泥浆基础知识课件.ppt

1、2022-5-311 钻井液基础知识钻井液基础知识 2007.6.30.2022-5-312 （一）钻井液 2022-5-313 （1）钻井液概述2022-5-314 （1.11.1）钻井中与泥浆相关的问题）钻井中与泥浆相关的问题1）卡钻）卡钻2）成本）成本3）转矩和拉力（遇阻遇卡）转矩和拉力（遇阻遇卡）4 4）井壁不稳）井壁不稳5 5）固井质量）固井质量6 6）测井困难）测井困难7 7）钻速）钻速8 8）井漏）井漏9 9）井涌井喷）井涌井喷1010）打捞作业）打捞作业2022-5-315（1.2）泥浆的功用）泥浆的功用 1 1）从井内清除钻屑和塌块）从井内清除钻屑和塌块 2 2）润滑钻头和钻

2、柱）润滑钻头和钻柱 3 3）用相对不渗透的泥饼涂敷井壁）用相对不渗透的泥饼涂敷井壁 4 4）控制井下地层压力）控制井下地层压力 5）悬浮钻屑和加重材料 6）在地面释放出无用固相 7）悬浮一部分钻柱和套管的重量 8）防止地层污染 9）确保对所钻地层的评估 10）传递水力清洗能力到钻头 11）支持和保护井眼井壁 12）防护钻柱和套管过分腐蚀2022-5-316（1.2.1）从井内清除钻屑和塌块）从井内清除钻屑和塌块1) 钻头水眼的水力喷射从井底释放钻屑2）泥浆从钻头下除去钻屑3）环空泥浆将钻屑和塌块升举到地面4）以下因素影响泥浆的携带能力： a, 环空流动速度 b, 钻井液密度 c, 钻井液粘度

3、2022-5-317（1.2.2）润滑钻头和钻柱润滑钻头和钻柱 钻头和钻柱与地层的摩擦产生热；钻头和钻柱与地层的摩擦产生热； 循环的泥浆使热消散；循环的泥浆使热消散； 如果有研磨作用的固体颗粒极少时泥浆能起到润滑如果有研磨作用的固体颗粒极少时泥浆能起到润滑 剂的作用。剂的作用。 2022-5-318（1.2.3）用相对难渗透的泥饼涂敷井壁用相对难渗透的泥饼涂敷井壁 1）目的是达到可接受的滤饼；）目的是达到可接受的滤饼； 2）滤饼阻塞泥浆进入渗透性地层的通道；）滤饼阻塞泥浆进入渗透性地层的通道； 3）膨润土、降滤失剂、胶体稳定剂等影响滤）膨润土、降滤失剂、胶体稳定剂等影响滤饼饼 质量和滤失量。质

4、量和滤失量。 2022-5-319（1.2.4）控制井下地层压力控制井下地层压力 1）钻井液的密度起到控制地层压力的作用；）钻井液的密度起到控制地层压力的作用； 2）正常的地层压力梯度是）正常的地层压力梯度是0.465psi/ft； 3) 异常的地层压力要求泥浆加入加重材料；异常的地层压力要求泥浆加入加重材料； 4）井内的静液柱压力可以如下计算：）井内的静液柱压力可以如下计算： P(psi) =D(ft) W (lb/gal) 0.052 2022-5-3110 (1.2.5)悬浮钻屑和加重材料 与 (1.2.6)在地面释放出无用固相 1）固相颗粒由于钻井液的静切力而悬浮； 2）钻井液的流动特

5、性是很重要的：特别是 屈服值使钻井液在流动中携带钻屑； 3）必须利用固控设备有效地清除固相，钻井液的粘度和剪切稀释性影响固控设备的清除固相效果。2022-5-3111（1.2.7）悬浮一部分钻柱和套管的重量 1）悬挂在地面的钻柱和套管的重量减少相当于井 内排出的泥浆重量； 2）钻井液的悬浮力等于所排出的钻井液体积的重 量。2022-5-3112（1.2.8）防止地层污染 与（1.2.9）确保对所钻地层的评估 1）最大限度减少对潜在储层的损害； 2）使测井顺利；提高对地层的评价效果； 3）维持井眼的完整性； 4）要求的最佳泥浆性能，避免对电测得干扰。2022-5-3113(1.2.10)传递水力

6、清洗能力到钻头 1)传递到钻头的水力和水马力尽量大； 2）增大泥浆泵功率 3）减少循环系统沿途的压力损失。2022-5-3114（1.2.11）支持和保护井眼井壁 1）作用到井壁上的钻井液静液柱压力有助于 维持井眼的稳定； 2）有些地层（盐层）的塑性流动可能得到阻 止； 3）钻井液的抑制性能可能能够稳定敏感性的 地层（页岩层）； 4）在水敏性地层尽量降低滤失量。2022-5-3115（1.2.12）防护钻柱和套管过分腐蚀 1）金属会受到硫化氢、氧和二氧化碳的腐蚀； 2）细菌的腐蚀也必须尽量减轻； 3）适当的密度平衡地层气体的入侵； 4）添加清除剂和缓蚀剂。2022-5-3116泥浆的主要功能泥

