钻井液的滤失性

第四章钻井液的滤失性滤失（失水）造壁性的含义：主要是指钻井液滤失量的大小和所形成泥饼的质量；与钻井液滤失造壁性有关的钻井问题：（1）井下事故的发生；（2）井壁稳定；（3）提高钻井速度；（4）保持井眼规则和保证井下安全。钻井液的滤失造壁性钻井液的滤失造壁性1、滤失：在压力差的作用下，钻井液中的自由水向井壁岩石的孔隙或缝隙中渗透的现象，称为钻井液的滤失作用。通常我们用滤失量（FiltrationLoss）或失水量(WaterLoss)来表示滤失性的强弱。两个基本条件：存在压差和存在孔隙或裂缝。第一节基本概念2、造壁性：随着钻井液在井壁的滤失，自由水进入地层，钻井液中的固相颗粒（包括钻井液添加剂分子或颗粒、钻屑的细分散颗粒等）便附着在井壁上形成泥饼（MudCake或FilterCake），也可以进入地层一定深度，即钻井液的造壁性。第一节基本概念在渗透性大的砂岩、砾岩、裂缝发育的灰岩井壁会形成较厚的泥饼；而在渗透性小的页岩、泥岩、石灰岩和其它致密岩石的井壁上只会形成较薄的泥饼，甚至不形成泥饼。第一节基本概念（1）瞬时滤失（SpurtLoss）没有泥饼，滤失速率很大，滤失时间很短，滤失量不大。（2）动滤失（DynamicFiltration）压差大，等于静液柱压力加上环空压力降和地层压力之差，泥饼厚度维持不变，且较薄，单位时间的滤失量开始较大，随后逐渐减小，最后稳定在某一固定值。（3）静滤失（StaticFiltration）压差不太大，泥饼较厚，单位时间滤失量一般比动滤失量小。第一节基本概念3、钻井液滤失过程钻井液滤失量的测定包括静滤失和动滤失。静滤失量的测定通常采用API标准进行测试，测试装置主要有滤失仪和高温高压滤失仪两种；高温高压滤失仪又分为42型（3.5MPa/150℃）和71型（180℃）。动滤失量的测定仪器较多，但没有统一的评价标准，钻井液滤失量的研究与测定主要为静滤失量。一、滤失量的测定第二节钻井液滤失量的测定及其影响因素API滤失量测定仪是最常用的评价钻井液滤失量的装置，其渗滤面积为45.8㎝2，实验压差为0.69MPa（100psi），测试温度一般为室温，滤失时间30min，滤失材料为符合标准的直径为90mm的滤纸。但是室内试验往往测定0.69MPa，7.5min的滤失量。一、滤失量的测定第二节钻井液滤失量的测定及其影响因素1、API滤失量测定仪（APIFilterPress）一、滤失量的测定第二节钻井液滤失量的测定及其影响因素国内使用的主要是模拟Baroid公司GGS-42型，实验条件为：3.5MPa压差，温度150℃。测量时间30min，其滤失面积比常温API滤失仪小一半。因此，测得的滤失量应该乘以2，才为钻井液的实际高温高压滤失量。一、滤失量的测定第二节钻井液滤失量的测定及其影响因素2、高温高压滤失量测定仪（HTHPFilterPress）一、滤失量的测定第二节钻井液滤失量的测定及其影响因素被普遍接受使用的动态滤失仪器有170-50型动态滤失仪和范-90动态滤失装置。前者是利用转动的叶片来使钻井液流动，渗滤介质为滤片;后者则使用泵使钻井液循环流动，过滤介质为陶瓷滤芯，可用于测量模拟钻井条件下，当滤饼被冲蚀速度与沉积速度相等时的动态滤失量。HDF-1型高温高压动态滤失仪一、滤失量的测定第二节钻井液滤失量的测定及其影响因素3、动滤失量测定仪静滤失量的特点是钻井液处于静止状态，在压差作用下形成泥饼，且泥饼厚度随滤失时间延长而增厚，是一个变量。为了研究钻井液的滤失规律，首先我们需要作以下假设：泥饼的渗透率应该远远小于地层渗透率；钻井液的滤失规律与流体在地层中的渗透规律类似，应该遵守达西渗透定律；二、钻井液静滤失量的影响因素第二节钻井液滤失量的测定及其影响因素1、静滤失方程泥饼的厚度与井眼直径相比非常小；泥饼为平面型；泥饼在研究过程中厚度不变；泥饼不可压缩，因此泥饼的渗透率为定值，在研究过程中不变。