【正文】 鉆井課程 鉆井液與完井液 2 成 績(jī) 分 布 出勤率（ 10%） （每次出勤聽(tīng)課，無(wú)遲到、早退、缺課者： 10分） 作業(yè)（ 20%） （每次獨(dú)立完成作業(yè)，并提交作業(yè)： 20分） 提問(wèn)（ 10%） （回答問(wèn)題正確率達(dá) 80%以上： 10分） 期末考試（ 60%） （期末考試成績(jī) 100分： 60分） 3 鉆 井 液 與 完 井 液 鉆井液流變性 鉆井液造壁性 鉆井液處理劑 鉆 井 液 體 系 1 核心內(nèi)容 4 第一章 緒 論 本章要求掌握 ： ? 鉆井液、完井液功用、類(lèi)型和組成。 ? 鉆井液、完井液的性能及其測(cè)試。 ? 鉆井液、完井液的發(fā)展概況。 2 5 第一節(jié) 鉆井液、完井液的功用類(lèi)型組成 鉆井液 —— 凡鉆進(jìn)中一切有助于從井眼產(chǎn)生和清除鉆屑 的流體（液、氣、液 +氣）。 廣義完井液 —— 一切與產(chǎn)層接觸的流體（各種鹽水、 聚合物溶液、鉆井液、泡沫等）。 狹義完井液 —— 鉆開(kāi)油氣層的鉆井液。 3 6 1. 鉆井液的主要作用（ 簡(jiǎn)圖 ） 攜帶、懸浮巖屑 控制壓力 形成泥餅 破巖、清巖 保護(hù)油氣層 傳遞水功率 4 7 1. 鉆井液的主要作用（ 具體內(nèi)容 ） 保持清潔；控制壓力； 冷卻潤(rùn)滑；防止垮塌； 避免損害；取準(zhǔn)資料； 傳遞功率；承受重量。 5 8 第二節(jié) 鉆井液的組成和類(lèi)型 2. 鉆井液的組成 ? 分散相 +分散介質(zhì) +化學(xué)處理劑 ? 連續(xù)相 +不連續(xù)相 ? 液相 +固相 +化學(xué)處理劑 6 9 組分舉例 某種水基鉆井液組分為： 水 + 膨潤(rùn)土 + 處理劑 100ml 5g 1g 用組分表示的配方為： 5%膨潤(rùn)土漿 +1%處理劑 配方表示的特點(diǎn)： ? 用 W/V百分?jǐn)?shù)表示組分。 ? 不考慮處理劑的體積。 7 10 水基鉆井液的典型組成 8 11 油基鉆井液的典型組成 9 12 3. 鉆井液的類(lèi)型 通常根據(jù)分散介質(zhì)分為三大類(lèi)： 水基鉆井液（ WaterBase Drilling Fluids） 油基鉆井液（ OillBase Drilling Fluids） 氣基鉆井液（ GasBase Drilling Fluids） 10 13 ?????????????????????%10O i l:)W a t e r/O i l(%4)WW(S%。7)VV(S:)FAP AM(L/mg120Ca:)Ca CL/()V/W%(1Na CL:)(L/mg120Ca%。1Na CL:3 6 7222混油低固相石灰石膏鈣處理海水飽和鹽水淡水水基漿固漿固??????%.:)/(%.%。:)/(90O i lWO10W ate r10O i lOW一般油基油包水油基11 14 ? 鉆井液密度 ? 鉆井液流變性 ? 鉆井液濾失造壁性 ? 鉆井液的 pH值和堿度 ? 鉆井液的含砂量 ? 鉆井液的固相含量 ? 鉆井液膨潤(rùn)土含量 ? 鉆井液濾液分析 第二節(jié) 鉆井液的性能及其測(cè)試 12 15 第三節(jié) 鉆井液技術(shù)的發(fā)展 1. 初步形成時(shí)期 —— 18881928年； 2. 快速發(fā)展時(shí)期 —— 19281948年； 3. 高速發(fā)展時(shí)期 —— 19481965年； 4. 科學(xué)化 時(shí)期 —— 1965年 現(xiàn)在。 13 16 ? 發(fā)展 – 水基鉆井液 ?清水 分散鉆井液 抑制性鉆井液 不分散聚合物鉆井液 – 油基鉆井液 ?原油 柴油為連續(xù)相鉆井液 油包水乳化鉆井液 14 17 國(guó)內(nèi)鉆井液技術(shù)發(fā)展特點(diǎn) ? 