钻井液参数测定及维护分析课件.ppt

1、钻井液性能及其测试钻井液性能及其测试 按照按照APIAPI推荐的钻井液推荐的钻井液 性能测试标准，性能测试标准，需检测的钻井液常规性能包括：密度、漏需检测的钻井液常规性能包括：密度、漏斗粘度、塑性粘度、动切力、静切力、斗粘度、塑性粘度、动切力、静切力、APIAPI滤失量、滤失量、HTHPHTHP滤失量、滤失量、pHpH值、碱度、含砂值、碱度、含砂量、固相含量、膨润土含量和滤液中各种量、固相含量、膨润土含量和滤液中各种离子的质量浓度等。离子的质量浓度等。 一、钻井液密度一、钻井液密度钻井液密度钻井液密度 钻井液密度（钻井液密度（densitydensity）是指每单位体）是指每单位体积钻井液的质

2、量，常用符号积钻井液的质量，常用符号“”表示，单表示，单位是：位是：g/cm3g/cm3（kg/m3kg/m3）。在钻井工程中，钻）。在钻井工程中，钻井液密度和泥浆比重是两个等同的术语。钻井液密度和泥浆比重是两个等同的术语。钻井液密度是确保安全、快速钻井和保护油气井液密度是确保安全、快速钻井和保护油气层的一个十分重要的参数。层的一个十分重要的参数。 通过钻井液密度的变化，可调节钻井液在井通过钻井液密度的变化，可调节钻井液在井筒内的静液柱压力，以平衡地层孔隙压力。有时筒内的静液柱压力，以平衡地层孔隙压力。有时亦用于平衡地层构造应力，以避免井塌的发生。亦用于平衡地层构造应力，以避免井塌的发生。如果

3、密度过高，将引起钻井液过度增稠、易漏失、如果密度过高，将引起钻井液过度增稠、易漏失、钻速下降、对油气层损害加剧和钻井液成本增加钻速下降、对油气层损害加剧和钻井液成本增加等一系列问题；而密度过低则容易发生井涌甚至等一系列问题；而密度过低则容易发生井涌甚至井喷，还会造成井塌、井径缩小和携屑能力下降。井喷，还会造成井塌、井径缩小和携屑能力下降。因此，在一口井的设计中，必须准确、合理地确因此，在一口井的设计中，必须准确、合理地确定不同井段钻井液的密度范围，并在钻进过程中定不同井段钻井液的密度范围，并在钻进过程中随时进行检测和调整。随时进行检测和调整。 钻井液密度是用一种专门设计的钻井钻井液密度是用一种

4、专门设计的钻井液比重秤（液比重秤（Mud BalanceMud Balance）测得的。测定时，）测得的。测定时，首先在泥浆杯中盛满钻井液，盖上计量盖，首先在泥浆杯中盛满钻井液，盖上计量盖，然后用棉纱擦净从计量盖小孔溢出的钻井然后用棉纱擦净从计量盖小孔溢出的钻井液。再将比重秤刀口放置在底座的刀垫上，液。再将比重秤刀口放置在底座的刀垫上，不断移动游码，直至水平泡位居两条线的不断移动游码，直至水平泡位居两条线的中央。此时游码左侧的刻度即表示所测量中央。此时游码左侧的刻度即表示所测量钻井液的密度。钻井液的密度。 1 1、密度与钻井的关系、密度与钻井的关系 （1）平衡地层压力和井壁侧压力。）平衡地层压

5、力和井壁侧压力。 在钻井作业中，钻井液的功能之一是利在钻井作业中，钻井液的功能之一是利用钻井液质量产生的液柱压力来平衡地层用钻井液质量产生的液柱压力来平衡地层压力和井壁侧压力，防止井喷、井漏和井压力和井壁侧压力，防止井喷、井漏和井壁垮塌；同时防止高压层中的油、气、水壁垮塌；同时防止高压层中的油、气、水进入钻井液中破坏钻井液的性能，引起井进入钻井液中破坏钻井液的性能，引起井下复杂情况。下复杂情况。 钻井过程中，钻井液的密度过小，钻井液的液柱钻井过程中，钻井液的密度过小，钻井液的液柱压力过小，一方面不足以平衡地层压力，低层中压力过小，一方面不足以平衡地层压力，低层中的油、气、水可以进入钻井液，破坏

6、钻井液性能，的油、气、水可以进入钻井液，破坏钻井液性能，同时造成钻井液密度下降，引起井喷事故的发生；同时造成钻井液密度下降，引起井喷事故的发生；另一方面液柱压力过小，不足以提供足够的支撑另一方面液柱压力过小，不足以提供足够的支撑力来平衡井壁侧压力，易使井壁垮塌。密度过大，力来平衡井壁侧压力，易使井壁垮塌。密度过大，钻井液的液柱压力过大，当液柱压力大于地层压钻井液的液柱压力过大，当液柱压力大于地层压力，钻井液进入地层中去，对油气层造成破坏；力，钻井液进入地层中去，对油气层造成破坏；当钻井液的液柱压力大于地层破裂压力时，压漏当钻井液的液柱压力大于地层破裂压力时，压漏地层，产生井漏。地层，产生井漏。

