油基钻井液介绍及应用

油基钻井液

一、油基钻井液发展概述

1、定义及类型

油基钻井液是指以油作为连续相的钻井液。

两种油基钻井液——全油基钻井液和油包水乳化钻井液。在全油基钻井液中，水是无用的组分，其含水量不应超过10%；而在油包水钻井液中，水作为必要组分均匀地分散在柴油中，其含水量一般为10~60%。

2、油基钻井液的优缺点

与水基钻井液相比较，油基钻井液具有能抗高温、抗盐钙侵、有利于井壁稳定、润滑性好和对油气层损害程度较小等多种优点。

目前已成为钻高难度的高温深井、大斜度定向井、水平井和各种复杂地层的重要手段，并且还可广泛地用作解卡液、射孔完井液、修井液和取

心液等。

油基钻井液的配制成本比水基钻井液高得多，使用时往往会对井场附近的生态环境造成严重影响。

为了提高钻速，从20世纪70年代中期开始，较广泛地使用了低胶质油包水乳化钻井液。

为保护环境，适应海洋钻探的需要，从80年代初开始，又逐步推广使用了以矿物油作为基油的低毒油包水乳化钻井液。

3、油基钻井液的发展阶段

二、油基钻井液的组成

1、基油(BaseOil)

油包水乳化钻井液是以水滴为分散相，油为连续相，并添加适量的乳化剂、润湿剂、亲油胶体和加重剂等所形成的稳定的乳状液体系。

?在油包水乳化钻井液中用作连续相的油称为基油，目前普遍使用的基油为柴油(我国常使用零号柴油)和各种低毒矿物油。

?为确保安全，其闪点和燃点应分别在82℃和93℃以上。

?由于柴油中所含的芳烃对钻井设备的橡胶部件有较强的腐蚀作用，因此芳烃含量不宜过高，一般要求柴油的苯胺点在60℃以上。苯胺点是指等体积的油和苯胺相互溶解时的最低温度。苯胺点越高，表明油中烷烃含量越高，芳烃含量越低。

?为了有利于对流变性的控制和调整，其粘度不宜过高。

各种基油的物理性质

注：Mentor26、Mentor28、Escaid110、LVT和BP8313均为常用矿物油的代号。

2、水相(WaterPhase)：

?淡水、盐水或海水均可用作油基钻井液的水相。但通常使用含一定量CaCl2

或NaCl的盐水，其主要目的在于控制水相的活度，以防止或减弱泥页岩

地层的水化膨胀，保证井壁稳定。

?油包水乳化钻井液的水相含量通常用油水比来表示。一般情况下，水相含量为15~40%，最高可达60%，且不低于10%。

?在一定的含水量范围内，随着水所占比例的增加，油基钻井液的粘度、切力逐渐增大。因此，人们常用它作为调控油基钻井液流变参数的一种方法，同时增大含水量可减少基油用量，降低配制成本。

?但是，随着含水量增大，维持油基钻井液乳化稳定性的难度也随之增加，必须添加更多的乳化剂才能使其保持稳定。对于高密度油基钻井液，水相含量应尽可能小些。

?在实际钻井过程中，一部分地层水会不可避免地进入钻井液，即油水比呈自然下降趋势，因此为了保持钻井液性能稳定，必要时应适当补充基油的量。

?对于全油基钻井液，水是应加以清除的污染物，但一般3~5%的水是可以容纳的，不必一定要清除，因为靠增加基油来减少水量会使钻井液成本显著增加。

3、乳化剂(Emulsifier)

为了形成稳定的油包水乳化钻井液，必须正确地选择和使用乳化剂。一般认为乳化剂的作用机理是：

?在油/水界面形成具有一定强度的吸附膜；

?降低油水界面张力；

?增加外相粘度；

以上三方面均可阻止分散相液滴聚并变大，从而使乳状液保持稳定。其中又以吸附膜的强度最为重要，被认为是乳状液能否保持稳定的决定性因素。

在油包水乳化钻井液中，常用的乳化剂有以下类型：

高级脂肪酸的二价金属皂，如硬脂酸钙；

烷基磺酸钙；

烷基苯磺酸钙；

斯盘-80(或span-80)，主要成分为山梨糖醇酐单油酸脂；

此外，国内用于油包水乳化钻井液的乳化剂还有：环烷酸钙、石油磺酸铁、油酸、环烷酸酰胺和腐植酸酰胺等。国外在该类钻井液中使用的乳化剂多用代号表示，如Oilfaze、V ertoil、EZ-Mul、DFL和Invermul等都是常用的乳化剂。

值得注意的是，在以上乳化剂中，属于阴离子表面活性剂的都是有机酸的多价金属盐(钙盐、镁盐和铁盐等，以钙盐居多)，而不选择单价的钠盐或钾盐。

由于皂分子具有两亲结构，即烃链是亲油的，而离子型基团―COOˉ是亲水的，因此当皂类存在于油、水混合物中时，其分子会在油水界面自动浓集并定向排列，将其亲水端伸入水中，亲油端伸入油中，从而导致界面张力显著降低，有利于乳状液的形成。

?楔形稳定理论

一元金属皂的分子中只有一个烃链，这类分子在油水界面上的定向排列趋向于形成一个凹形油面，因而有利于形成o/w型乳状液；而二元金属皂的分子中含有两个烃链，它们在界面上的排列趋向于形成一个凸形油面，有利于形成w/o 型乳状液。这种由乳化剂分子的空间构型决定乳状液类型的原理在胶体化学中被称作定向楔形理论。其含义是，将乳化剂分子比喻成两头大小不同的楔子，如果要求它们排列紧密和稳定，那末截面小的一头总是指向分散相，截面大的一头则留在分散介质。

4、润湿剂

?大多数天然矿物是亲水的。当重晶石粉和钻屑等亲水的固体颗粒进入w/o 型钻井液时，它们趋向于与水聚集，引起高粘度和沉降，从而破坏乳状液

的稳定性。

?为了避免以上情况的发生，有必要在油相中添加润湿控制剂，简称润湿剂。

润湿剂也是具有两亲结构的表面活性剂，分子中亲水的一端与固体表面有很强的亲合力。当这些分子聚集在油和固体的界面并将亲油端指向油相

时，原来亲水的固体表面便转变为亲油，这一过程常被称作润湿反转(WettabilityReversal)。

?润湿剂的加入使刚进入钻井液的重晶石和钻屑颗粒表面迅速转变为油湿，从而保证它们能较好地悬浮在油相中。

?虽然用作乳化剂的表面活性剂也能够在一定程度上起润湿剂的作用，但其效果有限。较好的润湿剂有季胺盐(如十二烷基三甲基溴化铵)、卵磷脂和

石油磺酸盐等。国外常用的润湿剂有DV-33、DW A和EZ-Mul等，其中

DW A和EZ-Mul可同时兼作乳化剂。

润湿反转原理

5、亲油胶体：

习惯上将有机土、氧化沥青以及亲油的褐煤粉、二氧化锰等分散在油包水乳化钻井液油相中的固体处理剂统称为亲油胶体，其主要作用是用作增粘剂和降滤失剂。其中使用最普遍的是有机土，其次是氧化沥青。有了这两种处理剂，可以使油基钻井液的性能可以象水基钻井液那样很方便地随时进行必要的调整。

有机土是由亲水的膨润土与季胺盐类阳离子表面活性剂发生相互作用后制成的亲油粘土。所选择的季胺盐必须有很强的润湿反转作用，目前常用的有： 十二烷基三甲基溴化铵

十二烷基二甲基苄基溴化铵

有机土很容易分散在油中起提粘和悬浮重晶石的作用，通常在100ml油包水乳化钻井液中加入3g有机土便可悬浮200g左右的重晶石粉。有机土还可在一定程度上增强油包水乳状液的稳定性，起固体乳化剂的作用。国外常用的有机土有Baroid公司生产的Geltone和M-I公司生产的VG-69等，其一般用量为5.7~17.1kg/m3。

氧化沥青是一种将普通石油沥青经加热吹气氧化处理后与一定比例的石灰混合而成的粉剂产品，常用作油包水乳化钻井液的悬浮剂、增粘剂和降滤失剂，亦能抗高温和提高体系的稳定性。它主要由沥青质和胶质组成，是最早使用的油基钻井液处理剂之一。在早期使用的油基钻井液中，氧化沥青的用量较大，用此法可将油基钻井液的API滤失量降低为零，高温高压滤失量也可控制在5ml以下。但是，它的最大缺点是对提高机械钻速不利，因此在目前常用的油基钻井液配方中，已对其限制使用。

6、石灰

石灰是油基钻井液中的必要组分，其主要作用有以下方面：

?提供的Ca2+有利于二元金属皂的生成，从而保证所添加的乳化剂可充分发挥其效能。

?维持油基钻井液的pH值在8.5~10范围内以利于防止钻具腐蚀。

?可有效地防止地层中CO2和H2S等酸性气体对钻井液的污染，其反应式如下：

Ca(OH)2+H2S=CaS↓+2H2O

Ca(OH)2+CO2=CaCO3↓+2H2O

?在油基钻井液中，未溶Ca(OH)2的量一般应保持在0.43~0.72kg/m3(1.5~2.5磅/桶)范围内；或者将钻井液的甲基橙碱度控制在0.5~1.0cm3，当遇到CO2或H2S污染时应提至2.0cm3。