同樣經(jīng)歷了這些階段 ,但滯后一定時(shí)間 。 ? 水基體系的研究應(yīng)用比油基體系多 。 ? 深井水基鉆井液、防塌鉆井液、聚合物鉆井液理論較成熟； ? 成功研制了一些鉆井液處理劑； ? 成功應(yīng)用了一些鉆井液體系，如三磺體系，兩性離子聚合物體系、聚磺體系等； ? 研制了大量鉆井液性能評(píng)價(jià)儀器； ? 計(jì)算機(jī)應(yīng)用相對(duì)滯后。 15 18 1. 初步發(fā)展時(shí)期 —— 自然造漿階段 主要解決問(wèn)題： ? 攜帶鉆屑 ? 控制地層壓力 典型技術(shù)： ? 水 +鉆屑 +地面土 ? 使用重晶石、鐵礦粉（ 1920年 ) 16 19 2. 快速發(fā)展時(shí)期 —— 細(xì)分散泥漿階段 主要解決問(wèn)題： ? 泥漿性能的穩(wěn)定 ? 井壁穩(wěn)定 典型技術(shù)： ? 性能測(cè)定儀器研制出來(lái) ? 使用膨潤(rùn)土、單寧、燒堿、褐煤 17 20 3. 高速發(fā)展階段 —— 粗分散泥漿階段 主要解決問(wèn)題： ? 石膏、鹽污染 ? 溫度影響 典型技術(shù)： ? 各種鹽水、鈣處理泥漿 ? 油基泥漿 ? 處理劑品種 16大類(lèi) 18 21 4. 科學(xué)發(fā)展時(shí)期 — 聚合物不分散鉆井液階段 主要解決問(wèn)題： ? 快速鉆井 ? 保護(hù)油氣層 典型技術(shù)： ?不分散低固相鉆井液 ? 氣體鉆井 ? 保護(hù)油氣層的完井液 19 22 第二章 粘土礦物和粘土膠體化學(xué)基礎(chǔ) 本章要求重點(diǎn)掌握內(nèi)容 ： 1. 幾種粘土礦物的晶體構(gòu)造特點(diǎn)及其水化性質(zhì)。 2. 擴(kuò)散雙電層理論和電解質(zhì)對(duì)電動(dòng)電勢(shì)的影響。 3. 膠體體系的基本概念。 4. 分散度、比表面的概念。 5. 聚結(jié)穩(wěn)定性和沉降穩(wěn)定性概念及其影響因素。 20 23 幾個(gè)基本概念 1. 相和相界面 相 — 物質(zhì)的物理化學(xué)性質(zhì)都完全相同的均勻部分。 體系中有兩個(gè)或兩個(gè)以上的相，稱(chēng)為多相體系。 相界面 —— 相與相之間的宏觀物理界面。 在相互接觸的兩相中 ： 若一相為氣體，相界面稱(chēng)為表面。 若是液 /固分界面，稱(chēng)為界面。 21 24 分 散 相 — 在多相分散體系中，被分散的物 質(zhì)。 分 散 介質(zhì) — 分散相所在的連續(xù)介質(zhì)。 例如 ：鉆井液中，粘土顆粒分散在水中。 —— 粘土為分散相； —— 水為分散介質(zhì)。 22 25 分散度和比表面 分散度 —— 分散相的分散程度。 比表面 —— 單位體積（重量）物質(zhì)的總表面積。 比表面 = S/V = S/W L11 ??顆粒平均直徑分散度23 26 ? 吸附 —— 物質(zhì)在兩相界面上自動(dòng)濃集（界面濃度大于內(nèi)部濃度）的現(xiàn)象。 ? 吸附質(zhì) —— 被吸附的物質(zhì) ? 吸附劑 —— 吸附吸附質(zhì)的物質(zhì) ? 按吸附的作用力性質(zhì)不同，可將吸附分為： ? —— 物理吸附 ? —— 化學(xué)吸附 24 27 第一節(jié) 粘土礦物的晶體構(gòu)造與性質(zhì) 粘 土 ：主要由粘土礦物和少量非粘土礦物組成的 細(xì)粒粘滯土狀物質(zhì)。 ? 特點(diǎn)：粒度 5微米 . ? 成分：粘土礦物（蒙托石等） + 非粘土礦物（石英、長(zhǎng)石等） + 膠體礦物（蛋白石等）。 粘土礦物 ：含水的層狀及層 — 鏈狀鋁硅酸鹽總稱(chēng)。 ? 