7、 （2 2）钻井液密度与钻速的关系）钻井液密度与钻速的关系 一般而言：钻井液密度越大，机械钻速越低；一般而言：钻井液密度越大，机械钻速越低；钻井液密度越小，机械钻速越高。原因在于：第钻井液密度越小，机械钻速越高。原因在于：第一，钻井液密度大，钻井液产生的液柱压力达，一，钻井液密度大，钻井液产生的液柱压力达，钻具在井内转动时要克服的摩擦力越大，动力消钻具在井内转动时要克服的摩擦力越大，动力消耗越大，钻头研磨地层的动力下降，机械钻速下耗越大，钻头研磨地层的动力下降，机械钻速下降；第二，钻井液的密度大，液柱压力达，对井降；第二，钻井液的密度大，液柱压力达，对井底产生压持效应，使钻屑不能及时脱离开岩石

8、母底产生压持效应，使钻屑不能及时脱离开岩石母体，造成钻头对破碎岩石的重复切削，降低机械体，造成钻头对破碎岩石的重复切削，降低机械钻速；第三，钻井液的密度大，造成井内正压差钻速；第三，钻井液的密度大，造成井内正压差增大，使井底岩石的可钻强度增加，钻度降低。增大，使井底岩石的可钻强度增加，钻度降低。反之，密度下降，钻速提高。反之，密度下降，钻速提高。 2 2、提高钻井液密度方法、提高钻井液密度方法（1 1）加重的条件）加重的条件 钻进高压盐水层或高压油气层之前，要对钻钻进高压盐水层或高压油气层之前，要对钻井液进行加重。井液进行加重。（2 2）加重的方法）加重的方法 a a 加入重晶石粉等加重材料；

9、加入重晶石粉等加重材料；b b 加入可溶性加入可溶性无机盐如无机盐如NaClNaCl、KClKCl等，可溶性有机盐如甲酸钠、等，可溶性有机盐如甲酸钠、甲酸钾、甲酸铯等；甲酸钾、甲酸铯等；c c 钻井液中有气泡室，通过钻井液中有气泡室，通过对钻井液进行排气，也可以提高钻井液密度。对钻井液进行排气，也可以提高钻井液密度。（除气器、消泡剂）（除气器、消泡剂） 其中，在钻井液中加入加重剂是最常用的提其中，在钻井液中加入加重剂是最常用的提高密度的方法。高密度的方法。 3 3、降低钻井液密度、降低钻井液密度（1 1）降低的条件）降低的条件 钻进低压油气层、实现平衡钻井或欠平衡钻钻进低压油气层、实现平衡钻井

10、或欠平衡钻井时，常常碰到要降低钻井液密度的问题，处理井时，常常碰到要降低钻井液密度的问题，处理井漏时液需要降低密度。井漏时液需要降低密度。（2 2）降低密度的方法）降低密度的方法 a a 减少钻井液中固相含量，如用机械和化学减少钻井液中固相含量，如用机械和化学除砂的方法，清除钻井液中的除砂的方法，清除钻井液中的 钻屑、砂子等有害钻屑、砂子等有害固相；固相；b b 加入大量清水稀释；加入一定数量的发加入大量清水稀释；加入一定数量的发泡剂，利用气体充入钻井液降低钻井液的密度；泡剂，利用气体充入钻井液降低钻井液的密度；c c 混油；混油；d d 钻进低压油气层时选用气体钻井液。钻进低压油气层时选用气

11、体钻井液。 二、钻井液的流变参数二、钻井液的流变参数钻井液的流变性概述钻井液的流变性概述l钻井液流变性（钻井液流变性（Rheological Properties of Rheological Properties of Drilling Fluids Drilling Fluids ）是指在外力作用下，钻井液）是指在外力作用下，钻井液发生流动和变形的特性，其中流动是主要的方面。发生流动和变形的特性，其中流动是主要的方面。该特性通常用钻井液的流变曲线和塑性粘度该特性通常用钻井液的流变曲线和塑性粘度（Plastic ViscosityPlastic Viscosity）、动切力（）、动切力（Yi

12、eld Yield PointPoint）、静切力（）、静切力（Gel StrengthGel Strength）、表观粘度）、表观粘度（Apparent ViscosityApparent Viscosity）等流变参数来进行描述）等流变参数来进行描述的。的。钻井液流变性是钻井液的一项基本性能，钻井液流变性是钻井液的一项基本性能，它在解决下列钻井问题是起着十分重要的作用：它在解决下列钻井问题是起着十分重要的作用：（1 1）携带岩屑，保证井底和井眼的清洁；）携带岩屑，保证井底和井眼的清洁；（2 2）悬浮岩屑；）悬浮岩屑；（3 3）提高机械钻速；）提高机械钻速；（4 4）保持井眼的规则和保证井下

13、安全。）保持井眼的规则和保证井下安全。 钻井液的流变性对钻井工作的影响主要体钻井液的流变性对钻井工作的影响主要体现在悬浮岩屑、护壁、减阻、提高钻速和冷却钻现在悬浮岩屑、护壁、减阻、提高钻速和冷却钻具具5 5个方面。个方面。 液体的基本流型通过实验研究，归纳液体的基本流型通过实验研究，归纳为四种基本流型：牛顿流型、塑性流型、为四种基本流型：牛顿流型、塑性流型、假塑性流型和膨胀流型。一般钻井液属于假塑性流型和膨胀流型。一般钻井液属于塑性流型。塑性流型。 流变曲线流变曲线牛顿液牛顿液(Newtonian Fluid)(Newtonian Fluid)指数液指数液(Power-law Fluid)(P

