钻井液完井液新技术及常见复杂情况处理.ppt
《钻井液完井液新技术及常见复杂情况处理.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《钻井液完井液新技术及常见复杂情况处理.ppt(161页珍藏版)》请在三一办公上搜索。
1、钻井液完井液新技术及常见复杂情况处理,目录第一 概 论第二 钻井液完井液新技术第三 油基钻井完井液体系第四 合成基钻井完井液,一、钻井液的功用 钻井液(Dri11ing F1uids)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(Drilling Muds),或简称为泥浆(Muds)。钻井液最基本的功用有以下几点: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 5.保护油层和保护环境,第一 概 论,二、钻井液的类型 按其密度大小,可分为非加重钻井液和加重钻井液。按与粘土水化作用的强弱,可分为非抑制性钻井液和抑制性钻井
2、液。按其固相含量的不同,可分为高固相、低固相和无固相钻井液。按其流体介质的不同,可分为水基钻井液、油基钻井液和气体型钻井流体等三种类型。后来又出现了一类合成基钻井液。,钻井液的体系分类没有严格的规定,多以其主要处理剂的名称命名。如“钾盐聚合物钻井液”、“阳离子聚合物钻井液”、“两性离子钻井液”等名称,实际都可以归类于“聚合物泥浆”类。同时由于钻井液中含有悬浮体颗粒,胶体颗粒,离子颗粒,在钻井过程中这些不同状态的颗粒会随地层的特性而改变,更会受人为加入处理剂的特性而改变。所以说对体系的分类方法应辩证的分析。体系是服从于地下安全需要的,体系名称是代表着一种主要矛盾方面的倾向。必要时应及时调整“体系
3、”以适应井下情况。,三、钻井液的组成水:淡水 海水 咸水 饱和盐水土:主要使用钠基膨润土,特殊情况使用有机土和抗盐土化学处理剂:无机盐:如Na2CO3、KCl、NaCl等 化学产品:高分子聚合物类、纤维素 类、褐煤类、淀粉类油:可增泥浆润滑性,降滤失量,在油基泥浆中作为连续相气体:一般在气体钻井液中使用。,钻井液的核心问题 调控粒子间相互作用维持适度的分散聚结 抑制与分散的平衡“成也粘土败也粘土”,四、钻井液性能及其测试 按照API推荐的钻井液性能测试标准,钻井液常规性能包括:1、钻井液密度。2、钻井液漏斗粘度。3、钻井液塑性粘度。4、钻井液动切力。5、钻井液静切力。6、钻井液API滤失量。,
4、7、钻井液HTHP滤失量。8、钻井液pH值。9、钻井液碱度。10、钻井液含砂量。11、钻井液固相含量。12、钻井液膨润土含量。13、钻井液滤液中各种离子的浓度等。,五 钻井液与钻井速度,影响钻速的原因有:1、地层 2、钻头 3、机械 4、水力参数 5、钻井液性能钻井液性能为:1、密度 2、粘度 3、滤失 4、固相含量 5、润滑,1、钻井液密度 钻井液密度对钻井速度的影响比其它性能要大得多。更准确的讲,钻井液的静液柱压力与地层孔隙流体压力之间的压差对钻井速度产生极大的影响,即钻井速度随着静液柱压力与地层孔隙流体压力之间的压差的减少而增大,而且当孔隙流体压力比液柱压力大时,仍然继续增加。,2、钻井
5、液粘度:钻井液的粘度是与钻井液中的固相含量、固相颗粒大小的分布、颗粒之间的引力与斥力及基液的粘度有关。并且影响着下列方面:1)、剪切稀释性能2)、井眼的清洗3)、钻井液水力学 因此,考虑钻井液粘度对钻速的影响时,把钻井液粘度中的个组分尽可能维持在最低的范围内就能最大程度地提高钻速。,3、钻井液滤失钻井液滤失与钻速的关系与下列因素有关:1)、钻井液滤失速率2)、钻井液滤失量3)、钻井液滤液的性质4)、岩石的渗透率5)、钻井液的静液柱压力与地层孔隙流体压力之间的压差,4、钻井液的固相含量 大量钻井实践表明,钻井液中的固相含量增加是引起钻速下降的一个重要原因。此外,还与固相的类型、固相颗粒尺寸分布有
