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基础知识--04钻井液性能

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基础知识 04 钻井 性能
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钻井液基本性能2009年 10月 8日渤海钻探泥浆技术服务公司钻井液性能的概念、基本要求及性能调节性能 - U ni 下限 上限 性能 - U ni 下限 上限 密度 g /c 1 5 1 9 1 1. 0 漏斗粘度 s 40 65 M k g/ 28 3 rp m 读值 8 14 含砂量 % 0 0 m p a 15 32 L % 0 5 13 18 C al m m g/ L < 20 0 < 30 0 G el s 1 0s 5 13 g/ L 2 4, 000 4 5, 000 G el s 1 0m 12 30 H m l/ 30m 12 15 G le s 3 0m 17 46 A m l/ 30m 4 6 念钻井液的密度是指单位体积的钻井液质量。密度一般用符号 “ ρ ” 表示,常用单位是 g/ =钻井液质量( m) /钻井液体积( v)钻井液性能的概念、基本要求及性能调节2、钻井对钻井液密度的基本要求钻井液密度对钻井的影响:一是平衡地层压力 。 二是对钻速的影响 。 钻井液密度大 , 产生的液柱压力就大 ,钻具在井中转动的摩擦阻力就大 , 从而增加了动力消耗 ,加重了钻头研磨新地层的负担 , 致使钻速降低 。 密度过大易压漏地层 , 破坏油层渗透率 , 或把油 、 气层压死 ,增加了发现油气藏的困难 。综上所述 , 钻井对钻井液密度的基本要求是 “ 压而不死 , 活而不喷 ” 。 即密度大 , 但不能把油层压死;密度小 , 但不能发生井喷 。本要求及性能调节3、钻井液密度的调整( 1)提高钻井液密度的方法一般可在钻井液中加入惰性的 、 密度大的固体粉末 , 如重晶石粉 、 石灰石粉 、 蚌壳粉等 。 还可加入可溶性盐类 , 如 使用最普遍的是加重晶石粉 。本要求及性能调节3、 钻井液密度的调整( 2) 降低钻井液密度的方法1) 机械除砂 , 即用振动筛 、 除砂器 、 除泥器清除钻井液中的钻屑 、 砂粒等有害固相 , 减少钻井液固相含量 , 从而降低密度 。2) 加入清水稀释 。3) 加入一定数量的发泡剂 。4) 使用化学絮凝剂 , 使部分固体颗粒聚结沉淀而降低密度 。此外 , 加新浆 、 油类物质等 。本要求及性能调节斗粘度、表观粘度、塑性粘度、动切力、静切力、流性指数、稠度系数、剪切稀释性、动塑比和触变性等。钻井液性能的概念、基本要求及性能调节1、漏斗粘度概念:用一定体积的钻井液流经规定尺寸( 小孔所需的时间来表示,故也叫漏斗粘度。用大写字母 “ 表示,单位 “ s” 。使用漏斗粘度计测量的粘度就是漏斗粘度,它是钻井液直观流动性的表现,既受钻井液内摩擦力的影响,又受钻井液结构力的影响。用漏斗粘度计测量钻井液流动时间越长,表观粘度越大,钻井液流动性越不好。因此,漏斗粘度只具有相对意义,不能表示钻井液内部结构的变化。本要求及性能调节漏斗粘度计本要求及性能调节2、塑性粘度、动切力( 1)塑性粘度塑性粘度是塑性流体的性质,它不随剪切速率而变化,反应的是钻井液在层流时,钻井液中的固体颗粒与固体颗粒之间、固体颗粒与液体分子之间、液体分子与液体分子之间内摩擦力的总和。符号: “ ,常用单位: 本要求及性能调节2、塑性粘度、动切力( 2)动切力(屈服值)是塑性流体流变曲线中的直线段在 τ 轴上的截距,它反映的是钻井液在层流流动时,粘土颗粒之间及高分子聚合物之间相互作用力的大小,即形成空间网架结构能力的强弱。符号: “ ,常用单位: 本要求及性能调节3、流性指数和稠度系数( 1)流性指数 指数 因此通常将 水 、 甘油等牛顿流体的 。 钻井液的 。 