14、ower-law Fluid)塑性液塑性液(Bingham Fluid)(Bingham Fluid)膨胀液膨胀液( (Swell FluidSwell Fluid) )OS12345钻井液的触变性钻井液的触变性搅动后变稀搅动后变稀, ,静置后变稠。静置后变稠。静切力随静置时间延长而增大。静切力随静置时间延长而增大。快的强凝胶快的强凝胶慢的强凝胶慢的强凝胶快的弱凝胶快的弱凝胶慢的弱凝胶慢的弱凝胶1234t主要流变参数主要流变参数 1 1漏斗粘度漏斗粘度 在钻井过程中，钻井液的漏斗粘度是需要在钻井过程中，钻井液的漏斗粘度是需要经常测定的重要参数。它的定义是：一定经常测定的重要参数。它的定义是：一

15、定体积的钻井液流经规定尺寸的小孔所需要体积的钻井液流经规定尺寸的小孔所需要的时间。单位是的时间。单位是S S（秒）用（秒）用T T 表示。表示。 漏斗粘度漏斗粘度( (Funnel ViscosityFunnel Viscosity) ) 检测仪器：漏斗粘度计检测仪器：漏斗粘度计( (马氏漏斗马氏漏斗)()(Marsh funnelMarsh funnel) ) 测定方法测定方法在马氏漏斗内装入在马氏漏斗内装入1500ml1500ml泥浆泥浆, ,记录自然流出记录自然流出1 1夸脱（夸脱（946ml946ml）所）所用的时间用的时间( (秒秒) )2 2塑性粘度塑性粘度 塑性粘度。钻井液在层流

16、时，钻井液中固塑性粘度。钻井液在层流时，钻井液中固体颗粒之间、固体颗粒和液体分子之间、体颗粒之间、固体颗粒和液体分子之间、液体分子之间各种内摩擦力之和称为钻井液体分子之间各种内摩擦力之和称为钻井液的塑性粘度。用液的塑性粘度。用PVPV表示，单位为表示，单位为cPcP（厘（厘泊）或泊）或mPaSmPaS（毫帕（毫帕秒），其中秒），其中1cP=1mPaS1cP=1mPaS。 3 3动切力动切力 钻井液的动切应力反映的是钻井液在层流钻井液的动切应力反映的是钻井液在层流时，粘土颗粒之间及高聚物分子之间相互时，粘土颗粒之间及高聚物分子之间相互作用力的大小，即钻井液内部形成的网状作用力的大小，即钻井液内部

17、形成的网状结构能力的强弱。用结构能力的强弱。用YPYP或者或者0 0表示，单位表示，单位是是PaPa（帕）。（帕）。 4 4表观粘度表观粘度 钻井液的表观粘度又称有效粘度或视粘度，钻井液的表观粘度又称有效粘度或视粘度，是钻井液在某一速度梯度下，剪切应力与是钻井液在某一速度梯度下，剪切应力与速度梯度的比值，用速度梯度的比值，用AVAV表示，单位是表示，单位是mPaSmPaS（毫帕（毫帕秒）。秒）。 5 5剪切稀释性剪切稀释性 钻井液的表观粘度随速度梯度的增大而减钻井液的表观粘度随速度梯度的增大而减小，或者随速度梯度的减小而增大的特性小，或者随速度梯度的减小而增大的特性称为钻井液的剪切稀释性。如钻

18、井液在钻称为钻井液的剪切稀释性。如钻井液在钻头水眼处速度梯度为头水眼处速度梯度为1010，000000100100，000s000s-1-1，钻井液变的很稀，有利于提高钻速；在环钻井液变的很稀，有利于提高钻速；在环形空间处，速度梯度为形空间处，速度梯度为5050250 s250 s-1-1，钻井液，钻井液又变的比较稠，有利于携带岩屑。又变的比较稠，有利于携带岩屑。6 6切力切力 钻井液的切力是指钻井液的静切力，其胶体化学钻井液的切力是指钻井液的静切力，其胶体化学的实质是胶凝强度，即表示钻井液在静止状态下的实质是胶凝强度，即表示钻井液在静止状态下形成的空间网状结构力的强弱。其物理意义是：形成的空

19、间网状结构力的强弱。其物理意义是：当钻井液静止时，破坏钻井液内部单位面积上网当钻井液静止时，破坏钻井液内部单位面积上网状结构所需的剪切力。用表示状结构所需的剪切力。用表示S S，单位是，单位是PaPa（帕）。通常用初切力和终切力来表示静切力的（帕）。通常用初切力和终切力来表示静切力的相对值。相对值。 初切力是钻井液在经过充分搅拌后，静止初切力是钻井液在经过充分搅拌后，静止10s10s测得测得的静切力值，用的静切力值，用10s10s表示；终切力是钻井液经过表示；终切力是钻井液经过充分搅拌后，静止充分搅拌后，静止10min10min测得的静切力的值，用测得的静切力的值，用10min10min表示。