7、加重材料：

?重晶石粉在水基和油基钻井液中，都是最重要的加重材料。对于油基钻井液，加重前应注意调整好各项性能，油水比不宜过低，并适当地多加入一些润湿剂和乳化剂，使重晶石加入后，能及时地将其颗粒从亲水转变为亲

油，从而能够较好地分散和悬浮在钻井液中。

?对于密度小于1.68g/cm3(14ppg)的油基钻井液，也可用碳酸钙作为加重材料。虽然其密度只有2.7g/cm3，比重晶石低得多，但它的优点是比重晶石更容易被油所润湿，而且具有酸溶性，可兼作保护油气层的暂堵剂。

油包水乳化钻井液推荐配方及性能参数

NLBaroid和M-I泥浆公司矿物油钻井液和柴油钻井液的典型组成

华北油田油基钻井液配方及性能参数

大庆油田油基钻井液配方及性能参数

美国M-I泥浆公司推荐的配浆程序

洗净并准备好两个混合罐。

用泵将配浆用基油打入1号罐内，按预先计算的量加入所需的主乳化剂、辅助乳化剂和润湿剂。然后进行充分搅拌，直至所有油溶性组分全部溶解。 按所需的水量将水加入2号罐内，并让其溶解所需CaCl2量的70%。

在泥浆枪等专门设备强有力的搅拌下，将CaCl2盐水缓慢加入油相。最好是在3.45MPa(500磅/英寸2)以上的泵压下，通过1.27cm(0.5英寸)的泥浆枪喷嘴对泥浆进行搅拌。若泵压达不到3.45MPa，则应选用更小喷嘴，并降低加水速度。

在继续搅拌下加入适量的亲油胶体和石灰。当乳状液形成后，应全面测定其性能，如流变参数、pH值、破乳电压和HTHP滤失量等。

如性能合乎要求，可加入重晶石以达到所要求的钻井液密度。加重晶石的速度要适当(以每小时加入200~300袋为宜)。如重晶石被水润湿，会使钻井液中出现粒状固体，这时应减缓加入速度，并适当增加润湿剂的用量。

当体系达到所需的密度后，加入剩余的粉状CaCl2，最后再进行充分搅拌。

预测高温高压下油基钻井液密度的数学模型

式中：

ρ(T，P)—高温高压下油基钻井液的密度，g/cm3；

ρo，ρw，ρs和ρc—分别为常温常压下基油、水相、固相和处理剂的密度，g/cm3；

f o，f w，f s和f c—分别为常温常压下上述组分的体积分数；

ρoi，ρwi—分别为高温高压下基油和水相的密度，g/cm3。

水基和油基钻井液的密度变化量与温度、压力的关系

油基钻井液的流变性

预测高温高压下油基钻井液表观粘度的数学模型

(AV)T，P=(AV)0exp[A(1.8T–43.0)+B p]

T——温度，℃；

P——压力，Pa；

(AV)T，P——温度为T和压力为p条件下的表观粘度，mPa?s；

(AV)0——温度为23.9℃(常温)、表压为0(常压)条件下的表观粘度，mPa?s；A——温度常数，(℃)–1；

B——压力常数，(Pa)–1。

各种油基钻井液和基油的特性常数

油基钻井液的乳化稳定性

?衡量乳状液稳定性的定量指标主要是破乳电压，测量油基钻井液破乳电压的实验称为电稳定性(ES)实验。

?使乳状液破乳所需的最低电压称为破乳电压，其值越高则钻井液越稳定。按一般要求，油包水乳化钻井液的破乳电压不得低于400V。实际上，许多性能良好的钻井液，其破乳电压都在2000V以上。

活度平衡的油包水乳化钻井液

?油包水乳化钻井液的活度平衡概念是20世纪70年代初由Chenevert等人首先提出的。

? 所谓活度平衡，是指通过适当增加水相中无机盐(通常使用CaCl 2和NaCl)的浓度，使钻井液和地层中水的活度保持相等，从而达到阻止油浆中的水向地层运移的目的。

? 采用该项技术可有效地避免在页岩地层钻进时出现的各种复杂问题，使井壁保持稳定。

? 目前使用的绝大多数油基钻井液水相中，无机盐含量都较高，即普遍地考虑了活度平衡问题。

公式推导

ln +=0w w

w

w ???

?

??P P RT μμ 式中——P w 0表示在给定温度下纯水的蒸汽压； P w 表示在给定温度下盐水的蒸汽压； μw 表示盐溶液上方水蒸汽的化学位； μ

w

0表示纯水上方水蒸汽的化学位。

半透膜与水的运移

? 由于盐水溶液中单位体积的水分子数比纯水少，因此在相同温度条件下P w ＜P w 0。由式(7-6)可知，μw ＜μ

w 0

。这表明当有半透膜将纯水与盐水隔开时，

一部分纯水会自动地透过膜移向盐水，使盐溶液稀释，并增大其上方的蒸汽压，直至膜两边溶液的化学位达到相等。

? 油基钻井液中乳化水滴与油相之间的界面膜起着半透膜的作用。当钻井液水相中的盐度高于地层水的盐度时，页岩中的水自发地移向钻井液，使页岩去水化；反之，如果地层水比钻井液水相具有更高的盐度，钻井液中的水将移向地层，这种作用通常称为钻井液对页岩地层的渗透水化。

渗透压计算式

水的这种自发运移趋势可用渗透压Π(OsmoticPressure)定量表示。渗透压是指为阻止水从低盐度溶液(高蒸汽压)通过半透膜移向高盐度溶液(低蒸汽压)所需要施加的压力。

ln 0w w w

???

? ??-

=∏P P V RT 式中，V w 为水的摩尔体积。

盐度差引起的水运移

活度的定义

? 由于以上公式是由理想物系推导出来的，为了使上述关系对实际溶液仍然

有效，Lewis 提出用另一函数——逸度(Fugacity)来代替压力，并将盐溶液与纯水的逸度比f w /f w 0定义为水的活度a w 。

? 对于一般情况，则将f i /f i 0称为组分i 的活度，记作a i 。 ? 溶液或页岩中水的化学位与纯水化学位之间的关系可表示为：

w 0w 0w w

w

w ln ln a RT f f RT +=???

?

??+=μμμ

上式表明，在一定温度下，只有当钻井液和页岩地层中水的活度相等时它们的化学位才相等。因此，正如Chenevert 所指出，水的活度相等是油基钻井液和地层之间不发生水运移的必要条件。

控制活度的意义

活度控制的意义就在于，通过调节油基钻井液水相中无机盐的浓度，使其产生的渗透压大于或等于页岩吸附压，从而防止钻井液中的水向岩层运移。

通常用于活度控制的无机盐为CaCl 2和NaCl 。其浓度与溶液中水的活度的关系可用图表表示。

只要确定出所钻页岩地层中水的活度，便可由图中查出钻井液水相应保持的盐浓度。

活度的测量方法

Chenevert 提出用电湿度(Electrohygrometer)法测量水的活度。

该仪器既可测量页岩样品中水的活度，又可直接测量油基钻井液中水的活度。

测量时，将湿度计的探头置于式样上方的平衡蒸汽中。探头的电阻对水蒸汽的量十分敏感。在恒温条件下P w 与a w 直接相关，这样在某一湿度下就有与之相对应的a w 值。

电湿度计常使用某种已知活度的饱和盐水进行校正，可供选择的无机盐及其饱和溶液的a w 值列于下表中。

常温下各种无机盐饱和溶液的活度

两种水溶液中活度与盐浓度的关系

油基钻井液水相中盐浓度的确定

当页岩中水的活度确定以后，便可在油基钻井液的水相中加入一定数量的CaCl2或NaCl，使其活度与页岩中水的活度相等。

例：为配制活度平衡的油包水乳化钻井液，需将适量的CaCl2加至油基钻井液的水相中。已知页岩的活度为0.8，试求CaCl2在水相中的浓度(kg/m3水)。如果油基钻井液中水的体积分数为0.3，则每立方米钻井液中需加入多少CaCl2？

解：由图8-7，当CaCl2的重量百分浓度约为22%时，水的活度a w(应与页岩中水的活度保持相等)=0.8。设CaCl2在油基钻井液水相中的浓度为x，则

[x/(1000+x)]=0.22

x=282.1(kg/m3水)

因钻井液水相的体积分数为0.3，故每立方米钻井液所需的CaCl2为：

(282.1)(0.3)=84.6(kg/m3)

油基钻井液水相中盐浓度的确定

?根据经验，对于所钻遇的大多数水敏性页岩地层，将钻井液的a w控制在

0.52~0.53，即CaCl2浓度在30~35%范围内是适宜的。

?一些泥浆工程师有意识地控制钻井液的a w比预测值稍低些，以使页岩地层适度去水化。还有的在遇到一口井同时存在几个具有不同活度页岩层的情况时，采取加入足量无机盐以平衡a w最低的页岩层的办法，造成一部分水从页岩转移到钻井液中。此时，应防止进入钻井液的水量过多。如果进水过多，一方面会影响钻井液的油水比和性能，另一方面会导致页岩过快收缩，容易引起井壁剥落掉块，反而不利于维持井壁稳定。

?随温度升高，页岩的a w值将略有降低，而油基钻井液的a w值略有增加。

但由于影响很小，对温度因素一般可不予考虑。

油基钻井液中CaCl2合理加量的确定

油基钻井液中NaCl合理加量的确定

活度平衡油包水乳化钻井液的应用效果

?钻井实践表明，使用活度平衡的油包水乳化钻井液，是对付强水敏性复杂地层(包括软的和硬的页岩层)最为行之有效的方法。

?就防塌效果来说，目前使用的任何其它类型的钻井液都无法与之相比。原因很简单，因为唯有这种钻井液能完全阻止外来液体侵入地层，因而也只有它能完全抑制住页岩中蒙脱石、伊蒙混层等粘土矿物的水化膨胀与分散。

