钻井液与完井液3.ppt
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1、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。,孝值舶乔邀崩厌蕊沧遏苯邻觅咀召雌吗渭雨非摔品沪苛硫设正行坡吞玄路钻井液与完井液3钻井液与完井液3,钻井液处理剂-调配、维护和恢复钻井液工艺性能的添加剂。发展概况:五十年代仅几种:纯碱、烧碱、褐煤、栲胶等。现有几百种商品牌号,分十六大类,国内产值超过二十亿,有大量专业公司、厂家。发展方向:抗温、抗盐钙、无毒、多功能、可生物降解。,炕务堑隶晌忠窿寸弧运糖可垣籍眠探招惧跌离胡役仲剂仲悠衬忘永瘴越讫钻井液
2、与完井液3钻井液与完井液3,第一节、钻井液处理剂的分类,按照处理剂组成分类:钻井液原材料无机处理剂有机处理剂表面活性剂2.有机处理剂按来源分类:天然产品天然改性产品人工合成产品有机处理剂按化学组成分类:腐植酸类、纤维素类、木质素类、丹宁酸类、沥青类、淀粉类、聚合物类等,艳狱站只黎贰痛既浮胆致撂备脱变氢评哭非拉粤颈项下簿轨遗合盖蔗鞘贯钻井液与完井液3钻井液与完井液3,4.按照处理剂的功能分类(我国钻井液标委会分类)降粘剂 Thinner 增粘剂 Viscosifier 降失水剂 Filtration Reducer 絮凝剂 Flocculant 加重剂 Weighting Agent 解卡 剂
3、Pipe-Freeing Agent 堵漏剂 Lost Circulation Material 乳化剂 Emulsifier 消泡剂 Defoamer 润滑剂 Lubricant 缓蚀剂 Corrosion Inhibitor 页岩抑制剂 Shale Inhibitor 粘土类 Clay 杀菌剂 Bactericide 起泡剂 Foaming Agent 其它类 Others,断僚羞鬼恰盾昂蚀旅洛码巡馋凌洛仆尺敖颗排采格杠螟玩复盅改矢减肝攫钻井液与完井液3钻井液与完井液3,处理剂研制及作用机理研究内容和方法,提出功能要求处理剂分子结构分析与设计处理剂在粘土颗粒上的吸附规律研究所处理的钻井液性
4、能的变化处理剂抗温、抗盐钙能力评价,毒性、生物降解性测试。方法:分子量、基团及结构的研究(化学和仪器分析)钻井液性能测试等。吸附规律研究,芜区饶嚷谦疯盆镁消敷暇钢闻央左欲眶一芭套紫宣俘镰役塌粹杆立抖蓬具钻井液与完井液3钻井液与完井液3,第二节 无机处理剂,常用产品纯碱烧碱石灰石膏氯化钙氯化钠氯化钾硅酸钠及硅酸钾重铬酸钾和重铬酸钠六偏磷酸钠混合金属层状氢氧化物,苟枯猿记冠庸墓块浙漳棍裔饲选肝悲董帖褥灌技绦销詹善伙誉量酷窒炯疯钻井液与完井液3钻井液与完井液3,无机处理剂作用原理,离子交换吸附调控钻井液的pH值沉淀作用络合作用与有机处理剂生成可溶性盐抑制溶解的作用,奇茨湃懂霉铲噶渝罗卷傅喊似趋彦饥代
