@钻井液性能

钻井液性能2目录密度和压力平衡流变性能滤失和润滑性能化学分析油基钻井液性能3密度和压力平衡4钻井液密度MW（MudWeight)或SG(specificgravity）通过泥浆液柱对井壁和井底产生压力，以平衡地层的油气水压力及岩石的侧压力，防止井喷、地层流体侵入及保护井壁。另外泥浆密度对岩屑产生浮力，增大泥浆密度可以提高泥浆携带岩屑的能力。密度秤的正常误差为0.01g/cm3当量循环密度和环空密度当量循环密度：考虑了由于泥浆流动而增加的附加压耗环空密度：在当量循环密度基础上考虑了由于井筒内岩屑产生的附加压耗密度和压力平衡5•钻井液密度的作用–平衡地层压力，防止井喷、井漏和钻井液受地层流体的污染；–平衡地层压力，保持井壁稳定，防止井塌；–实现近平衡钻井技术，减少压持效应，提高机械钻速；–合理选择打开油气层的钻井液密度，减少钻井液对产层的伤害。密度和压力平衡6密度对钻速的影响泥浆密度越高，产生的液柱压力越大，井底压差越大，机械钻速减小。密度和压力平衡7钻井液密度的控制密度过高：增大正向压差，对储层污染加重；液柱压力增大，增大井底岩石可钻强度并引起井底岩石的重复切削密度过低：井壁不稳定，油气层压力无法控制确定泥浆密度的原则根据地质资料确定，在正常情况下尽可能使用低密度钻开油气层尽可能近平衡钻进，既要保护油气层又要防喷，做到“压而不死，活而不喷”；近平衡钻进要在起钻时考虑可能存在的“抽吸作用”，增加附加密度钻穿高压盐水层时为了防止盐水的污染，应提高密度采取“坚决压死”的措施对易缩径和易剥落掉块的地层，应适当提高泥浆的密度密度和压力平衡8测量仪器加压比重计普通比重计9钻井液密度升高可能因素加入加重材料；钻屑累积；快速钻进而泵排量跟不上会使井内钻井液密度升高；增大钻井液屈服值会使当量循环密度升高；增大泵排量或泵压会使当量循环密度升高；加入较多电解质（盐类）；油基钻井液加入较高密度的盐水；加入较高密度的新浆10钻井液密度下降可能因素加入比钻井液密度低的清水；井下油气侵；加油；加入较低密度的新浆或胶液；加强固相清除；用离心机清除（或回收）高密度固相；降低钻井液屈服值或减少泵排量及泵压能使井下当量循环密度下降；充气配制成充气钻井液或使用泡沫钻井液；钻进速度较低情况下提高泵排量有可能使井内钻井液密度降低。11相关概念静液压力是由液柱重量引起的压力。它的大小和液体密度及垂直高度有关，而和液柱的横向尺寸及形状无关。通常把单位高度(或深度)增加的压力值称为压力梯度，静液压力梯度受液体密度的影响和含盐浓度、气体的浓度以及温度梯度的影响。上覆岩层压力某处地层上覆岩层压力是指覆盖在该地层以上的地层基质(岩石)和孔隙中流体(油气水)的总重量造成的压力。岩石密度与孔隙度的大小和埋藏的深度有关12地层压力地层压力是指作用在岩石孔隙内流体(油气水)上的压力，也叫地层孔隙压力。正常地层压力等于从地表到地下该地层处的静液压力。其值大小与沉积环境有关。地层破裂压力在井中一定深度处的地层，其承受压力的能力是有限的，当压力达到某一值时会使地层破裂，这个压力称为地层的破裂压力pf。地层破裂压力的大小取决于许多因素，如上覆岩层压力、地层压力、岩性、地层年代、埋藏深度以及该处岩石的应力状态。安全密度窗口介于地层破裂压力和地层压力之间的钻井液密度范围13流变性能14钻井液的流变性•钻井液流变性(rheologicalpropertiesofDF)–在外力作用下，钻井液流动和变形的特性。如钻井液的塑性粘度、动切力、表观粘度、有效粘度、静切力和触变性等性能都属流变性参数。•泥浆的流变性对钻井的影响–携带岩屑，保证井底清洁。–悬浮岩屑与重晶石–影响机械钻速–影响井眼规则和井下安全。15钻井液的流变性剪切应力与剪切速率剪切速率(shearrate)：在垂直于流动方向上单位距离内流速的增量(dv/dx)。剪切应力(shearstress)：液体流动过程中，单位面积上抵抗流动的内摩擦力。