7、浆的主要功能携带、悬浮岩屑携带、悬浮岩屑控制压力控制压力形成泥饼形成泥饼破岩、清岩破岩、清岩保护油气层保护油气层传递水功率传递水功率32022-5-3117 （2）钻井液的组成 2022-5-3118(2.1）粘土-水基钻井液的组成 多相分散体系 1）水（淡水或盐水） 2）活性固体颗粒（膨润土和泥页岩钻屑） 3）惰性固体颗粒（加重材料和砂岩钻屑） 4）化学药品（处理剂）2022-5-3119（2.1.1）水的优点 1）通常大量和易于获得； 2）高温稳定；高沸点； 3）温度升高时粘度下降； 4）极好的溶剂；促进其它化学药品的电离。2022-5-3120（2.1.2）活性固体颗粒 1）商品粘土 膨

8、润土、搬土； 2）可水化的钻屑 泥岩、泥页岩、含粘土的钻屑。 2022-5-3121（2.1.3）惰性固体颗粒 加重材料（重晶石等）； 非活性钻屑固体颗粒： 1）砂岩钻屑； 2）石灰岩钻屑； 3）黑硅石（燧石）钻屑； 4）白云石钻屑； 5）不含粘土成分和一般无机盐的钻屑。2022-5-3122（2.1.4）化学药品 无机物： 1）磷酸盐（焦磷酸盐SAPP、四磷酸盐）； 2）烧碱（氢氧化钠）； 3）碳酸氢钠（小苏打）； 4）碳酸钠（纯碱） 5）氯化钠、氯化钾、氯化钙、溴化钙、溴化锌等。 有机物： 1）单宁、栲胶、淀粉、沥青等及其化学加工产品； 2）木质素磺酸盐； 3）褐煤（纯褐煤、碱性褐煤、化学

9、加工褐煤 等）； 4）各种聚合物及其衍生物； 5）各种有机盐（甲酸钾、甲酸钠、甲酸铯等等）。2022-5-3123（2.2）油基钻井液的组成 1）分散相水滴； 2）连续相油； 3）乳化剂； 4）润湿剂； 5）亲油固体(有机土、氧化沥青等）； 6）石灰； 7）稀释剂、提切剂、高温稳定剂、封堵剂等 7）加重材料等。2022-5-3124（3）钻井液性能 2022-5-3125（3.1）钻井液性能分类 1）密度； 2）流动性； 3）滤失性； 4）化学成分； 5）润滑性； 6）其它（抑制性、抗温性、荧光度、对生物的毒性等）。2022-5-3126（3.23.2）钻井液性能测定）钻井液性能测定和计算和计

10、算项目项目密度密度马氏漏斗粘度马氏漏斗粘度表观粘度表观粘度塑性粘度塑性粘度动切力（屈服值）动切力（屈服值）动塑比动塑比切力（静切力切力（静切力-初切、终切）初切、终切）API滤失量滤失量API滤失泥饼滤失泥饼HTHP滤失量滤失量HTHP滤失量的泥饼滤失量的泥饼含砂量含砂量pH值值n值值(流型指数）流型指数）K值（稠度系数）值（稠度系数）浮筒切力浮筒切力矿化度矿化度滤液、水总硬度滤液、水总硬度泥浆润滑性泥浆润滑性泥饼粘附系数泥饼粘附系数砂床滤失性砂床滤失性2022-5-3127（3.3)3.3)钻井液密度钻井液密度 钻井液密度是指单位体积钻井液的质量。钻井液密度是指单位体积钻井液的质量。其单位可

11、用其单位可用g/cm3或或kg/m3来表示（英制用来表示（英制用Ib/gal，即磅，即磅/加仑，加仑，1 g/cm3 =8.33 Ib/gal ）。）。2022-5-3128（3.3.1）钻井液密度的意义 1）提供充足的液柱压力，平衡地层流体压力，避免地层流体污染泥浆，防喷；平衡地层构造应力，有利于井眼稳定； 2）密度不能高至压裂地层而引起井漏，密度高会降低钻速； 3）密度降低有利于阻止井漏，提高钻速，减少压差卡钻几率，有利于储层保护，但容易引发井涌井喷； 4）井内静液柱压力可以如下计算： P(psi) =D(ftP(psi) =D(ft) ) W (lb/gal) W (lb/gal) 0.