活度平衡油包水乳化钻井液的应用效果

高温高密度油基钻井液

中国海洋石油南海西部公司与石油大学等单位共同承担的国家863项目。

主要技术指标：

密度>2.30g/cm3

抗温220?C以上

HTHP滤失量(200?C)<10ml

HTHP滤失量(220?C)<20ml

破乳电压：750-1500v

全油钻井液

?由于油包水乳化钻井液存在着剪切稀释性能较差、需备用大量乳化剂、易产

生润湿反转和乳化堵塞对油气层造成损害等问题，近年来美国Intl泥浆公司研制

出无水的全油钻井液。

?该体系具有类似于水基聚合物钻井液的流变性，有较高的动塑比，剪切稀释性好，因而提高了钻速，减少了井漏，改善了井眼清洗状况及悬浮性。

?配制全油钻井液时应注意以下几点：(a)基油应选用芳香烃含量较低的柴油，最好是无毒矿物油；(b)需选用亲油的有机聚合物或胶质类处理剂作为降滤失剂；

(c)使用有机土提高动切力，必要时添加亲油的反絮凝剂降低粘切。

?该公司已使用这类钻井液钻井60多口，密度调整范围为0.83~2.04g/cm3，钻进深度已达6309m，井底最高温度已达213 C，，尤其适于在大斜度定向井中应用。

―钻井液完井液学术研讨会‖

新型油基钻井液体系研制及其在海洋勘探开发中的应用

中海油田服务有限公司

湖北汉科新技术股份有限公司

2003年8月

一、概述

?对于高温深井、水敏性泥页岩井段、大斜度定向井、水平井的钻探工程中，现有水基钻井液技术已不能很好的满足钻井工程的需要。

?与水基钻井液相比，油基钻井液的强的抑制性，抗侵污能力、润滑效果以及储层保护特性就显得尤为明显。

?多年来，在海洋钻井中使用油基钻井液主要是选择国外泥浆公司的产品，但存在着成本高的问题。在此基础上，中海油田服务有限公司及湖北汉科新技术股份有限公司共同研究，建立了一套适用于不同温度、不同压力下使用的油基钻井液体系并开发了相应的配套处理剂。

?开发出的相应产品包括——主乳化剂(PF-MOEMUL)、辅乳化剂(PF-MOCOA T)、高温稳定剂(PF-MOESA)、高温降滤失剂(PF-MOFAC)、降滤失剂(PF-MOTEX)、润湿反转剂(PF-MOWET)以及相应的提切剂(PF-HSV4)和稀释剂(PF-MOTHIN)。

二、油基钻井液室内研究

?油基钻井液是一种以油为外相，水为内相，并添加适量的乳化剂、润湿剂、亲油胶体和加重剂等所形成的稳定乳状液体系。通过调节油水比以及其他处理剂来满足不同地层的性能要求。

?室内研究采用低毒矿物油为基础油，用20%CaCl2水溶液为水内相，平衡水相活度，加入一定的乳化剂，在高速剪切作用下，形成稳定乳状液。再通过加入亲油性胶体有机土，调节油基钻井液的粘切力、增加油基钻井液的悬浮性，添加降滤失剂等方法使体系达到所需性能要求。

2.1油基钻井液基本配方

通过考察油水比、乳化剂、润湿剂、降滤失剂以及有机土加量等因素对钻井液体系的性能影响，最终确定了油基钻井液的基本配方如下：

80%5#白油+20%CaCl2水溶液+5%主乳化剂(PF-MOEMUL)+5%辅乳化剂(PF-MOCOA T)+1%润湿剂(PF-MOWET)+2.5%降滤失剂(PF-MOTEX)+2.5%有机土(PF-MOGEL)+1.25%碱度调节剂＋铁矿粉

2.2.油基钻井液性能评价

表1-1油基钻井液抗电解质(NaCl)污染能力

2.2.油基钻井液性能评价

表1-2油基钻井液抗钻屑污染能力

塔里木常用钻井液体系简介

塔里木常用钻井液体系简介 塔里木常用的钻井液体系主要以水基钻井液体系为主，油基钻井液只在少数几口井使用，一是为开发而进行的油基钻井液取心做业，二是用来解决极为严重的井下复杂情况，总的归纳起来大致有以下几种：不分散聚合物体系，分散型聚合物体系（即塔里木聚合物磺化体系），钾基（抑制性）钻井液体系，饱和盐水钻井液体系，正电胶钻井液体系，油基钻井液体系，”三低”正电胶钻井液体系。 1. 不分散聚合物钻井液体系 不分散聚合物钻井液体系指的是经过具有絮凝及包被作用的有机高分子聚合物处理的水基钻井液。塔里木使用的不分散聚合物钻井液体系大致有三种；既多元聚合物体系，复合离子型聚合物体系，阳离子聚合物体系。 塔里木不分散聚合物钻井液体系特点： （1）具有很强的抑制性。通过使用足量的高分子聚合物作为 絮凝包被剂，实现强包被钻削，在钻削表面形成一层 光滑的保护膜，抑制钻削分散，使所钻出来的钻削基 本保持原状而不分散，以利于地面固控清除，从而实 现低密度，低固相，提高钻速。 （2）具有较强的悬砂，携砂功能。通过控制适当的板土含量， 使聚合物钻井液形成较强的网架结构，确保其悬砂， 携砂功能，满足井眼净化需求。 （3）通过使用磺化沥青，超细碳酸钙等降低泥饼渗透率，能 够获得良好得泥饼质量。 （4）该体系以其良好的剪切稀释特性使得钻头水眼小，环空 粘度大，有利于喷射钻井，能使钻头水马力充分发挥， 钻速提高。 （5）低密度。低固相有利于实现近平衡钻井，

（6）抑制性强，且粘土微粒含量较低，滤液对地层所含粘土 矿物有抑制膨胀作用，故可减轻对油气层的损害。 2.配方(1).多元聚合物体系（2）.复合离子型聚合物 体系 材料名称加量材料名称 加量 扳土4% 扳土 4% KPAM PMNK 80A51任意两种0.6-1% FA-367 0.4-0.6% HPAN 0.15% XY-27 0.15% MAN101 0..1% JT-888 0.2-0.3 SAS 5.0% SAS 5.0 QS-2 2.0% QS-2 2.0% RH-3D 0.4-0.6% RH-4 0.3-0.5% RH-4 0.3-0.5% RH-3D 0.4-0.6 % （3）阳离子聚合物体系 材料名称加量 扳土4% SP-2 0.3-0.4% CSW-1 0.1%

VersaClean低毒油基钻井液技术

第31卷第6期2003年12月 石 油 钻 探 技 术 PETROL EUM　DR I LL I N G　T ECHN I QU ES V o l.31,N o.6 D ec.,2003 　 　 收稿日期:2003203205;改回日期:2003206205 作者简介:安文忠(1973—),男,黑龙江巴彦人,1997年毕业于 大庆石油学院钻井工程专业,钻井工程师。 联系电话:(022)25801734 !固井与泥浆# V ersaC lean低毒油基钻井液技术 安文忠1,张滨海1,陈建兵2 (11中国海洋石油有限公司天津分公司,天津塘沽　300452;21渤海石油实业公司,天津塘沽　300452) 摘　要:阐述了V ersaC lean低毒油基钻井液的基本配方、各种主要处理剂的作用机理以及钻井液的基本性能。给出了钻井液现场维护处理方法、固相控制及钻屑回注等技术方法。使用该低毒油基钻井液可以保护储层在钻完井作业过程中不受伤害,提高油田的采收率。 关键词:海上钻井;油基钻井液;钻井液配方;钻井液性能;乳化剂;降滤失剂;蓬莱1923油田 中图分类号:T E254+12 文献标识码:A 文章编号:100120890(2003)0620033203 中国海洋石油总公司在渤海海域蓬莱1923油田的I期开发过程中,选择使用V ersaC lean低毒油基钻井液钻进生产井段。该钻井液为低毒环保钻井液,广泛应用在海洋钻井作业中。在南中国海使用该钻井液,当钻屑含油量低于15%时,钻屑直接排放入海;在渤海湾使用时,限于内陆海的环境特点,使用钻屑回注技术处理,有利于环境保护[122]。 1　钻井液配方及性能 111　钻井液配方 V ersaC lean低毒油基钻井液以无荧光低芳香烃矿物油为连续相,水加CaC l2为盐水相,与乳化剂、油润湿剂、增粘剂、降滤失剂等亲油胶体及碱度控制剂和加重材料组成。连续相是逆乳化钻井液的主要成分,它是一个非极性的连续相,它的主要作用是防止钻井液与地层间的极性反应。 盐水相是保证油基钻井液具有良好流变性和滤失性的基础。盐水相通过乳化剂降低表面张力,分散成细微滴,在乳化剂的包围下,分散在油相中。盐水相的细微滴使得油基钻井液相产生一定的粘度,同时这些细微滴在井壁上相当于一层非渗透性膜,防止油相渗入地层,使油基钻井液具有优良的滤失性。 盐水相中的盐分是用来调节盐水的活度,使其与地层水的活度相等,防止地层水向钻井液或钻井液中的水向地层中渗透。但通常盐水相的活度偏低(盐度偏高),以防止钻井液中的水向地层渗透。 加重剂和钻屑都是亲水的固相,通过油润湿剂的作用稳定在油相中。 V ersaC lean低毒油基钻井液的主要成分为基油和盐相,配合使用各种钻井液添加剂控制钻井液的性能,其基本配方见表1。 表1 钻井液的配方 钻井液材料功能含量 钻井水水相30%(体积分数) 低毒矿物油连续相70%(体积分数) V ersam ul主乳化剂1114kg m3 V ersacoat润湿剂 乳化剂517kg m3 95%CaC l2活度控制9215kg m3 V ersatro l降滤失剂517kg m3 L i m e碱度控制剂1711kg m3 Barite加重剂23119kg m3 V G2p lug主增粘剂2010kg m3 112　处理剂的作用机理 V ersam u l是碱土金属脂肪酸盐,在油基钻井液中作主乳化剂,还具有润湿、增粘、降滤失和改善热稳定性的性能。 V ersacoat是聚酰胺类有机表面活性剂,是一种多功能油基钻井液处理剂,主要作用是乳化和润湿,具有改善钻井液热稳定性,控制高温高压滤失的性能。 V ersam od是有机增切剂,增加油基钻井液低剪切速率时的粘度和切力,改善井眼清洁。特别适合于大井眼、水平井、大位移井钻井,可提高钻井液的携屑能力。 V G2p lug是经长链胺基化合物处理的膨润土,油

