石油勘探工作的迅速展开，钻井液技术也迅速地发展了起来。1983年改革开放以后，对照世界钻井液技术发展，我们开始有计划地发展钻井液技术。随着“七五”、“八五”国家科研攻关计划开始实施，为配合钻井工程方面开展的“定向井、丛式井钻井技术”、“水平井钻井技术”等课题的完成，钻井液技术进行了“新体系”的研制和机理的攻关，取得了多项突出成果。如“阳离子水基钻井液”、“两性离子水基钻井液”、“正电胶水基钻井液”、“饱和盐水钻井液”、“超高密度水基钻井液”、“油包水钻井液”、以及90年代后发展的“聚合醇水基钻井液”、“甲酸盐水基钻井液”、“合成基钻井液”等，钻井液处理剂已发展到19大类200多个品种。全国十几个陆上油田和中海油总公司都有钻井液技术公司和研究机构，钻井液专业队伍日益状大，并与国际有着广泛的联系和交流，使中国钻井液总体水平接近了国际水平。中国石油西部钻探工程公司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质和性能。钻井液定义中国石油西部钻探工程公司在保护油气储集层方面：钻井液（此时称完井液）的功用就是保护油气层渗透性，尽量降低对原始油气层物化性质的损害。钻井液功用钻井液的功用体现在油气井钻井、完井的两个方面，即在整个钻进过程中，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。在钻井方面，钻井液的主要功用有：（1）清洗井底，携带岩屑。（2）冷却、润滑钻头和钻柱。（3）形成泥饼，保护井壁。（4）控制和平衡地层压力。（5）悬浮岩屑和加重材料。（6）提供所钻地层的地质资料。（7）传递水功率。（8）防止钻具腐蚀。中国石油西部钻探工程公司钻井液属于复杂的多相多级胶体-悬浮体分散体系。它既可以是固体分散在液体中，或者是液体分散在另一种液体中，也可以是气体分散在液体中，或者是液体分散在气体中所形成的分散体系。钻井液的基本成分由分散相+分散介质+化学处理剂组成。水基钻井液是由膨润土、水（或盐水）、各种处理剂、加重材料以及钻屑所组成的多相分散体系。油基钻井液是以水滴为分散相，油为连续相，并添加适量乳化剂、润湿剂、亲油的固体处理剂（有机土、氧化沥青等）、石灰和加重材料等所形成的乳状液体系。钻井液组成中国石油西部钻探工程公司-7-钻井液处理剂类种类根据API/IADC方法1.碱度调整剂（AlkalinityControl）2.杀菌剂（Bactericides）3.除钙剂（CalciumRemover）4.缓蚀剂（CorrosionInhibitor）5.消泡剂（Defoamers）6.乳化剂（Emulsifiers）7.降滤失剂（FiltrationReducer）8.絮凝剂（Flocculants）9.发泡剂（Foaming）10.堵漏材料（LostcirculationMaterial）11.润滑剂（Lubricant）12.解卡剂（Pipe-freeingagent）13.页岩抑制剂（ShaleInhibitor）14.表面活性剂（Surfactant）15.温度稳定剂（Temperaturestability）16.降粘剂（Thinner）17.合成基（Syntheticbase)18.提粘剂（Viscosifiers)19.加重材料（Weightingmaterials)钻井液处理剂消耗量占了油田化学剂总量50%左右，说明了钻井液处理剂的重要性。中国石油西部钻探工程公司钻井液的流变性能和失水造壁性能是保证钻井作业正常进行的两项基本工艺性能。这两项性能对于提高钻进速度，保持井下安全，保护油气储集层，降低钻井成本都有着直接影响。