《钻井用化学剂》PPT课件.ppt

第二章 钻井用化学剂,Additive for Drilling Fluid,从勘探找油到油气田开发的各个阶段，根据任务目的和作用的不同，要钻各种类型的井探井、资料井、生产井、注入井,2.1 钻井液及其功能,1、定义：钻井时用来清洗井底并把岩屑携带到地面，维持钻井操作正常进行的流体称为钻井液,2.钻井液的功能,携带和悬浮钻屑冷却和清洗钻头、净化井底平衡地层压力获取井下信息,3、钻井液的类型,水基钻井液,淡水钻井液含盐量1%,含钙量120mg/l,盐水钻井液,水+膨润土+化学处理剂,3、钻井液的类型,水基钻井液,淡水钻井液,无固相钻井液水+化学处理剂,钙处理钻井液,低固相钻井液,混油钻井液,盐水钻井液,3、钻井液的类型,油基钻井液 油包水乳化钻井液-逆乳化钻井液 热稳定性、防塌效果比较好 对油气层损害小,油基钻井液 oil-base drilling fluid,油基钻井液 由柴油和沥青和有关的化学剂配制而成 对油气层损害小，抗可溶盐侵污能力强,复习:,钻井液：钻井时用来清洗井底并把岩屑携带到地面，维持钻井操作正常进行的流体钻井液的功能：携带和悬浮钻屑；稳定井壁；冷却和清洗钻头、净化井底；平衡地层压力；获取井下信息钻井液的类型：水基钻井液、油基钻井液,2.2 钻井液处理剂,2.2.1 稀释剂-降低钻井液粘度和切力的化学剂 1、钻井液稠化的原因 钻井液中固相颗粒含量过多 粘土颗粒形成网状结构,当钻井液固相含量增高，由于颗粒间的距离缩短，有利于粘土网状结构的形成聚合物钻井液中，由于聚合物长链分子与粘土颗粒作用或聚合物分子间相互作用，也可以形成网状结构,2、稀释剂作用原理,以丹宁碱液为例：,Al粘土片Al,拆散和削弱了网状结构，释放出包裹的自由水，同时也减小了粘土颗粒运动时相互之间的摩擦力，从而起到稀释作用。,磺化苯乙烯顺酐共聚物,SSMA在粘土颗粒边缘上吸附，拆散网状结构与体系中的水解聚丙烯酰胺形成聚合物络合物,五倍子丹宁结构式,3、常用的稀释剂,丹宁碱液,3、常用的稀释剂,丹宁碱液,双五倍子酸,五倍子酸,3、常用的稀释剂,丹宁碱液-抗盐能力较差栲胶碱液-温度高易发酵，引起钻井液发泡，只适用浅井和中深井,3、常用的稀释剂,丹宁碱液-抗盐能力较差栲胶碱液磺甲基丹宁-热稳定性好，适用于高温、深井 但抗盐性较差铁铬木质素磺酸盐,稀释作用：形成吸附水化层，削弱或拆散空间网状结构 抑制泥页岩的水化膨胀和分散作用,缺点：,在130以上发生减效 在177 以上发生不可逆降解易发泡，有污染,3、常用的稀释剂,丹宁碱液栲胶碱液磺甲基丹宁铁铬木质素磺酸盐 聚合物稀释剂,A。聚丙烯酸钠,在钻井液中的加入量为0.3%时，可抗0.2%硫酸钙和1%的氯化钠，并可抗150的高温,B：丙烯酸钠与丙烯磺酸钠共聚物,C：丙烯酸钠与（2-甲基-2-丙烯酰胺基）丙磺酸钠共聚物,可抗260的高温,D：磺化苯乙烯顺酐共聚物,可抗400以上的高温，是一种最有发展前景的环保稀释剂,具有线型结构和强阴离子基团可与主体聚合物交联，阻碍网状结构的生成,降滤失剂,Filtrate reducer for drilling