钻井液体系和配方

钻井液体系和配方 一.不分散聚合物体系 不分散聚合物钻井液体系指的是经过具有絮凝及包被作用的有机高分子集合物处理的水基钻井液。常用的不分散集合物钻井液类型大体有三种：及多元素聚合物体系、复合粒子性聚合物体系、阳离子聚合物体系。 1.不分散聚合物体系特点 （1）具有很强的抑制性。通过使用足量额高分子聚合物作为絮凝包被剂，实现强包被“被包”钻屑，在钻屑表面形成一层光滑的保护膜，抑制钻屑分散，使钻出的钻屑基本保持原状而不分散，以立于地面机械清除，从而实现低密度、低固相，提高钻速。 （2）具有较强的悬砂、携砂功能。通过控制适当的般土，使聚合物钻井液形成较强的网架结构，确保其悬砂、携砂功能，满足井眼净化需求。 （3）通过使用磺化沥青、超细碳酸钙等降低泥饼渗透率，能偶获得良好的泥饼质量。 （4）该体系以其良好的稀释特性是的钻头水眼粘度小，环空粘度打，

有利于喷射钻井、优化钻井钻头水马力的充分发挥，从而提高机械钻速。 （5）低密度、低固相、有利于实现近平衡压力钻井 （6）抑制性强，且粘土微粒含量较低，滤液对底层所含粘土矿物有抑制膨胀作用，故可减轻对油气层的损害。 2.配方

3.技术关键 1.加大包被剂用量（171/2″井眼平均约3.5千克/米，121/4″井眼约3.0 千克/米），并采用2种以上包被剂复配以达互补增效功能，突然强包被，抑制钻屑钻分散，防止钻屑粘聚包被剂以胶液形式钻进时细水长流式补充到井浆中。 2.控制适当的般土含量以获得良好的流变性集携砂、悬砂功能（MBT最佳 范围为30～45克/升）。般土含量的控制以淡水预化般土浆形式需要时直接均匀补充道井浆中。 3.使用磺化沥青（2%）和超细碳酸钙（2%）改善和提供聚合物钻井液的泥 饼质量。 4.使用足量的润滑剂RH-3(0.5%～0.8%)及防泥包剂RH-4（0.3%～0.5%），降

常用钻井液材料

常用钻井液材料 一膨润土类一、组成 膨润土是岩浆岩或变质岩中硅酸盐矿物（如长石）风化沉积形成的，其组成为 1、粘土矿物：蒙脱石、高岭石、伊利石和海泡石，钻井用膨润土主要粘土矿物为蒙脱石，含量在70%以上。 2、砂子：石膏、石英、长石、云母、氧化铁等含量越小越好。 3、染色物：木屑、树叶及腐质物起染色作用，膨润土有红色、黄色、紫色等不同颜色，就是这个原因。 4、可溶性盐类：碳酸盐、硫酸盐和氯化物等。 二、分类 膨润土分为钙基膨润土钠基膨润土和改性膨润土三种。 1、钙基膨润土：造浆率8-12立方米每吨。 2、钠基膨润：造浆率15-18立方米每吨。 3、改性膨润土：通过加入纯碱、烧碱、羧甲基纤维素、低分子量聚丙烯酰胺等无机盐和有机分散剂来提高膨润土的造浆率，达到钠基膨润土性能指标。 三、作用及用途 1、堵漏：黄土层漏失、基岩裂隙漏失都需要用来配浆堵漏。 2、护壁：在井壁上形成泥饼，减少钻井液内的水份向井壁渗透，起到保护井壁稳定的作用。

3、携砂：配制一定数量的高比重大粘度的膨润土泥浆定期打入井内，将井内掉块、岩屑顺利携带出井外，保持井内干净。 4、配治塌泥浆：井壁长时间浸泡发生垮塌，常规泥浆仍不能维护井壁时，就要加膨润土以提高比重、切力、粘度达到稳定井壁之目的。 5、配加重泥浆：遇到涌水或高压油气层时，都需在泥浆中加膨润土来平衡地层压力。 6、配完井液和封闭浆：为顺利测井，完钻时需配完钻液；在易塌井段需配封闭浆，这些都需加膨润土。 四、影响膨润土性能的因素 1、原矿质量：原矿石蒙脱石含量高低是影响膨润土性能最重要的因素，蒙脱石含量越高，膨润土造浆率相应地就高。 2、粒度：粒度越细造浆率相应的就越高，反之亦然。 3、添加剂：合理地加入分散剂，会明显改善膨润土的性能。 4、水质：膨润土在高矿化度和酸性中水造浆率会明显降低甚至不造浆。 五、简单测试 1、造浆率：1吨膨润土配制出胶体率95%以上的泥浆的体积。如造浆率15立方米每吨，就是在100克水中加6.67克膨润土搅拌30分钟倒入试管（100毫升）中，24小时胶体率在95%以上。 2、漏斗粘度：用马氏漏斗测其粘度，一般不低于28秒。 3、失水量：用ANS气压失水仪测失水量。一般不大于

油基钻井液介绍及应用

油基钻井液 一、油基钻井液发展概述 1、定义及类型 油基钻井液是指以油作为连续相的钻井液。 两种油基钻井液——全油基钻井液和油包水乳化钻井液。在全油基钻井液中，水是无用的组分，其含水量不应超过10%；而在油包水钻井液中，水作为必要组分均匀地分散在柴油中，其含水量一般为10~60%。 2、油基钻井液的优缺点 与水基钻井液相比较，油基钻井液具有能抗高温、抗盐钙侵、有利于井壁稳定、润滑性好和对油气层损害程度较小等多种优点。 目前已成为钻高难度的高温深井、大斜度定向井、水平井和各种复杂地层的重要手段，并且还可广泛地用作解卡液、射孔完井液、修井液和取 心液等。 油基钻井液的配制成本比水基钻井液高得多，使用时往往会对井场附近的生态环境造成严重影响。 为了提高钻速，从20世纪70年代中期开始，较广泛地使用了低胶质油包水乳化钻井液。 为保护环境，适应海洋钻探的需要，从80年代初开始，又逐步推广使用了以矿物油作为基油的低毒油包水乳化钻井液。 3、油基钻井液的发展阶段

二、油基钻井液的组成 1、基油(BaseOil) 油包水乳化钻井液是以水滴为分散相，油为连续相，并添加适量的乳化剂、润湿剂、亲油胶体和加重剂等所形成的稳定的乳状液体系。 ?在油包水乳化钻井液中用作连续相的油称为基油，目前普遍使用的基油为柴油(我国常使用零号柴油)和各种低毒矿物油。 ?为确保安全，其闪点和燃点应分别在82℃和93℃以上。 ?由于柴油中所含的芳烃对钻井设备的橡胶部件有较强的腐蚀作用，因此芳烃含量不宜过高，一般要求柴油的苯胺点在60℃以上。苯胺点是指等体积的油和苯胺相互溶解时的最低温度。苯胺点越高，表明油中烷烃含量越高，芳烃含量越低。 ?为了有利于对流变性的控制和调整，其粘度不宜过高。 各种基油的物理性质 注：Mentor26、Mentor28、Escaid110、LVT和BP8313均为常用矿物油的代号。 2、水相(WaterPhase)： ?淡水、盐水或海水均可用作油基钻井液的水相。但通常使用含一定量CaCl2