16钻井液的流变性流体的基本流型牛顿流体：剪切应力与剪切速率成正比。塑性流体：宾汉流体，适合于水基钻井液体系假塑性流体：幂律流体，适合于高分子聚合物体系膨胀流体17牛顿流体（NewtonianFluid）•：剪切应力dyn/cm2•dv/dx:剪切速率:s-1•:粘度（Poise、泊)剪切速率Dv/dx切应力：dxdv1dyn/cm2=1x10-5N/10-4m2=0.1Pa1poise=1dynes.s/cm2=0.1Pa.s1cp=0.01p=0.001Pa.s=1mPa.s18宾汉塑性流型•BinghamPlasticModel•模型：=0+s0：动切力（屈服值）Yieldpoint(YP)Pas：塑性粘度(PV)Plasticviscosity(cp)：剪切速率(s-1)剪切速率=Dv/dx切应力：0s192300600表•参数计算（范氏旋转粘度计）＝1.703(s-1)=0.511(Pa)塑=PV=600-300(cp)0=0.511(300-s)(Pa)cp宾汉流体20幂律流型(PowerlawModel)•基本方程：=kn–k：稠度系数–n：流性指数•流动特性分析–施加极小的切应力就发生流动，没有静切应力，而且粘度随切应力的增加而降低。)(1022511.0log32.3600300600nnPaskn21幂律流型(PowerlawModel))(1022511.0log32.3600300600nnPaskn22•粘度(viscosity)–定义：钻井液流动时，固体颗粒之间、固体颗粒与液体之间、以及液体分子之间的内摩擦的总反映。–影响泥浆粘度的基本因素•粘土含量（含量大，粘度大）•土粒的分散度（增加塑性粘度）•土粒的聚结稳定状况或絮凝强度（结构粘度）•高分子处理剂的性质、分子量和浓度钻井液的流变性－常用流变参数23•漏斗粘度–定义：用漏斗粘度计测得的一定体积流体(700ml)流出500ml所经历的时间。单位为秒。漏斗粘度与泥浆的塑性粘度、屈服值、以及仪器的尺寸和形状有关。钻井液的流变性－常用流变参数现用马氏漏斗:1500ml流出946ml24•结构粘度–定义：分散相颗粒之间的相互作用或空间网架结构给流动增加的摩擦力，与泥浆的屈服值（0）紧密相关。结构塑塑塑//)(00e钻井液的流变性－常用流变参数25•剪切稀释性–定义：表观粘度随剪切速率增大而降低的现象–对于宾汉流体，塑越低，0越高，即0／塑比值越大，剪切稀释能力越高。–在实际钻井井眼的各个部位处（如钻杆内、钻头水眼处、环空等），其剪切速率各不相同，导致各处的有效粘度各不相同。–0/塑比值大者，剪切稀释能力强，有利于高压喷射钻井；同时在低剪切速率下会显著增稠，有利于带砂。塑表/0钻井液的流变性－常用流变参数26•静切力、动切力–钻井液的切力是指静切力，其胶体化学的实质是凝胶强度，凝胶强度取决于单位体积中结构链环的数目和单个链环的强度。–钻井液的动切力：反映层流流动时，粘土颗粒之间及高聚物分子之间的相互作用力（形成空间网架结构的能力）。•触变性(thixotropy)–定义:搅拌后泥浆变稀（切力降低），静置后泥浆变稠（切力升高）的特性。–表示方法：触变性的表示：10秒钟切力（初切）、10分终切力（终切）–钻井工艺要求钻井液具有良好的触变性，在泥浆停止循环时，切力能较快地增大到某个适当的数值，即有利于钻屑的悬浮，又不致于静置后开泵泵压过高。钻井液的流变性－常用流变参数27对钻井液流变性的一般要求对于非加重钻井液•塑性粘度（PV):5-12mPa.s•动切力（YP):1.4-14.4Pa•YP/PV=0.48Pa/mPa.s•流型指数：0.4-0.7•卡森动切力c:0.6-3Pa•极限高剪粘度：:2-6mPa.s28•流变参数的调整–降低PV：通过合理使用固控设备、加水稀释或化学絮凝等方法，尽量减小固相含量。