1、3.4 钻井液滤失量和泥饼粘附系数的测定樊路军樊路军 李鹏世李鹏世学习目标 1 会安全测定钻井液API和HTHP滤失量；2 能够根据现场的工艺要求采取有效措施降低钻井液滤失量；3 能够测量钻井液滤饼的厚度和粘附系数。一 滤失的相关概念 1 滤失滤失：流体中的自由水在压差的作用下过滤渗透到地层中去这种现象。滤失的多少称为滤失量滤失量，过滤介质称为泥饼泥饼。2 滤失性滤失性：指钻井液是否易于滤失进地层的性质。3 衡量滤失性的指标衡量滤失性的指标：指滤失量的大小和泥饼的质量。4 4 滤失的分类滤失的分类 静滤失静滤失:钻井液在井内静止条件下的滤失作用。动滤失动滤失:钻井液在井内循环条件下，即泥饼形成
2、和破坏达到动态平衡时的滤失作用。在一定剪切速率下测定的滤失量，称为动滤失量(动失水量)。瞬时滤失瞬时滤失:在钻井过程中，地层被钻开，泥饼在未形成之前，钻井液中的大量水分在短时间内迅速渗入地层，这种情况下的滤失作用称为瞬时滤失。（1 1）静滤失 特点：A 泥饼逐渐增厚，渗透率逐渐降低，前期厚度增加的速率大于后期。B 滤失量逐渐降低。动滤失 特点：A 泥饼 在形成和流体冲蚀的两个相反过程中，泥饼由薄逐渐增厚直至稳定-单位时间内形成和失去的速率相等，也是渗透率由大到小直至稳定的过程。B 滤失量滤失速率有大到小直至稳定（3 3）瞬时滤失瞬时滤失 特点特点：无泥饼、滤失速率高，固、液同时失去，所以，瞬时
3、滤失有时是浑浊的液体，有细小的固相颗粒被失去。动、静滤失的区别 A 泥饼-动薄而静厚。B 渗透率-静小而动大。C 滤失量-静小而动大。5 5 泥饼 定义：因液柱与地层的压差作用，在滤失的同时，粘土颗粒在井壁上形成一层粘土与处理剂的堆积物，此堆积物叫泥饼。测滤失时，滤纸上附着一层泥饼，其标准以厚薄来衡量，用符号“K”表示，单位“mm”。泥饼质量要求：泥饼质量要求：薄、韧（性）、致密（渗透率低）、润滑性好。过滤介质：过滤介质：2层，地层和泥饼；初期地层起作用，后期泥饼起作用（泥饼渗透率更低）。形成优质泥饼的条件 合理的粒子级配；粒子具有较厚的水化膜并具有很好变形性；高分子的使用会给粒子带来较厚的水
4、化膜并利用自身封堵孔隙，同时，多点联接，增加泥饼的韧性。泥饼形成过程泥饼形成过程 在滤失过程中，钻井液中的固体颗粒在井壁岩层中的堆积一般形成三个过滤层，即瞬时滤失渗入层瞬时滤失渗入层，瞬时滤失时细颗粒渗入深度可达2530 mm；架桥层架桥层，较粗的颗粒在岩层孔隙内部架桥而减小岩层的孔隙度，或称为内泥饼或称为内泥饼；井壁表面形成具有一定渗透性的外泥饼外泥饼。6.泥饼的摩擦系数 钻井液形成的泥饼表面上有一定的粘滞性，当一物体在其表面产生相对运动时，会受到一定的摩擦阻力，这个摩擦阻力称为泥饼的摩擦系数7.API滤失仪和HTHP滤失仪结构二二 滤失性与钻井的关系滤失性与钻井的关系 1 1 渗滤压力与滤
