第一章
1.钻井液的概念:钻井工程中所使用的一种工作流体。具有能满足钻井工程所需的各种功能。是一种分散相粒子(土、加重剂、油)多级分散在分散介质(水、油)中形成的溶胶—悬浮体。水基泥浆是粘土以小颗粒状态分散在水中形成的溶胶-悬浮体。
2.钻井液的基本功能:冷却和清洗钻头,提高钻头破岩效率;携带和悬浮钻屑、加重剂,保持井眼清洁;稳定井壁、平衡地层压力,防止塌、卡、漏、喷等各种井下事故复杂的发生;保护油气层;传递水马力;
3.钻井液在钻井工程中的作用:对钻井速度、钻井成本、油井产量、井下安全的影响
4.如何成为一名优秀的泥浆工程师:事业心与责任感、基础理论知识和专业技能、实践经验的积累、外语能力、钻井工程,石油地质相关知识。
5.泥浆工程师应掌握的专业技能:按照钻井液设计,独立完成一口井的钻井液现场施工;熟练掌握本油田各种泥浆体系组成、使用条件、配制方法和维护处理工艺;熟悉各种泥浆处理剂性能特点、加量、其相互间配伍性和使用条件;熟悉各种泥浆测试仪器的操作方法,并能熟练掌握泥浆性能的标准测试程序;能够正确分析判断井下与钻井液有关的各种事故、复杂情况,并提出合理、有效的处理方案;掌握本油田常用特殊泥浆(如:解卡液、堵漏泥浆、压井泥浆等)的配方和配制工艺;熟练掌握各种泥浆小型实验,并能对测试和实验数据作出正确的分析判断。
第二章
1.钻井液密度的概念,作用及设计原理?答:定义:钻井液单位体积的质量称为钻井液的密度,常用g/cm3单位表示。作用:调节钻井液静液柱压力,平衡地层孔隙压力,避免喷、漏、塌、卡等复杂情况的发生。设计依据:一般以地层孔隙压力为基准,易塌地层以地层坍塌压力作参考。设计原则:一般情况下,钻井液液柱压力要高于地层孔隙压力,即在地层孔隙压力值基础上附加一安全值。中石油颁布的标准为:油层附加1.5--3.5MPa,气层附加3.0--5.0MPa。另一个标准为钻井液密度是在地层压力系数之上附加一安全值:油层附加0.05-0.10,气层附加0.07-0.15。
2.为什么钻井液密度要在地层压力之上增加一个附加值? 答:合理钻井液密度在数值上等于地层压力加安全附加值。安全附加值通常取决于起钻的抽汲压力,而抽吸压力除与起钻速度有关,也受钻井液流变性的影响。静切力越高抽吸压力越大,起钻抽喷的风险越大,附加的安全值就要求越高。
3.钻井液密度过高的危害?答:降低钻井速度,井漏和井卡,伤害油气层,增加钻井成本。 4.何为钻井液的流变性?有哪些流变参数?答:流变性是指钻井液流动和变形的特性。粘度,包括漏斗粘度T(S)、表观粘度 AV(mPa.S)、塑性粘度PV(mPa.S)、切力,动切力(结构粘度)YP(Pa)、 静切力(凝胶强度)G 0/G 10 (Pa)、流形指数n值,及稠度系数K值。 5.