6、关1)、据统计,当固相含量为零时,钻速最高;随着固相含量增大钻速显著下降,特别是在低固相含量范围内钻速下降更快。在固相含量超过10%之后,影响相对较小。2)、一般认为,重晶石、砂粒等惰性固相对钻速的影响较小,,第二、钻井液完井液新技术,一、我国钻井液技术的发展 二、新型钻井液完井液技术三、油基钻井完井液体系四、合成基钻井液五、气体型钻井完井流体六、需要进一步发展的新技术,一、我国钻井液技术的发展,(一)常规钻井液技术 我国水基钻井液技术(占90%以上井)的发展可划分为四个阶段。即钙处理钻井液阶段、三磺钻井液阶段、聚合物钻井液阶段、钻井液新技术阶段。,1.钙处理钻井液阶段 是六十年代到七十年代初
7、使用的基本钻井液类型,我国从1952年开始用石灰处理泥浆并逐渐成熟。其主体配方主要利用无机钙盐Ca(OH)2或钠盐(NaCl)来提高井壁的稳定性,另外再加上铁络木质素磺酸盐(Fcls)或煤碱剂(Nac),羧甲基纤维素(CMC)及一些表面活性剂等来维持钻井液的流变性能。,2.三磺钻井液阶段 是七十年代后大多数井特别是深井所使用的钻井液类型。所谓三磺是磺化酚醛树脂(SMP)、磺化褐煤(SMC)和磺化拷胶(SMK)。这三种处理剂有效地降低了钻井液的高温高压滤失量,进而提高了井壁的稳定性,四川石油管理局用这三种处理剂再配合Fcls、CMC、Ca(OH)2以及重铬酸钾(K2CrO7),表面活性剂等钻成当
8、时我国最深的关基井(7175m),女基井(6011米)。,三磺钻井液的研制成功,是我国在深井钻井液技术上的一大进步,其主要标志是:这三种处理剂能有效地降低高温高压滤失量,特别是加入磺化酚醛树脂后,随着井深及压差的增加,其滤失量增加很少,有时还降低(而这一特性是原钙处理钻井液体系达不到的),这样就大大的改善了泥饼质量,减少了井下的坍塌卡钻等复杂情况,提高了深井钻探的成功率。,3.聚合物钻井液阶段“聚合物钻井液”开始时叫“不分散低固相聚合物钻井液”,是在70年代后期、80年代初期,为了推广喷射钻井技术和优选参数钻井技术利用丙烯酰胺有机聚合物作为钻井液的抑制剂而逐渐发展形成的一种钻井液体系。,聚合物
9、泥浆技术的形成、发展与展望 张春光 张克勤,使用的聚合物从最初的非水解、部分水解聚丙烯酰胺开始,发展到大、中、小分子量的复配,不同官能团(钙、钠、钾盐)的衍生物或接枝共聚物以及扩大到乙烯基磺酸盐和带阳离子官能团的聚合物等,这种聚合物体系是当时钻浅、中深井时的最普遍使用的一种体系,达到90%以上。虽然这类产品对控制含蒙脱石含量较高的地层有着较突出的抑制效果,但目前还不能适应于深井的使用。特别对付硬脆性的地层,还必须加入一些磺化物来改善泥饼质量降低高温高压失水量。,因之在深井阶段很自然的将这两种成份结合在一起而形成了聚磺钻井液。可以说在三磺水基钻井液的基础上引入阴离子型丙烯酰胺类做为抑制剂是我国在
10、深井钻井液技术上的第二个进步。进而,将阳离子型有机聚合物引入三磺钻井液作为强抑制剂是我国深井钻井液上的第三个进步。,“聚”“磺”钻井液的组成,抑制剂类(或简称“聚”类)包括有机聚合物和无机盐类主要作用:抑制泥页岩地层水化、膨胀、造浆,主要有利于钻井时地层的稳定。分散剂类(或简称“磺”类)主要作用:维持钻井液良好的流变性和低的滤失性,主要有利于钻井液性能的稳定。,聚磺钻井液的使用经验,以井深20003000m(白垩系或东营组前后)为界 上部地层:“多聚少磺”、“只聚不磺”(一般蒙脱石含量较多,造浆严重)下部地层:“少聚多磺”、“只磺不聚”(一般伊利石较多,坍塌严重,且井温偏高)简单概括为:“上不