–提高PV：加入低造浆率的粘土、混入原油；增加聚合物的浓度使钻井液的滤液粘度提高。–降低YP：加入适合于本体系的降粘剂，以拆散钻井液中已形成的网架结构。如果是因为Ca2+、Mg2+的絮凝作用，可使其沉淀减弱因钙镁离子形成的结构。钻井液的流变性29•流变参数的调整–提高YP：可加入预水化膨润土或增大聚合物的加量，对于钙处理或其它盐水钻井液，可适当增加Ca2+、Na+浓度。–降低n值：增加钻井液中高分子量聚合物和无机盐的含量，以及将预水化膨润土加入盐水钻井液体系，均可使n值降低。–降低或提高K值：与调整PV、YP基本相同。钻井液的流变性30钻井液流变性与钻井的关系•影响钻井速度•影响环空携岩能力•影响井壁稳定•影响岩屑与加重物的悬浮•影响井内压力激动•影响钻井泵压和排量•影响固井质量31钻井液流变性与钻井的关系•影响钻井速度–通过水力参数影响钻井速度•粘度影响水功率的传递•粘度影响ECD(EquivalentCirculatingDensity)的大小，产生压持效应，降低钻速。–剪切稀释特性•影响水功率的传递32•钻井液的流变性与井眼净化的关系–钻屑在井筒内的运移过程•层流：尖峰型层流的缺点•紊流：有利于携岩–紊流缺点•排量大、泵压高•表观粘度低，岩屑下沉速度较大•井壁冲刷，不利于井壁稳定–钻柱旋转钻井液流变性与钻井的关系33钻井液流变性与钻井的关系•层流携岩34•钻井液的流变性与井眼净化的关系–平板层流的特点•降低的沿程水力损失，有利于喷射钻井•避免了紊流冲刷井壁•解决了使用低粘度泥浆有效携岩问题。–一般要求•塑性流体•幂律流体–n=0.4-0.7钻井液流变性与钻井的关系78.4~60.3)()/(20cpcmdyenes塑35•钻井液的流变性与井眼净化的关系–实现平板型层流的方法•加适量的电解质，提高0•加入大分子量的聚合物，提高0、塑•强化泥浆固相控制措施，以降低塑)(/324)(/0200dDvdDd塑塑钻井液流变性与钻井的关系36•钻井液的流变性与井壁稳定的关系–力学因素引起的井壁不稳定•井壁岩石三个主应力的可能排布当1和3（最大和最小主应力）的差值大于岩石的强度时，便发生剪切破坏–化学因素引起的井壁不稳定•防止页岩的水化膨胀–钻井液的流变性及流态与井壁稳定相关钻井液流变性与钻井的关系37钻井液流变性与钻井的关系•影响岩屑和加重材料的悬浮–流体静止状态下的静切力悬浮•悬浮球形岩屑或加重材料所需要的静切力为：•ρs——岩石密度,g/cm3;•ρm——钻井液密度,g/cm3;•ds——球形岩屑颗粒直径，mm–如果岩屑颗粒不呈球形，可根据体积相等的关系计算岩屑的当量直径予以修正：•V——岩屑体积,cm3.3/)(5)(msssdPa36Vdp38•钻井液的流变性与井内压力激动的关系–起下钻和钻井过程中，由于钻柱的上下移动、泥浆泵的开动等原因，使井内液柱压力产生变化的现象。–影响激动压力的因素：•钻柱运动速度•钻头及钻柱的泥包程度•环形空间的间隙、井深•泥浆性能（粘度、切力）钻井液流变性与钻井的关系39滤失和润滑性能40钻井液的滤失和造壁性•滤失量(失水filtrationloss)–定义：泥浆中的自由水在压差的作用下向具有孔隙的地层渗滤的现象。–类型：瞬时失水(spurt)、动失水(dynamicloss)、静失水(staticloss)。•泥饼–定义：泥浆中水分进入地层，粘土颗粒附着在井壁上，形成泥饼。41钻井液的滤失和造壁性42钻井液的滤失和造壁性43API滤失量(失水)在常温环境中,压力在100±5psi(690±35kPa)的状态下,30分钟测得的滤液体积钻井液滤失量的参数HTHP滤失量(失水)模拟实际温度,顶部压力为600psi(4140kPa)，回压为100psi时，30分钟测得的滤液体积的2倍。44泥饼质量的控制：泥浆中固相的种类与分布及粘土的水化分散程度决定了泥饼的质量，优质土及泥饼