钻井液工艺原理

钻井液工艺原理勘探油气田勘探开发过程钻井采油第一章、绪论一、钻井液定义及组成2、组成分散介质分散相钻井液处理剂指油气钻井过程中以其多种功能满足钻井工作需要的各种循环流体；钻井液（drillingfluid)又称做泥浆(Mud)。1、定义滤失剂等、增粘剂、降粘剂、降钻井液添加剂，絮凝剂加重剂、油滴等分散相，粘土、钻屑、体），水、油、气等连续相（分散介质、载二、钻井液循环流程钻井液循环系统：钻井液流经的各种管线和设备循环流程：泥浆泵泥浆罐地面高压管汇立管水龙带水龙头方钻杆钻杆钻铤钻头钻柱与井壁形成的环形空间从井口返出，流经固控设备进行处理，清除钻屑钻井液定义及其循环流程三、钻井液的功用1．携带和悬浮岩屑携带作用：钻井液循环时，通过其本身的循环，将井底被钻头破碎的岩屑携至地面，以保持井眼清洁，使起下钻畅通无阻，并保证钻头在井底始终接触和破碎新地层，不造成重复切削，保持安全快速钻进。V返V沉悬浮作用：在接单根、起下钻或因故停止循环时，钻井液又将井内的钻屑悬浮在钻井液中，使钻屑不会很快下沉，防止沉砂卡钻等情况的发生。2．稳定井壁和平衡地层压力地层压力钻井液压力钻井液井壁平衡地层压力：选择合适的钻井液密度，使液柱压力大于地层压力，防止井喷。稳定井壁（1）选择合适的钻井液密度：使液柱压力能够平衡地层压力，从而防止井塌等井下复杂情况的发生。（2）钻井液具有良好的滤失造壁性能：在井壁上形成一层薄而韧的泥饼，以稳固已钻开的地层并阻止液相侵入地层，减弱泥页岩水化膨胀和分散的程度。3．冷却和润滑钻头、钻具热量来源1、通过钻井液不断地循环作用，将这些热量及时带走。1、井底温度高。2、钻头与井底岩石/钻柱与井壁摩擦而产生热量。冷却和润滑机理2、利用钻井液良好的润滑作用，降低摩擦4．传递水动力（1）直接破碎岩石：钻井液在钻头喷嘴处以极高的流速冲击井底，从而提高了钻井速度和破岩效率。高压喷射钻井正是利用了这一原理，即采用高泵压钻进，使钻井液所形成的高速射流对井底产生强大的冲击力，从而显著地提高了钻速。（2）带动井下工具：在使用涡轮或螺杆钻具钻进时，钻井液由钻杆内以较高流速流经涡轮叶片或螺杆转子，使涡轮或螺杆旋转并带动钻头破碎岩石。（5）传递井下信息、及时发现油气显示和高、低压地层钻井液携带至地面的岩屑、油、气、水等信息，可以显示井下地层含油气情况，我们称之为“钻井液录井”或“岩屑录井”。（6）悬浮加重剂、套管和钻具等（7）保护油气层（8）保护环境和人身健康利用一定的工具和技术在地层中钻出一个较大孔眼的过程。为了在地下岩层中钻出所要求的孔眼而采用的钻孔方法。人工掘井人力冲击钻井法顿钻钻井法旋转钻井法连续管钻井法目前普遍使用钻井钻井方法钻井方法分类四、钻井液的发展钢丝绳提升钻头冲击井底，击碎岩石岩屑、泥土混合成泥水浆提出钻头捞出井内的泥水浆暴露新井底下放下捞砂筒向井内注水积累到一定量设计井深顿钻钻井示意图四、钻井液的发展顿钻钻井法起、下钻费时少，设备简单(1)破碎岩石，取出岩屑的作业都是不连续的；优点：缺点：(2)钻头功率小，破岩效率低，钻井速度慢；(3)不能进行井内压力控制；(4)只适用于钻直井。四、钻井液的发展顿钻钻井法转盘旋转法井底动力钻具旋转法转盘旋转钻井法钻头吃入地层破碎岩石清洗井底循环洗井液转盘旋转钻柱加压设计井深转盘旋转钻井法四、钻井液的发展旋转钻井法目前这种方法在世界各国被广泛使用。①钻杆完成起下钻具、传递扭矩、为钻头施加钻压、提供洗井液的入井渠道等任务；②钻头在一定的钻压作用下旋转破岩，提高了破岩效率；③在破岩的同时，井底岩屑被清除出来；④提高了钻井速度和效益。