基础知识--03钻井液基本功能及类型

钻井液基本功能及类型2009年10月8日渤海钻探泥浆技术服务公司钻井液技术钻井液基本功能钻井液类型--钻井液的基本概念概念钻井液（DrillingFluids）是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的总称。钻井液又称做钻井泥浆（DrillingMuds），或简称为泥浆（Muds）。1．携带和悬浮岩屑2．稳定井壁和平衡地层压力3．冷却和润滑钻头、钻具4．传递水动力--钻井液的基本功用携带和悬浮岩屑---------钻井液首要和最基本的功用，就是通过其本身的循环，将井底被钻头破碎的岩屑携至地面，以保持井眼清洁，使井下钻畅通无阻，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。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。--钻井液的基本功用稳定井壁和平衡地层压力----------井壁稳定、井眼规则是实现安全、优质、快速钻井的基本条件。性能良好的钻井液应能借助于液相的滤失作用，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。与此同时，在钻进过程中需通过不断调节钻井液密度，使液柱压力能够平衡地层压力，从而防止井塌和井喷等井下复杂情况的发生。--钻井液的基本功用冷却和润滑钻头、钻具----------在钻进中钻头一直在高温下旋转并破碎岩层，产生很多热量，同时钻具也不断地与井壁摩擦而产生热量。正是通过钻井液不断地循环作用，将这些热量及时吸收，然后带到地面释放到大气中，从而起到了冷却钻头、钻具，延长使用寿命的作用。由于钻井液的存在，使钻头和钻具均在液体内旋转，因此在很大程度上降低了摩擦阻力，起到了很好的润滑作用。--钻井液的基本功用传递水动力----------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。在使用涡轮钻具钻进时，钻井液由钻杆内以较高流速流经涡轮叶片，使涡轮旋转并带动钻头破碎岩石。--钻井液的基本功用其它功能：防止和尽可能减少对油气层的损害，现代钻井技术还要求钻井液必须与所钻遇的油气层相配伍，满足保护油气层的要求；满足地质上的要求，所使用的钻井液必须有利于地层测试，不影响对地层的评价；钻井液还应对钻井人员及环境不发生伤害和污染，对井下工具及地面装备不腐蚀或尽可能减轻腐蚀。预见事故复杂，同时有处理事故复杂的功能。--钻井液的基本功用钻井液技术钻井液基本功能钻井液类型较简单的分类：●按其密度大小可分为加重钻井液和非加重钻井液。●按与粘土水化作用的强弱可分为抑制性钻井液和非抑制性钻井液。●按其固相含量的不同，将固相含量较低的叫做低固相钻井液，基本不含固相的叫做无固相钻井液。--钻井液类型一般所指的钻井液分类方法是按钻井液中流体介质和体系的组成特点进行分类，基本上分为：水基钻井液、油基钻井液、气体型钻井液，近期出现合成基钻井液。更具体的分类见下图。--钻井液类型--钻井液类型一、水基钻井液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。根据体系在组成成份上的不同目前常用的有以下几种。水基钻井液从盐含量大小分为淡水钻井液、盐水钻井液。含盐量1%到饱和都是盐水钻井液盐水钻井液盐：盐有氯化钾、氯化钠、甲酸钾、甲酸钠等无机盐及有机盐类。--钻井液类型1、分散钻井液分散钻井液是指用淡水、膨润土和各种对粘土和钻屑有分散作用的处理剂配成的水基钻井液。目前，国内外用于该类钻井液的分散剂种类很多。主要起降粘作用的分散剂有多聚磷酸盐、铁铬木质素磺酸盐、褐煤及改性褐煤等。此外，用于调节PH值的NaOH也具有较强的分散作用。--钻井液类型分散钻井液的特点（1）可形成较致密的泥饼，而且其韧性好，具有较好的护壁性，API滤失量和HTHP滤失量均相应较低；（2）可容纳较多的固相，因此较适于配制高密度钻井液，密度可高达2.00g/cm3。