12、052 0.052 0.052 是换算常数 2022-5-3129（3.3.2）密度过大时的不利影响 1）损害储层； 2）降低钻速； 3）易压差卡钻； 4）易憋漏地层； 5）易引起过高的粘度和切力； 6）多消耗材料和动力； 7）泥浆的抗污染能力降低。2022-5-3130（3.3.3）密度过低的不利影响 1）易井涌井喷； 2）易井塌，井眼不稳定； 3）易缩径； 4）泥浆携带钻屑能力下降。2022-5-3131（3.3.4）密度的设计与控制 1）根据地层的空隙压力、破裂压力及钻井液的流变参数确定密度； 2）正常下，密度设计附加值为： 气层： 3-5 MPa; 油层： 1.5-3.5 MPa； 3

13、）通常用重晶石加重（可加重至2.5SG左右）； 4）对于非酸敏性又要酸化的产层用酸溶性加重剂如石灰石（加重至1.4SG以内），铁矿粉或钛铁矿粉（可加重到1.4SG以上）； 5）加重前的泥浆低密度固相含量必须控制，所需密度愈高加重前的固相含量就要愈低，粘度亦应愈低； 6）加重时不能太猛，每循环周增加0.10SG为适当。2022-5-3132（3.3.5）密度测定的要点 1）泥浆比重计基座应放置在水平台面上； 2）泥浆比重计的泥浆杯和横梁应清洁干燥； 3）用于测定的泥浆应当是均匀一致和有代表性的； 4）泥浆比重计应当经常用清水进行校正； 5）如果泥浆试样有起泡，应加消泡剂并缓慢搅拌除气，或 用压力

14、式泥浆比重计； 6）泥浆试样有泡沫是密度测定的主要误差根源； 7）泥浆比重计的泥浆杯和横梁不干净影响测定的准确性； 8）泥浆杯磨损或腐蚀使容积增大，泥浆杯盖盖不严实或容 纳气体也使测定有误差； 9）泥浆杯没有装满泥浆会使测定不准确； 10）比重计没有校正，支点刀口和横梁损坏将引起测定不 准确。2022-5-3133（3.3.6）密度有关的知识 1）泥浆的密度直接和固相的数量与平均比重及液相的密度有关； 2）密度的重要性在于使井内泥浆液柱具有适当的压力控制地层压力和有助于稳定井眼； 3）泥浆液柱的压力与其垂直深度的增加而成比例的增加； 4）淡水的密度是1.0g/ml,或8.33lb/gal; 5

15、)正常钻进时泥浆密度是在增加的，因为钻屑在泥浆中不可能完全除去，会在泥浆内累积，而钻屑的密度一般都比在用的泥浆密度大； 6）泥浆中有目的地加入高密度的固体粉末以增加泥浆密度，最常用的是重晶石（密度4.3g/ml左右）； 7）其它不溶性加重材料是：碳酸钙、氧化铁、硫化铅等； 可溶性加重材料是：氯化钠、氯化钙、溴化钙、氯化钾、溴化锌、甲酸钠、甲酸钾等等。2022-5-3134（3.3.7）影响密度升降的因素 1）增加密度： 添加加重剂/增大屈服值以增大当量循环密度/泥浆除气/灌满井眼/增加钻速与钻屑累积/降低泵排量以增大钻屑浓度/增大泵压以增大当量循环密度/油基泥浆添加盐水/加入较高密度的泥浆。

16、2）降低密度： 加水（油）/固控设备除去固相/控制钻速/井下油气侵入/加入较低密度的胶液或泥浆/加强固控设备的固相清除能力/降低屈服值或泵排量和泵压以降低当量循环密度/使用泡沫钻井液/降低钻进速度和增大泵排量。2022-5-3135（3.3.8）密度调节计算公式 1）增加密度： 原泥浆体积加重剂密度（欲达密度原密度） 加重剂用量 = （加重剂密度 欲达密度 ） 2）用水降低密度： 原泥浆体积（原密度欲达密度） 用水量 = （欲达密度 水的密度 ） （注意单位的统一）2022-5-3136（3.4）钻井液流动性 1）流动性能用以下术语描述； 表观粘度AV，cp； 塑性粘度PV，cp； 屈服值（动

17、切力）YP，lb/100ft2； 静切力（初切、终切）Gels，lb/100ft2； 马氏漏斗粘度FV，s/qt； 动/塑比YP/PV，lb/100ft2/cp或Pa/mPa.s； 流型指数n值； 稠度系数K值； 2）这些性能描述钻井液在循环系统中的预期状态，粘度反映流动阻力的大小，切力反映结构强度的大小，流型系数反映流变状态； 3）流变学是研究物体流动和变形的科学；明白在钻井液术语中流变学意味着什么极为重要； 5）钻井液的流动性严重地影响钻井作业： 井眼清洁问题/重晶石的悬浮/循环压力损失/抽汲 压力与冲击波动压力/在地面除气和钻屑问题/经济性/ 钻进速度/井眼稳定性/井眼冲蚀问题/泥浆漏失

18、问题； 6）钻井液的流变性能受制于组分和环境因素。2022-5-3137（3.4.1）影响钻井液的流动性的因素 1）钻井液的成分 液体部分（电解质种类、浓度；聚合物种类和浓度） 惰性固体颗粒（浓度和细度） 活性固体颗粒（种类、浓度和细度） 2）环境因素 温度 剪切速率 压力（特别是油） 2022-5-3138（3.4.1.1）钻井液的液体部分影响流动性 1）溶解的盐一般增大粘度； 2）增加温度降低粘度； 3）剪切速率一般不影响液相粘度； 4）增大压力不明显影响水的粘度，但明显影响油的粘度。2022-5-3139（3.4.1.2）钻井液的惰性固相影响流动性 1）惰性固相体积百分含量的增加会使粘度