钻井液配方材料性能

1、聚丙烯酰胺钾盐 K-PAM 又称之为聚丙烯酸钾，产品为白色或淡黄色末状，是一种含羧钾聚丙烯酰胺衍生物，是很强的抑制页岩分散剂，具有控制地层造浆的作用并兼有降失水、改善流型及增加润滑性等功能。在钻井液中包被、提粘，使用于各种泥浆体系，有较好的防塌作用。它能改善井液的流变性并能有效地包被钻屑，抵制地层造浆，钾离子的存在，能防止软泥。岩和硬脆性泥液岩的水化和剥落，起到稳定井壁的作用，具有较好的降失水作用，与其它处理剂配伍性好， 2、PAC—141是一种新型泥浆处理剂。可适用于各种水基泥浆体系,具有改善泥浆流型、提高剪切稀释能力、降低失水量、控制钻屑分散、稳定井壁、调节泥浆粘度和胶体稳定性等作用。 3、NH4-HPAN是淡黄色粉末，具有一定的抗温和抗盐能力。并且具有耐光、耐腐蚀的功能，由于NH4+在页岩中的镶嵌作用，具有一定的防塌效果。该产品有较强降低钻井液降滤失量和高温高压滤失量，抗温能力强，抗热稳定性好等作用，具有一定的抑制粘土水化和防塌能力，同事具有较好的抗盐以及抗污染的能力。 4、聚合氯化铝是一种无机高分子混凝剂，由于氢氧根离子的架桥作用和多价阴离子的聚合作用而生成分子量较大、电荷较高的无机高分子水处理剂。其混凝作用表现如下：a、水中胶体物质的强烈电中和作用。b、水解产物对水中悬浮的优良架桥吸附作用。c、对溶解性的选择性吸附作用。 5、 XY27在钻井液中用作降粘剂（或叫絮凝剂）。在它的分子链中引入了一定比例的阳离子、阴离子、非阴离子官能团。由于阳离子基团的存在，大大提高了XY27抑制泥页岩分散、膨胀的能力，并能提高钻井液体系的抑制性。因此，XY27不仅能显著降低钻井液的粘度，而且能使钻井液的粘度保持稳定，表现出较强的抗岩屑污染能力。 6、氢氧化钠是白色的固体，极易溶解于水，呈碱性，可用于调节泥浆ph值。 7、高效润滑剂RH-3是专为钻井润滑设计的复合型润滑剂，添加到钻井液中可明显提高其抑止性和润滑性，添加本品后钻探阻力小，进尺快，可防止缩径泥包钻头、压差卡钻，有利于提高钻进效率，防止井塌，延长钻头寿命。⑴高润滑性，润滑系数降低率可达80%以上。⑵优良的抗磨性和极压性能。⑶抗高温，可在250 ℃以上应用。⑷高安全性，闪点在80℃以上，一般工作环境中无燃爆危险。 ⑸绿色环保，本品无毒，可生物降解，环境友好。⑹与基浆配伍性好，膨润土产地、性能的变化不影响润滑效果。⑺分散性好，在浆体中分散均匀，润滑平稳。 8、磺化沥青是棕褐色易碎薄片或流动性粉末，由于含有磺酸基，水化作用很强，当吸附在页岩界面上时，可阻止页岩颗粒的水化分散起到防塌作用。同时，不溶于水的部分又能填充孔喉和裂缝起到封堵作用，并可覆盖在页岩界面，改善泥饼质量。磺化沥青在钻井液中还起润滑和降低高温高压滤失量的作用，1是一种堵漏、防塌、润滑、减阻、抑制等多功能的有机钻井液处理剂。2、润滑减阻，降低钻具的提升能力和扭距延长钻头使用期，预防和解除卡钻；3、形成薄而坚韧的泥饼强化井壁。控制高温失水；4、控制泥浆的高温剪切强度；5、可与其它泥浆处理剂复配使用。推荐加量1-6%。

钻井液体系和配方

钻井液体系和配方 不分散聚合物体系 不分散聚合物钻井液体系指的是经过具有絮凝及包被作用的有机高分子集合物处理的水基钻井液。常用的不分散集合物钻井液类型大体有三种：及多元素聚合物体系、复合粒子性聚合物体系、阳离子聚合物体系。 1. 不分散聚合物体系特点 （1）具有很强的抑制性。通过使用足量额高分子聚合物作为絮凝包被剂，实现强包被“被包”钻屑，在钻屑表面形成一层光滑的保护膜，抑制钻屑分散，使钻出的钻屑基本保持原状而不分散，以立于地面机械清除，从而实现低密度、低固相，提高钻速。 （2）具有较强的悬砂、携砂功能。通过控制适当的般土，使聚合物钻井液形成较强的网架结构，确保其悬砂、携砂功能，满足井眼净化需求。 （3）通过使用磺化沥青、超细碳酸钙等降低泥饼渗透率，能偶获得良好的泥饼质量。 （4）该体系以其良好的稀释特性是的钻头水眼粘度小，环空粘度打, 有利于喷射钻井、优化钻井钻头水马力的充分发挥，从而提高机械钻速。 （5）低密度、低固相、有利于实现近平衡压力钻井 （6）抑制性强，且粘土微粒含量较低，滤液对底层所含粘土矿物有抑制膨胀作用，故可减轻对油气层的损害。

2. 配方 3. 技术关键1.加大包被剂用量（17人〃井眼平均约3.5千克/米,127 4〃井眼约3.0 千克/米），并采用2种以上包被剂复配以达互补增效功能，突然强包被, 抑制钻屑钻分散，防止钻屑粘聚包被剂以胶液形式钻进时细水长流式补充到井浆中。 2. 控制适当的般土含量以获得良好的流变性集携砂、悬砂功能（MBT最佳范 围为30?45克/升）。般土含量的控制以淡水预化般土浆形式需要时直接均匀补充道井浆中。

3. 使用磺化沥青（2%和超细碳酸钙（2%改善和提供聚合物钻井液的泥饼质量。 4. 使用足量的润滑剂RH-3（0.5%?0.8%）及防泥包剂RH-4（0.3%?0.5%）,降 低磨阻，防止钻头泥包。 5. 使用适量的HPAN双聚铵盐等中小分子聚合物与高分子聚合物匹配（大/ 小分子 聚合物的最佳比例2.5?3:1 ），降低滤失，有利于形成优质泥饼。 6. 不使用稀释剂。 4. 推荐性能 5. 使用环境 主要用于解决遇巨厚地址年代较晚的第三系强胶性泥岩地层（粘土矿物以伊 利石为主，其次为绿泥石和高岭石及少量伊利石、蒙脱石混层2000以上的地层）时所遇到的井眼缩小导致起下钻阻卡严重等复杂问题。 分散型聚合物体系——聚合物磺化体系 聚合物磺化钻井液指的是以磺化处理剂及少量聚合物作为主要处理剂配制成而成的水基钻井液。 1.体系特点 1）具有良好的高温稳定性，抗温可高达180C以上，适用于深井段、超深井段钻井。 2）使用磺化沥青类页岩抑制剂稳定硬脆性泥岩、少量高分子聚合物稳定伊/ 蒙混层粘土矿物的机理来防止井壁坍塌。故具有一定防塌能力。

全油基钻井液沉降性研究与应用

全油基钻井液沉降性研究与应用 摘要：针对全油基钻井液静止时间长，容易出现沉降，影响井下作业安全的问题，研制了一种油基钻井液，它具有良好的流变性、电稳定性和悬浮性，并在HZ21-1-18井成功应用。应用结果表明，全油基钻井液配方能适应现场钻井和测试9天的要求，有效地保护油气层和保证了作业安全。 关键词：全油基钻井液；沉降性；现场应用 1全油基钻井液体系特点简介 根据不同的地质特点、储层的保护及井身结构，并考虑到现场施工及维护等方面的综合因素，我公司开发出新型全油基钻井液体系，从而达到满足于各种复杂情况下对钻井液的要求。良好的温度稳定性；良好的流变性稳定性；高的动塑比；高的电稳定性；良好的抗侵污效果；处理剂加量低；良好的剪切稀释效果。全油基钻井液体系具有非常好的适应性，不同的密度条件下，通过改变处理剂的加量，能够获得性能优异的全油基钻井液体系。全油基钻井液体系40～180℃温度下具有较好的适应性，密度范围可以达到0.92～2.30g/cm3，并通过调整处理剂的加量获得优异的性能，是一套新型优异的全油基钻井液体系；该体系具有动塑比和电稳定性高，高温高压失水小，处理剂加量低，适用性广等特点。 2处理剂及作用 （1）5#白油：油基钻井液基液，作为连续相；（2）HIEMUL主乳化剂：油基钻井液乳化剂，形成油包水乳液；功能：a、可形成稳定的油包水乳状液；b、可降低滤失速率；c、提高油基钻井液的热稳定性；（3）HICOAT辅乳化剂：辅助乳液稳定，与HIEMUL主乳化剂配套使用；功能：a、提高油水乳化钻井液的油湿性；b、提高体系电稳定性：c、改变乳化钻井液流变参数；（4）HIRHEO-A 提切剂：提高和调节油基钻井液的粘度；功能：a、可对任何油基钻井液增粘；b、改善钻进与完井过程中的井眼清洁性；加强油基封隔液和管内填充液内部网架结构，防止加重材料沉降。（5）JHS增粘剂：提高和调节油基钻井液的粘度；功能：a、提高乳化钻井液和纯油基钻井液悬浮能力；b、抑制斜井和大位移井段的固相沉降；c、调整油基泥浆性能以便储存。（6）HIFLO降滤失剂：降低和控制油基钻井液的滤失；功能：a、减小HTHP滤失速率；b、提高油包水乳化钻井液稳定性。（7）MOSEAL膨胀堵漏剂：膨胀封堵，降低滤失。（8）重晶石、碳酸钙：调节油基钻井液的密度。 3全油基钻井液体系性能评价 5#茂名白油配方：5#茂名白油+3.0%HIEMUL主乳化剂+1.0%HICOAT辅乳化剂+3%HIRHEO-A提切剂+2.%CaO+3.0%JHS高温增粘剂+2.0%HIFLO降滤失剂++2%MOSEAL膨胀堵漏剂+2%MOLPF+2%MOLSF+300目碳酸钙加重。依据密度需要加入300目碳酸钙（下述性能密度为1.10g/cm3）。实验条件：150℃老