旋转钻井法特点四、钻井液的发展连续管钻井法(柔杆钻井法)钻头、加压装置、动力机下放至井底循环洗井液延伸井眼钻头旋转，破碎岩石为动力机提供动力清洗井底连续管连续管钻井示意图四、钻井液的发展(5)具有巨大的发展潜力，目前正在发展、完善中。(1)连续管钻井实现了起、下钻的连续机械化，节省了时间和劳动量；(2)在起下钻时仍能保持洗井液的正常循环；(3)由洗井液直接提供破岩钻进的能量，大大提高了能量的有效利用率；(4)为全自动化控制提供了很好的条件；连续管钻井法特点四、钻井液的发展四、钻井液的发展天然钻井液细分散钻井液粗分散钻井液聚合物钻井液特种作业钻井液油基、合成基钻井液欠平衡钻井流体五、钻井液分类无固相低固相按固相含量二氧化碳气等气基，空气、天然气、油基，纯油基和合成基性水基，抑制性和非抑制按分散介质非加重加重按密度•①分散钻井液(DispersedDrillingFluids)•②钙处理钻井液（Calcium-treateddrillingfluids)•③盐水钻井液（saltwaterdrillingfluid)•④饱和盐水钻井液（saturatedsaltwaterdrillingfluids)•⑤聚合物钻井液(polymerdrillingfluids)•⑥钾基聚合物钻井液（potassium-basedpolymerdrillingfluids)•⑦油基钻井液（oil-baseddrillingfluids)•⑧合成基钻井液（syntheticdrillingfluids)•⑨气体型钻井流体（gas-typeddrillingfluids)•⑩保护储层的钻井液（drilling-influids)•⑾欠平衡钻井流体（underbalancedrillingfluids）综合分类法：分为10类主讲：石油工程学院钻井液工艺原理勘探油气田勘探开发过程钻井采油一、钻井液定义及组成2、组成分散介质分散相钻井液处理剂指油气钻井过程中以其多种功能满足钻井工作需要的各种循环流体；钻井液（drillingfluid)又称做泥浆(Mud)。1、定义滤失剂等、增粘剂、降粘剂、降钻井液添加剂，絮凝剂加重剂、油滴等分散相，粘土、钻屑、体），水、油、气等连续相（分散介质、载二、钻井液循环流程钻井液循环系统：钻井液流经的各种管线和设备循环流程：泥浆泵泥浆罐地面高压管汇立管水龙带水龙头方钻杆钻杆钻铤钻头钻柱与井壁形成的环形空间从井口返出，流经固控设备进行处理，清除钻屑钻井液定义及其循环流程三、钻井液的功用1．携带和悬浮岩屑携带作用：钻井液循环时，通过其本身的循环，将井底被钻头破碎的岩屑携至地面，以保持井眼清洁，使起下钻畅通无阻，并保证钻头在井底始终接触和破碎新地层，不造成重复切削，保持安全快速钻进。V返V沉悬浮作用：在接单根、起下钻或因故停止循环时，钻井液又将井内的钻屑悬浮在钻井液中，使钻屑不会很快下沉，防止沉砂卡钻等情况的发生。2．稳定井壁和平衡地层压力地层压力钻井液压力钻井液井壁平衡地层压力：选择合适的钻井液密度，使液柱压力大于地层压力，防止井喷。稳定井壁（1）选择合适的钻井液密度：使液柱压力能够平衡地层压力，从而防止井塌等井下复杂情况的发生。（2）钻井液具有良好的滤失造壁性能：在井壁上形成一层薄而韧的泥饼，以稳固已钻开的地层并阻止液相侵入地层，减弱泥页岩水化膨胀和分散的程度。3．冷却和润滑钻头、钻具热量来源1、通过钻井液不断地循环作用，将这些热量及时带走。1、井底温度高。2、钻头与井底岩石/钻柱与井壁摩擦而产生热量。冷却和润滑机理2、利用钻井液良好的润滑作用，降低摩擦4．