19、按指数律增大； 2）全部固体颗粒在非常高剪切速率下倾向于表现为惰性固体颗粒的作用； 3）长度比宽度大得多的固相颗粒（如聚合物、某些粘土、石棉）会使液流体表现出剪切稀释性能。 2022-5-3140（3.4.1.3）钻井液的活性固相影响流动性 1）活性固相的交联（絮凝）会引起低剪切速率粘度、屈服值和切力的增大； 2）增加温度会促进交联作用； 3）木质素磺酸盐阻止交联和降低低剪切速率粘度、屈服值和切力。2022-5-3141（3.4.1.4）钻井液的温度影响流动性 1）温度升高一般会增大粘土晶体片的分散； 2）温度升高有时会增大粘度片的絮凝；2022-5-3142（3.4.3.4.2 2）流变性能

20、）流变性能 钻井液流变性是指它的流动和变形特性，通钻井液流变性是指它的流动和变形特性，通常用钻井液流变曲线、粘度常用钻井液流变曲线、粘度(包括漏斗粘度、表观包括漏斗粘度、表观粘度、塑性粘度粘度、塑性粘度)、切力、切力(包括动切力与静切力包括动切力与静切力)、动塑比等参数来表示。动塑比等参数来表示。 2022-5-3143( (3.4.3.4.3 3) )流体流动的基本概念流体流动的基本概念 液体和固体重要区别之一是流体具有流动性液体和固体重要区别之一是流体具有流动性,只要加很小的力就能使液体发生变形只要加很小的力就能使液体发生变形;力作用时间力作用时间长长,变形就大变形就大.2022-5-31

21、44剪切速率剪切速率(Shear Rate)统一名称统一名称：速梯、剪率、切变率速梯、剪率、切变率。常用符号常用符号：、D、dv/dx、dv/dr定定 义义： = dv/dr = 垂直于流动方向上单位距离内的流速增量。垂直于流动方向上单位距离内的流速增量。意意 义义： dv/dr 增大，液流各层间的速度变化大；反之则小。增大，液流各层间的速度变化大；反之则小。单单 位位： = 速度速度/ /距离距离 = cm/s/cm = 1/s = s-1 钻井液循环系统中各部位剪切速率范围为钻井液循环系统中各部位剪切速率范围为: : 沉砂罐处：沉砂罐处：1020s-1 环形空间：环形空间：50250s-1

22、 钻杆内部：钻杆内部：1001000s-1 钻头水眼：钻头水眼：10007000s-12022-5-3145剪切应力剪切应力 Shear Stress统一名称统一名称：剪应力、切应力剪应力、切应力。常用符号常用符号：定定 义义： = F/A = 液层单位面积上的剪切力。液层单位面积上的剪切力。意意 义义：越大，液流各层所受的作用力越大；越大，液流各层所受的作用力越大； 反之，越小。反之，越小。单单 位位： = F/A = dyn/cm2；Pa。 1Pa = 10dyn/cm22022-5-3146（3.4.4）粘切过大的不利影响 1）流动阻力大，能量消耗高； 2）钻速慢； 3）净化不良（除气除

23、砂不良）； 4）易泥包； 5）压力激动大； 6）易引起卡、喷、漏、塌等事故； 7）易气侵，影响气测；2022-5-3147（3.4.5）粘切过低的不利影响 1）洗井不良，井眼净化差，易引起井下事故； 2）冲刷井壁，加剧井塌； 3）岩屑过细影响录井。2022-5-3148（3.4.6）流动性基本认识 1）泥浆在循环系统的不同地点流动状态是不同的： 在钻柱内和钻头水眼处流动很快，是紊流 在钻柱和井筒之间的环形空间流动可能是絮流或层流，经常为层流； 2）为了确定在不同流动速度下的流动状态，需要研究在循环系统的这一地点流动速度下的剪切应力-剪切速率关系； 3）流体可以分为牛顿流体或非牛顿流体； 4）牛

24、顿流体（如纯水和矿物油）的粘度不受剪切速率的影响（在钻头水眼处和在环形空间都是一样的）； 5）不具有恒定的粘度的流体称为非牛顿流体，几乎所有泥浆都是非牛顿流体；马氏漏斗粘度2022-5-3149（3.4.7）流动性基本认识 1)非牛顿流体的粘度不但是流体而且是其剪切速率的函数； 2）非牛顿流体的粘度可以由如下确定： 剪切应力/剪切速率 由此计算的粘度是随剪切速率的改变而改变的； 3）通常表观粘度是指在旋转粘度计转速为600RPM时的剪切速率下的粘度；2022-5-3150 （3.4.8）塑性粘度 1）塑性粘度是反映在高剪切速率下泥浆的粘度； 2）塑性粘度是由机械摩擦引起的对流动的阻力； 2）这