11、分散、下分散”,4.阳离子钻井液体系的研究与应用 阳离子水基钻井液是二十世纪八十年代发展起来的一种新型水主钻井液体系。国内阳离子聚合物钻井液体系的研究和应用基本上与国外同步。阳离子水基钻井液是以高分子量阳离子聚合物作包被絮凝剂、小分子量阳离子有机化合物作为泥页岩抑制剂,并使用降滤失剂、增粘剂、封堵剂、润滑剂等处理剂的部分或全部而组成的。,5.两性离子聚合物钻井液90年代初期,西年石油学院、石油勘探开发科学研究院与油田一起研究成功两性离子聚合物钻井液,现己在上万口井中使用。为了进一步提高该体系的抑制性能,成功研究出了高阳离子度包被剂FA-368、降粘剂XY-28、两性离子降滤失剂JT-888、两
12、性离子磺化酚醛树脂和两性离子树脂沥青FT301等,由它们组配的钻井液,防塌抑制性能进一步提高,现己在现场广泛使用。,6、正电胶钻井完井液,正电胶钻井完井液体系又称为MMH钻井完井液,MMH为一种混合金属层状氢氧化物。该钻井液体系的特征是配方中含有混合金属层状氢氧化物MMH。这种体系主要由正电胶MMH、滤失控制剂和桥堵剂组成。,MMH正电胶钻井完井液的使用范围很广。可以在浅、中、深的直井、定向井、水平井、丛式井、大位移井和超深井使用:可以在淡水、盐水和海水体系中使用;可明用于不同渗透性、不同岩性和不同孔隙类型的油气层,特别适用于具有水敏性、易坍塌和易漏失的地层。该钻井液休系结合暂堵技术使用,保护
13、油气层的效果更好。,二、水基钻井完井液新技术1、聚合醇钻井液技术,钻井液中使用的聚合醇大多是聚乙二醇(聚丙烯乙二醇)聚丙二醇、乙二醇/丙二醇共聚物、聚丙三醇或聚乙烯乙二醇等。江汉石油学院于九十年代初研究开发出聚合醇产品和聚合醇钻井液体系,以聚合醇JLX为主剂组成的聚合醇钻井液在渤海、南海西部、东海、辽河、大港、塔里木和江苏等油田使用,取得了较好的效果。,近年来,该体系进一步推广,在胜利油田、辽河油田等,针对油田深井、大斜度井、浅海及滩海钻井的井壁稳定、润滑防卡及环境问题研制了聚合醇/有机硅钻井液体系和聚合醇/氯化钙钻井液体系;针对低压低渗透油藏的油层保护问题,研制了聚合醇/KCL聚合物钻井液和
14、射孔液。先后己用于各类井,对安全快速钻井,减少井下复杂情况,保护环境、保护油气层发挥了积极作用,取得了良好的效果。,2、硅酸盐钻井液技术,国外对硅酸盐化学、硅酸盐钻井液稳定井壁机理等方面进行了大量的研究工作,近年来石油大学又对其进行了更为深入的研究,综合他们研究结果可以得出该体系具有很好的抑制性 和好的封堵防塌能力。,3、甲酸盐钻井液技术,目前,钾酸盐体系作为钻井液和完井液、得到全世界的认可和重视。对甲酸纳、甲酸钾、甲酸钙、甲酸铯饱盐水钻井液进行了较深入地研究,尤其低固相和低密度的甲酸盐体系,己研制出了甲酸钠钻井液、甲酸钾生物聚合物体系,甲酸钾、甲酸钠混合盐水体系及甲酸钾、乙酸钾聚合物体系等。
15、现己在现场使用,并取得了另人满意的结果。,我国西南石油学院从九七年初开始研究甲酸盐体系,作了大量的工作,在室内初步证实了甲酸盐体系的优点以后,有针对甲酸盐生产厂少,成本过高这个主要问题,结合我国实际,开展深入研究,成功地利用尾气一步法合成甲酸盐,是成本降下一半,为国内外使用和推广甲酸盐扫除了障碍。,甲酸盐的优点:(1)由于其强抑制性,可有效地抑制泥页岩的水化膨胀和分散,也有利于减少钻井液对油气层的损害。(2)易生物降解,不会造成环境污染。(3)钻具、套管等金属材料在这种钻井液中的腐蚀性小,有利于延长它们的使用寿命。,(4)不需要加重材料就可以配制高密度钻井液,甲酸钠和甲酸钾盐类的水溶液密度分别