6.合理流变参数的确定原则?答:在满足携砂和悬浮加重剂前提下,粘度、切力越低越好! 7.API中压失水,HTHP失水的测定条件?答:API中压滤失量:在室温和7atm条件下,通过45.6 cm2过滤面积的滤纸,经历30分钟时流出的滤液量(cm3)。同时在滤纸表面沉积的固相厚度称为泥饼厚度,其致密性、韧度和光滑度称为泥饼质量。HTHP滤失量:在高温(90-200C。可调)和35atm条件下,通过22.8 cm2过滤面积的滤纸,经历30分钟时流出的滤液量×2(以cm3计)。同时在滤纸表面沉积的固相厚度称为泥饼厚度。
8.失水造壁性差有什么影响?答:失水大,泥饼厚会:污染油气层、厚泥饼引起压差卡钻、厚泥饼影响固井质量、瞬时失水大,钻速快、井壁坍塌,井眼缩径。
9.固相含量及分散度对钻井工程的影响?答:固相含量高,分散度高会降低机械钻速、钻井液性能差,引发事故复杂、影响固井质量、伤害油气层、钻井液抗污染能力差。
10.何为亚甲基蓝般土含量?如何测定?答:亚甲基蓝般土含量(MBT)是指通过亚甲基蓝滴定试验测出钻井液的阳离子交换容量,进而换算出钻井液中的般土含量。这种测定方法所得出的般土含量是一个相对值,常受钻井液中其它组分的干扰。测定方法: 用注射器准确量取1-2ml钻井液,注入150ml三角瓶中,加10ml蒸馏水稀释。 加入3%过氧化氢15ml和0.5ml稀硫酸,缓慢煮沸10min,不能蒸干,加蒸馏水稀释至50ml。 用3.74g/l(0.01mol/l)的亚甲基蓝溶液滴定,每滴入0.5ml后旋摇30s,用搅棒取一滴在滤纸上,当粘土颗粒周边出现蓝色环时可能到滴定终点。
继续旋摇2min,再取一滴到滤纸,观察蓝色环是否还在,如消失,继续滴定。如蓝色环还在则判定已达终点。记录所消耗亚甲基蓝毫升数。 11.控制PH值的一般原则?答:钻井液的PH值应根据不同钻井液体系及地层的需要而加以控制,否则会出现不良后果。一般原则是:
对于水敏性泥岩地层,PH值低一些好。因为PH值越高,泥岩地层越易出现水化膨胀、分散造浆和垮塌(≤8)。
对于防止有些处理剂发酵,需要适当高的PH值( ≥8)。 对于某些分散型处理剂,需要较高的PH值(≥9),其有效成分才能溶解而发挥作用。 对于硫化氢气层钻进,为提高钻井液对硫化氢的溶解能力和钻具防腐,需要较高的PH值(≥9.5)。
对于钻具的防腐蚀,PH值宜高一些( ≥9.5)。
第三章
1.般土的主要作用?影响般土水化作用的主要因素有哪些?答:作用:形成泥饼,控制失水、封固和稳定井壁、提高粘度切力。影响因素:配浆水质、机械剪切强度、碱的使用,PH值、水化时间和温度。
2.对钻井液加重剂的基本要求?答:密度高、化学惰性、硬度低,磨损性小,液体加重剂对钻具腐蚀性小。保护油气层加重剂:可酸化。固体加重剂粒度在≤74μ。 3.包被剂的分子结构特点及主要作用?答:包被剂是一种分子链上含有较多吸附基团和一定比例水化基团的高分子聚合物,分子量多在200万以上。作用:主要作用是抑制泥岩钻屑的分散,控制地层造浆,降低钻井液的处理量。兼有抑制泥岩水化膨胀和防塌的作用。 4.磺化酚醛树脂的分子结构及主要作用?答:非离子基团(酚基)的作用:提供强烈吸附(螯合吸附);阴离子基团(磺甲基)的作用:形成致密水化膜,提高土粒电动电位、保护土粒胶体性质,减弱聚集趋势,增强体系稳定、在高温及大量污染的情况下仍能保持体系稳定、增强热稳定性、提高抗盐能力。
5.降粘剂的降粘的机理?答:XY-27是在分子链上同时引入有机阳离子基团和有机阴离子基团、分子量在2000的稀释剂。
其作用机理是:由于分子量小且含阳离子基团,能优先于其它聚合物吸附在粘土颗粒上,拆散或阻止了粘土颗粒与高分子聚合物的空间网架结构,降低了结构粘度。同时分子链上的有机阳离子基团通过静电吸附于粘土表面,中和了粘土表面负电荷,减弱粘土的水化作用。此外分子链中带有大量的水化基团形成的水化膜,阻止自由水分子与粘土表面接触而提高了粘土颗粒的抗剪切强度,有效地增强体系抑制性。