5、失量的关系 由方程看，VfP0.5但其前提条件是 K K 不发生变化，而实际中，由于使用优质搬土配浆，K随P的增加而降低，因此，压力对滤失量无影响或影响较小。2 2 滤液粘度及温度对滤失量的影响 Vf1/0.5，凡是有利于增加液相粘度的都有利于降低滤失量，如高分子处理剂可提高液相粘度。温度不单影响液相粘度，还会出现某些高温现象（高温解吸附、高温分散等），这些现象，对包括滤失量在内的流变性会产生巨大的影响，因此，一种新型体系的钻井液必须要经过高温检测，确定其抗温性能。3 3 滤失性与钻井工作的关系？滤滤失失性性泥饼厚泥饼厚滤失量大滤失量大接触面积大、摩擦接触面积大、摩擦阻力大、功率消耗阻力大、功
6、率消耗大或卡钻大或卡钻井径降低，下钻遇井径降低，下钻遇阻、压力激动，坍阻、压力激动，坍塌塌井壁吸水膨胀，缩井壁吸水膨胀，缩径卡钻径卡钻破碎性地层，掉块卡钻破碎性地层，掉块卡钻储层渗透率下降储层渗透率下降泥饼：薄、泥饼：薄、磨阻小磨阻小泥饼：致泥饼：致密、韧密、韧4 4 确定滤失量指标时的原则 A 井浅时可放宽，井深时应从严 B 钻裸眼时间短时可放宽，钻裸眼时间长须从严 C 使用不分散性处理剂时可适当放宽，使用分散性处理剂时要从严 D 钻井液矿化度高者可放宽，钻井液矿化度小应从严。5 5 对滤失性的一般要求在钻开油气层时，应尽力控制滤失量，以减轻对油气层的损害。钻遇易坍塌地层时，滤失量需严格控制
7、，API滤失量最好不大干5ml。对一般地层，API滤失量应尽量控制在10m1以内。要注意提高滤饼质量，尽可能形成薄、韧、致密及润滑性好的滤饼，以利于固壁和避免压差卡钻。加强对钻井液滤失性能的检测，常规测试4h一次。问题探究：1.1.钻井工艺对滤失量和泥饼质量有哪些基本要求？钻井工艺对滤失量和泥饼质量有哪些基本要求？泥饼质量高，具有润滑作用，有利于防止粘附卡钻，有利于井壁稳定，防止地层坍塌与剥蚀掉块。钻井液滤失量过大，泥饼厚而虚，会引起一系列问题。如：易造成地层孔隙堵塞损坏油气层，滤液大量进入油气层，会引起油气层的渗透率等物性变化，降低产能；泥饼在井壁堆积太厚，环空间隙变小，泵压升高；易引起泥包
8、钻头，下钻遇阻、遇卡或堵死水眼；在高渗透地层易造成较厚的泥饼而引起阻卡，甚至发生压差卡钻；电测不顺利，并且由于钻井液滤液进入地层较深，水侵半径增大，若超过测井仪所测范围，2 2 钻井对钻井液滤饼摩擦系数有哪些基本要求 摩擦系数太大，将对钻具产生较大摩擦阻力，且易粘附卡钻，起下钻遇阻，对钻具磨损严重。因此，滤饼摩擦系数越小对钻井越有利。为降低滤饼摩擦系数可加入润滑剂，如钻井液中混入一定量原油、加入高分子聚合物(如聚丙烯酰胺)等。3 3 在钻进过程中如何降低失水量？在钻达生产层、易垮塌及易吸水膨胀的地层，或渗透性较好、滤饼较厚及易产生滤饼卡钻的井段，需要严格控制钻井液的失水量。加入降滤失剂（降失水
9、剂）。现场一般用混合漏斗将降滤失剂直接加入钻井液或在钻井液槽撒入钻井液。为了提高处理剂的抗温能力，还可把NaCMC与某些表面活性剂混合使用。混油（加入原油、柴油或原油与柴油混合物）。4.在混油工艺中需要注意哪些要点？先将基浆处理好再混油。基浆的粘度以低一些为宜，基浆中应含有一定数量的处理剂(如煤碱液、CMC、铁铬盐等)。混油量(原油或原油与柴油混合)以1020为宜，有时高达30。原油宜选用粘度较小，杂质、水分及可溶性盐类较少者。混油时要逐步加入，尤其是重钻井液混油应该注意严防因密度突然下降而发生井下事故。混油过程中应保侍较大的泵排量，充分循环使混入的油类混合均匀。拓展知识：1.降滤失剂(1).