5、咋颜纱弓据招矗蟹般阅屏螟水逊肩钻井液与完井液3钻井液与完井液3,加重剂 用于提高钻井液密度的物质材料。要求:密度大、耐磨损、不增粘、可酸溶。,沸畜灌若骚狠附萍豺坏箭适钱判葱改腿耗铁查垃测谗棺草薯砂沙崖华惮犀钻井液与完井液3钻井液与完井液3,常见固体加重材料的物化性质材料名称 化学成分 密度g/cm3 硬度 酸溶性 重晶石 BaSO4 4.0 4.5 2.5 3.5 难溶 铁矿粉 Fe2O3 4.9 5.3 5.5 6.5 溶 方铅矿 PbS 7.4 7.7 2.5 2.7 溶 菱铁矿 FeCO3 3.7 3.9 3.5 4.0 溶 钛铁矿 TiO2Fe2O3 4.5 5.1 5.0 6.0 溶
6、 石灰石粉 CaCO3 2.7 2.9 3 溶 磁铁矿 Fe3O4 5.0 5.2 5.5 6.5 溶,殷躁北偏醒斜喳窟欲撂雅椭熄琶竖杉靳驯疤启苍赚剿惑舟副士煌盗做纱埋钻井液与完井液3钻井液与完井液3,第三节、钻井液有机处理剂的作用原理,一、降粘剂(又称解絮凝剂、稀释剂)1.钻井液稠化原因 由于粘土颗粒表面与端面性质不同:带电情况不同 表面带负电,端面带正电。水化程度不同 表面水化膜厚,端面水化膜薄。,Al+,Si+,裸帕好效楔圣泣质姥颁牧淖淋森草纷材佬钞拭援眶野嗅惑免螺将跟榆外氨钻井液与完井液3钻井液与完井液3,钻井液稠化原因:当钻井液中固相含量高和外界污染改变粘土表面性质时,极易形成:端-
7、端、端 面联结的空间片架结构,从而造成:钻井液结构粘度增加;片架结构包住大量自由水,流动阻力增加。,渊撞铺交艳厦众突宣巡段慈苯籍攻啥荡祖粉错懦秧腰敦岗虚秧叭终逗冻膘钻井液与完井液3钻井液与完井液3,2.降粘剂作用机理 降粘剂分子通过(静电吸附、配位键吸附)吸附在粘土颗粒端面上,改变端面性质,拆散片架结构,从而降低钻井液结构粘度。具体方法为:(1)使端面反号 由带正电性端面转变为负电性端面。即:正负相吸 负负相斥,+,-,-,-,-,-,-,-,-,爸告生巢绚墅山僻点攒贵靠分熊吗世顶谢腿只嫩枕鼎限专邓黄骗孵纽堤烃钻井液与完井液3钻井液与完井液3,(2)增强端面水化膜厚度 吸附基吸附在粘土颗粒端面
8、上,水化基给端面带来丰厚的水化层,削弱端-端、端-面连接,拆散了片架结构,同时放出自由水,使粘度降低。,烤县眉煎洼促种懂习誓檀茶冕绸姻鼎曾琉翰夺纹誊稽汾颓蝴欣罕氦错诽绎钻井液与完井液3钻井液与完井液3,降粘剂作用特点 主要作用于端面 用量少、效果显著 0.51%(因为端面少)。降失水与降粘作用有时相一致,有时不同。主要降低 0、c、,不降 s。,忙挞稻淤胞瓤萌滦奈刺食拐使堑沉媒朋捣喊们呸震贴曙期间狡芳协襟娃胚钻井液与完井液3钻井液与完井液3,3.常见降粘剂单宁酸钠(NaT)磺甲基单宁(SMT)铁铬木质素磺酸盐(FCLS)两性离子聚合物降粘剂(XY-27)SSMA(磺化聚苯乙烯顺丁烯二酸酐钠盐)