25、阻力由以下方式产生： 钻井液内固相之间的运动； 固相与液相之间的运动； 液相本身的剪切。 3）塑性粘度主要取决于固相的浓度、颗粒大小和形状、固相的类型和液相的粘度； 4）塑性粘度的控制主要用固相清除和冲稀；塑性粘度可以通过如下方法改变： 加水稀释/泥浆转动筛除固相/除砂器除固相/除泥器除泥/离心机除粘土颗粒； 5）塑性粘度计算 PV（mPa.s)= 600 - 300 。2022-5-3151 （3.4.9）屈服值 1）屈服值反映在低剪切速率下固体颗粒之间的吸引力； 2）屈服值是钻井液内的电化学力，即吸引力引起 的流动阻力；这个吸引力是在动态即流动状态下测量； 3）屈服值取决于： 固相颗粒的类

26、型和表面性质； 固相的体积浓度与分散情况； 固相所在的液相中电解质的类型和它的浓度； 污染的程度； 温度； 反絮凝剂的浓度； 4）高屈服值由以下引起： 固相体积浓度的增加；固相颗粒密集堆积增大化学力；水化 性地层粘土；钻屑粘土活性固相进入钻井液体系中；过分使 用商品粘土；溶解的污染物如盐、水泥、石膏引起絮凝；化 学药品处理不当。 5）屈服值的控制主要使用反絮凝剂。 提高屈服值：活性固相的絮凝/泥浆受到污染/惰性固相浓度很大； 降低屈服值：加化学反絮凝剂/处理好污染/调整碱度/调整pH值/加 水冲稀。2022-5-3152 （3.4.10）静切力 1）静切力表示液体开始流动所需要的剪切应力； 2

27、）静切力（胶凝）反映静止状态下固体颗粒之间的吸引力； 3）当带电固体颗粒连接在一起形成刚性的结构时 就产生静切力； 4）静切力在静止即非流动状态下测量,分为初切 （静止10秒钟）和终切（静止10分钟）； 5）初切与终切一起反映了胶凝程度在静止状态下变稠趋向，一般可分为增强型（初切低而终切高）和脆性型（初切高而终切稍微增高）； 5）静切力主要用反絮凝剂控制； 6）凝胶强度（静切力）由如下因素而定： 泥浆中的粘土反絮凝剂/固体颗粒的数量及类型/污染的程度/温度。2022-5-3153（3.4.11）静切力类型 1）增强型（初切低而终切高） 特点：开始循环泥浆时要求增加泵压 原因：反絮凝剂（化学处理

28、剂）不足 活性固相（粘土）浓度太大； 2）脆性型（初切高而终切稍微增高） 特点：较低泵压就能恢复循环泥浆 原因：泥浆受污染 盐水泥浆 非分散性泥浆； 3）一般范围：初切0-5lb/100ft2；终切5-30lb/100ft22022-5-3154（3.4.12）表观粘度 1）通常表观粘度是指在旋转粘度计转速为600RPM时的剪切速率下的粘度： 表观粘度(cp): AV=600/2 ； 2）利用表观粘度难于确定泥浆流动性能变动的原因； 3）漏斗粘度也是一种表观粘度；2022-5-3155（3.4.13）动塑比 1）在环形空间，流动剖面平板化的程度（流核直径的大小）与动塑比及上返速度有关； 2）动

29、塑比值越大，平板化程度越大；动塑比值过小会导致尖峰型层流； 3）对于絮凝的泥浆：YP/PV 可以最大为 3/1； 4）对于反絮凝的（分散的）泥浆：YP/PV可以最小为0.25/1; 5）减小n值如同提高动塑比，也可使环空液流转变为平板层流； 6）一般情况下，比较适宜的范围是： 动塑比控制在 0.36-0.48（Pa/mPa.s) 或动塑比控制在 0.75-1（lb/100ft2/cp） 或n值保持在 0.4-0.7。2022-5-3156（3.4.14）平板型层流的优点 1）可使选用环空返速较低的泥浆（如：低固相泥浆保持在0.5-0.6m/s)有效地携带岩屑，因而泵压可较低又能降低压力损失，使

30、水力功率得到充分利用； 2）解决了低粘度泥浆的有效携带岩屑的问题，只要保证动塑比较高，再加上有一定的环空返速，就能有效携带岩屑，保持井眼清洁； 3）避免紊流对井壁的冲刷，有利于保持井壁稳定。2022-5-3157（3.4.15）使动塑比达到要求范围的措施 1）选用XC生物聚合物、HEC、PHP、FA367等高分子聚合物为主要处理剂并保持足够的浓度； 2）有效地使用固控设备除去无用固相，降低固体颗粒浓度； 3）在保证泥浆性能稳定的情况下，适当加入石灰、石膏、氯化钙或食盐等电解质，以增强固体颗粒形成网架结构的能力； 4）如果环空液流处于紊流状态，则应先考虑降低环空返速或同时提高粘度、切力，使泥浆转