fluid在钻井过程中，由于压差的作用，钻井液的水分不可避免地通过井壁滤失到地层中，造成钻井液失水因此需加降滤失剂来控制钻井液的滤失量,钻井液配制时需注意:,钻井液中必须有大、中、小各种颗粒，并有合理的分布,钻井液配制时需注意:,钻井液中必须有大、中、小各种颗粒，并有合理的分布胶体颗粒类型-颗粒扁平、水化性好，则在压力下容易变形,1、降滤失剂作用原理,稳定胶体颗粒作用-护胶作用,羧甲基纤维素与粘土颗粒的吸附方式,护胶作用,1、降滤失剂作用原理,稳定胶体颗粒作用-护胶作用提高滤液粘度降滤失剂的堵孔作用,2、常用的降滤失剂,A：羧甲基纤维素-Na-CMC,相对分子质量越高，水溶液粘度越大取代度的高低是决定CMC水溶性的主要因素CMC是一种抗盐、抗温能力较强的降滤失剂，也有一定的抗钙能力,腐殖酸碱液,不溶物,溶解物（黄腐酸）,棕腐酸,黑腐酸,乙醇,作为降滤失剂使用的主要有：煤碱剂（NaC)铬褐煤（铬腐殖酸）硝基腐殖酸磺甲基褐煤,C：树脂类降滤失剂磺甲基酚醛树脂（SMP、SP）抗盐能力与热稳定性很强，抗温可达220 磺化木质素磺甲基酚醛树脂缩合物（SLSP）磺化褐煤树脂,D：改性淀粉 羧甲基淀粉、羟乙基淀粉、羟丙基淀粉E:水解聚丙烯腈,2.2.3 絮凝剂,根据絮凝剂对钻井液中粘土和钻屑的作用情况，可以分为:完全絮凝剂增效型选择性絮凝剂非增效型选择性絮凝剂,几种典型的高分子絮凝剂:,聚丙烯酰胺 絮凝+降滤失,部分水解聚丙烯酰胺（HPAM）,水解度-聚丙烯酰胺分子中酰胺基水 解成钠羧基的百分数,几种典型的高分子絮凝剂:,聚丙烯酰胺 絮凝+降滤失部分水解的聚丙烯酰胺醋酸乙烯酯顺丁烯二酸酐共聚物（VAMA）,2.2.4 页岩抑制剂,1、井壁坍塌的原因 页岩水化膨胀 非膨胀性页岩裂解-高岭石和伊利石吸水后会引起层间裂解,2、常用的页岩抑制剂,无机盐-效果最好的是KCl、(NH4)2SO4高分子化合物 聚丙烯酰胺 CMC 磺化沥青,2.2.5 其他处理剂,增粘剂-黄原胶、羟乙基纤维素乳化剂-硬脂酸钙、烷基苯磺酸钙、失水山梨糖醇单油酸酯起泡剂消泡剂,十二烷基苯磺酸钠、月桂醇硫酸钠、脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠、甜菜碱,异辛醇、失水山梨糖醇三油酸酯、聚二甲基硅氧烷、聚氧乙烯聚氧丙烯丙二醇醚,2.3 固井水泥外加剂,固井是油井建设中的重要环节固井作业可以分为两部分：下套管和注水泥,2.3 固井水泥外加剂,固井是油井建设中的重要环节固井作业可以分为两部分：下套管和注水泥,油井水泥的主要作用:隔绝流体在地层中的流动，支撑套管，防止管壁腐蚀，封隔漏失层或低压层,2.3 固井水泥外加剂,固井是油井建设中的重要环节固井作业可以分为两部分：下套管和注水泥,油井水泥的主要作用:隔绝流体在地层中的流动，支撑套管，防止管壁腐蚀，封隔漏失层或低压层,2.3.1 油井水泥 Oil Well Cement,常用的油井水泥为硅酸盐水泥,2.3 固井水泥外加剂,固井是油井建设中的重要环节固井作业可以分为两部分：下套管和注水泥,油井水泥的主要作用:隔绝流体在地层中的流动，支撑套管，防止管壁腐蚀，封隔漏失层或低压层,2.3.1 油井水泥 Oil Well Cement,常用的油井水泥为硅酸盐水泥,油井水泥的主要成分：,2.3 固井水泥外加剂,固井是油井建设中的重要环节固井作业可以分为两部分：下套管和注水泥,油井水泥的主要作用:隔绝流体在地层中的流动，支撑套管，防止管壁腐蚀，封隔漏失层或低压层,2.3.1 油井水泥 Oil Well Cement,常用的油井水泥为硅酸盐水泥,油井水泥的主要成分：,水化反应,凝结硬化三个阶段：溶胶期-颗粒表面发生水化反应，饱和后，一部分水化产物以胶态粒子或细小晶体析出，使水泥浆成为溶胶体凝结期硬化期,2.3 