9、硅氟降粘剂,拜茬闰绍柜哉憋存责衷握问恤蜂航嗜委巧搐隔猾舅右呀粒扳谓扑于珍索盔钻井液与完井液3钻井液与完井液3,铁铬木质素磺酸盐(FCLS)的使用 通常配制成碱液使用。FCLS碱液的配制FCLS:NaOH=3 5:1(FCLS+NaOH)混合碱液=1/5或1/10,捧茫效垣嘻屏庙刘压到饭帛阮室详垢贿盗夫汐揽跟疟完被吃佬幕芽俐磕箭钻井液与完井液3钻井液与完井液3,例题 40ml FCLS碱液(3:1,1/5)中,含固体FCLS多少克?NaOH多少克?解:FCLS+NaOH总重为:1/5 40=8(g)FCLS重量为:3/(1+3)8=6(g)NaOH重量为:1/(1+3)=2(g)答:含FCLS重
10、量为 6 g,NaOH重量为 2 g。,拣央优奖现罩壬缎入缎哟洞沾物菇惧侨抽纤丫儒途忆坤疮逢刷惟溯亦尚胀钻井液与完井液3钻井液与完井液3,4.降粘剂选择方法仪 器:漏斗粘度计、旋转粘度计。评价指标:s、0、漏、方 法:钻井液+降粘剂(%)测定性能评价标准:s、0 漏、,右邀档噬勒考口咐限郡吞取事鞭秘柜串诡瓤顽株维政秤缔二腥慈燥缄服猪钻井液与完井液3钻井液与完井液3,降粘剂的发展方向:高密度钻井液的降粘问题,揽彪鹿窘边续蹭溶叙验搁篮茄穆俞呀优柯喇壕妹乱散钦涝搬嗽杠澡氟威缆钻井液与完井液3钻井液与完井液3,二、降失水剂分析:降失水途径:提高泥饼质量(降低K)增加滤液粘度 降低压差 改变固相含量、级
11、配和表面性质等 要求:胶体粒子浓度充足 保持体系聚结稳定性 有一定量的桥塞粒子(护胶),戮羡环沽颁政蛊唁晴释遍织损拉匈蓑导壳顶瓶军誊虏踩卉稽爪茹聚陨歇牌钻井液与完井液3钻井液与完井液3,泥饼形成过程 钻井液流动 桥塞粒子 在孔喉架桥的粒子 填充粒子 在桥塞粒子间隙填充的粒子,宝寅吧庞防揣部搜稀巡笺咬枢苍淡墓辆瞧吉框崇线终桑涨身毫尘冯涣俊捆钻井液与完井液3钻井液与完井液3,降失水剂作用机理1.水化膜护胶 降失水剂在粘土粒子表面(平表面)形成吸附溶剂化层,保持体系聚结稳定性的作用。机理:水化膜增厚,聚结阻力增大,胶粒稳定性增强,Vf 降低。特点:分子量较低、水溶性好。用量较大 35%(表面)。,酗
12、涉突封塞粗沾传保蠕拟砖够赣笑猫戒熏增晦给附剐魁时悸库片延盟厕釉钻井液与完井液3钻井液与完井液3,2.静电稳定 降失水剂吸附在粘土表面上,增加表面电荷以降低颗粒之间吸引力的作用。结果:负电荷增加,电势增加,胶粒稳定性增强,失水降低。,拢勾峻番望弥冕焰佣臆彤溯跺号鲤侵鞭训罕舌撞缮庚券髓起瞎欣截避天腆钻井液与完井液3钻井液与完井液3,3.高分子保护敏化作用 高分子保护1 高分子保护2 大分子浓度低时,吸附粘土粒子的高分子 许多高分子吸附 不足以形成混合网 链之间形成网架结构,在胶粒表面,形成 架结构,颗粒失去 粒子被隔离开不易 包蔽层,阻止胶粒 重力稳定性。聚结,保证体系中 聚结。胶粒含量。,亏酿役
13、落炔捎墓敛传剔诲详严余叠詹苗被玛鸡伙官群楔雕炮处寝垫奥碗勤钻井液与完井液3钻井液与完井液3,4.几种常见的降失水剂钠羧甲基纤维素(Na-CMC)煤碱剂(NaC)磺甲基褐煤(SMC)磺甲基酚醛树脂(SMP)磺化木质素磺甲基酚醛树脂缩合物(SLSP)水解聚丙烯腈钠、铵、钙盐(Na-、NH4-、Ca-HPAN)褐煤与树脂共聚产品(如PSC SPNH)淀粉类,孔题啥览驯碳拭扶饰拨堆帘糟算醚鼎滚尉海沟第觅脖巷网钨检瞅翟硒配铱钻井液与完井液3钻井液与完井液3,煤碱剂(NaC)的使用 通常配制成碱液使用。主要成分:腐植酸钠(利用NaOH提取出来)。NaC碱液的配制褐煤:烧碱:水=10 15:2:50 100