一、钻井液的流变性能二、钻井液的失水造壁性能三、钻井液的其它性能钻井液性能中国石油西部钻探工程公司钻井液流变性能钻井液的流变性能是钻井液在流动过程的剪切稀释性和静止状态下触变性的流体力学表现，主要由粘度、表观粘度、塑性粘度、动切力和静切应力等流变参数表示。剪切稀释性是指在恒温恒压条件下，流体的有效粘度随着剪切速率的增加而降低的现象触变性是流体内部的粘土粒子因其物化原因形成的网架结构力。静止后，粘土粒子为了满足表面静电饱和，在自由能最小部位自行排列而形成凝胶结构。搅拌时，凝胶结构随搅拌时间延长而逐步被拆散。中国石油西部钻探工程公司表观粘度由塑性粘度、动切力和流速梯度组成，它反映总的粘滞作用，是总粘度的意思。表观粘度（AV）AV=1/2Φ600钻井液流变性能参数表观粘度反映泥浆层流时泥浆中网架结构的破坏与恢复处于动平衡时，悬浮粒子之间、悬浮粒子与液相之间，以及连续液相的内摩擦总和影响塑性粘度的主要因素是固相含量，固含越高塑性粘度越大，此外，粘土的分散度和高分子增粘剂对塑性粘度也有影响。塑性粘度（PV）PV＝Φ600-Φ300塑性粘度中国石油西部钻探工程公司动切力是指泥浆在层流流动时，粘土颗粒之间及高聚合物分子之间的相互作用力（形成空间网架结构应力）。影响动切力的因素是泥浆中的固相含量、分散度、粘土粒子的ξ电位和水化程度，粘土粒子吸取处理剂的情况以及高分子聚合物的使用等。动切力（YP）YP=1/2(2Ф300-Ф600)动切力初切力：G10s=Ф3为10秒钟读数终切力：G10min=Ф3为10分钟读数静切力中国石油西部钻探工程公司反映泥浆的剪切稀释能力。动塑比越大，剪切稀释性越强，越有利于高压喷射钻井和携带岩屑。一般YP/PV＝0.5-0.8比较理想。动塑比流性指数nn指反映构成粘度的方式，既反映液体的非牛顿性质的强弱，所谓非牛顿性质指液体粘度不服从牛顿内摩擦定律，粘度随流速增大而减少（剪切稀释）的性质。n指越大剪切稀释作用越强。流性指数（n）n中＝3.322LgФ600/Ф300n低＝3.322LgФ200/Ф100n值一般小于1n中反映钻杆内泥浆的流性指数。n低反映环空内的流性指数。中国石油西部钻探工程公司K值反映泥浆的稀、稠程度。与泥浆的固相含量及分散度有关。K中＝0.478Ф600/（1022）n（Pa.S）K低＝0.478Ф200/(340)n(Pa.S)K中反映钻杆内泥浆的稀稠程度。K低反映环空内泥浆的稀稠程度。稠度系数K中国石油西部钻探工程公司•失水：钻井液在滤失过程中，其中的自由水在压差作用下向多孔性地层滤失渗透的过程叫做失水，显然，失水是一个较为长期的过程；泥饼：在失水的同时，钻井液中的固体物质和固体物质上吸附的少量水滞留在井壁上形成的胶结物叫泥饼。质量好的泥饼一般薄而韧，表现出结构致密、耐冲刷、摩阻系数小的优点，其中，泥饼厚度单位通常用mm表示。造壁：井壁上形成泥饼的过程叫做造壁。钻井现场上通常提到钻井液的造壁性，它是指钻井液在井壁形成泥饼封护井壁的能力。钻井液失水造壁性能中国石油西部钻探工程公司调节、控制钻井液失水造壁性的方法和原则：1）调节钻井液固相粒子级配，保持足够的胶体粒子含量，包括选用优质膨润土作配浆材料，选用护胶性强的处理剂，如CMC、SMP、XY-27等聚合物以保护粘土颗粒，阻止它们聚结，从而有利于提高分散度，形成致密泥饼。同时，聚合物本身沉积在井壁岩石孔隙或者泥饼孔隙上，也起到堵孔作用，使失水量降低。2）加入惰性超细粒子（如超细碳酸钙），加入一些能在钻井液中生成胶体粒子的处理剂（如腐植酸与钙生成腐植酸钙胶状沉淀）堵塞泥饼孔隙，降低泥饼渗透率k，减小失水量。3）快速钻进，缩短井壁浸泡时间也是减小失水量的一条途径。