（3）抗温能力较强，如以磺化栲胶、磺化褐煤和磺化酚醛树脂作为主处理剂的三磺钻井液是我国常用于钻的分散钻井液体系，抗温可达160-200℃。--钻井液类型分散钻井液的缺点和局限性：（1）性能不稳定，容易受到钻井过程中进入钻井液的粘土和可溶性盐类的污染。钻遇盐膏层时，少量盐膏、岩盐就会使钻井液性能发生较大的变化；（2）因滤液的矿化度低，容易引起井壁附近的泥页岩水化、松散、坍塌，并使井壁的岩盐溶解，即钻井液抑制性能差，不利于防塌；--钻井液类型分散钻井液的缺点和局限性：（3）由于体系中固相含量高，特别是粒径小于1um的亚微米颗粒所占的比例相当高，因此使用时对机械钻速有明显的影响，尤其不宜在强造浆地层中使用。--钻井液类型2．聚合物钻井液（PolymerDrillingFluids）聚合物钻井液体系是自20世纪70年代初发展起来的一种新型钻井液体系。广义地讲，凡是用线性水溶性聚合物做处理剂的钻井液体系都可称为聚合物钻井液。但通常是将聚合物作为主处理剂或主要用聚合物调控性能的钻井液体系称为聚合物钻井液。目前，根据聚合物处理剂的离子特性，可将聚合物钻井液分为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。--钻井液类型聚合物钻井液的特点：（1）固相含量低，且亚微米离子所占比例也低。（2）具有良好的流变性，剪切稀释特性强。（3）钻井速度高。（4）稳定井壁的能力较强，井径比较规则。（5）对油气层的损害小，有利于发现和保护油气层。（7）钻井成本相对低。--钻井液类型3．盐水钻井液（SaltwaterDrillingFluids）凡NaCL含量超过1%（Cl-含量约为6000mg/L）的钻井液统称为盐水钻井液。一般将其分为以下三种类型：（1）一般盐水钻井液将其含量自1%直至饱和之前均属此类。（2)饱和盐水钻井液是指含盐量达到饱和，即常温下浓度为3.15×105mg/L（Cl-含量为1.89×105mg/L）左右的钻井液。注意NaCL溶解度随温度变化而变化。（3）海水钻井液是指海水配制而成的含盐钻井液。体系中不仅含有约3×104mg/L的NaCL，还含有一定量的Ca2+和Mg2+。--钻井液类型特点：（1）由于矿化度高，体系具有较强的抑制性（2）适用于含岩盐地层或含盐膏地层以及在深井和超深井中应用。（3）由于滤液性质与地层水相接近，对油气层的损害较轻。（4）有利于保持较低的固相含量。（5）性能较稳定。该体系适用于岩盐层、盐膏层或盐膏与泥页岩互层。--钻井液类型4．钾盐聚合物钻井液（Potassium-basedPolymerDrillingFluids）钾盐聚合物钻井液是一类以各种聚合物的钾（或铵、钙）盐和KCl为主处理剂的防塌钻井液。在各种常见无机盐中，以KCl抑制粘土水化分散的效果为最好；而聚合物处理剂的存在使该类钻井液具有聚合物钻井液的各种优良特性。因此，在钻遇泥页岩地层时，使用它可以取得比较理想的防塌效果。--钻井液类型5、有机硅钻井液体系有机硅钻井液体系于90年代初开始研究与应用，十几年来该体系以其防塌效果好、固相容量高、抗温能力强以及润滑效果好等优点有效地解决了高难度井井下事故多、成本居高不下的难题，自93年以来先后完成208口，总进尺306654m，其中，斜井144口，最大井斜57°（红24-28）,最大位移1582.2m（板深3-2）；完成井深超过4000m的井48口，最高密度1.70g/cm3（港深8-16）；共完成水平井12口，并取得显著的效果。该体系的主要处理剂为硅稳定剂（GWJ）、硅稀释剂（GX）、硅腐钾（GKHm）。--钻井液类型作用机理：该钻井液的主要防塌成分为有机硅和腐钾中的K+离子。