第6章钻井液设计

第8章钻井液设计 本章主要介绍了新疆地区常用的钻井液体系，结合A1-4井及探井资料，设计了A区块井组所使用的钻井液体系、计算了所需钻井液用量，提出了钻井液材料计划等。 8.1 钻井液体系设计 钻探的目的是获取油气，保护地层是第一位的任务，因此，搞好钻井液设计，首先必须以地层类型特性为依据，以保护地层为前提，才能达到设计的目的。 新疆地区常用钻井液体系简介[16]： (1)不分散聚合物钻井液体系：不分散聚合物钻井液体系指的是具有絮凝及包被作用的有机高分子聚合物机理的水基钻井液。该体系的特点是：具有很强的抑制性；具有强的携沙功能；有利于提高钻速；有利于近平衡钻井；可减少对油气层的伤害。 (2)分散性聚合物体系（即聚合物磺化体系）：聚合物磺化体系是指以磺化机理及少量聚合物作用机理为主配置而成的水基钻井液。该体系的特点是：具有良好的高温稳定性，使用于深井及超深井；具有一定的防塌能力；具有良好的保护油层能力；可形成致密的高质量泥饼，护壁能力强。 (3)钾基（抑制性）钻井液体系：该体系是以聚合物的钾，铵盐及氯化钾为主处理剂配制而成的防塌钻井液。它主要是用来对付含水敏性粘土矿物的易坍塌地层。该体系特点：对水敏性泥岩，页岩具有较好的防塌效果；抑制泥页岩造浆能力较强；对储层中的粘土矿物具有稳定作用；分散型钾基钻井液有较高的固相容限度。 (4)饱和盐水钻井液体系：该体系是一种体系中所含NaCl达到饱和程度的钻井液，是专门针对钻岩盐层而设计的一种具有较强的抑制能力，抗污染能力及防塌能力的钻井液。该体系特点：具有较强的抑制性，由于粘土在其中不宜水化膨胀和分散，故具有较强的控制地层泥页岩造浆的能力；具有较强的抗污染能力，由于它已被NaCl所饱和，故对无机盐的敏感性较低，可以抗较高的盐污染，性能变化小；具有较强的防塌能力，尤其再辅以KCL对含水敏性粘土矿物的页岩具有较强抑制水化剥落作用；可制止盐岩井段溶解成大肚子井眼。由于钻井液中氯化钠已达饱和，故钻遇盐岩时就会减少溶解，以免形成大井眼；缺点是腐蚀性较强。 (5)正电胶钻井液体系是一种以带正电的混合层状金属氢氧化物晶体胶粒(MMH或MSF）为主处理剂的新型钻井液体该体系的特点：具有独特的流变性;有利于提高钻井速度；对页岩具有较强的抑制性；具有良好的悬浮稳定性；有较

钻井泥浆材料的所以成分及解释

(土粉) 泥浆粉的性能：奈普顿泥浆粉是一种先进的国外技术的进口产品，是一种水溶性，易混合的粉末颗粒聚合物，在水中充分溶解后成半透明糊状，粘度大，该浆在孔内沉淀杂质速度非常快，钻具在孔内钻进时，泥浆总是保持清澈透明，钻具钻杆表面干净，在孔内由于钻具连续运动，化学泥浆和水混合的越均匀粘度就越强，凝聚力也就越快，就是泥浆回到泥浆池内也没一点杂质沉淀。在孔壁周围行成了一层薄透明糊状保护层。无毒无污染，它通用于桩基钻进和地下连续墙等基础工程施工。它具有保持钻孔稳定；可配置高粘度泥浆；便于重复利用；废浆易于降解处理；回用率高；能提高桩基磨擦承载力，能提高钻屑粘聚能力利于钻屑快速清出钻孔的特点。 2、泥浆粉优势：固壁性强，孔内沉渣凝聚力强，沉淀速度快，人员劳动强度低，无污染，制浆快，无浪费，易保存，不易变质，使用简单直接均匀溶解水中即可。而使用膨润土又要通过机械搅拌，人员搬运，尘土飞扬，污染大，易浪费，长时间堆积如山，易变质等，泥浆制作最少也得两人以上才能完成泥浆拌和。 3、泥浆粉用量：配浆用水PH值调整至8—10后加入—㎏/1000L。 4、泥浆粉使用方法：在现场通常按照化学泥浆㎏：5立方清水进行配比，在配比过程中,手感稍有粘度起线丝状即可；纯碱或碱粉的配比﹪—﹪。再利用空气压缩机将气压放入池内进行泥浆充分均和即可。 碳酸钠（纯碱）化学式为Na2CO3，俗名纯碱，又称苏打、碱灰，一种重要的化工基本原料，纯碱工业的主产品。通常为白色粉末，高温下易分解，易溶于水，水溶液呈碱性。纯碱在潮湿的空气里会潮解，慢慢吸收二氧化碳和水，部分变为碳酸氢钠，所以包装要严，否则会吸潮结块，碳酸钠与水生成Na2CO3·10H2O，Na2CO3·7H2O，Na2CO3·H2O三种水合物，其中Na2CO3·10H2O最为稳定，且溶于水的溶解热非常小。多应用于照相行业，其商品名称为碳氧。 Na2CO3·10H2O又称晶碱，以前，晶碱常用于家庭洗涤和洗羊毛，故又称“洗濯碱”①。过去，我国民间习惯使用既能洗衣又能发面的“块碱”，那是用纯碱加大量水搅拌制成的（另加有一些小苏打（NaHCO3），其含水量在50%以上。碳酸钠溶于水时呈吸热反应，在空气中易风化。Na2CO3·7H2O不稳定，仅在～36℃范围内才能从碳酸钠饱和溶液中析出。碳酸钠是弱酸强碱盐。用化学方法制出的Na2CO3比天然碱纯净，人们因此称它为“纯碱”。纯碱的用途很广，

常用钻井液材料.

常用钻井液材料 一膨润土类 一、组成 膨润土是岩浆岩或变质岩中硅酸盐矿物（如长石）风化沉积形成的，其组成为 1、粘土矿物：蒙脱石、高岭石、伊利石和海泡石，钻井用膨润土主要粘土矿物为蒙脱石，含量在70%以上。 2、砂子：石膏、石英、长石、云母、氧化铁等含量越小越好。 3、染色物：木屑、树叶及腐质物起染色作用，膨润土有红色、黄色、紫色等不同颜色，就是这个原因。 4、可溶性盐类：碳酸盐、硫酸盐和氯化物等。 二、分类 膨润土分为钙基膨润土钠基膨润土和改性膨润土三种。 1、钙基膨润土：造浆率8-12立方米每吨。 2、钠基膨润：造浆率15-18立方米每吨。 3、改性膨润土：通过加入纯碱、烧碱、羧甲基纤维素、低分子量聚丙烯酰胺等无机盐和有机分散剂来提高膨润土的造浆率，达到钠基膨润土性能指标。 三、作用及用途 1、堵漏：黄土层漏失、基岩裂隙漏失都需要用来配浆堵漏。 2、护壁：在井壁上形成泥饼，减少钻井液内的水份向井壁渗透，起到保护井壁稳定的作用。 3、携砂：配制一定数量的高比重大粘度的膨润土泥浆定期打入井内，将井内掉块、岩屑顺利携带出井外，保持井内干净。 4、配治塌泥浆：井壁长时间浸泡发生垮塌，常规泥浆仍不能维护井壁时，就要加膨润土以提高比重、切力、粘度达到稳定井壁之目的。 5、配加重泥浆：遇到涌水或高压油气层时，都需在泥浆中加膨润土来平衡地层压力。 6、配完井液和封闭浆：为顺利测井，完钻时需配完钻液；在易塌井段需配封闭浆，这些都需加膨润土。 四、影响膨润土性能的因素 1、原矿质量：原矿石蒙脱石含量高低是影响膨润土性能最重要的因素，蒙脱石含量越高，膨润土造浆率相应地就高。 2、粒度：粒度越细造浆率相应的就越高，反之亦然。 3、添加剂：合理地加入分散剂，会明显改善膨润土的性能。 4、水质：膨润土在高矿化度和酸性中水造浆率会明显降低甚至不造浆。 五、简单测试 1、造浆率：1吨膨润土配制出胶体率95%以上的泥浆的体积。如造浆率15立方米每吨，就是在100克水中加6.67克膨润土搅拌30分钟倒入试管（100毫升）中，24小时胶体率在95%以上。 2、漏斗粘度：用马氏漏斗测其粘度，一般不低于28秒。 3、失水量：用ANS气压失水仪测失水量。一般不大于 18ml/30min。 4、含砂量：将100克膨润土加到1000克水中搅拌30分钟，再加1000克水搅拌30分钟静止30分钟。将沉淀物上面的泥浆全倒掉，然后用水再洗两次，把最后的砂子烘干，称其重量，即膨润土含砂量，含砂量小于5%为合格品。 二加重材料