表示钻井液的非牛顿性越强 , 表明流体的流变性偏离牛顿流体越来越远 。流性指数是一个无因次量 。 在钻井液设计中 , 经常要确定流性指数的合理范围 , 一般希望有较低的 以确保钻井液具有良好的剪切稀释性能 。本要求及性能调节流性指数 本要求及性能调节流性指数 减小 通常钻井液的流性指数 比较合适 。流性指数对钻井液流态的影响本要求及性能调节( 2)稠度系数 值则与钻井液的粘度、切力联系在一起。显然,它与流体在剪切速率为 1 度愈高,因此一般将 于钻井液, 造成重新开泵困难。若 将对携岩不利。因此, 值主要受体系中固体含量和液相体流变曲线的关系粘度的影响 , 同时也受结构强度的影响。当固体含量或聚合物处理剂的浓度增大时 , 如加入高分子聚合物 , 或加入适量无机电解质时 , 会使形成的网架结构增强 , 本要求及性能调节3、流性指数和稠度系数4、表观粘度 和剪切稀释特性( 1) 表观粘度对于非牛顿流体 , 剪切应力和剪切速率的比值不是一个常数 , 这就意味着不能用同一粘度值来描述它在不同剪切速率下的流动特性 。 因此 , 有必要引入表观粘度这一概念 。表 观 粘 度 又 称 为 有 效 粘 度 ( 。 它是在某一剪切速率下 , 剪切应力与剪切速率的比值 。 符号: “ , 常用单位: 本要求及性能调节( 2)剪切稀释性塑性流体和假塑性流体的表观粘度随着剪切速率的增加而降低的特性称为剪切稀释性。例如,在钻头水眼处,剪切速率高达 10000- 100000井液变得很稀;而在环形空间,当剪切速率为 50- 250井液又变得比较稠。这种剪切稀释特性是一种优质钻井液必须具备的性能,因为它既能充分发挥钻头的水马力,有利于提高钻速,而在环形空间又能很好的携带钻屑。本要求及性能调节4、表观粘度和剪切稀释特性( 2)剪切稀释性在钻井液工艺中,常用动切力与塑性粘度的比值(简称动塑比)表示剪切稀释性的强弱。 V 的值越大,剪切稀释性越强。为了能够在高剪率下有效地破岩和在低剪率下有效地携带岩屑,要求钻井液具有较高的动塑比。根据现场经验和平板型层流流核直径的有关计算,一般情况下将动塑比控制在 a/斜度、大位移井的动塑比控制的还要高一些。本要求及性能调节4、表观粘度和剪切稀释特性动塑比对平板型层流的影响增大动塑比 ,可使钻井液的流核尺寸增大 , 从尖峰型层流转变为平板型层流 。通常动塑比保持在 s) 动塑比对钻井液流态的影响本要求及性能调节5、钻井液静切力和触变性( 1)钻井液的静切力定义:钻井液中的粘土颗粒,由于其形状不规则,表面带电性和亲水性不均匀,常易形成网状结构,破坏钻井液中单位面积上的网状结构所需的最小切应力,称为钻井液的极限静切力,简称钻井液切力。用符号 “ G” 表示,单位“ 。切力的大小不仅与钻井液本身性质有关,而且与钻井液静止时间有关。统一规定,钻井液静止 10止 10 本要求及性能调节5、钻井液静切力和触变性( 2)触变性初切与终切的差值表示了钻井液的触变性,即网状结构随静止时间的长短恢复的程度。差值越大,触变性越强;反之,触变性越弱。本要求及性能调节源变速部分可变六速(转 /分)3、 6、 100、 200、 300、600 测量部分扭力弹簧、刻度盘与内外筒组成测量系统。旋转粘度计本要求及性能调节数据处理说明: Φ 600、 Φ 300、 Φ 3代表外筒转 600转 /分 、300 转 /分 、 3转 /分从仪器刻度盘上读到的格数 。本要求及性能调节塑性流体和粘塑性流体 :表观粘度 ( s)塑性粘度 ( s)动切力 ( 切力 ( 10 ( 10 0021  06 0 0 (00300300  1  m i n 5 1 本要求及性能调节幂律流体 :流性指数 ( 无因次 )稠度指数 ( 0 06 0 0 00本要求及性能调节本要求及性能调节• 卡森流体 :极限高剪粘度 ( s)卡森动切力 (])6[(5 c)(11 0 0216 0 021 6、钻井液粘度对钻井的影响大量实践证明,在钻进过程中,粘度升高,钻速降低。