16、为l.34g/cm3和1.60 g/cm3,甲酸铯水溶液密度可高达2.3 g/cm3不仅有利于提高机械钻速,而且有利于保护油气层。(5)这种钻井液体系的低粘度、高动态瞬时滤失量有利于提高机械钻速。(6)这种钻井液体系具有良好的抗高温、抗污染的能力,并可以降低所使用的各类添加剂在高温条件下的水解和氧化降解的速度。,4、甲基葡萄糖甙钻井液,甲基葡萄糖甙水基钻井液是最近开发的、环境污染小的水基钻井液,它是以葡萄糖甙为主剂的钻井液,它们的结构类似多糖类,但由于其分子结构里有一个甲基所以比多糖类更稳定。,该钻井液具有优异的特性:(1)强的页岩抑制性能 MEG分子结构上有四个亲水的羟基,这些亲水的羟基可以
17、吸附在井壁岩屑上,如果在钻井液中MEG的加量足够的话,则可在井壁上形成一层类似油包水钻井液那样的半透膜。另一方面这些亲水的起基还可以和水分子形成氢键结合。MEG仿油性钻井液,其MEG的加量远比通常所用的处理剂为高,现场应用给出的加量为2030%。但用作页岩抑制剂时,其加量较低,仅为215%。,(2)良好的润滑性能 MEG具有良好的润滑性能,国外AMBAR泥浆公司把MEG用作润滑剂,其推荐加量为2%。MEG润滑剂已被录入19951996有机环境的钻井完井液目录首册中,MEG泥浆体系在没有加入其它润滑剂时润滑系数与油基钻井液相当,国外研究者按API RP-13B润滑性能评价程序测得润滑系数为0.0
18、60该体系能减少高扭矩、压差卡钻等井下事故。迄今为止,MEG体系己成功用于倾角为60的大斜度井、水平井中。,(3)良好的体系稳定性 MEG钻井液体系中由于MEG的存在,只需要加入少量的其它处理剂就能配制出性能稳定的钻井液,配方简单,后续钻井液性能易于维护,并且体系能有效抵抗石膏、盐水、粘土、水泥的侵污。,(4)良好的储层保护特征 优化出的MEG钻井液对高、低渗透性储层都具有良好的保护作用,这主要归于良好的页岩抑制性、优异的泥饼质量和滤液表面张力。(5)其它优点 如环境可接受性、提高钻速,能直接用海水配浆、滤失性能良好等。另外MEG钻井液的加重性能良好,可以配制出悬浮稳定性良好的密度为2.5g/
19、cm3加重钻井液。,MEG钻井液体系应用领域:*大斜度井钻井,水平井钻井。*复杂地质条件下(例如强水敏页岩层、石膏层、盐水、粘土层)钻井施工。*良好的油气层保护作用使之可用于高、低渗透率储层钻井。*由于对环境无污染,可用于海洋钻井。,5、黑色正电胶钻井完井液,黑色正电胶(BPS)是一种高正电性的有机溶胶,与传统的MMH正电胶相比,不仅带有更高的正电荷,pH为610时,其正电性为+70+65mv,是MMH的两倍以上,并可与水以任何比例在水中分散。BPS黑色正电胶与其它钻井液添加剂的配伍性好,具有良好的抑制泥页;3%BPS水溶液的抑制能力大大超过10%KCl。BPS钻井液具有良好的剪切稀释能力;抗
20、温和抗盐性好,抗温可达160,抗盐达到15%NaCL保护储层效果好,渗透率恢复值高于聚丙烯酰胺聚合物钻井液15%。,由胜利油田泥浆公司研制的新型钻井液处理剂黑色正电胶(BPS),具有高正电性、油溶性,与其它钻井液处理剂配伍性好,具有强的泥页岩抑制性、稳定井壁和保护油层能力,目前已在胜利、中原、冀东等油田数百口井中应用。现场应用表明,采用黑色正电胶(BPS)的钻井液完井液体系可确保钻井的顺利施工,并且得到比较好的保护油气层效果。,6、双保型钻井液完井液研究与应用,随着石油勘探的深入发展,环境保护与油层保护相统一已成为石油界的共识,研究开发既对环境无污染又能保护油层的钻井液是今后钻井液发展的方向。