20、表示。 7 7触变性触变性 钻井液的触变性是指钻井液搅拌后变稀，钻井液的触变性是指钻井液搅拌后变稀，静止后变稠的性质。一般用钻井液的终切静止后变稠的性质。一般用钻井液的终切与初切的差值来表示，其差值越大，触变与初切的差值来表示，其差值越大，触变性就越强；差值越小，触变性越弱。性就越强；差值越小，触变性越弱。 8 8n n值和值和k k值值 n n值称为钻井液的流性指数，是钻井液结构力和剪值称为钻井液的流性指数，是钻井液结构力和剪切稀释性的一种表示。钻井液的切稀释性的一种表示。钻井液的n n值一般小于值一般小于1 1。n n值越小，钻井液的非牛顿性、剪切稀释性和结构值越小，钻井液的非牛顿性、剪切

21、稀释性和结构力越强；反之，力越强；反之，n n值越大，钻井液的非牛顿性、剪值越大，钻井液的非牛顿性、剪切稀释性和结构力越弱。流性指数是一个无量纲切稀释性和结构力越弱。流性指数是一个无量纲量，没有单位。降低量，没有单位。降低n n值，有利于携带岩屑和清洁值，有利于携带岩屑和清洁井眼。井眼。 k k值是钻井液的稠度系数，表示钻井液的可值是钻井液的稠度系数，表示钻井液的可泵性或直观流动性，即反映钻井液的稀稠泵性或直观流动性，即反映钻井液的稀稠程度。程度。k k值越大，钻井液越稠，开泵时泵压值越大，钻井液越稠，开泵时泵压越大；越大；k k值越小，钻井液越稀，对携带岩屑值越小，钻井液越稀，对携带岩屑不利

22、，有利于提高钻速。它的单位是不利，有利于提高钻速。它的单位是PaSPaSn n。切力切力( (Gel StrengthGel Strength) )有初切和终切之分有初切和终切之分检测仪器检测仪器( (旋转粘度计、切力计旋转粘度计、切力计) )(Rheometer(Rheometer、ShearometerShearometer) )测定方法测定方法塑性粘度塑性粘度S S(PV - (PV - Plastic Viscosity) )动切应力动切应力O O( (屈服值屈服值)(YP - )(YP - Yield Point) )检测仪器检测仪器: :旋转粘度计旋转粘度计(Rheometer(R

23、heometer) )测定方法测定方法参数计算参数计算)()(511.0)()(213000300600600PaSmPaPVSmPaAVs稠度系数稠度系数(K(K值值) ) (Consistency index)(Consistency index)流性指数流性指数(n(n值值) ) (Flow behavior index)(Flow behavior index)检测仪器检测仪器测定方法测定方法参数计算参数计算)(511511. 0)lg(322. 3300300600nnSPaKn常用英制单位换算常用英制单位换算泊（泊（P P）= 100 = 100 厘泊（厘泊（CPCP）1 1 厘泊

24、（厘泊（CPCP）= 1 = 1 毫帕秒（毫帕秒（mPaSmPaS) )10 10 达因达因/ /厘米厘米2 2 (Dyne/cm(Dyne/cm2 2) ) = 1 = 1 帕帕(Pa)(Pa)钻井液流变模式钻井液流变模式钻井液流变性与钻井的关系钻井液流变性与钻井的关系 1 1、流变性与悬浮携带岩屑和净化井眼的关、流变性与悬浮携带岩屑和净化井眼的关系。钻井液粘度的作用是将井底的钻屑有系。钻井液粘度的作用是将井底的钻屑有效地携带到地面，这是关系到能否安全快效地携带到地面，这是关系到能否安全快速钻井的问题。实践表明：钻井液粘度、速钻井的问题。实践表明：钻井液粘度、切力越大，钻井液悬浮和携带岩屑的

25、能力切力越大，钻井液悬浮和携带岩屑的能力越强，井眼的净化效果越好。反之钻井液越强，井眼的净化效果越好。反之钻井液粘度、切力降低，钻井液悬浮和携带岩屑粘度、切力降低，钻井液悬浮和携带岩屑的能力变差，井眼的净化效果差。的能力变差，井眼的净化效果差。 2 2、钻井液流变性与机械钻速的关系。实践、钻井液流变性与机械钻速的关系。实践表明：在钻井过程中，钻井液粘度、切力表明：在钻井过程中，钻井液粘度、切力升高，钻速下降。原因是：一钻井液粘度、升高，钻速下降。原因是：一钻井液粘度、切力大，流动阻力大，消耗的功率也大，切力大，流动阻力大，消耗的功率也大，在泵功率一定的情况下，钻井液泵的排量在泵功率一定的情况下

26、，钻井液泵的排量相应降低，降低了钻井速度。二是钻井液相应降低，降低了钻井速度。二是钻井液粘度大，钻头在破碎岩石时，高粘度钻井粘度大，钻头在破碎岩石时，高粘度钻井液在井底形成一个粘性垫层，粘性垫层缓液在井底形成一个粘性垫层，粘性垫层缓和了钻头牙齿对井底岩石的冲击切削作用，和了钻头牙齿对井底岩石的冲击切削作用，使机械钻速降低。使机械钻速降低。 可见，钻井液粘度、切力低，机械钻可见，钻井液粘度、切力低，机械钻速高，但钻井液的悬浮、携带岩屑的能力速高，但钻井液的悬浮、携带岩屑的能力下降，井内沉砂快，同时钻井液对井壁的下降，井内沉砂快，同时钻井液对井壁的冲刷严重，易造成井壁剥落坍塌、井漏等冲刷严重，易造