固井水泥外加剂,固井是油井建设中的重要环节固井作业可以分为两部分：下套管和注水泥,油井水泥的主要作用:隔绝流体在地层中的流动，支撑套管，防止管壁腐蚀，封隔漏失层或低压层,2.3.1 油井水泥 Oil Well Cement,常用的油井水泥为硅酸盐水泥,油井水泥的主要成分：,水化反应,凝结硬化三个阶段：溶胶期-颗粒表面发生水化反应，饱和后，一部分水化产物以胶态粒子或细小晶体析出，使水泥浆成为溶胶体凝结期硬化期,水化反应,凝结硬化三个阶段：溶胶期凝结期-胶体颗粒显著增加，并逐渐聚结，部分晶体开始连接，形成凝胶结构硬化期,2.3 固井水泥外加剂,固井是油井建设中的重要环节固井作业可以分为两部分：下套管和注水泥,油井水泥的主要作用:隔绝流体在地层中的流动，支撑套管，防止管壁腐蚀，封隔漏失层或低压层,2.3.1 油井水泥 Oil Well Cement,常用的油井水泥为硅酸盐水泥,油井水泥的主要成分：,水化反应,凝结硬化三个阶段：溶胶期-颗粒表面发生水化反应，饱和后，一部分水化产物以胶态粒子或细小晶体析出，使水泥浆成为溶胶体凝结期硬化期,水化反应,凝结硬化三个阶段：溶胶期凝结期-胶体颗粒显著增加，并逐渐聚结，部分晶体开始连接，形成凝胶结构硬化期,水化反应,凝结硬化三个阶段：溶胶期凝结期硬化期-,2.3 固井水泥外加剂,固井是油井建设中的重要环节固井作业可以分为两部分：下套管和注水泥,油井水泥的主要作用:隔绝流体在地层中的流动，支撑套管，防止管壁腐蚀，封隔漏失层或低压层,2.3.1 油井水泥 Oil Well Cement,常用的油井水泥为硅酸盐水泥,油井水泥的主要成分：,水化反应,凝结硬化三个阶段：溶胶期-颗粒表面发生水化反应，饱和后，一部分水化产物以胶态粒子或细小晶体析出，使水泥浆成为溶胶体凝结期硬化期,水化反应,凝结硬化三个阶段：溶胶期凝结期-胶体颗粒显著增加，并逐渐聚结，部分晶体开始连接，形成凝胶结构硬化期,水化反应,凝结硬化三个阶段：溶胶期凝结期硬化期-,水化反应,凝结硬化三个阶段：溶胶期凝结期硬化期-大量晶体互相联结，凝胶结构逐渐硬化，形成水泥石,2.3 固井水泥外加剂,固井是油井建设中的重要环节固井作业可以分为两部分：下套管和注水泥,油井水泥的主要作用:隔绝流体在地层中的流动，支撑套管，防止管壁腐蚀，封隔漏失层或低压层,2.3.1 油井水泥 Oil Well Cement,常用的油井水泥为硅酸盐水泥,油井水泥的主要成分：,水化反应,凝结硬化三个阶段：溶胶期-颗粒表面发生水化反应，饱和后，一部分水化产物以胶态粒子或细小晶体析出，使水泥浆成为溶胶体凝结期硬化期,水化反应,凝结硬化三个阶段：溶胶期凝结期-胶体颗粒显著增加，并逐渐聚结，部分晶体开始连接，形成凝胶结构硬化期,水化反应,凝结硬化三个阶段：溶胶期凝结期硬化期-,水化反应,凝结硬化三个阶段：溶胶期凝结期硬化期-大量晶体互相联结，凝胶结构逐渐硬化，形成水泥石,2.3.2 水泥外加剂,1、促凝剂 加速水泥水化反应，提高水泥早期强度 氯化钙、氯化镁、氯化钠、碳酸盐、三氯化铝、硅酸盐、硝酸盐等,2.3 固井水泥外加剂,固井是油井建设中的重要环节固井作业可以分为两部分：下套管和注水泥,油井水泥的主要作用:隔绝流体在地层中的流动，支撑套管，防止管壁腐蚀，封隔漏失层或低压层,2.3.1 油井水泥 Oil Well