31、变为层流状态，然后再控制动塑比以达到平板型层流。2022-5-3158（3.4.16）漏斗粘度 1）马氏漏斗粘度计是测定从马氏漏斗下端出口流出1夸脱泥浆所需要的秒数（有时也测定流出1000ml泥浆所需要的秒数，必须注明）； 2）漏斗粘度计只用于监测泥浆粘度变化的趋势，是否在预定设计范围的一种简便仪器；直观反映泥浆可泵送的情况； 3）不能用于确定泥浆的剪切应力-剪切速率关系，无法与其他流变参数进行换算； 4）不能用于确定粘度波动变化的原因，也不能作为泥浆处理的依据； 5）泥浆在测定时间内的流出速度是变化着的，先快后慢； 6）漏斗粘度受温度、密度、固体大颗粒没有筛除、泥浆含有气泡和测定时间长短的影

32、响； 7）对于没有加重的泥浆马氏漏斗粘度一般应在30-45秒，加重的泥浆则在45-60秒，高粘土含量的稠泥浆将达75-120秒。2022-5-3159（3.4.17）马氏漏斗粘度测定要点 1）马氏漏斗粘度计应当清洁无损； 2）用于测定的泥浆应当是均匀一致和有代表性的； 3）测定结果单位为秒/夸脱，泥浆的温度也应记录； 4）漏斗粘度计在测定前不干净会产生误差； 5）泥浆样品没有通过漏斗上的筛可能会引起测定不准确； 6）漏斗的泥浆出口管扩大或被干泥浆部分堵塞将使测定不准确； 7）计时秒表不准确也使测定不准确； 8）马氏漏斗应经常用清水进行校正（213的淡水流出时间为260.5秒）。2022-5-3

33、160（3.4.18）流动性不良的原因与处理 1）过高粘度、屈服值和切力的一般原因 固相被污染物絮凝/反絮凝剂加量不足/高固相堆积/惰性固相在被研磨到极细颗粒时也会明显增大粘度 ； 2）过高粘度、屈服值和切力的一般处理方法 加水/加反絮凝剂/转换为易于对付污染的泥浆体系/强化固控设备的使用效果； 3）过低粘度、屈服值和切力的一般原因： 加入太多稀释水/地层水大量侵入/搬土浓度不足/聚合物加量不够； 4）过低粘度、屈服值和切力的一般处理方法： 加入搬土或高粘度聚合物/减少离心机处理时间/加入少量絮凝剂/增大泥浆密度以阻止地层水的侵入/降低稀释水用量；2022-5-3161（3.4.19）流动性的

34、要求 1）表明钻井液在钻井中清洗井眼、携带钻屑能力及流动阻力的大小，直接关系钻井的快慢和安全； 2）尽可能用较低的粘切（不同密度有不同的最佳范围）； 3）低固相泥浆的动/塑比一般应为0.48（Pa/mPa.s)； 4）n值一般保持0.5-0.7；2022-5-31622(3.5)钻井液的滤失性能2022-5-3163（3.5.1）钻井液滤失类型、控制目标 1）滤失类型： 静滤失-泥浆在静止状态 动滤失-泥浆在运动着 瞬时失水-滤饼尚未完全形成之前很短时间内的失水量； 2）滤失控制的目标： 薄的泥饼 低失水2022-5-3164(1) (1) 水基钻井液中的水水基钻井液中的水水基钻井液水基钻井液

35、 = = 固相固相+ +水水+ +处理剂处理剂 钻井液中的水由三部分组成：钻井液中的水由三部分组成： 结晶水结晶水（化学结合水）（化学结合水） 粘土矿物晶体构造的组成部分。粘土矿物晶体构造的组成部分。 吸附水吸附水（束缚水）（束缚水） 由固相颗粒分子间力吸附的水化膜。由固相颗粒分子间力吸附的水化膜。 自由水自由水 钻井液中自由移动的水，分散介质。钻井液中自由移动的水，分散介质。特点：特点：占总水量中的绝大部分。占总水量中的绝大部分。水在泥浆中所呈状态水在泥浆中所呈状态吸附水吸附水结晶水结晶水自由水自由水2(3.5.(3.5.2 2) )滤失造壁性的基本概念滤失造壁性的基本概念2022-5-31

36、65(3.5.(3.5.3 3) )失水与造壁的概念失水与造壁的概念 为了防止地层流体进入井内，钻井液液柱的压力必须大于地层流体的为了防止地层流体进入井内，钻井液液柱的压力必须大于地层流体的压力，于是，钻井液总是趋向于向地层漏失或滤失。压力，于是，钻井液总是趋向于向地层漏失或滤失。 漏失漏失 钻井液的固相和液相全部进入地层的现象。钻井液的固相和液相全部进入地层的现象。 滤失滤失 钻井液中只有液相进入地层的现象。钻井液中只有液相进入地层的现象。 失水失水 钻井液中的自由水在压差作用下向井壁岩石的裂隙或孔隙中钻井液中的自由水在压差作用下向井壁岩石的裂隙或孔隙中渗透。渗透。 泥饼泥饼 钻井液滤失过程