钻井液体系

国内外钻井液技术发展概述 (2012-05-2711:05:36)摘要：本文主要论述了国内外钻井液的发展状况及发展趋势，介绍了近年来国内外发展起来的16种新型钻井液技术，国内外钻井液技术仍以抗高温、高压、深井复杂地层的钻井液技术为主攻目标，指出了钻井液处理剂的发展方向是高效廉价、一剂多效、保护油气层、尽可能减轻环境污染，并寻求技术更先进、性能更优异、综合效益更佳的钻井液体系及钻井液处理剂。对钻井液技术发展进行了展望，由于深井、复杂井、特殊工艺井以及特殊储藏的开发、环境保护的重视，对钻井液完井液的要求越来越高，所以抗高温、高压、深井复杂地层、油气层保护仍是钻井液完井液技术发展的重要方向。 关键词：钻井液技术发展 一、国内外钻井液技术新发展概述 钻井液作为服务钻井工程的重要手段之一。从90年代后期钻井液的主要功能已从维护井壁稳定，保证安全钻进，发展到如何利用钻井液这一手段来达到保护油气层、多产油的目的。一口井的成功完井及其成本在某种程度上取决于钻井液的类型及性能。因此，适当地选择钻井液及钻井液处理剂以维护钻井液具有适当的性能是非常必要的。钻井液及钻井液处理剂经过80年代的发展高潮以后，逐渐进入稳定期，亦即技术成熟期。可以认为，由于钻井液及钻井液处理剂都有众多的类型及产品可供选择，因此现代钻井液技术已不再研究和开发一般钻井液及钻井液处理剂产品，而是在高效廉价、一剂多效、保护油气层、尽可能减轻环境污染等方面进行深入研究，以寻求技术更先进、性能更优异、综合效益更佳的钻井液及钻井液处理剂。 1．抗高温聚合物水基钻井液 所使用的聚合物在其C-C主链上的侧链上引入具有特殊功能的基团如：酰胺基、羧基、磺酸根（S03H）、季胺基等，以提高其抗高温的能力。不论是其较新的产品，如磺化聚合物P OLYDRILL，或早己生产的产品如S.S.M.A.（磺化苯乙烯与马来酸酐共聚物）均是如此，并采取下列措施：

第十一章 钻井液材料和添加剂上课讲义

第十一章钻井液材料和添加剂

第十一章泥浆配浆材料和处理添加剂配浆材料是指在配浆中用量较大的基本部分，如：膨润土、水、油、加重剂。 处理添加剂是指用于改善、调节钻井液性能的化学添加剂，一般用量很少。分无机处理剂和有机处理剂两大类。国内生产的泥浆配浆材料和处理添加剂分为19类，包括粘土类、加重材料、碱类、增稠/包被剂、降滤失剂、降粘剂、页岩抑制剂、胶凝剂、润滑剂、清洁剂、发泡剂、杀菌剂、堵漏剂、解卡剂、缓蚀剂、消泡剂、乳化剂、油基泥浆添加剂、无机添加剂、及其他类。 一、粘土类 1、膨润土： 含蒙脱石不少于85%，一般要求1吨膨润土至少能配制出粘度 15mPa.S的钻井液16m3,膨润土分钠膨润土和钙膨润土两种。钙膨润土需要加入纯碱转化为钠膨润土后方可使用（纯碱用量为钙膨润土的6%）。膨润土是水基钻井液的重要配浆材料。用来配制水基泥浆和提高其粘度和动切力。塔里木常用的是184团土和夏子街土，这两种均为钠膨润土，一般配制6-10% 的膨润土浆就能配得较高稠度的膨润土浆。配浆水要求为氯根小 仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除谢谢2

于1000mg/L的淡水，配浆前还应根据水质检测的Ca2+、Mg2+含量加入适量的烧碱和纯碱来除去水中的Ca2+、Mg2+。 2、抗盐、耐高温黏土： 主要成分为海泡石、凹凸棒石、坡缕缟石等黏土矿物。抗盐黏土配制的钻井液，一般形成的泥饼质量不好，必须配合使用降滤失剂。主要用于盐水泥浆体系。 3、有机土： 用季铵盐类阳离子表面活性剂处理后制成的亲油膨润土。用于配制油基钻井液。 二、加重材料 1、重晶石： 重晶石是一种最普遍使用的泥浆加重材料，主要成分是粉碎得很细的硫酸钡（BaSO4）粉末, 纯净的重晶石为白色粉末状，工业产品因杂质不同而呈淡粉色、褐色、灰色、微黄色，密度4.2g/cm3，粒度97%能通过200目筛，符合API 13 A标准，用于提高水基或油基泥浆的密度，用于加重密度小于2.3g/cm3的钻井液。 2、石灰石粉： 石灰石粉是钻井泥浆、完井液、修井液可酸溶的加重材料，产品为白色粉末状，因杂质不同而略带微红和微黄色，粒度97%能通过200目筛，仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除谢谢3

钻井液种类简介

钻井液种类简介 1、聚合物无固相钻井液体系 特点是不含土相，固含低、机械钻速快，用于提高上部地层机械钻速。处理剂以选择性絮凝处理机为主，常用PHP（0.05～0.15%）和K-PAM(0.05～0.3%)。 适用范围：1. 适合于地质情况熟悉的非高地层倾角（≤30°）无流体显示的非易塌构造或区块，主要用于表层的快速钻进。2. 适合于井漏严重、非易塌层位、无流体显示的各构造短时间的强钻。 2、聚合物钻井液体系 聚合物具有很强的包被抑制能力，可以防止粘土矿物进一步水化，防止钻井液性能变差，有利于携带钻屑，保持井壁稳定。 适用范围。 1. 非高地层倾角井的表层易水化分散的泥页岩井段，既有利于防塌，又能适当提高机械钻速。 2. 中深井井段出现恶性纵向裂缝漏失，而上部裸眼井段又易因清水浸泡出现垮塌情况下，作为井底清水强钻时覆盖易塌层的钻井液。 3. 适用于44 4.5mm井眼段大于200m，或311.2mm井眼段1000-2500m，地层倾角小于30度和无固相钻井液已不能适应的井段。 调整原则 随地层破碎程度增加，胶结性变差或裂缝发育，应在保持矿化度的前提下（防起泡）提高沥青类处理剂含量作封堵只用。易塌区块辅

以0.5～1.0%聚合醇或无渗透抑制剂，加强体系的防塌抑制性。 3、聚磺钻井液体系 聚磺钻井液体系具有如下特点：1. 利用KPAM、KPHP、PAC等高分子聚合物作为包被抑制剂，既能提高钻井液体系粘度，同时提供体系K+增强钻井液的抑制性。2. 加入分散型磺化系列处理剂提高钻井液体系的降滤失性能，如加入磺化沥青改善泥饼质量提高护壁能力。 3. 聚磺钻井液体系配制和转化方便。 适用范围 1. 高压力系数的易塌层钻进，能在防塌的基础上适当地提高机械钻速。 2．深井段高温、高密度条件下的易塌层钻进。 3. 适合于非特殊工艺的深井，有利于提高机械钻速，适合于川东地区所有区块。 钻井液现场配制与维护 1、检查井场钻井液材料质量检验单等有关资料，保证钻井液材料的质量。 2、配制钻井液前必须清洗钻井液罐。 3、若需要，必须处理配浆用水。 4、应按钻井液设计要求配制钻井液，并确保其性能达到设计要求。

常用泥浆体系介绍

常用泥浆体系介绍 一、聚合物钻井液体系 泥浆体系特点： （1）固相含量低；亚微米粒子比例小，剪切稀释性好，卡森极限粘度低，悬浮携带钻屑能力强，洗井效果好，有利于提高机械钻速。 （2）具有良好的流变性，主要表现为较强的剪切稀释性和适宜的流型； （3）钻进速度高； （4）稳定井壁能力强，井径比较规则； （5）对油气层的损害小，有利于发现和保护产层。固相含量少，可减轻固相的侵入，因而减小了损害程度； （6）可防止井漏的发生，由于钻井液固相含量低，在不使用加重材料的情况下，钻井液的液柱压力低，从而降低了产生漏失的压力； （7）钻井成本低；聚合物钻井液的处理利用量较少，钻井速度高，缩短了完井周期。 二、甲酸盐钻井液体系： 1、体系特点： 甲酸盐钻井液体系就是将甲酸与氢氧化钠、氢氧化钾在高温高压反应下制成碱性金属盐，如甲酸钾、甲酸钠、甲酸铯配制成甲酸盐类水基钻井液。 甲酸盐钻井液体系是甲酸盐与盐水钻井液和完井液的基础上发展起来的，因而除了具有盐水钻井液的特点外，还具有其独特特点： ①甲酸盐钻井液由于其强抑制性，可较好的抑制泥页岩水化膨胀和分散，也利于减少钻井液对油气层的损害； ②甲酸盐钻井液医药生物降解，不会造成对环境的损害； ③钻具、套管等金属材料在这种钻井液中的腐蚀性小，有利于延长金属材料的使用寿命； ④不需要加重材料就可配高密度钻井液，甲酸钠、甲酸钾类的水溶液密度分别为1.24g/cm3，1.60g/cm3，甲酸铯水溶液的密度更高达2.3g/cm3，不仅有利于提高机械速度，而且有利于保护油气层； ⑤甲酸盐钻井液的低粘度、高动态瞬时滤失量有利于提高机械钻速；

