第六章钻井液固控和聚合物钻井液..pptVIP

第一节　钻井液固控 一、钻井液中固相物质的分类 1. 按固相密度分类 （1）高密度固相 主要指密度为 4.2g/cm3 的重品石， 还有其它加重材料。 （2）低密度固相 膨润土、 钻屑 、不溶性的处理剂 ，一般认为这部分固相的平均密度为2.6g/cm3 。 2. 按固相性质分类 (1)活性固相 容易发生水化作用以及与液相中其它组分发生反应，主要指膨润土。 （2）惰性固相 包括砂岩、石灰岩、长石、重晶石以及造浆率极低的粘土等。除重晶石外，其余的惰性固相均被认为是有害固相，即固控过程中需清除的物质。 3. 按固相粒度分类 一般情况下，非加重钻井液中粒径大于 2000 μm 的粗颗粒和粒径小于 2 μm 的胶粒在钻井液中所占的比例都不大。 如果以 74 μm( 相当于通过 200 目筛网 ) 为界，大于 74 μm 的颗粒只占 3.7~25.9%，表明大多数是小于 74 μm 的颗粒。由此可见，仅以含砂量（ 74 μ m ）的多少作为检验钻井液 二、固控方法 钻井液固控有各种不同的方法： （1）机械方法 （2）稀释法 （3）化学絮凝法 （1）机械方法 固控应首先考虑机械方法。 原理：通过振动筛、除砂器、除泥器、清洁器和离心机等机械设备， 利用筛分和强制沉降的原理，将钻井液中的固相按密颗粒大小不同而分离开，并根据需要决定取舍 , 以达到控制固咀的。 优点：处理时间短、效果好、 而且本较低。 （2）稀释法 稀释法既可用清水或其它较稀的流体直接稀释循环系统中的钻井液 。 如果用机械方法清除有害固相仍达不到要求,可用稀释的方进一步降低固相含量,有时是在固控设备缺乏或出现故障的情况下不得不采用这种方法。 优缺点： 优点：操作简便、见效快 为了尽可能降低稀释费用 , 有以下几个般原则应该遵循： （１）钻井液总体积不宜保留过大 （２）部分旧浆的排放应在加水稀释前进行 , 不要边稀释边排放 （３）一次较大量的稀释比分多次少量稀释的费用小。 （3）化学絮凝法 　　化学絮凝法是在钻井液中加入适量的絮凝剂，使固相细颗粒聚集成较大颗粒，然后用机械方法排除或在沉砂池中沉除，这种方法是机械方法清除固相的补充，两者相 辅相成。 　　　　　　　　　化学方法还可用于清除钻井液中过量的膨润土。由于膨润土的最大粒径在 5 μm 左右 , 而离心机一般只能清除粒径 6 μm 以上的颗粒 , 因此用机械方法无法降低钻井液中膨润土的含量。显然 ，在这种情况下，化学絮凝应安排在钻井液通过所有固控设备之后进行。 第二节 聚合物钻井液 一、聚合物钻井液的理论基础 一、钻井液组成与性能对钻速的影响 （2）粘度对钻速的影响 结论：η∞ 钻速 （3）滤失量对钻速的影响 结论：瞬时滤失量Vsp越大，钻速越高 （4）固相对钻速的影响 ①固相含量 结论：固相含量越高，钻速越低。 原因：固相含量越高，ρm 和 η∞越大，钻速越低。 （2）固相颗粒直径 结论：亚微米颗粒（粒径1μm）含量越高，钻速越低。 原因：亚微米（粒径1μm）颗粒含量越高，固相分散度越大，η∞越大，钻速越小。 说明：在所有影响钻速的因素中，固相是最主要因素。原因就在于固相不但本身对钻速有影响，同时还影响ρm 、 η∞ 、Vsp。 二、聚合物的作用机理 1、桥连与包被作用 桥连作用：一个高分子同时吸附几个粘土颗粒，而一个粘土颗粒又可同时吸附几个高分子，从而形成网络结构的作用。其结果会导致钻井液增稠及粘土颗粒絮凝。 包被作用：高分子链吸附在一个粘土颗粒上，并将其覆盖包裹的作用。包被作用有利于抑制钻屑分散。 2、絮凝作用：聚合物通过桥连吸附将一些细颗粒聚结在一起形成粒子团的作用。 （1）絮凝剂：起絮凝作用的聚合物。 （2）絮凝剂分类：全絮凝剂（即絮凝有用固相又絮凝无用固相，如聚丙烯酰胺PAM）；选择性絮凝剂（只絮凝无用固相，如部分水解聚丙烯酰胺PHPA）。 3、抑制与防塌作用 抑制作用：聚合物在钻屑表面吸附包被，阻止钻屑分散的作用。 防塌作用： （1）聚合物在井壁表面发生多点吸附、阻止泥页岩剥落； （2）在浓度较高时，聚合物在井壁上形成致密的吸附膜，阻止或减缓水进入地层，减轻地层岩石的水化膨胀作用。 4、增粘作用 （1）聚合物能增强钻井液液相粘度 （2）钻井液通过桥连作用形成网络结构 XC、HV-CMC，PHP。 5、降滤失作用 作用机理： （1）与粘土颗粒形成空间网架结构、防止细颗粒聚结变大； （2）提高粘土颗粒的水化程度； （3）聚合物分子本身起堵孔作用； （4）提高滤液粘度。 举例：水解聚丙烯晴钠盐（Na-PAN） 6、降粘作用 两性离子聚合物（XY-27）