钻井液失水造壁性能的调节与控制中国石油西部钻探工程公司4）失水造壁性对钻井作业的影响在钻井作业中，失水量过大会产生两个害处：①导致水敏性泥页岩缩径、垮塌；②导致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。泥饼过厚也至少产生两个害处：①井径缩小，引起起下钻遇阻遇卡；②泥饼粘附卡钻。因此生产现场上要求泥饼薄、密、韧；失水量适当（并非越小越好）。中国石油西部钻探工程公司钻井液的其它性能钻井液粘度钻井液密度钻井液PH值钻井液含砂量钻井液固相含量钻井液摩阻系数钻井液膨润土含量中国石油西部钻探工程公司钻井液的密度是指每单位体积钻井液的质量。钻井液密度计Drillingfluiddensity钻井液密度是用一种专门设计的钻井液比重秤测得，即钻井液密度计。钻井液密度计钻井液性能测试仪器钻井液密度测量中国石油西部钻探工程公司马式漏斗粘度计由锥体马式漏斗、孔径1.6mm的滤网和946ml量杯组成。锥体上口直径152mm，锥体下口直径与导流管直径4.76mm，锥体长度305mm，漏斗总长356mm，筛底以下的漏斗容积1500ml。钻井液粘度测量中国石油西部钻探工程公司六速旋转粘度计用于现场钻井液流变参数的研究分析,同时,可进行动,静切力,流性指数和稠度系数等一系列技术参数的测定。共有六种转速可调。具有操作方便,测试准确的特点。钻井液流变性测量中国石油西部钻探工程公司钻井液滤失量测量API滤失仪APIFiltrationdevice当钻井液在0.69MPa压力的作用下，30分钟内通过截面为45.6±0.5㎝2过滤面渗透出的水量。API滤失仪中国石油西部钻探工程公司升温时间不超过1h，温度波动范±3℃。钻井液加量控制在距顶端约15mm。顶部和底部压力调至0.7MPa才能打开顶部阀杆，恒定温度后才能将顶部压力调至4.2MPa，并计时。螺丝要对称安装，以免受力不均打不开。高温高压滤失仪钻井液滤失量测量中国石油西部钻探工程公司钻井液固含量测量操作技术要点：①样品温度约26℃，过马氏漏斗滤网；②取样体积应准确，否则带来较大误差；③测前应充分搅拌，若有气泡，须排除后方可测定；④加热棒要轻拿轻放，避免用力磕碰；⑤接收器应清洁干燥。钻井液固含量测定仪中国石油西部钻探工程公司钻井液含砂量是指钻井液中不能通过200目筛网，即粒径大于74微米的砂粒占钻井液总体积的百分数。含砂量计由一只装有200目网的滤筒和与滤筒直径相应的漏斗及一只具有0~100%刻度的玻璃测管组成。钻井液含沙量测量含砂仪含砂仪含砂仪含砂仪含砂仪含砂仪含砂仪含砂仪含砂仪中国石油西部钻探工程公司钻井液润滑性测试滑块摩阻仪Slidefrictiontester现场使用的主要是滑块摩阻仪，这也是现场用于评价泥饼性能的唯一仪器，这种仪器简单便于现场操作所以使用很广泛。滑块摩阻仪中国石油西部钻探工程公司钻井液润滑性测试光滑性：将滤饼放在一平面上，用手指触摸，如果滤饼薄而光滑，并无有砂子的感觉则光滑性好，否则，光滑性不好。中国石油西部钻探工程公司钻井液润滑性测试韧性：将滤饼放在一立方形物品(桌面)边缘，向下折90°，如果滤饼无明显断裂，证明韧性较好，否则较差。中国石油西部钻探工程公司Fann50SL高温高压流变仪Fann50SLTPHTViscometer最高温度可达260℃，最高压力可达7MPa，由空气加压，完全电脑控制，可用于测试泥浆在高温高压实时环境下的流变特性Fann50SL高温高压流变仪实验室内钻井液性能测试仪器中国石油西部钻探工程公司Fann90高温高压动失水仪Fann90HPHTDynamicFilterPress通过选择与地层最接近的岩芯介质，在高温、高压动态条件下实时测定滤失量。最高测试温度260℃，最高压力17MPa。中国石油西部钻探工程公司极