⑥甲酸盐钻井液具有良好的抗高温、抗污染能力，并可降低所使用的各种添加剂在高温条件下的水解和氧化降解进度。 ⑦缺点：费用高。 2、甲酸盐钻井液配方： 甲酸盐盐水+生物聚合物+降滤失剂（低粘聚阴离子纤维素和烷基丙烯磺酸盐—AMPS聚合物的混合物）+超细碳酸钙（﹤10ｕｍ，作强降滤失剂） 3、甲酸盐钻井液使用范围： ①小井眼深井钻井； ②水平钻井和连续软管钻井、完井 ③高温高压钻井、完井和修井 ④水敏性页岩钻井 ⑤钻储集层 ⑥钻盐层和盐膏层 三、乙二醇类水基钻井液体系 1、乙二醇类水基钻井液体系简介 聚合醇大多是聚乙二醇类产品，有丙烯乙二醇，二丙烯丙二醇、三丙烯乙二醇、及聚丙烯乙二醇、聚乙烯乙二醇和聚甘油。 聚合醇是一种非离子表面活性剂，溶于水，但其溶解度随温度的升高而下降，到达某个温度之后，聚合醇溶液就会变成浊状微乳液，聚合醇部分分解，这时的温度成为浊点，此现象可逆，当温度降低至浊点温度以下时，又会重新溶于水中。聚合醇由于具有以上特点，在当钻井液循环温度高于聚合醇浊点时，聚合醇钻井液发生相分离，不溶解的聚合醇能封堵泥页岩孔喉，阻止滤液进入地层，从而使钻井液与泥页岩隔离，起到稳定井壁的作用；此外聚合醇可在泥页岩表面产生强烈吸附，形成一层吸附层，阻止泥页岩水化、膨胀与分散。 聚合醇的浊点与聚合醇钻井液的化学组成有关，并随其加量及钻井液含盐量的增高而下降，因而可通过选用不同种类的聚合醇，调整聚合醇加量和含盐量来改变浊点温度。 聚合醇钻井液体系中加入钾盐、铝盐等可进一步提高其稳定井壁的效果，，而且加入的聚合醇分子量不能太大，以使其能进入泥页岩的孔喉中，稳定井壁。 2、聚合醇钻井液的优点：

油基泥浆风险分析与控制

油基泥浆风险分析及控制 本篇适用于油基泥浆钻井作业环境，但不限于油基泥浆内容，也包括柴油机燃料柴油的HSE管理。 一、油油基泥浆的组分： 以油为分散介质组成的泥浆。其基本组成是油、水、有机粘土(或其他亲油粉末)和油溶性化学处理剂。常见的是油包水乳化泥浆,它可有效地抑制水敏性泥页岩地层、大段岩盐层；适用于钻进低压、粘土含量高的油气层；也适用于高温、高压超深井钻进。这种泥浆能抗各种酸性气体如CO2、H2S等对金属钻具的腐蚀,润滑性能良好；具有防坍、防卡性能。油包水乳化泥浆以油为外相,水为内相,用乳化剂配制而成。油相一般用柴油或煤油,占泥浆的60％～70％或更高，现场实践有达90%以上的使用。 二、柴油的物理化学性质（一般为柴油）： 柴油; Diesel oil; Diesel fuel; 1、柴油主要是由烷烃、烯烃、环烷烃、芳香烃、多环芳烃与少量硫(2～60g/kg)、氮(<1g/kg)及添加剂组成的混合物。以燃料油为例:白色或淡黄色液体。相对密度0.85。熔点-29.56℃。沸点180～370℃。闪点40℃。蒸气与空气混合物可燃限0.7～5.0% 。不溶于水。遇热、火花、明火易燃,可蓄积静电,引起电火花。分解和燃烧产物为一氧化碳、二氧化碳和硫氧化物。避免接触氧化剂。 2、、侵入人体途径：可经皮肤粘膜吸收。 3、、对人体的危害及处理

柴油对皮肤和粘膜有刺激作用。也可有轻度麻醉作用。柴油为高沸点物质,吸入蒸气而致毒害的机会较少。 4、临床表现 有报道“拖拉机驾驶台四周空气污染细微雾滴,拖拉机手持续吸入 15分钟而引起严重的吸入性肺炎”。 国外有病例报道,用柴油清洁两手和两臂数周而发生急性肾功能衰竭,肾活检显示急性肾上管坏死。经治疗后恢复。故需考虑在皮肤大量接触后，个别人可能发生肾脏损害。皮肤接触后可发生接触性皮炎,表现为红斑、水疱、丘疹。 5、对症处理 1、皮肤污染时立即用肥皂水和清水冲洗。 2、吸入雾滴者立即脱离现场至新鲜空气处，有症状者给吸氧。 3、发生吸入性肺炎时给抗生素防止继发感染。 三、现场柴油或油基泥浆的储存方式及地点 1、密闭罐装（通过罐顶呼吸阀与大气相通）； 2、泥浆罐（敞口）； 3、钻台面（散落的泥浆或清洁卫生用遗留）。 4、泥浆池等 四、泥浆的工作温度测定

钻井液体系和配方

钻井液体系和配方 一. 不分散聚合物体系 不分散聚合物钻井液体系指的是经过具有絮凝及包被作用的有机高分子集合物处理的水基钻井液。常用的不分散集合物钻井液类型大体有三种：及多元素聚合物体系、复合粒子性聚合物体系、阳离子聚合物体系。 1.不分散聚合物体系特点 （1）具有很强的抑制性。通过使用足量额高分子聚合物作为絮凝包被剂，实现强包被“被包”钻屑，在钻屑表面形成一层光滑的保护膜，抑制钻屑分散，使钻出的钻屑基本保持原状而不分散，以立于地面机械清除，从而实现低密度、低固相，提高钻速。 （2）具有较强的悬砂、携砂功能。通过控制适当的般土，使聚合物钻井液形成较强的网架结构，确保其悬砂、携砂功能，满足井眼净化需求。 （3）通过使用磺化沥青、超细碳酸钙等降低泥饼渗透率，能偶获得良好的泥饼质量。 （4）该体系以其良好的稀释特性是的钻头水眼粘度小，环空粘度打，有利于喷射钻井、优化钻井钻头水马力的充分发挥，从而提高机械钻速。 （5）低密度、低固相、有利于实现近平衡压力钻井 （6）抑制性强，且粘土微粒含量较低，滤液对底层所含粘土矿物有抑制膨胀作用，故可减轻对油气层的损害。

3.技术关键113.0/″井眼约″1217/米/井眼平均约3.5千克1.加大包被 剂用量（，42米/千克突然强包被，种以上包被剂复配以达互补增效功能，，并 采用2）防止钻屑粘聚包被剂以胶液形式钻进时细水长流式补充抑制钻屑钻分散，到井浆中。最佳范MBT2.控制适当的般土含量以获得良好的流变性集携砂、悬 砂功能（。般土含量的控制以淡水预化般土浆形式需要时直接升）45克/围为30～均匀补充道井浆中。）改善和提供聚合物钻井液的泥饼2%使用磺化沥青（2%）和超细碳酸钙（3. 质量。降，0.5%）及防泥包剂RH-4（0.3%～4.使用足量的润滑剂RH-3(0.5%～0.8%) 低磨阻，防止钻头泥包。/、双聚铵盐等中小分子聚合物与高分子聚合物匹配（大使用适量的HPAN5. ,降低滤失，有利于形成优质泥饼。2.5最佳比例～3:1）小分子聚合物的

钻井液体系和配方

钻井液体系和配方 IMB standardization office【IMB 5AB- IMBK 08- IMB 2C】

钻井液体系和配方 一.不分散聚合物体系 不分散聚合物钻井液体系指的是经过具有絮凝及包被作用的有机高分子集合物处理的水基钻井液。常用的不分散集合物钻井液类型大体有三种：及多元素聚合物体系、复合粒子性聚合物体系、阳离子聚合物体系。 1.不分散聚合物体系特点 （1）具有很强的抑制性。通过使用足量额高分子聚合物作为絮凝包被剂，实现强包被“被包”钻屑，在钻屑表面形成一层光滑的保护膜，抑制钻屑分散，使钻出的钻屑基本保持原状而不分散，以立于地面机械清除，从而实现低密度、低固相，提高钻速。 （2）具有较强的悬砂、携砂功能。通过控制适当的般土，使聚合物钻井液形成较强的网架结构，确保其悬砂、携砂功能，满足井眼净化需求。 （3）通过使用磺化沥青、超细碳酸钙等降低泥饼渗透率，能偶获得良好的泥饼质量。 （4）该体系以其良好的稀释特性是的钻头水眼粘度小，环空粘度打，有利于喷射钻井、优化钻井钻头水马力的充分发挥，从而提高机械钻速。 （5）低密度、低固相、有利于实现近平衡压力钻井 （6）抑制性强，且粘土微粒含量较低，滤液对底层所含粘土矿物有抑制膨胀作用，故可减轻对油气层的损害。 2.配方

3.技术关键 1.加大包被剂用量（171/2″井眼平均约千克/米，121/4″井眼约千克/米），并采 用2种以上包被剂复配以达互补增效功能，突然强包被，抑制钻屑钻分散，防止钻屑粘聚包被剂以胶液形式钻进时细水长流式补充到井浆中。

2.控制适当的般土含量以获得良好的流变性集携砂、悬砂功能（MBT最佳范围 为30～45克/升）。般土含量的控制以淡水预化般土浆形式需要时直接均匀补充道井浆中。 3.使用磺化沥青（2%）和超细碳酸钙（2%）改善和提供聚合物钻井液的泥饼质 量。 4.使用足量的润滑剂RH-3%～%)及防泥包剂RH-4（%～%），降低磨阻，防止 钻头泥包。 5.使用适量的HPAN、双聚铵盐等中小分子聚合物与高分子聚合物匹配（大/小分 子聚合物的最佳比例～3:1）,降低滤失，有利于形成优质泥饼。 6.不使用稀释剂。 4.推荐性能 5.使用环境