27、成井壁剥落坍塌、井漏等严重后果。钻井液的粘度、切力大，有利严重后果。钻井液的粘度、切力大，有利于悬浮、携带岩屑，但粘度、切力过大，于悬浮、携带岩屑，但粘度、切力过大，给钻井工作带来下列后果：给钻井工作带来下列后果： （1 1）钻井液流动阻力大，开泵困难，泵压易升高，）钻井液流动阻力大，开泵困难，泵压易升高，发生蹩泵甚至蹩漏地层，严重影响钻井速度。发生蹩泵甚至蹩漏地层，严重影响钻井速度。（2 2）钻头易泥包，起下钻易产生抽吸作用或压力激）钻头易泥包，起下钻易产生抽吸作用或压力激动以至于引起井漏、井喷、井塌等复杂情况。动以至于引起井漏、井喷、井塌等复杂情况。（3 3）岩屑、砂子沉降困难，净化不良，

28、井底洗井效）岩屑、砂子沉降困难，净化不良，井底洗井效果差，同时密度上升很快，钻速下降，并摩损钻果差，同时密度上升很快，钻速下降，并摩损钻具设备和钻井液泵配件。具设备和钻井液泵配件。（4 4）除气困难，气侵严重时，钻井液密度下降，易）除气困难，气侵严重时，钻井液密度下降，易引起井下复杂情况。引起井下复杂情况。（5 5）岩屑易在井壁形成假泥饼，引起井下遇阻遇卡。）岩屑易在井壁形成假泥饼，引起井下遇阻遇卡。（6 6）固井时水泥易窜槽，影响固井质量。）固井时水泥易窜槽，影响固井质量。 确定钻井液粘度的原则确定钻井液粘度的原则是：一是在保是：一是在保证有效悬浮和携带岩屑的情况下，粘度、证有效悬浮和携带岩

29、屑的情况下，粘度、切力应尽可能的低；二是井深时，由于泵切力应尽可能的低；二是井深时，由于泵压高，排量受限制，为了有效地悬浮和携压高，排量受限制，为了有效地悬浮和携带岩屑，粘度、切力应大些；三是当井眼带岩屑，粘度、切力应大些；三是当井眼出现垮塌、沉砂较多或出现井漏时，为消出现垮塌、沉砂较多或出现井漏时，为消除井下复杂情况，钻井液粘度应适当增大；除井下复杂情况，钻井液粘度应适当增大；四是要求钻井液从钻头水眼处喷出时粘度四是要求钻井液从钻头水眼处喷出时粘度要低，钻井液在环形空间时粘度要高，即要低，钻井液在环形空间时粘度要高，即钻井液要具有良好的剪切稀释性。钻井液要具有良好的剪切稀释性。 流变参数的调

30、整流变参数的调整 1 1、调整粘度的方法、调整粘度的方法 （1 1）条件条件。当井壁出现垮塌或沉砂过。当井壁出现垮塌或沉砂过多，造成起钻遇卡、下钻不到底，井下有多，造成起钻遇卡、下钻不到底，井下有较多的堆积物时，要考虑适当地提高粘度；较多的堆积物时，要考虑适当地提高粘度；堵漏有时也要提高粘度。堵漏有时也要提高粘度。 钻进泥页岩层；配加重钻井液；钻井钻进泥页岩层；配加重钻井液；钻井液受可溶性盐类的侵污会使钻井液粘度、液受可溶性盐类的侵污会使钻井液粘度、切力上升，导致钻井液流动性变差，洗井切力上升，导致钻井液流动性变差，洗井效果差，钻头易泥包，影响钻速，需要降效果差，钻头易泥包，影响钻速，需要降粘

31、度。粘度。 （2 2）调整塑性粘度调整塑性粘度的方法。的方法。A.A.降低塑性粘降低塑性粘度的方法是通过合理使用固相控制设备、度的方法是通过合理使用固相控制设备、加水稀释或化学絮凝的方法，降低固相含加水稀释或化学絮凝的方法，降低固相含量，达到降低塑性粘度的目的。量，达到降低塑性粘度的目的。B.B.提高塑提高塑性粘度的方法是增加钻井液中高分子聚合性粘度的方法是增加钻井液中高分子聚合物的用量，混入原油、加入低造浆率的膨物的用量，混入原油、加入低造浆率的膨润土、重晶石粉或适当提高润土、重晶石粉或适当提高pHpH值。值。 （3 3）调整表观粘度调整表观粘度的方法。的方法。A A 降低表观降低表观粘度的

32、方法是在钻井液中加入清水、混入粘度的方法是在钻井液中加入清水、混入稀钻井液和用稀钻井液来降低粘度。稀钻井液和用稀钻井液来降低粘度。B B 提提高表观粘度的方法是在钻井液中加入膨润高表观粘度的方法是在钻井液中加入膨润土（或预水化膨润土浆）、纯碱、烧碱等。土（或预水化膨润土浆）、纯碱、烧碱等。 2 2、调整、调整动切力（结构粘度）动切力（结构粘度）的方法的方法（1 1）提高动切力的方法：）提高动切力的方法：A A 加入预水化膨润加入预水化膨润土浆；土浆；B B 增大高分子聚合物的加量；增大高分子聚合物的加量；C C 对对于盐水钻井液和钙处理钻井液，可以通过于盐水钻井液和钙处理钻井液，可以通过适当增