传递水动力（1）直接破碎岩石：钻井液在钻头喷嘴处以极高的流速冲击井底，从而提高了钻井速度和破岩效率。高压喷射钻井正是利用了这一原理，即采用高泵压钻进，使钻井液所形成的高速射流对井底产生强大的冲击力，从而显著地提高了钻速。（2）带动井下工具：在使用涡轮或螺杆钻具钻进时，钻井液由钻杆内以较高流速流经涡轮叶片或螺杆转子，使涡轮或螺杆旋转并带动钻头破碎岩石。（5）传递井下信息、及时发现油气显示和高、低压地层钻井液携带至地面的岩屑、油、气、水等信息，可以显示井下地层含油气情况，我们称之为“钻井液录井”或“岩屑录井”。（6）悬浮加重剂、套管和钻具等（7）保护油气层（8）保护环境和人身健康利用一定的工具和技术在地层中钻出一个较大孔眼的过程。为了在地下岩层中钻出所要求的孔眼而采用的钻孔方法。人工掘井人力冲击钻井法顿钻钻井法旋转钻井法连续管钻井法目前普遍使用钻井钻井方法钻井方法分类四、钻井液的发展钢丝绳提升钻头冲击井底，击碎岩石岩屑、泥土混合成泥水浆提出钻头捞出井内的泥水浆暴露新井底下放下捞砂筒向井内注水积累到一定量设计井深顿钻钻井示意图四、钻井液的发展顿钻钻井法起、下钻费时少，设备简单(1)破碎岩石，取出岩屑的作业都是不连续的；优点：缺点：(2)钻头功率小，破岩效率低，钻井速度慢；(3)不能进行井内压力控制；(4)只适用于钻直井。四、钻井液的发展顿钻钻井法转盘旋转法井底动力钻具旋转法转盘旋转钻井法钻头吃入地层破碎岩石清洗井底循环洗井液转盘旋转钻柱加压设计井深转盘旋转钻井法四、钻井液的发展旋转钻井法目前这种方法在世界各国被广泛使用。①钻杆完成起下钻具、传递扭矩、为钻头施加钻压、提供洗井液的入井渠道等任务；②钻头在一定的钻压作用下旋转破岩，提高了破岩效率；③在破岩的同时，井底岩屑被清除出来；④提高了钻井速度和效益。旋转钻井法特点四、钻井液的发展连续管钻井法(柔杆钻井法)钻头、加压装置、动力机下放至井底循环洗井液延伸井眼钻头旋转，破碎岩石为动力机提供动力清洗井底连续管连续管钻井示意图四、钻井液的发展(5)具有巨大的发展潜力，目前正在发展、完善中。(1)连续管钻井实现了起、下钻的连续机械化，节省了时间和劳动量；(2)在起下钻时仍能保持洗井液的正常循环；(3)由洗井液直接提供破岩钻进的能量，大大提高了能量的有效利用率；(4)为全自动化控制提供了很好的条件；连续管钻井法特点四、钻井液的发展四、钻井液的发展天然钻井液细分散钻井液粗分散钻井液聚合物钻井液特种作业钻井液油基、合成基钻井液欠平衡钻井流体五、钻井液分类无固相低固相按固相含量二氧化碳气等气基，空气、天然气、油基，纯油基和合成基性水基，抑制性和非抑制按分散介质非加重加重按密度•①分散钻井液(DispersedDrillingFluids)•②钙处理钻井液（Calcium-treateddrillingfluids)•③盐水钻井液（saltwaterdrillingfluid)•④饱和盐水钻井液（saturatedsaltwaterdrillingfluids)•⑤聚合物钻井液(polymerdrillingfluids)•⑥钾基聚合物钻井液（potassium-basedpolymerdrillingfluids)•⑦油基钻井液（oil-baseddrillingfluids)•⑧合成基钻井液（syntheticdrillingfluids)•⑨气体型钻井流体（gas-typeddrillingfluids)•⑩保护储层的钻井液（drilling-influids)•⑾欠平衡钻井流体（underbalancedrillingfluids）综合分类法：分为10类