特點(diǎn)：具有相對(duì)固定的化學(xué)組成和確定的內(nèi)部結(jié)構(gòu) — 內(nèi)部格子構(gòu)造。 25 28 粘土礦物的晶格構(gòu)造和特點(diǎn) ? 常見(jiàn)的粘土礦物 (clay minerals) – 高嶺土（ Kaolinite） – 蒙脫石 (Montmorillonite) – 伊利石 (illite) ? 化學(xué)組成 26 29 一、粘土礦物的兩種基本構(gòu)造單元 ? 硅氧四面體 由一個(gè)硅原子和四個(gè)等距的氧原子組成的正四面體。硅原子在四面體的中心，氧原子在四面體的頂點(diǎn)。 圖中 ： 基底氧 ：四面體底面三個(gè)氧原子。 頂端氧 ：四面體頂點(diǎn)一個(gè)氧原子。 OO距離 ： 。 SiO距離 ： 。 —— 硅原子 —— 氧原子 27 30 ? 硅氧四面體片 單個(gè)四面體與若干個(gè)相鄰四面體通過(guò)底面氧相連，構(gòu)成平面連續(xù)的四面體晶格。 四面體片特點(diǎn)： ? 由 SiO4彼此連接而成的 Si4O10的無(wú)限重復(fù)的六方網(wǎng)格。 ? 所有基底氧排列在同一個(gè)平面上。 ? 所有頂端氧在另一個(gè)平面上。 ? 平面投影形成正六角形的三層空心六角環(huán)網(wǎng)格。 ? 四面體片在粘土中不能獨(dú)立存在。 —— 硅原子 —— 氧原子 Si4O10 ? 最小重復(fù)單元分子式 28 31 2. 鋁氧八面體與鋁氧八面體片 ? 鋁氧（氫氧， Al — O(OH)） 八面體 鋁原子處于正八面體中心，六個(gè)氧原子或氫氧原子處于八面體頂點(diǎn)。 圖中 ： OO距離： 。 OHOH距離： 。 —— 鋁原子 —— 氫氧原子 29 32 ? 鋁氧（氫氧）八面體片 單個(gè)八面體與相鄰的八面體通過(guò)共用晶棱連接起來(lái)，頂端和底端氧原子則構(gòu)成兩個(gè)平行的平面（每個(gè)八面體同相鄰的六個(gè)其它八面體通過(guò)共用氧（氫氧）連接。 ? 兩種八面體（片） 二八面體 （鋁氧片） —— 每三個(gè)八面體中心只有二個(gè)中心被Al3+、 Fe3+占據(jù)（ 1/3空位）。 三八面體 （鎂氧片） —— 每三個(gè)八面體中心全被 Mg3+、 Fe3+充填（無(wú)空位）。 —— 氫氧原子 —— 鋁原子 Al4(OH)12 ? 最小重復(fù)單位分子式 30 33 3. 晶片的結(jié)合 ? 晶層 四面體片和八面體片沿 C軸按一定 比例相互重合，通過(guò)共用氧原子連接 形成電中性的統(tǒng)一結(jié)構(gòu)層。 ? 晶體 許多單位晶層在 C軸方向上按一定 距離反復(fù)重合而成。 ? 單位晶胞 能代表晶體性質(zhì)的單位層內(nèi)最小物 質(zhì)組合。常以 a、 b軸范圍表示其大小。 ? C軸間距 某一晶面與相鄰晶層的對(duì)應(yīng)晶面間的距離。 ?晶格取代 晶體結(jié)構(gòu)中 四面體 的 Si4+ 被 Al3+取代 ,或 鋁氧八面體的 Al3+被 Fe2+、Mg2+等 取代，其結(jié)果是晶體結(jié)構(gòu)不變，晶體帶負(fù)電。 C a C 間距 b 31 34 二、幾種粘土礦物的晶體構(gòu)造 1. 高嶺石 （ Kaolinite) ? 晶體結(jié)構(gòu) —— 1： 1型 單元晶層由一層四面體片和一層八面體片組成，所有硅氧四面體的尖頂都朝向八面體，通過(guò)共用氧原子連接成晶層。若干個(gè)晶層在 C軸方向上層層重疊，而在 a、 b軸方向上連續(xù)延伸。 ? 特點(diǎn) ? 晶層間連接緊密（晶層一面為“ O”層，一面為“ OH” 層，易形成氫鍵。） ? 水化分散性差，礦物較穩(wěn)定。 ? C軸間距 =。 ? 晶胞分子式： Al4Si4O10(OH)8 6 +12 10 +16 12 =0 6OH 4Al 4