10、低粘度和中粘度羧甲基纤维素(CMCLV，CMCMV)(2).改性淀粉(StarchM)(3).预胶化淀粉(StarchPG)(4).羧甲基淀粉(StarchCM)(5).羟丙基淀粉(StarchHP)(6).磺甲基酚醛树脂(SMP)(7).磺化酚醛树脂一磺化褐煤(SPNH)(8).磺甲基褐煤(SMC)(9).聚丙烯腈铵盐(NH4一HPAN)(10).腐殖酸钾(KHm)(11).HMPa (12).JT-888 (13).RSTF (14).CAT-FL 二二 常用的润滑剂常用的润滑剂 1 惰性固体润滑剂 由滑动摩擦变成滚动摩擦，减小接触面积。如玻璃小球、塑料小球、石墨、沥青（降摩阻系数等）。2
11、 液体润滑剂 矿物油、植物油、表面活性剂2.润滑剂(1)Lub-1 它是由一些烷烃化合物和一些表面活性剂配成的淡黄色油类液体，作为油基类润滑剂用于所有的水基钻井液。它是一种有效的润滑剂，可大幅度降低钻柱的上提拉力和扭矩。它可直接加入钻井液，其用量范围为1.03.0。(2)Lub-2(2)Lub-2 它是一种醇胺类化合物，用于水基钻井液的无环境污染、无荧光的润滑剂。它可生物降解，对环境安全。琥珀色清亮液体。其用量范围为1.03.0。(3)Lub-33)Lub-3 它是一种矿物油和金属盐类的混合物。用量范围为1.03.0。(4)Lub-JY(4)Lub-JY 它是烷烃油类与表面活性剂配制的混合物。
12、用做水基钻井液的极压润滑剂。它是一种白至浅黄色的油类产品。其用量为2.03.0。(5)Lub-PB 它是苯乙烯一二乙烯苯的小微珠，用做水基钻井液的固体润滑剂以降低井筒的提升阻力和扭矩。商业产品分为粗、中、细三种。这种塑性固体微珠具有很高的抗压和抗撞击强度，并具有化学惰性，不与水及钻井液添加剂反应。其颜色为微白至微黄。使用相应目数的振动筛筛布可将其回收。其用量范围为5.08.0。(6)Lub-GB(6)Lub-GB 它是一种玻璃微珠，用做钻井液的固体润滑剂，但易碎，造成对设备的研磨。其用量为3.05.0。(7)(7)聚合醇类聚合醇类(Polyglycol and Polyalcohols)(Po
13、lyglycol and Polyalcohols)聚合醇类是聚乙二醇和聚合醇类化合物，主要用于聚合醇钻井液体系，也可有效地提高其他钻井液体系的润滑性能和井壁稳定性。聚合醇的浊点是指一特定温度，当温度低于此温度时，此产品能以任意比例溶于水中；而在高于这个温度时，它将在水中呈不溶解状态，以小微珠的形态分布在整个体系中。它在浊点以下温度为透明的类似油状的液态。聚合醇类对环境和人体无害。在聚合醇钻井液中，其使用的浓度应根据室内试验确定，在其他钻井液中作为润滑剂的用量范围为3.05.0。(8)(8)石墨粉石墨粉(Lub-G)(Lub-G)它是一种改性石墨粉，用于改善钻井液和泥饼的润滑性，其加量范围为2
14、.03.0。.测定钻井液APIAPI滤失量（二）操作步骤 1 把支架平稳地放在工作台上，然后把减压阀部分插入并紧固在支架上。2 将调压手柄旋入阀体上，将手柄调至自由位置，顺时针方向旋紧放气阀杆，关闭外界通道。3 将气源调节阀连接在气瓶上，调节手柄至自由位置，将高压胶管两端连接在气瓶调节阀及滤失仪高压阀上。4 取出滤失仪液杯，用手指堵住液杯小孔，将充分搅拌的钻井液注入液杯内至刻度线处(注入量为240 mL)，装入“O”形密封圈、滤纸，盖好杯盖，旋紧后将液杯输气头装入阀体输出端，卡紧。5 将量筒挂架卡在液杯盖上，再把干燥、洁净的量筒卡在量筒挂架上。打开气瓶手柄，调节减压阀，使压力预达0.6 MPa
15、。6 迅速将防空阀退回三圈，调节减压阀，使压力达到并保持O.7 MPa,待第一滴液体流出时，启动秒表开始计时。7 待滤失时间达到7.5min时，取下量筒，读取滤失量。8 将气瓶上的手柄关闭，调压阀手柄逆时针方向旋转至自由位置，同时逆时针方向旋转滤失仪调压阀，使之呈自由状态。9 顺时针方向旋转放气阀杆，排出液杯内余气，取下液杯，打开杯盖取出滤纸，用钢板尺测出滤饼厚度再乘以2，即为所测滤饼厚度。10 将气瓶调节阀顺时针方向旋转后，再将滤失仪调压阀顺时针方向旋转，使余气进入高压室，然后逆时针方向旋转放气阀杆，将高压室内余气排出。11 将两调压阔手柄逆时针方向旋转至自由状态，拆掉连接部分，清洗钻井液杯