37、中留在井壁或者滤膜上的钻井液滤失过程中留在井壁或者滤膜上的 物质。物质。 造壁性造壁性 在滤失过程中，随着钻井液中的自由水进入岩层，钻井液在滤失过程中，随着钻井液中的自由水进入岩层，钻井液中的固相颗粒便附着在井壁形成泥饼。中的固相颗粒便附着在井壁形成泥饼。52022-5-31662022-5-3167(3.5.4)(3.5.4) 瞬时失水瞬时失水 Spurt LossSpurt Loss 滤饼尚未完全形成之前很短时间内的失水滤饼尚未完全形成之前很短时间内的失水量。量。特点特点：时间短（时间短（t 2t 2秒秒) )；比例小。；比例小。72022-5-3168(3.5.(3.5.5 5) )动失

38、水动失水 Dynamic FiltrationDynamic Filtration 钻井液循环时的失水量。钻井液循环时的失水量。特点特点： 泥饼形成、增厚与冲蚀处于动平衡。泥饼形成、增厚与冲蚀处于动平衡。 （高渗透率（高渗透率 低渗透率低渗透率 = C= C） 失水速率大、失水量大。失水速率大、失水量大。82022-5-3169（3.5.6）泥浆动滤失差所带来的问题 1）地层评价问题； 2）地层损害。2022-5-3170(3.5.7)(3.5.7)静失水静失水 Static FiltrationStatic Filtration 井下：钻井液停止循环后的失水。井下：钻井液停止循环后的失水。

39、室内：指定静态条件下，静失水仪器测得的失水。室内：指定静态条件下，静失水仪器测得的失水。特点特点： 失水速率小、失水量较小。失水速率小、失水量较小。 泥饼厚（无冲蚀作用）。泥饼厚（无冲蚀作用）。92022-5-3171（3.5.8）泥浆静滤失差所带来的问题 1）缩径； 2）压差卡钻； 3）地层评价效果不好； 4）固井时水泥置换作用不好。2022-5-3172（3.5.3.5.9 9）钻井液的动滤失量）钻井液的动滤失量影响动失水的因素：影响动失水的因素：影响静失水的因素同样影响动失水。影响静失水的因素同样影响动失水。环空返速环空返速 紊流：返速高，冲蚀大，动失水大。紊流：返速高，冲蚀大，动失水大

40、。 层流：返速低，冲蚀小，动失水小。层流：返速低，冲蚀小，动失水小。 平板型层流：返速低，冲蚀小，动失水小。平板型层流：返速低，冲蚀小，动失水小。泥饼强度：强度高，不易冲蚀，动失水小。泥饼强度：强度高，不易冲蚀，动失水小。2022-5-3173（3.5.10）各种因素对静滤失的影响 因素 泥饼厚度 滤失量 渗透率 增大 增厚 增大； 时间 延长 增厚 增大； 压差 增大 增厚 增大； 泥浆固相 增多 增厚 下降； 滤液粘度 增加 减簿 下降。2022-5-3174(3.5.11)(3.5.11)钻井液的静失水钻井液的静失水 Static FiltrationStatic Filtration1

41、. 1. 静失水方程静失水方程假设条件假设条件： 泥饼厚度泥饼厚度 h h 井眼直径；井眼直径； 滤失过程为线性关系滤失过程为线性关系 K = C K = C； 滤失为恒温恒压过程。滤失为恒温恒压过程。静失水方程推导静失水方程推导： 利用达西渗滤公式利用达西渗滤公式： (1)(1) 式中式中， v vf f 滤失量，滤失量，cmcm3 3； t t 滤失时间，滤失时间，s s； k k 泥饼渗透率，泥饼渗透率，darcydarcy; P ; P 滤失压力滤失压力,kg/cm,kg/cm2 2; ; 滤液粘度，滤液粘度，mPa.smPa.s； h h 泥饼厚度，泥饼厚度，cmcm； A A 滤失

42、面积，滤失面积，cmcm2 2。 hkAPdtdvf122022-5-3175 如果一定体积的钻井液如果一定体积的钻井液V Vm m全部全部滤失完，则在滤失完，则在V Vm m当中，有当中，有V Vf f的滤液体积从的滤液体积从V Vm m中挤压出去，剩下中挤压出去，剩下V Vc c的泥饼体积挤不出去，于是可以得到：的泥饼体积挤不出去，于是可以得到： V Vm m = V= Vf f + V+ Vc c = Ah + V= Ah + Vf f (2)(2) V Vc c / V/ Vf f = R = = R = 常数常数 (3)(3) 将（将（2 2）、（）、（3 3）式代入达西公式（）式代