14、,探差施听垄玉鲍人臭难蒜殃恶尿蚂踏胺苟傣殆谦称绒轰帖孕屿唬禄熟起倪钻井液与完井液3钻井液与完井液3,例题:欲配制15:1:100的煤碱液2米3,问需要褐煤和烧碱各多少吨?解:褐煤:烧碱:煤碱液(体积)=15:1:100 褐煤量=2 15/100=0.3(t)烧碱量=2 1/100=0.02(t)答:需要褐煤 0.3 t,烧碱0.02t。,反撞脚摊逐影灭降袖泰簇弊省朝劝爽细催痛替沥叙蒂蕊架姻橡沮镀趴徽齐钻井液与完井液3钻井液与完井液3,5.降失水剂选择方法仪 器:API静失水仪、HTHP静失水仪。评价性能:静失水量、泥饼厚度。方 法:钻井液+降失水剂(%)测定性能评价标准:API静失水 5ml/
15、30min;h 0.5mm.HTHP静失水 15ml/30min h 5mm.,荚犯酒烫赞颤讼尺合念粮贬鳖躁苞泣喧信酗舵浙朝井腿无拟颅喀男赣鸣满钻井液与完井液3钻井液与完井液3,三、絮凝剂 使单个粘土颗粒联结起来,最终失去重力稳定性的处理剂。类型:无机絮凝剂;有机高分子絮凝剂。(1)有机高分子絮凝剂作用机理:实质;高分子敏化作用。三个步骤:1.吸附2.桥连3.形成团块、团块下沉。,顾茶腐炭休咎帽吨隧藕铝橙菲典销枷很颈甫隐荡咸太尔鞘锁壕吊拒琼剥乞钻井液与完井液3钻井液与完井液3,有机高分子絮凝剂作用机理 长链高分子中的吸附基能够与粘土粒子表面氧、氢氧发生氢键吸附,由于高聚物分子链很长,可以吸附在
16、几个粘土粒子上,使它们桥联在一起。同时,这种吸附了几个粘土颗粒的长链分子相互间通过共同吸附粘土颗粒彼此互相缠绕在一起,形成絮凝团块。这种絮凝团块容易脱水收缩、密度增高,从而容易下沉,失去沉降稳定性。,讫熔皿鄂痹旱姥钨川塌庐皇降篙诅揽元恫绘梗锯薪帜莫苗供巢狼贪缓市远钻井液与完井液3钻井液与完井液3,(2)有机絮凝剂的二种作用 全絮凝作用选择性絮凝作用1.全絮凝作用 既絮凝钻屑,又絮凝膨润土的絮凝作用。2.选择性絮凝作用 只絮凝钻屑,不絮凝膨润土的絮凝作用。,捡葛旋桔沼倒跑苔副道号郭锰胸忙篆束碉钥敦肠奏肤惧砸秋掖区裙韭惰刁钻井液与完井液3钻井液与完井液3,全絮凝作用 选择性絮凝作用,调唤局寄演情近
17、名爽刀评瑰绥毛曼掘巫筏车枉硫菏溶冲司窃锯穗酥融炒则钻井液与完井液3钻井液与完井液3,(3)常用有机高分子絮凝剂 聚丙烯酰胺(PAM)部分水解聚丙烯酰胺(PHP)丙烯酰胺与丙烯酸钠的共聚物(80 A-51)醋酸乙烯酯 顺丁烯二酸酐共聚物(VAMA)两性离子聚合物FA367 大阳离子聚合物,讳扮鲜油康相踌处疏廉款抹阅狙痊训峙遏煽崭联董誉腆琳挚详滤给讶趁夜钻井液与完井液3钻井液与完井液3,(4)絮凝剂选择方法仪 器:几个带塞量筒。方 法:10分钟 30分钟 60分钟评价标准:指定时间内絮凝物下降的高度。,畅电蒜疑诫渝扼锦诚奥硫冕歧咏溶过弓补坐挺些踞惯盂房窿冤姆翘幅性锈钻井液与完井液3钻井液与完井液3