6.液体内润滑剂的作用原理?答:主要原理是润滑油在机械剪切和表面活性剂的作用下乳化分散在钻井液中,在钻井液滤失过程中在泥饼表面形成一层油膜,大大降低泥饼的摩擦阻力系数。
7.解卡剂的主要成分及解卡机理?答:主要成分为油、表面活性剂、快速渗透剂、沥青、石灰、水和加重材料。机理:利用快-T向钻具与井壁之间的泥饼渗透,侵蚀剥离泥饼,使油相逐渐浸入钻具和井壁之间,最终消除作用在钻具表面的正压差,解除卡钻。
8.桥接堵漏剂的基本组成?答:堵漏剂至少包括三种成分:刚性颗粒(大)架桥,中小颗粒填充,纤维状颗粒封堵。
9.磺化泥青的防塌机理?答:防塌机理是防塌剂中的水溶性大分子基团吸附在粘土颗粒表面,改善泥饼质量,降低失水,提高钻井液的护壁能力。油溶成份在井温作用下软化变形封堵泥页岩的微裂缝,阻止滤液向裂缝深部侵入。 10.除硫剂碱式碳酸锌的除硫机理?答:
2ZnCO3 .3Zn(OH)2 + 5H 2S === 5ZnS↓+ 2CO2↑+ 8H 2O
第四章
1.聚合物钻井液的组成?答:包被剂、降粘剂、降失水剂、功能添加剂。 2.不分散聚合物体系“不分散”的含义?答:“不分散”的含义一是指钻井液中的固相颗粒保持在相对较粗的粒度范围内,二是钻出的岩屑受到聚合物的包被,不易分散,易于固控设备的清除。小于1μ的亚微米颗粒,般土浆13%、分散泥浆80%,聚合物不分散泥浆6%。 3.不分散聚合物体系应用的技术关键?答:合理的般土含量(含量高流变性变差),足够的包被剂(维持不分散的基础),等浓度维护(保持包被剂含量),避免强分散剂 PH:7-8(保持钻井液的强抑制性),高效使用固控设备(尽可能清除钻屑,保持低固相)。
4.盐对钻井液性能破坏的内在机理?答:盐对聚合物特性的影响:聚合物分子通过在粘土颗粒表面的吸附,调节泥浆性能并对泥浆起稳定作用。聚合物的溶解性、水化性和分子构象决定了它在粘土颗粒表面的吸附特点及规律,盐正是通过对上述三方面的影响,大大降低了聚合物处理剂的处理效能。盐降低了聚合物的水化能力和溶解性;盐提高了聚合物在粘土颗粒表面的吸附量;盐使聚合物分子链形态发生卷曲、变形,线团尺寸急剧收缩。概言之,盐通过影响粘土颗粒的表面电性质及处理剂的溶解、水化、吸附及分子链形态等特性,降低粘土颗粒的聚集稳定性和分散度,带来泥浆粘度、切力、失水等性能的变化。 5.两性离子聚磺钻井液体系的抗盐机理?答:两性离子聚合物分子链上的有机阳离子基团与带负电的粘土颗粒产生强烈吸附,只需少量阳离子基团即可获得大量非离子吸附基团的吸附效果,因此在分子链上可保持更高比例的阴离子水化基团,可以在盐水状态下仍具有极好的溶解性和很强的水化能力,吸附在粘土颗粒表面形成致密溶剂化层,提供粘土颗粒的空间稳定性,实现增强盐水泥浆胶体稳定性的目的。
此外两性离子聚合物分子链上引入了环状型、支链型的基团,增加了链的刚性和抗剪切能力。体系的另一处理剂磺化酚醛树脂,分子链主要由苯环组成,链刚性强,苯环上的磺酸基团有极强水化能力,符合抗盐聚合物的分子结构要求。
6.为什么盐水钻井液体系的处理剂浓度要大大高于淡水钻井液体系?答:盐对粘土颗粒及处理剂的影响是客观存在,不同种类的处理剂受盐的影响程度有所不同。但即使是抗盐聚合物处理剂,在盐水状态下,其处理效能仍将受到一定的削弱,唯有通过提高处理剂的加量来弥补其效能的下降。此外盐水条件下,般土颗粒对处理剂的吸附量大大增加。因此,在饱和盐水钻井液中,处理剂的用量和浓度要大大高于钻井液泥浆。
7.何为分散钻井液体系?主要特点?答:该体系是指以强分散型处理剂为核心的水基钻井液。特点:亚微米颗粒多,钻速受影响、PH高(9-10)、抑制能力差,不适合浅井,中深井、适宜超深井(抗温220℃,井深8000M)。
8.高温对钻井液性能的影响有哪些?答:高温分散,高温增稠—高温交联,高温胶凝—高温固化、高温钝化—高温减稠、高温降解—失水量上升,粘度增大。高温解吸附,高温去水化—失水增大、高温降粘—粘度降低。
第五章
1.井漏后应采集哪些资料?有何作用?答:漏失量、漏失速度、井口液面.钻井液性能、钻井工况及钻井参数、地层剖面及岩性、邻井实钻资料。分析什么原因引起井漏?漏层在那里?