16、等部件并擦干待用。三）技术要求 1 钻井液杯内钻井液注入量为240mL左右。2 测定用气多用二氧化碳、氮气或空气，禁用氧气和氢气。3 测定时要严格按操作顺序，测完后应先关闭气源排掉余气，然后再拆卸仪器。4 测定时间为7.5 min时，读取的滤失体积和量取的滤饼厚度都要乘以2作为测量结果。若测定时间为30min，读取的滤失体积和量取的滤饼厚度就是所测钻井液的滤失量和滤饼厚度。二.测定钻井液高温高压滤失量HTHPHTHP滤失的测定滤失的测定（一）定义 为模拟井下温度和压力条件下测定滤失，更能反映钻井液在井下的真实情况而引出高温高压滤失，其定义是：钻井液在高温(API标准300oF150)、高压(A
17、PI标准为500lb/in23.5 MPa)作用下，30min内，透过直径为75mm(高温高压滤失测定仪过滤面积的直径为53mm，故测定结果乘以2)的过滤面积所滤失的水量叫高温高压滤失量，习惯称高温高压滤失，用“HTHP”表示，单位是“mL”。二）操作步骤 1 接通电源，将恒温器调至中等温度范围半小时左右，将温度计插入测试孔，预热加温杯至155，调整恒温器保持恒温。2 松开钻井液杯上的紧固螺钉，取下钻井液杯盖，拧紧钻井液杯及钻井液杯盖上的连通阀杆，将搅拌好的待测钻井液倒人钻井液杯至刻度线处。3 将滤纸仔细平放在钻井液杯的“0”形圈上，依次把钻井液杯盖装上并用紧固螺钉紧固。4 检查上下连通阀是否
18、旋紧，将钻井液杯倒置于加热杯内(由定位销定位)。5 将另一只温度计插入钻井液杯插孔内，使温度保持150恒温。6 将增压器装入连通阀杆上端，并插入固定销定位。7 将回压器装入下连通阀杆下端，插入固定销。8 以气瓶为压力气源，将增压器及回压器接通。9 调整增压器及回压器手柄使其指示0.7 MPa压力值。10 打开顶阀，此时0.7 MPa压力进入钻井液杯作用于钻井液上。高温高压滤失测定仪结构图11 当钻井液杯恒定在1502时，打开底阀，形成背压，同时迅速将增压器送至4.2MPa，并计时。12 滤失时间30 min，维持温度1502，若回压高于0.7 MPa，可采取收集一部分滤液的办法，泄放压力，使回
19、压器恒定于0.7 MPa。13 测量30min取下量筒，切断电源，关闭上下连通阀杆，将增压器“T”型调压手柄按逆时针方向旋转，使其在自由位置。14 打开增压器放气阀，泄掉管汇压力，拉出固定销，取下增压器。15 将回压”T”型调压手柄按逆时针方向旋转，使其在自由位置，并通过安全阀手柄将接收器中的压力放掉。拉出固定销，取下回压器。16 从加温器中取出钻井液杯，使之自然冷却或水冷。将钻井液杯盖朝下，松开连通阀杆，释放杯中压力。17 松开钻井液杯盖上的紧固螺钉，取下盖子，取出滤纸。18 洗净并擦干仪器备用。19 结果处理：测定30 min的滤失量乘以2即为高温高压滤失量。三）技术要求1 钻井液必须在高
20、速下充分搅拌。加量要控制在钻井液杯上刻度线处，距顶端约16 mm，当温度在150以上时，钻井液要装到钻井液杯下刻度线处，距顶端约20mm，取样钻井液也可在搅拌时预热至5055。2 顶部和底部压力调至0.7 MPa，才能打开顶部的阀杆，待温度恒定到1502后，才能将顶部压力调至4.2 MPa，并计时。3 注意检查放气阀是否关闭。4 当钻井液杯从加温器中取出后必须冷却到室温方可打开杯盖。5 高压时，一定要逐渐升压，增压器最高压力不超过5 MPa。（一）定义 钻井液形成的滤饼表面上有一定的粘滞性，当一物体在其表面产生相对运动时，会受到一定的摩擦阻力，这个摩擦阻力称为滤饼的摩擦系数滤饼的摩擦系数。三三 泥饼粘附系数的测定泥饼粘附系数的测定（二）操作步骤 1 开仪器电源，数字全亮，按下调零按钮，用调平杆调整螺钉，使滑板水平。2 将滤饼放在平面上，将滑块轻轻放在滤饼上，静止1 min，启动开机开关，电动机带动传动机构，使滑板翻转。3 当滑块开始滑动，立即关闭停止开关，读取角度值，查出显示角度值的正切值，即为滤饼摩擦系数。（三）技术要求 卡准在开始滑动的瞬间，关闭停止开关
