钻井液与固控系统(西南石油大学 罗平亚院士)

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1、钻井液与固控系统1石油钻井机械与装备为油气钻井工程服务；钻井工程为油气勘探开发服务；钻井液技术为钻井工程服务为满足油气钻井工程技术不断提高的要求,石油钻井机械与装备得到不断发展；石油钻井机械与装备的发展保证和促进了钻井工程技术发展；2钻井工程为油气勘探开发服务,对所设计的探井或开发生产井:打得成(消除、减少井下复杂与事故,保证钻井本身安全及公共安全，保证把井到到设计井深与层位)打得快(提高机械钻速；消除、减少井下复杂与事故)打得好(井身质量好；井眼轨迹合符要求；保护油气层)打得省(成本合理)核心：减少井下复杂与事故;提高机械

2、钻速,这是一个系统工程，而钻井液技术是其关健之一3一.钻井液与固相控制㈠.钻井液及其功能满足钻井工程需要，解决钻井中的难题，帮助钻井新技术实现,在钻井中循环应用的流体。1.满足钻井工程的基本需要：建立循环：清洗井底、带出钻屑，悬浮钻屑对付地层流体（油、气、水）冷却钻头42.防止和解决钻井过程（包括使用泥浆本身）所产生的困难和复杂问题:井漏、井壁不稳定(缩径、井塌、井壁掉块……)，伤害油层,压差卡钻;井筒压力控制……。3.保证钻井技术的进步和促进钻井技术的发展传递动力、能量，参与破岩：高压喷散钻井水力破岩，井下动力钻具;信号传

3、输（MWD,LWD），解决大位井、分支井、特殊井的摩阻问题5㈡.钻井液(泥浆)性能1.钻井液密度所钻井眼内压力控制：即泥浆柱压力P泥（由泥浆静密度+循环当量密度决定）、地层流体压力P地，井壁地层坍塌压力P塌，地层破裂压力P破（有时表现为为承压能力或漏失压力），之间保持一个合理的关系，是保证优质、快速、安全（减少井下复杂与事故）钻井的基础和关键。钻井过程中不可避免产生的井下复杂情况，在本质上与它紧密相关，它与井下漏、喷、塌、卡直接相关，与钻速密切相关，与泥浆流变性、造壁性、抑制性……等主要性能密切相关。因此合理的泥浆密度是现代

4、钻井技术的首要问题，也是至今国内外都没有完全解决，又急待解决的重大技术难题。6钻井液密度：一般1.00—2.50（已过关）低压欠平衡钻井：0—1.00（基本过关）超高压（国内）钻井：2.50—3.00（难点）这是泥浆工艺技术之一，主要困难是受泥浆流变性及加重剂密度所限制。72.钻井液流变性为起到携带钻屑，悬浮钻屑，悬浮重晶石，有效传递动压和水马力，（减少沿程压降）的作用,及减小或消除其副面作用，钻井液必须要有合符要求的流变性：⑴适合于泥浆的流变性：常用的（本构方程）宾汉流型：幂律流型：卡森流型：不同泥浆适用于不同的本构关系，

5、而幂律最常用，宾汉次之。8⑵泥浆必须的流变性及表征参数表观粘度：漏斗粘度：流变参数：塑性粘度、动切应力、流型指数、稠度系数、极限粘度…静切应力：（悬浮能力）触变性剪切稀释性：……⑶它必然是非牛顿流体和结构性流体流变性与温度，压力和泥浆矿化度（含盐）有密切关系，必须专题研究。93.钻井液的造壁性⑴失水造壁性的概念(失水、泥饼)当钻井液与井壁岩石接触时，在压差作用下钻井液将进入井壁地层，岩石孔隙、裂缝尺寸大于泥浆中各种粒子，则泥浆进入地层（漏失）；若岩石孔隙裂缝尺寸小于泥浆中大部分固相粒子，则泥浆向地层发生滤失。在滤失过程中泥浆

6、固相在地层井壁表面发生过滤，其固相粒子沉积其上形成滤饼（泥饼），过滤过去的液相称为失水（滤失量）。这个滤失过程是一客观存在，它对井壁稳定，油层保护、防止压差卡钻……有直接关系，必须严加控制（低失水，好泥饼），因此就产生了泥浆的“失水造壁性”这个特殊的重要性能。104、抑制性这是关系到井壁稳定，油层损害与保护，泥浆自身性能及其稳定的重要性质；抑制性是指泥浆本身对粘土水化、膨胀、分散作用的抑制性。如何尽可能提高抑制性一直是泥浆技术的重点和难点，至今并未完全达到所希望的水平。使用油基泥浆的初衷也是基于这一考虑。115.封堵性(封堵

7、能力):这是关系到井壁稳定，油层损害与保护，提高地层承压能力的重要性质；封堵性能是指泥浆(通过其某些组分)借助物理、化学…等作用对井壁地层的微裂缝,孔隙喉道进行填充、封堵的能力。如何尽可能提高泥浆封堵能力目前是泥浆技术发展的重点和难点，至今并未完全达到所希望的水平。126.润滑性：泥并润滑性、极压润滑性…，深井、高密度泥浆；水平井、大位移井、分支井必须要的特性7、其它：PH、含砂量……随钻井技术的发展而不断变化13㈢.钻井液类型它分为水基、油基、气基几大类，我国现在以水基钻井液为主。水基钻井液:是以粘土为分散相在水中稳定的多

8、级分散体系。属于胶体,悬浮体混合分散体系（0.05μ—1μ）。基本组成：水+粘土+各种处理剂+专用材料油基钻井液：它是以有机土或其它油分散固体为分散相在油中的稳定的多级分散体系。属于油的胶体—悬浮体混合分散体系；基本组成：油（代用品)+有机土（油分散固相）+处理剂+专用材料（加重……）气基