采用什么方法堵漏。
2.如何测量井漏位置?答:钻井液密度没有增加时发生漏失:正常钻进中井漏,通常钻头位置即漏层;钻进中钻速突然加快、甚至出现放空,漏层在井底;曾经的漏失地层或邻井的漏层是井漏后优先考虑的可疑漏层。下钻或开泵时井漏(压力激动引起)漏层可能在套管鞋附近,井眼中较浅的砂岩地层,或承压能力低的地层。加重时出现的井漏理论上说漏层可能在裸眼井段的任意层位,但最大的可能是套管鞋下的第一套砂岩;分析地层剖面,断层、不整合接触面、砾岩、砂岩是漏层的可能性大。(电测是确定漏层最可靠的方法-井温测定法、放射性测定法、电阻测定法)。
3.何为钻井液安全密度窗口?答:所谓的钻井液安全密度窗口是指平衡地层压力的泥浆密度与地层破裂压力系数之间的这个范围。
4.如何预防井漏?答:合理井身结构,合理钻井液密度,良好钻井液流变性,合适的泵排量,控制下钻和开泵速度。
5.简述桥接堵漏法?答:桥接堵漏工艺成功的前提是架桥,架桥颗粒必须是刚性的。只有刚性大颗粒在裂缝内架桥、中颗粒填塞、小颗粒封堵才能形成足够致密,足够强度的堵塞层。这个堵塞层应在裂缝内部靠近井壁附近,而不是在裂缝表面。因此架桥颗粒的的几何尺寸与裂缝宽度相匹配尤为关键。
架桥颗粒粒径按照2/3架桥理论选择。即刚性架桥颗粒直径应是裂缝平均宽度的1/2-2/3。架桥颗粒直径过大过小都可能导致堵漏失败。
此外桥接堵漏剂的搭配(包括粒度、形状、组分比例、物理性质等)对堵漏效果也很重要。 堵漏浆的注入量 ,对于失返型井漏,215.9mm井眼注入量不低于20m3,311.2mm井眼注入量不低于30m3。
堵漏剂浓度应达到10%-15%,甚至20%。
6、桥接堵漏工艺要点?答:选择堵漏剂,配制堵漏泥浆、下钻到漏层,替入堵漏泥浆、起钻到套鞋,静止--循环--关封井器蹩压、下钻钻进10-20米不漏,开振动筛清除堵漏剂。 7、何为压差卡钻?引发压差卡钻的因素有哪些?答:压差卡钻也称粘卡,是钻井工程中最常见的卡钻事故。原因是钻具与泥饼粘附后,钻井液液柱与地层压力的压差作用在钻具表面,使钻具运动受阻,当这个阻力大于钻具或钻机的最大负荷能力时,卡钻即发生。压差卡钻一般是从钻铤开始,由于钻具失去活动自由,随时间推移,卡点逐步上移,甚至到套管鞋附近。 钻井液性能的好坏是压差卡钻的最主要影响因素。
8、如何预防压差卡钻?答:合理泥浆密度降低压差、控制失水降低泥饼厚度、搞好固控降低含砂量、加强钻具活动避免钻具静止、加润滑剂降低摩阻系数。
9、简述解卡剂浸泡工艺流程?答:拉卡点或测卡点、确定浸泡井段卡点-钻头、计算解卡剂量配制解卡剂、泵入解卡剂、加强钻具活动,定时顶替解卡剂。
10.引起井壁失稳的主要因素有哪些?答:地质原因、工艺原因、物理化学原因。井壁失稳的实质就是力学不稳定,当井壁岩石受到的应力超过岩石本身强度时,井塌或缩径就会发生。 11.简述引起井壁失稳的物理化学因素?答:粘土水化膨胀、流体静压力、毛细管作用。钻井液滤液进入泥页岩后,粘土颗粒吸水膨胀产生较大的膨胀压力,使井壁岩石受力不平衡,当超过岩石的屈服强度时,就会以井塌的形式释放应力。水化膨胀分表面水化、离子水化和渗透水化三种类型。毛细管作用:泥页岩中的层理面、微裂缝是良好的毛细管通道,引起吸水的毛细管效应,毛细管水进入泥页岩后削弱岩石颗粒间和层面间的联结力,造成井塌。流体静压力,钻井液在正压差作用下进入地层,增大地层孔隙压力,引起地层层面水化,强度降低,微裂缝裂解,引起井塌。
12.如何预防井塌?答:合理井身结构、防塌钻井液体系、合理密度良好钻井液性能、降低压力激动、适当排量、避免定点循环。