有机硅的主要化学成分为CH3Si（OH）2ONa(甲基硅醇钠)的不同缩合物，有机硅分子中的Si-OH键容易与粘土上的Si-OH键缩聚成Si-O-Si键，产生牢固的化学吸附作用，可在粘土表面上形成一层甲基朝外的CH3-Si≡吸附层，使粘土吸水表面反转为亲油性，阻止或减缓了粘土和层间的水化作用，同样也减弱了钻井液中粘土颗粒间的相互作用力，削弱了网架结构，因此，有机硅不仅具有较好的抑制泥页岩水化能力。而且也具有较好的钻井液稀释能力和润滑性能。--钻井液类型作用机理：另外，由于有机硅本身的降解温度高于300℃，又能在粘土表面形成牢固的化学吸附作用，使有机硅钻井液体系抗温能力可达到200℃以上。K+离子可牢固地镶嵌在粘土六角形孔穴中，使水分子不易进入，从而防止了泥页岩的水化分散，起到了防塌的作用。--钻井液类型有机硅钻井液特点有机硅钻井液介于聚合物钻井液和抑制性钻井液之间，具有二者各自特有的优点。该体系性能稳定，易于维护，防塌能力强，固相容量限高，抗岩屑污染能力强，抗温可达到200℃。该体系适用于大港油区不含盐膏层的中深井和深井钻井作业。有机硅钻井液虽然具有很多优越性，但抗盐、钙污染能力较弱，使用中要求钻井液用水总矿化度＜3000mg/L。--钻井液类型正电胶是一种混合金属氢氧化物，正电胶钻井液通过正负胶粒极化水分子形成复合体，在毛细管中呈整体流动，很容易反排出来保护油气层，同时还具有井壁稳定的作用，表现在近井壁处形成静止层，正电胶与水分子的亲和力强，抑制了粘土的水化分散膨胀，从而使粘土成为惰性，改变钻井液的流变性能，满足井眼稳定、携岩的要求。6、有机正电胶钻井液--钻井液类型有机正电胶钻井液体系的特点--钻井液类型1、有机正电胶具有更强的正电性，表现在近井壁处形成静止层，具有井壁稳定的作用。2、能被水润湿，且有油溶性，并易于与其他处理剂配伍。3、正电胶钻井液通过正负胶粒极化水分子形成复合体，在毛细管中呈整体流动，很容易反排出来保护油气层。4、适合于水平井的勘探与开发。2003年底至2007年，承钻了扣H1、港H1、唐H2以及冀东油田100余口水平井的钻井施工，有效地解决了水平井的井壁稳定、井眼净化、润滑防卡、保护油气层等技术难题，较好地保护了油气层。--钻井液类型二、油基钻井液（Oil-basedDrillingFluids）油基钻井液是以水为分散相，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。目前含水量在5%以下的普通油基钻井液已较少使用，而主要使用油水比在（50－80）：（50－20）范围内的油包水乳化钻井液。与水基钻井液相比较，油基钻井液的主要特点是能抗高温，有很强的抑制性和抗盐、钙污染的能力，润滑性好，并可有效地减轻对油气层的损害等。--钻井液类型三、气体型钻井流体（Gas-typedDrillingFluids）气体型钻井流体主要适用于钻低压油气层、易漏失地层以及某些稠油油层。其特点是密度低，钻速快，可有效保护油气层，并能有效防止井漏等复杂情况的发生。通常又将气体型钻井流体分为以下4种类型：（1）空气或天然气钻井流体（2）雾状钻井流体（3）泡沫钻进流体（4）充气钻井液--钻井液类型四．合成基钻井液（SyntheticDrillingFluids）合成基钻井液是以合成的有机化合物作为连续相，盐水作为分散相，并含有乳化剂、降滤失剂、流型改进剂的一类新型钻井液。由于使用无毒并且能够生物降解的非水溶性有机物取代了油基钻井液中通常使用的柴油，因此这类钻井液既保持了油基钻井液的各种优良特性，同时又能大大减轻钻井液排放时对环境造成的不良影响，尤其适用于海上钻井。--钻井液类型BH-WEI有机盐钻井液体系主要由有机盐加重剂BZ-W、低固相提粘切剂BZ-VIS、抗盐降失水剂BZ-FRS-I、高效抑制防塌剂BZ-FDFT-II、高效抑制润滑剂BZ-PLAC组成。1、BH-WEI有机盐钻井液体系五．泥浆技术服务公司特色钻井液体系--钻井液类型本体系具有抑制性强，抗温、抗盐膏污染能力强，低循环压耗,保护油层和环境等特性。抗温200℃以上，抗盐可达饱和,配浆密度可达2.60g/cm3，是目前解决“三高一强”（高温、高密度、