Cement,常用的油井水泥为硅酸盐水泥,油井水泥的主要成分：,水化反应,凝结硬化三个阶段：溶胶期-颗粒表面发生水化反应，饱和后，一部分水化产物以胶态粒子或细小晶体析出，使水泥浆成为溶胶体凝结期硬化期,水化反应,凝结硬化三个阶段：溶胶期凝结期-胶体颗粒显著增加，并逐渐聚结，部分晶体开始连接，形成凝胶结构硬化期,水化反应,凝结硬化三个阶段：溶胶期凝结期硬化期-,水化反应,凝结硬化三个阶段：溶胶期凝结期硬化期-大量晶体互相联结，凝胶结构逐渐硬化，形成水泥石,2.3.2 水泥外加剂,1、促凝剂 加速水泥水化反应，提高水泥早期强度 氯化钙、氯化镁、氯化钠、碳酸盐、三氯化铝、硅酸盐、硝酸盐等,2.3.2 水泥外加剂,1、促凝剂 加速水泥水化反应，提高水泥早期强度草酸钙 甲酰胺（CHON2)草酸 三乙醇胺（N(C2H4OH)3）,2.3 固井水泥外加剂,固井是油井建设中的重要环节固井作业可以分为两部分：下套管和注水泥,油井水泥的主要作用:隔绝流体在地层中的流动，支撑套管，防止管壁腐蚀，封隔漏失层或低压层,2.3.1 油井水泥 Oil Well Cement,常用的油井水泥为硅酸盐水泥,油井水泥的主要成分：,水化反应,凝结硬化三个阶段：溶胶期-颗粒表面发生水化反应，饱和后，一部分水化产物以胶态粒子或细小晶体析出，使水泥浆成为溶胶体凝结期硬化期,水化反应,凝结硬化三个阶段：溶胶期凝结期-胶体颗粒显著增加，并逐渐聚结，部分晶体开始连接，形成凝胶结构硬化期,水化反应,凝结硬化三个阶段：溶胶期凝结期硬化期-,水化反应,凝结硬化三个阶段：溶胶期凝结期硬化期-大量晶体互相联结，凝胶结构逐渐硬化，形成水泥石,2.3.2 水泥外加剂,1、促凝剂 加速水泥水化反应，提高水泥早期强度 氯化钙、氯化镁、氯化钠、碳酸盐、三氯化铝、硅酸盐、硝酸盐等,2.3.2 水泥外加剂,1、促凝剂 加速水泥水化反应，提高水泥早期强度草酸钙 甲酰胺（CHON2)草酸 三乙醇胺（N(C2H4OH)3）,2.3.2 水泥外加剂,1、促凝剂2、缓凝剂-延缓水泥水化反应，延长水泥浆凝结时间的外加剂 木质素磺酸盐、酒石酸、蔗糖、硼酸盐、氧化锌、氧化铝,2.3 固井水泥外加剂,固井是油井建设中的重要环节固井作业可以分为两部分：下套管和注水泥,油井水泥的主要作用:隔绝流体在地层中的流动，支撑套管，防止管壁腐蚀，封隔漏失层或低压层,2.3.1 油井水泥 Oil Well Cement,常用的油井水泥为硅酸盐水泥,油井水泥的主要成分：,水化反应,凝结硬化三个阶段：溶胶期-颗粒表面发生水化反应，饱和后，一部分水化产物以胶态粒子或细小晶体析出，使水泥浆成为溶胶体凝结期硬化期,水化反应,凝结硬化三个阶段：溶胶期凝结期-胶体颗粒显著增加，并逐渐聚结，部分晶体开始连接，形成凝胶结构硬化期,水化反应,凝结硬化三个阶段：溶胶期凝结期硬化期-,水化反应,凝结硬化三个阶段：溶胶期凝结期硬化期-大量晶体互相联结，凝胶结构逐渐硬化，形成水泥石,2.3.2 水泥外加剂,1、促凝剂 加速水泥水化反应，提高水泥早期强度 氯化钙、氯化镁、氯化钠、碳酸盐、三氯化铝、硅酸盐、硝酸盐等,2.3.2 水泥外加剂,1、促凝剂 加速水泥水化反应，提高水泥早期强度草酸钙 甲酰胺（CHON2)草酸 三乙醇胺（N(C2H4OH)3）,2.3.2 水泥外加剂,1、促凝剂2、缓凝剂-延缓水泥水化反应，延长水泥浆凝结时间的外加剂 木质素磺酸盐、酒石酸、蔗糖、硼酸盐、氧化锌、氧化铝,2.3.2 水泥外加剂,1、促凝剂2、缓凝剂3、降滤失剂-控制水泥浆的滤失速率以维持水灰比的外加剂 CMC、羟乙基纤维素、丙烯酰胺-丙烯酸共聚物、沥青粉,