13.井塌发生后的措施?答:提高钻井液密度、提高钻井液粘度、切力;改善钻井液封堵造壁能力、适当提高排量、优选防塌钻井液体系。
14.缩径发生在哪些地层?答:盐岩层、硬石膏层、塑性泥岩层。
15.盐岩性型变受哪些因素影响?答:A、温度:温度愈高,变形愈强。温度高于100。C变形明显,温度在200。C左右可能形成稳定的塑性流动。
B、岩盐化学组分:纯NaCl晶体变形能力比含MgCl2、KCl的混合晶体变形性小。 C、埋藏深度(H):埋藏越深,变形性愈强。 D、单层厚度(h):单层厚度愈大,变形性愈强。
16、井喷的条件?答:地层流体、井内液柱压力低于地层压力(泥浆密度偏低、起钻抽吸 未灌好泥浆、井漏液面下降)、连通性好的地层。
17、井喷的预兆有哪些现象?答:溢流是井喷的先兆、钻速显著加快、钻进中液面上升(停泵后井口泥浆外溢、起钻时井口灌不进泥浆)、泥浆油气侵、水侵泥浆密度持续下降。 18、如何预防井喷?答:合理泥浆密度:钻进中泥浆体积无增量、停泵后井口无溢流、起钻灌泥浆与钻具体积相符。合理井身结构。维持液柱压力:气侵后及时除气、控制起钻速度、起钻灌好泥浆,及时等量。地层压力预测与监测。可靠的井控装置。
19、常用的压井方法有哪两种?有什么原则?答:一次循环法(工程师法)是指发现溢流关井求压并计算压井泥浆密度,待压井钻井液配制完成,直接泵入井内(节流循环),在一个循环周内完成压井,同时排除油气侵污的钻井液。二次循环法(司钻法)是指发现溢流关井求压并计算压井泥浆密度,第一循环周用原密度钻井液节流循环以排除环空中被油气侵污的钻井液。第二循环周泵入配制好的压井钻井液压井。
第六章
1.何为油气层损害?答:油气层损害是指钻井、完井、采油等施工作业中,因外来流体和固相颗粒侵入储层,降低储层渗透率、增大油气流进入井眼的阻力,降低油气井产能现象。 2.造成油气层损害有哪些因素?答:固相污染、水锁效应贾敏效应、润湿反转、结垢、敏感性损害。
3.储层损害的敏感性分析包括哪些内容?答:水敏实验、速度敏实验、盐敏实验、酸敏实验、碱敏实验。敏感性评价是通过岩芯流动实验对油气层的水敏、盐敏、碱敏、酸敏和速敏性及引起的油气层损害程度所进行的评价。 4.表皮系数的含义?答:表皮系数是描述由于近井壁地带油气层损害而导致流体渗流阻力增加的一个常数。S=[(Ko/Kop)-1]ln(rd/rw)其中S为表皮系数,Ko、Kop分别为损害前后油相渗透率。rd为损害带半径,rw为井眼半径。 5.屏蔽暂堵油气层保护技术的机理?答:屏蔽暂堵油气层保护技术就是利用钻井液中固相粒子堵塞油层孔喉(微裂缝)的机理和规律,人为的在打开油层的极短时间(几分钟)内,用泥浆中的固相粒子在油层近井壁附近(10公分内)形成一个渗透率几乎为零的堵塞带(屏蔽暂堵层),从而防止泥浆、水泥浆对油层的继续损害,固井后用负压深穿透射孔,负压返排或酸化技术解堵,从而很好保护油层裂缝、孔隙导流能力,达到保护油层,提高油井产量的目的。
6.屏蔽暂堵技术的特点?答:暂堵层形成快、暂堵层薄、渗透率几乎为零、易解堵。 7.屏蔽暂堵层形成的基本条件?答:足够正压差△P≥3Mpa、与孔喉相匹配固相粒子。 8.屏蔽暂堵技术使用的几种粒子及要求?答:架桥粒子:与孔喉相匹配、刚性、可酸溶、高纯度。填充粒子:比架桥粒子小、粒度多级分布、刚性、可酸溶。高纯度变形粒子:比填充粒子小:多级分布、在油层温度下软化、可油溶、高纯度。
第七章
1.钻井液固相控制有什么意义?答:提高机械钻速、减少井下事故复杂发生率、保护油气层、