43、入达西公式（1 1）中，得到：）中，得到： (4)(4) 对（对（4 4）式两边积分，得：）式两边积分，得： (5)(5)f2fRVkPAdtdV cf2f22fVV.kPt2VRtkPAV21 132022-5-3176 根据假设可知，泥饼中干固体体积等于泥饼体积与泥饼中固相体积分数的乘积。根据假设可知，泥饼中干固体体积等于泥饼体积与泥饼中固相体积分数的乘积。即：即： V Vc c =hAC=hACc c 钻井液中固相体积百分数为：钻井液中固相体积百分数为：V Vc c /V /Vf f= hAC= hACc c/ / (hA+V/ (hA+Vf f) ) 联立解以上两式，得：联立解以上两式

44、，得： (6) (6) 将将（5 5）式代入达西公式（）式代入达西公式（1 1）中，并积分得：）中，并积分得：(7)(7) 比较（比较（7 7）式与（）式与（5 5）式，可以看到：）式，可以看到：Cc /Cm-1 = Vf /Vc )1CC(AVhmcf )1CC(kPt2AVmcf142022-5-31772. 2. 影响静失水的因素影响静失水的因素 V Vf f 与与t t的关系的关系 Relationship Between Filtration and TimeRelationship Between Filtration and Time理论关系：理论关系：在直角坐标上任取两点，可以

45、得到在直角坐标上任取两点，可以得到：V Vf f 与与t t的关系的关系 )1CC(kP2CtCtAVmcf1f122f121f2fVttVttVV t1/20Vft1 1/2Vf1t2 1/2Vf2该式实际上表明了任意时刻失水量之间的关系。该式实际上表明了任意时刻失水量之间的关系。如果：如果：t t1 1 =7.5 =7.5分钟；分钟；t t2 2 =30=30分钟；则：分钟；则： V Vf30 f30 = = 2V2Vf7.5f7.5152022-5-3178实际关系实际关系 实验发现，在直角坐标上的直线存在截距实验发现，在直角坐标上的直线存在截距 正截距和负截距。正截距和负截距。原因分析

46、：原因分析： 正截距：泥饼未形成之前钻井液滤失量较大。正截距：泥饼未形成之前钻井液滤失量较大。 负截距：滤失量很小，不足以充满滤纸和仪器排出管。负截距：滤失量很小，不足以充满滤纸和仪器排出管。Larsen Larsen 方程：方程： V Vf f = = V Vspsp + A(ct) + A(ct)1/21/2根据：根据： Vf 30 = 2Vf 7.5得到：得到： V Vf f 30 30 - V - Vspsp = A(c30)= A(c30)1/21/2 V Vf f 7.5 7.5 - V - Vspsp = A(c7.5)= A(c7.5)1/21/2联立解之，得到：联立解之，得到

47、： V Vf f 30 30 = 2 V = 2 Vf f 7.5 7.5- V- Vspsp V Vf f 30 30 = 2 V = 2 Vf f 7.5 7.5 + V+ Vspsp 式中：式中： V Vf f 考虑了瞬时失水的静失水量；考虑了瞬时失水的静失水量； V Vf f 未考虑瞬时失水的静失水量。未考虑瞬时失水的静失水量。t1/2VfVsPV Vf f 与与t t的关系的关系162022-5-3179 V Vf f 与与 P P的关系的关系 Relationship Between Pressure and FiltrationRelationship Between Press

48、ure and Filtration Volume Volume理论上：理论上： LgVLgVf f = 1/2 LgP +1/2 LgC = 1/2 LgP +1/2 LgC即：即： V Vf f P P1/21/2 条件：条件：k = k = 常数。常数。实际上实际上： V Vf f P Px x 原因：原因：k k 常数。常数。指数指数 x x 的实质：的实质： 反映压力对泥饼可压缩性，反映压力对泥饼可压缩性，x x 越小，泥饼可压缩性越好，越小，泥饼可压缩性越好，k k 越小。越小。 x x 是直线斜率，一般小于是直线斜率，一般小于0.50.5。 x x 与固相粒子形状和大小有关。与固

49、相粒子形状和大小有关。一般：一般：粘土粘土：x = 0.205x = 0.205页岩：页岩：x = 0.084x = 0.084膨润土：膨润土：x = 0 x = 0LgP0LgVV Vf f 与与 P P的关系的关系172022-5-3180 V Vf f 与与 的关系的关系 Relationship Between Viscosity and Filtrate VolumeRelationship Between Viscosity and Filtrate Volume由静失水方程可知：由静失水方程可知： V Vf f -1/2-1/2 ； 而：而： 1/ 1/ 温度温度T T所以：所以

50、： V Vf f = f (T) = f (T)影响规律影响规律： TT V Vf f 例如：用纯水配制的钻井液，在例如：用纯水配制的钻井液，在20 20 0 0C C与与100 100 0 0C C比较。比较。 T T 粘土聚结和絮凝状态改变粘土聚结和絮凝状态改变 k V k Vf f ； 粘土去水化，吸附水粘土去水化，吸附水 自由水自由水 V Vf f 。T T ，降失水剂要降解，若超过处理剂的抗温能力，失水量急剧，降失水剂要降解，若超过处理剂的抗温能力，失水量急剧 增加。增加。88.1s .mPa284.0s .mPa005.1VV1002020f100f 182022-5-3181 V