二、钻井液静滤失量的影响因素第二节钻井液滤失量的测定及其影响因素1、静滤失方程mcfhpKAdtdV在这些假设的基础上，根据达西渗透定律，可以推导出泥饼的滤失速率方程：其中：dVf/dt—滤失速率，cm3/s；K－泥饼渗透率，μm2；Vf—滤失体积，即滤失量，cm3；A-渗透面积，cm2;ΔP-渗滤压力，105Pa；t—滤失时间，s；hmc—泥饼厚度，cm。μ—滤液的粘度，0.1mPa·s二、钻井液静滤失量的影响因素第二节钻井液滤失量的测定及其影响因素另外，我们认为在渗滤期间，在任何时间t内，渗滤体积Vm的钻井液中被过滤的固相体积等于沉积在泥饼上的固相体积（与动滤失的区别）：AhfVfmcscmsm所以：smfscf其中：—钻井液中的固相体积分数；—泥饼中固相的体积分数。二、钻井液静滤失量的影响因素第二节钻井液滤失量的测定及其影响因素（1）AhfVAhfmcscfmcsm所以：1smscfsmscfsmmcffAVffAVfh可以推出：代入（1）式，有fsmscfVPffKAdtdV)1(2二、钻井液静滤失量的影响因素第二节钻井液滤失量的测定及其影响因素tffpKAVsmscf12dtPffKAdVVsmscff)1(2PtCCKAVmcf)1(222二、钻井液静滤失量的影响因素第二节钻井液滤失量的测定及其影响因素2、影响钻井液滤失量的因素a.滤失时间Vf／A∝t1/2，如果不考虑钻井液的瞬时滤失量，单位面积滤失量与时间的平方根成直线关系。测定钻井液API滤失量时，应该以30min计算，但我们一般通常只测7.5min，然后乘以2。二、钻井液静滤失量的影响因素第二节钻井液滤失量的测定及其影响因素但钻井液实验结果表明，绘出的直线并不通过原点，而相交于纵轴上某一点，形成一定的截距。从下图可以看出，在泥饼形成之前，存在一瞬时滤失量Vsp。如果瞬时滤失量大到可以测量的话，就应根据下式确定API标准滤失量。V30=2(V7.5-Vsp)+Vsp二、钻井液静滤失量的影响因素第二节钻井液滤失量的测定及其影响因素最好作一如下图所示的滤失量和滤失时间平方根关系的曲线，用线上的两个点外推出更长时间的滤失量并确定瞬时滤失量。二、钻井液静滤失量的影响因素第二节钻井液滤失量的测定及其影响因素计算实例使用API滤失量测定仪测得2min滤失量为5.5m1，7.5min滤失量为9.0ml，试计算这种钻井液的瞬时滤失量和API滤失量。瞬时滤失量和API滤失量的求解二、钻井液静滤失量的影响因素第二节钻井液滤失量的测定及其影响因素b、滤失压差从公式可以推出，钻井液的滤失量与滤失压差的平方根成正比，即如果泥饼不可压缩，压差增大，滤失量增加。但是泥饼具有压缩性，渗透率降低，所以滤失压差对钻井液滤失量的影响是一分为二的，具体哪个因素对钻井液的滤失量影响更大一些，要看具体情况，主要是钻井液性质、泥饼的可压缩性。二、钻井液静滤失量的影响因素第二节钻井液滤失量的测定及其影响因素二、钻井液静滤失量的影响因素第二节钻井液滤失量的测定及其影响因素c、滤液的粘度和温度从公式可以看出，滤失量与滤液粘度的平方根成反比，即随着钻井液粘度的增加滤失量降低。滤液粘度与有机高分子处理剂的加量以及钻井液的温度有关。一般情况下，流体的粘度随着高分子加量的增大而升高，随温度的增加而降低。对于相同温度下的钻井液我们可以通过提高钻井液粘度的方法降低滤失量。二、钻井液静滤失量的影响因素第二节钻井液滤失量的测定及其影响因素d、固相含量和类型的影响1smscff钻井液固相含量越高，而泥饼中固相含量越小，滤失量越小。我们知道钻井液的固相含量会严重影响钻速，固相含量越高钻速越低，因此，钻井液的固相含量不能够提得很高，我们只能从泥饼着手，减小泥饼固相含量。成正比根据钻井液静滤失方程，滤失量应该与二、钻井液静滤失量的影响因素第二节钻井液滤失量的测定及其影响因素减小泥饼固相含量的方法：一是采用优质膨润土配浆，优质膨润土分散性好、固相颗粒细、水化好、水化膜厚，所以形成的泥饼固相含量分数低。二是加入有机高分子处理剂，可以吸附在粘土颗粒表面，有效降低泥饼固相含量。二、钻井液静滤失量的影响因素第二节钻井液滤失量的测定及其影响因素