21、基于上述原因,我们研制了双保型钻井液体系。主要选用天然改性的高、中、低分子处理剂,结果表明:该体系一方面具有无毒、可生物降解等优点,有利于环境保护;,另一方面,该体系具有较强的抗盐、抗钙污染能力及强的抑制性,能有效抑制泥页岩水化、膨胀、分散和运移,渗透率恢复值较高,具有较强的保护油气层特性。通过在LG101-2等一些井现场应用表明,该体系可以满足环境和性能对钻井液的特殊要求,真正实现了“保护环境、保护油气层”的目的,创出了塔里木轮古地区同类井钻井周期最短新纪录。,A 生物毒性测试1,中国石油勘探开发研究院环境检测总站,参照美国国家环保局确认的糠虾生物毒性分级标准,对双保性钻井液进行毒性测试。检
22、测结果EC50(mg/L)=80000,远远高于建议排放标准EC50(mg/L)=30000.,B 生物毒性测试2 中国国家海洋局北海分局,对双保性钻井液进行生物毒性检测,卤虫的96h半致死浓度(96hLC50)30000mg/L。符合中华人民共和国“海洋石油勘探开发污染物使用管理暂行规定”对生物毒性的要求,获得海洋钻井泥浆使用许可证。,7、新型无固相钻井完井液,最典型的新型无固相钻井完井液为甲酸盐钻井完井液,该钻井液的主要优点是:密度可调范围大(1.02.3),固相含量低、流变性好,腐蚀性低,环境污染小,可提高聚合物的抗温性,有利于提高机械钻速,保护储层效果好。国外应用于现场己见到很好效果,
23、提高钻速50100%,完井后产量超过预期水平。所以,新型无固相钻井液研究的重点是甲酸盐/聚合物钻井完井液的研究完善与推广使用,前几年在冀东油田水平井中普遍使用。,8、非渗透钻井液完井液技术,非渗透钻井液主要原理为:利用特殊聚合物处理剂,在井壁岩石表面浓集形成胶束,依靠聚合物胶束或胶粒界面吸力及其可变形性,能封堵岩石表面较大范围的孔喉,在井壁岩石表面形成致密无渗透封堵膜,有效封堵不同渗透性地层和微裂缝泥页岩地层,在井壁的外围形成保护层,钻井液及其滤液完全隔离,不会渗透到地层中,可以实现接近零滤失钻井。,非渗透钻井液能较好地解决以下技术难题:,(1)非渗透钻井液同一配方就能有效封堵不同渗透性地层,
24、即具有广谱防漏和保护储层效果;(2)非渗透钻井液封堵层形成速度快且薄,一旦有反向压力,封堵膜就会被清除,因此,封堵层易于清除不会产生永久堵塞损害储层,渗透率恢复值大于90%,有利于提高产能;,(3)非渗透钻井液封堵隔层(膜)承压能力强,能提高漏失压力和破裂压力梯度,相当于扩大了安全密度窗口,能较好解决以往钻长裸眼多套压力层系或压力衰竭地层时易发生的漏失、卡钻、坍塌和油层损害技术难题;(4)使用方便,可以直接加入到循环钻井液或配制在胶液中加入到循环钻井液中,一般加量1.0%-1.5%。该体系已经在胜利推广,表现出了施工和完井作业顺利、井径规则,获得了比较好的产油效果。,9、水基成膜钻井液技术,在
25、钻遇压力衰竭地层、裂缝发育地层、破碎或弱胶结性地层、低渗储层以及深井长裸眼大段复杂泥页岩和多套压力层系等地层时压差卡钻、钻井液漏失和井壁垮塌等复杂问题以及地层损害问题非常突出。长期实践表明,目前的钻井液体系基本上具有单方面优势。如硅酸盐的防塌性能突出,而对油层的伤害不利。聚合醇的润滑性能优良,油层保护能力强,但对破碎性地层及水敏性地层以及对盐膏层等地层的防塌性能并不好。水基钻井液渗透压成膜技术正是为适应这样的新情况而研制的一种新型的钻井液技术。,作用机理,水基钻井液渗透压成膜技术的理论与控制技术是近年来国内外研究较多和发展较快的一类新型钻井液理论和技术。该理论与技术的提出可以解决两方面的问题;
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 钻井 液完井液 新技术 常见 复杂 情况 处理
![提示](https://www.31ppt.com/images/bang_tan.gif)
链接地址:https://www.31ppt.com/p-2242008.html