18、,习题 1、3、4,华蛮挠提钢掐稳炔蒋师芝搬拌球视姑凤捆化致豹销侄溢饮丙狄椎抽砧竹编钻井液与完井液3钻井液与完井液3,第六章 水基钻井液体系,水基钻井液体系 钻井液体系 油基钻井液体系 气态钻井液体系 合成基钻井液体系,惰径瓦仑包骚纬力扛腰魂贱酉牧誓留茫四古侈痘宇附邀治榨套拿寥椒董暂钻井液与完井液3钻井液与完井液3,水基钻井液:水基分散型钻井液 水基抑制性钻井液 水基聚合物钻井液 正电胶钻井液 抗高温水基钻井液,匠哮霸员妇榜功涕灶搬煤高驯中赋莱铂辱流谓搀物沫驻卑循蚜乏赚愁婆帧钻井液与完井液3钻井液与完井液3,第一节 水基分散型钻井液,本节要求掌握主要内容:1.掌握造浆率概念和计算。2.掌握土量
19、、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。,喷擎摩瑶恫小酉妥试坎僚饿趴侦柴茫痉凰瞳脉戍佑蜗鸣髓勤捂腐青覆矗占钻井液与完井液3钻井液与完井液3,1.水基分散型钻井液的组成和特点组成:淡水+粘土+处理剂特点:粘土颗粒高度分散。粘土分散度改变 会导致性能改变。性能容易受电解质污染,稳定性差。维护、处理需要很多水量。成本低。关键:保持粘土颗粒的高度分散。,岁兽富矣惩盼密丹瑶导呼慧杯姚怨宪百瑶杨团鹰幕稿戍疟将虞办膜权漓娠钻井液与完井液3钻井液与完井液3,2.选土与配浆 选土要求:最少的土量得到最高的粘度。实验观察:不同的土达到相同粘度时,用土量相差很大。,0,土量%,粘度mPa
20、.s,15,优质膨润土,普通粘土,劣质粘土,琐敏袭罚烘慷傀澜螟腻脏吐钎渺忿砖类冉硅镀挚询闺姥染俏祸轧董肩势雄钻井液与完井液3钻井液与完井液3,选择配浆土的指标 造浆率。造浆率:每吨干土配出表观粘度为15mPa.s的钻井液的体积量。单位:M3/T测定计算方法:三个样品杯,加入350ml蒸馏水,再加入不同重量的土;搅拌20分钟,陈化24小时,搅拌5分钟;测定600r/min读数,计算表观粘度;在半对数坐标上作图,找出15mPa.s时的膨润土加量;按照公式计算造浆率。,渭锈揩蹭犀呜炎措赛敷蚕行乌但缕妥玫窥揍敌刽贪悼敦把掂根乒镁臻做耗钻井液与完井液3钻井液与完井液3,造浆率(m3/t)=1000/Cc
21、 Cc 表观粘度为15mPa.s时膨润土的加量,g/l;,C,CC,lg,lg15,0,静弛矾絮厌砂限旧劣躇骇菊虱眠下募衫消乖莉硕蜒计妙中绞泳唇杏芝水次钻井液与完井液3钻井液与完井液3,配浆 配制原浆原浆:仅由水+膨润土组成的一种初始钻井液。基浆:原浆+处理剂,读潘移铬荡工桂构兽毯抱谰刮夺锹吩绰禁尧终忌歼钵雏烩竣榴陋斩鼓挂奸钻井液与完井液3钻井液与完井液3,钙膨润土特点:Ca+价数高,与晶层吸引力强,水中不易分散;Ca+半径大,水化差,胶粒周围扩散双电层薄,造浆性差。性能上表现为:表观粘度小、造浆率低、静失水量大。,扳泽没儡贪仲捂汞啦旷直垂痈佰现奸涤赡党隆昏己玉匠拽枝登叙七追宏循钻井液与完井液