33、加适当增加CaCa2+2+、和、和NaNa+ +的浓度来达到提高切的浓度来达到提高切力的目的。力的目的。（2 2）降低动切力的方法：）降低动切力的方法：A A 加入稀释剂，拆加入稀释剂，拆散钻井液中已经形成的网状结构；散钻井液中已经形成的网状结构；B B 加清加清水或稀钻井液稀释；水或稀钻井液稀释；C C 若因污染引起的切若因污染引起的切力过高，可用沉淀法除去力过高，可用沉淀法除去CaCa2+2+MgMg2+2+，拆散网，拆散网状结构。状结构。 3 3、调整、调整n n值和值和k k值的方法值的方法 （1 1）调整调整n n值值的方法。的方法。 钻井液的钻井液的n n值主要受钻井液中网状结构值

34、主要受钻井液中网状结构的影响。降低的影响。降低n n值的方法为在钻井液中加入值的方法为在钻井液中加入高分子聚合物、适量的无机盐，在盐水钻高分子聚合物、适量的无机盐，在盐水钻井液中加入预水化膨润土浆等。其中，加井液中加入预水化膨润土浆等。其中，加入高分子聚合物是比较好的一种方法。入高分子聚合物是比较好的一种方法。 （2 2）调整）调整k k值值的方法。的方法。 钻井液的钻井液的k k值主要受钻井液中固相含量值主要受钻井液中固相含量和液相粘度及结构强度的影响。和液相粘度及结构强度的影响。 降低降低k k值的最有效方法是通过加强钻井值的最有效方法是通过加强钻井液中固相含量的控制和加水稀释来达到降液中

35、固相含量的控制和加水稀释来达到降低低k k值的目的。值的目的。 提高提高k k值可以通过在钻井液中添加适量值可以通过在钻井液中添加适量的聚合物、预水化膨润土浆（的聚合物、预水化膨润土浆（k k值上升，值上升，n n值下降）、重晶石粉（值下降）、重晶石粉（k k值提高，值提高，n n值基本值基本保持不变）等方法进行。保持不变）等方法进行。三、三、 钻井液的滤失造壁性钻井液的滤失造壁性 概念概念 在井中液体压力差的作用下，泥浆中在井中液体压力差的作用下，泥浆中的自由水通过井壁孔隙或裂隙向地层中的自由水通过井壁孔隙或裂隙向地层中渗透，称为泥浆的失水。失水的同时，渗透，称为泥浆的失水。失水的同时，泥浆

36、中的固相颗粒附着在井壁上形成泥泥浆中的固相颗粒附着在井壁上形成泥皮（泥饼），称为造壁。如图所示。皮（泥饼），称为造壁。如图所示。泥浆失水造壁性示意图 井中的压力差是造成泥浆失水的动井中的压力差是造成泥浆失水的动力。力。 它是由于井中泥浆的液压力与地层它是由于井中泥浆的液压力与地层孔、裂隙中流体的液压力不等而形成孔、裂隙中流体的液压力不等而形成的。的。井壁地层的孔隙、裂隙是泥浆失水的井壁地层的孔隙、裂隙是泥浆失水的通道条件。通道条件。 它的大小和密集情况是由地层岩土它的大小和密集情况是由地层岩土性质客观决定的。性质客观决定的。 泥浆在井内的失水处在两种不同的背景条件下。泥浆在井内的失水处在两种不

37、同的背景条件下。 1 1、一种是泥浆泵停止循环，泥饼不受液流冲刷，、一种是泥浆泵停止循环，泥饼不受液流冲刷，井内的液压力只是泥浆柱静水压力，这时的失水井内的液压力只是泥浆柱静水压力，这时的失水称为静失水；称为静失水； 2 2、另一种是泥浆泵循环，泥饼受到冲刷，井内的、另一种是泥浆泵循环，泥饼受到冲刷，井内的液压力是泥浆静水柱压力与流动阻力损失之和，液压力是泥浆静水柱压力与流动阻力损失之和，这时的失水称为动失水。根据实际钻井工序，这这时的失水称为动失水。根据实际钻井工序，这两种失水是交替进行的。两种失水是交替进行的。 3 3、在钻头破碎孔底岩石，形成新的自由面的瞬间，、在钻头破碎孔底岩石，形成新

38、的自由面的瞬间，泥浆接触新的自由面，还未形成或很少形成泥饼，泥浆接触新的自由面，还未形成或很少形成泥饼，泥浆中的自由水以很高的速率向新鲜岩面失水，泥浆中的自由水以很高的速率向新鲜岩面失水，这时的失水称为瞬时失水或初失水。这时的失水称为瞬时失水或初失水。 钻井液失水的全过程钻井液失水的全过程 静失水：静失水： 泥饼逐渐增厚，失水速率逐渐减小。因此时压泥饼逐渐增厚，失水速率逐渐减小。因此时压力较小，泥皮较厚，固失水速率比动失水小。力较小，泥皮较厚，固失水速率比动失水小。 动失水：泥饼不断在增厚，同时又不断被冲刷动失水：泥饼不断在增厚，同时又不断被冲刷掉，当增厚速率与被冲刷速率相等时，泥皮厚掉，当增