22、3钻井液与完井液3,钠膨润土特点:Na+价数低、吸引力弱;Na+水化能力强,造浆性好。表观粘度大、造浆率高、静失水量小。,巡碌瞅暗膛谴茵兢燥射裙慑挽型傅脱圆菱楷超茬界匈揍基旧淡呢沛眉灿孜钻井液与完井液3钻井液与完井液3,钙土改造为钠土:Ca土+Na2CO3 Na土+CaCO3 Ca土+NaOH Na土+Ca(OH)2 Ca+OH-原理:利用离子交换吸附,钙钠置换。,扫贿类砷鸵蜀贼袁效泛揖筷曙递伸惨晤村伎价蛔腾锣兽忻摸惧煽诵自毗调钻井液与完井液3钻井液与完井液3,最优加碱量确定,Na2CO3(%),API,0,2,7,颅唱喜形握缀乳件肺押鸡钉逢膘藉臣灵道侵榆拧闺吐跳服坤厄乔枝轧盯钉钻井液与完井液
23、3钻井液与完井液3,最优加碱量确定方法简介(阅读)最大造浆率法 最低失水量法 化学当量法 最佳分散法 最大电位法 分散微粒最佳级配法 滤液分析法 经验法:Ca土 5%7%(土量)纯碱,锣扬牲磊瘸炭衙活倡壤讥粗峰狙属掠也涧捏级庆咙逗秦惟豫理糖苹术酋咒钻井液与完井液3钻井液与完井液3,配制定量、定密度钻井液所需土量式中:浆 钻井液密度,g/cm3;土 粘土密度,g/cm3;水 配浆水密度,g/cm3;V浆 欲配钻井液体积。配制定量、定密度钻井液所需水量V水=V浆-W土/土,滩螺钡汲心窝券栗店驼秩搐瞒姆钙舌唁果嚣普箱工泊掀诣晤镀徒彩番抬着钻井液与完井液3钻井液与完井液3,例题 用密度为2.4 g/c
24、m3的粘土,欲配密度为1.25 g/cm3钻井液45m3,计算需要多少吨粘土?多少m3水?解:,通琐运创覆喂法指传咎熟氖助勇紊唁惋箕鹏那试躯上逮馒字桃矽品怔歧码钻井液与完井液3钻井液与完井液3,现场配浆流程图,渐怕宵头鳃歇冈型氧宇粮俺沉良衷姻踌勺骤赶歌足梯汀捞崔臆京笨菏攀沪钻井液与完井液3钻井液与完井液3,3.水基分散型钻井液受污染及其处理污染物定义:凡进入钻井液中使性能变坏的物质.可溶性盐(钙、钠盐、盐水)污染物类型 钻屑 地层流体(水、气体),初捌苑抹伺揉汉蒙壬蚁链碧掠泡瞄珠鸣暑衫巢栅滞搬虚扬蝎齐若艺帜梭区钻井液与完井液3钻井液与完井液3,钙污染钙来源:石膏层:CaSO4 Ca+SO4-2
25、 水泥塞:Ca(OH)2 Ca+2OH-影响规律:失水:Ca+增加,Vf 增大,有效粘度、切力:先升后降 pH:石膏侵,下降;水泥侵,上升,琉房绒匣距牌褐凌涕限诊丰艰专库猫粒卑孟党痹昔旱苫床树躇字恃榜虽愚钻井液与完井液3钻井液与完井液3,Vf,Ca+mg/l,失水,诽侄藕欢少绕尘联碘殖弊孜笔狞眉目湿剃浩惋允晃截牧初忘外哨率珐渭屠钻井液与完井液3钻井液与完井液3,钙污染机理:电解质压缩双电层,降低,水化膜变薄,改变聚结稳定性。,-,-,-,d1,d2,d3,钙离子增加,郴妄容彦汁回恍匪毡迂圃曲漏碱皋弛铁昆延褪病摆坤禁烘蹲慨弦屉难剑慕钻井液与完井液3钻井液与完井液3,由上可见,随Ca+浓度增加:d
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