39、厚速率与被冲刷速率相等时，泥皮厚度动态恒定，失水速率也就基本不变。度动态恒定，失水速率也就基本不变。 从钻头开钻开始，发生短暂的瞬时失水之后，从钻头开钻开始，发生短暂的瞬时失水之后，即形成动失水、静失水的不断循环反复直至钻即形成动失水、静失水的不断循环反复直至钻井完成。井完成。特点：特点： 许多情况下，泥浆的失水对钻井的危害许多情况下，泥浆的失水对钻井的危害较大。较大。(1)(1)当地层为泥页岩、黄土、粘土时，失水当地层为泥页岩、黄土、粘土时，失水过大会引起井壁吸水膨胀、缩径、剥落、过大会引起井壁吸水膨胀、缩径、剥落、坍塌；坍塌；(2)(2)对于破碎带、裂隙发育的地层，渗入的对于破碎带、裂隙发

40、育的地层，渗入的自由水洗涤了破碎物接触面之间的粘结，自由水洗涤了破碎物接触面之间的粘结，减小了摩擦阻力，破碎物易滑入井眼内，减小了摩擦阻力，破碎物易滑入井眼内，造成井壁坍塌、卡钻等事故；造成井壁坍塌、卡钻等事故； (3)(3)在溶解性地层中的失水越多，井壁地层在溶解性地层中的失水越多，井壁地层被溶解的程度就越高；被溶解的程度就越高；失水性对钻井工作的影响失水性对钻井工作的影响 (4)(4)厚泥饼会加大对钻具的吸附，使钻杆厚泥饼会加大对钻具的吸附，使钻杆回转阻力增加；回转阻力增加； (5)(5)厚泥饼使环空过流面积减小，循环阻厚泥饼使环空过流面积减小，循环阻力和压力激动增大；力和压力激动增大；

41、(6)(6)厚泥饼使测井数据的准确性降低；厚泥饼使测井数据的准确性降低； (7)(7)失水量越多，对地层的侵染越严重；失水量越多，对地层的侵染越严重； (8)(8)失水量越多，对地层的伤害越严重，失水量越多，对地层的伤害越严重，影响油、气、水的渗透率，降低井的产影响油、气、水的渗透率，降低井的产量。量。 失水性对钻井工作的影响失水性对钻井工作的影响 泥浆的失水性对钻井的有利影响是：泥浆的失水性对钻井的有利影响是：初失水可以湿润岩土，使其强度降低，初失水可以湿润岩土，使其强度降低，有利于钻头对其破碎，提高钻进速度。有利于钻头对其破碎，提高钻进速度。 因此初失水有利于钻头对其破碎，提高因此初失水有

42、利于钻头对其破碎，提高钻速。钻速。 泥浆的失水性对钻井的有利影响泥浆降失水的主要途径泥浆降失水的主要途径平衡或减小井液与地层孔隙流体之间的压差；平衡或减小井液与地层孔隙流体之间的压差；选用优质造浆粘土和有关处理剂，增加水化膜选用优质造浆粘土和有关处理剂，增加水化膜厚度；厚度；增加泥浆中粘土的含量；增加泥浆中粘土的含量；选用能提高水溶液粘度的处理剂，增加泥浆滤选用能提高水溶液粘度的处理剂，增加泥浆滤液粘度；液粘度；加快在复杂地层段的钻进速度，减少井壁裸露加快在复杂地层段的钻进速度，减少井壁裸露时间；时间；减少钻井液循环对井壁的冲刷。减少钻井液循环对井壁的冲刷。泥浆失水量的测量泥浆失水量的测量 1

43、 1、 静失水仪静失水仪 采用气压式失水仪采用气压式失水仪 测试条件：压差测试条件：压差7.17.1105Pa105Pa，过滤断面，过滤断面45.3cm45.3cm2 2，温度，温度20202525。测量时连续测两。测量时连续测两个点（例如个点（例如7.5min7.5min，30min30min），然后按），然后按 计计算，衡量泥浆的失水特性。算，衡量泥浆的失水特性。 气压式失水仪气压式失水仪1-1-量杯；量杯；2-2-放水阀；放水阀；3-3-过滤板；过滤板；4-4-泥浆杯；泥浆杯；5-5-放空阀旋扭；放空阀旋扭；6-6-放空阀；放空阀；7-7-压力表；压力表；8-8-减压阀；减压阀；9-CO

44、29-CO2气瓶；气瓶；10-10-气源总体端益气源总体端益 2、 动滤失仪动滤失仪 如下图所示，仪器最高压差为如下图所示，仪器最高压差为10MPa，相对滤器表面产生的流速梯度，相对滤器表面产生的流速梯度范围在范围在0500-1之间自由变换。用泥浆之间自由变换。用泥浆2.2L。底部装有滤纸过滤孔，侧壁有两。底部装有滤纸过滤孔，侧壁有两个岩心滤孔，可装岩心长个岩心滤孔，可装岩心长318cm。既。既可测得泥浆在滤纸上的动、静失水量，可测得泥浆在滤纸上的动、静失水量，又能在不同渗透率的岩心上测得动、静又能在不同渗透率的岩心上测得动、静失水数据。失水数据。 高温高压失水仪高温高压失水仪 3 3、 高温

45、高压失水仪高温高压失水仪 如图所示，高温高压动滤失仪（便携式）如图所示，高温高压动滤失仪（便携式）除能模拟井下温度和压差外，还能模拟泥除能模拟井下温度和压差外，还能模拟泥浆流动时对井壁产生的剪切速率，其主要浆流动时对井壁产生的剪切速率，其主要性能指标为：工作压力性能指标为：工作压力0 0300MPa300MPa，工作温，工作温度为度为2020150150，剪切速率为，剪切速率为0 0700S700S-1-1，泥，泥浆用量为浆用量为200200300mL300mL。 高温高压失水仪高温高压失水仪 钻井液的润滑性钻井液的润滑性 钻井液的润滑性能通常包括滤饼的润钻井液的润滑性能通常包括滤饼的润滑性能

46、和钻井液自身的润滑性两个方面。滑性能和钻井液自身的润滑性两个方面。钻井液和滤饼的摩阻系数是评价钻井液的钻井液和滤饼的摩阻系数是评价钻井液的润滑性能的两个重要指标。钻井液润滑性润滑性能的两个重要指标。钻井液润滑性对钻井工作影响很大。对钻井工作影响很大。 1 1、润滑性能好的钻井液的、润滑性能好的钻井液的优点优点：（1 1）减少钻具的扭矩、磨损和疲劳，延长钻）减少钻具的扭矩、磨损和疲劳，延长钻头轴承的寿命。头轴承的寿命。（2 2）减小钻柱的摩擦阻力，缩短起下钻的时）减小钻柱的摩擦阻力，缩短起下钻的时间。间。（3 3）能用较小的动力来带动钻具。）能用较小的动力来带动钻具。（4 4）能防止粘附卡钻和钻

47、头泥包。）能防止粘附卡钻和钻头泥包。 2 2、润滑性的主要、润滑性的主要影响因素影响因素：（1 1）钻井液的粘度、密度和固相含量。）钻井液的粘度、密度和固相含量。（2 2）钻井液的滤失性、岩石条件、地下水和）钻井液的滤失性、岩石条件、地下水和滤液的滤液的pHpH值。值。（3 3）有机高分子处理剂的使用。）有机高分子处理剂的使用。（4 4）润滑剂的使用。）润滑剂的使用。 3 3、改善钻井液润滑性的方法：通过最钻井、改善钻井液润滑性的方法：通过最钻井液润滑性能的评价发现：大多数油基钻井液润滑性能的评价发现：大多数油基钻井液的摩阻系数在液的摩阻系数在0.080.09之间，而水基钻之间，而水基钻井液的

48、摩阻系数在井液的摩阻系数在0.200.35之间。而钻水之间。而钻水平井时，钻井液的摩阻系数应尽可能保持平井时，钻井液的摩阻系数应尽可能保持在在0.080.10之之间才能很好的满足钻井工作间才能很好的满足钻井工作的要求。改善钻井液润滑性的方法有：的要求。改善钻井液润滑性的方法有：A A 合理使用润滑剂；合理使用润滑剂；B B 改善滤饼质量。改善滤饼质量。 泥浆的润滑性与钻具磨损、循环流动阻泥浆的润滑性与钻具磨损、循环流动阻力、设备功率消耗等有密切关系。力、设备功率消耗等有密切关系。 提高泥浆的润滑性，提高泥浆的润滑性， 使用油包水乳化泥浆、油基泥浆、使用油包水乳化泥浆、油基泥浆、PAMPAM泥泥

49、浆等，浆等， 在一般泥浆中加入一部分油或无机润滑在一般泥浆中加入一部分油或无机润滑剂如硫化钼（剂如硫化钼（M MO OS S）和石墨粉等。）和石墨粉等。 润滑性与泥饼粘滞性 用润滑仪测定，如图所示用润滑仪测定，如图所示泥浆润滑性测定泥浆润滑性测定泥饼粘滞性泥饼粘滞性 泥饼粘滞性是衡量钻进过程中钻具回转或泥饼粘滞性是衡量钻进过程中钻具回转或升降时，受泥饼阻尼的特性。升降时，受泥饼阻尼的特性。 石油钻井中泥饼粘滞性大时，往往粘附卡石油钻井中泥饼粘滞性大时，往往粘附卡钻，起钻困难。钻，起钻困难。 因此泥饼粘滞性是一个比较重要的性能指因此泥饼粘滞性是一个比较重要的性能指标。泥皮粘滞性可用泥饼粘附系数测

50、定仪标。泥皮粘滞性可用泥饼粘附系数测定仪测量。测量。 一、概念一、概念 钻井液的钻井液的pHpH值即钻井液的酸碱度，表示钻值即钻井液的酸碱度，表示钻井液的酸碱性强弱程度。它等于钻井液中井液的酸碱性强弱程度。它等于钻井液中氢离子浓度的负对数。常用字母氢离子浓度的负对数。常用字母“pH”pH”表表示，又称示，又称pHpH值。值。 当当pHpH值值=7=7时，钻井液呈中性；当时，钻井液呈中性；当7 7pHpH值值1414时，钻井液呈碱性，且时，钻井液呈碱性，且pHpH值越大，钻值越大，钻井液的碱性越强；当井液的碱性越强；当0 0pHpH值值7 7时，钻井时，钻井液呈酸性，液呈酸性，pHpH值越小，钻