粘度大,流动阻力就大,功率消耗就大,泵功率一定的情况下,排量就降低。另外,高粘度的钻井液在井底岩石表面形成一个粘性垫子,它缓和了钻头牙齿对井底岩石的冲击切削作用。但粘度高有利于钻井液携带岩屑,保持井底清洁。本要求及性能调节钻井液粘度的调整:( 1) 提高钻井液粘度的方法1) 提高固相含量 。2) 加入正电胶 、 加入水溶性高分子化合物 。3) 提高固相分散度 。 加入 2) 降低钻井液粘度的方法1) 补充清水即可 。2) 加入稀释剂 ( 或降粘剂 ) 。3) 降低固相含量 。本要求及性能调节7、钻井液切力对钻井影响钻井液具有切力,有利于携带和悬浮岩屑、重晶石等,不会因停泵而发生沉砂卡钻,也不至于因重晶石沉淀而难于加重。切力太大,则地面清除砂粒、钻屑困难,密度上升快,含砂量高,磨损设备,降低钻速;流动阻力大,开泵困难,易憋泵或憋漏地层,转动扭矩大、浪费动力、滤饼质量差、滤失大,易引起缩径、井漏、卡钻等事故。若切力太小,则携带和悬浮岩屑能力降低,停泵易造成沉砂,下钻不到底甚至沉砂卡钻。本要求及性能调节钻井液切力的调整( 1)提高钻井液切力的方法1)提高钻井液中固体颗粒含量。2)提高粘土颗粒分散度。3)加入水溶性高分子化合物,如 2)降低钻井液切力的方法1)加水或低浓度处理剂溶液,降低粘土含量。2)加稀释剂本要求及性能调节失的基本概念滤失:在井眼内钻井液中的部分水分因受压差的作用而渗透到地层中去,这种现象叫滤失。滤失的多少叫滤失量(失水量),即钻井液滤液进入地层的多少。( 1)钻井液在井内静止条件下的滤失作用称为静滤失。钻井液性能的概念、基本要求及性能调节失的基本概念( 2)钻井液在井内循环条件下,即滤饼形成和破坏达到动态平衡时的滤失作用称为动滤失。在一定剪切速率下测定的滤失量,称为动滤失量(动失水量)。( 3)在钻井过程中,地层被钻开,滤饼在未形成之前,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。钻井液性能的概念、基本要求及性能调节2、 国石油学会)滤失滤失量定义:钻井液在常温及一定压差( 为 用下, 30 过直径为 75叫钻井液的滤失。常用符号 “ 表示,单位是“ 。现场经常测 得的滤失量乘以 2即可。30果测量时间为 量结果乘以2 );径 90本要求及性能调节3、高温高压滤失定义:钻井液在高温、高压作用下, 30 过直径为 75 温高压滤失测定仪过滤面积的直径为 53 测定结果需乘以 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 “ 表示,单位是 “ 。本要求及性能调节4、滤饼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,此堆积物叫滤饼。测滤失时,滤纸上附着一层滤饼,其标准以厚薄来衡量,单位 “ ,泥饼的质量以“ 硬 ” 、 “ 松 ” 、 “ 软 ” 、 “ 韧 ” 等来衡量。本要求及性能调节5、滤失量与滤饼之间的关系对同一钻井液而言,其滤失量愈大,滤饼愈厚;对不同的钻井液而言,滤失量相同时滤饼厚度不一定相同。致密而坚韧的滤饼能够使滤失量减小。本要求及性能调节6、影响滤失量与滤饼质量的因素( 1)钻井液中优质活性固体 —— 膨润土的含量;( 2)钻井液中固体颗粒的水化分散性;( 3)滤液粘度的影响;( 4)地层岩石的孔隙度与渗透性;( 5)钻井液液柱与地层的压力差;( 6)温度对滤失与滤饼的影响;( 7)时间对滤失与滤饼的影响。本要求及性能调节7、滤失量和滤饼质量对钻井工艺的影响钻井液滤失量过大,滤饼厚而虚,会引起一系列问题。如:( 1)易造成地层孔隙堵塞损坏油气层;( 2)滤饼在井壁堆积太厚,环空间隙变小,泵压升高;( 3)易引起泥包钻头,下钻遇阻、遇卡或堵死水眼;本要求及性能调节7、滤失量和滤饼质量对钻井工艺的影响( 4)在高渗透地层易造成较厚的滤饼而引起阻卡,甚至发生压差卡钻;( 5)电测不顺利、电测解释不准确而易漏掉油气层;( 6)对松软地层,易泡垮易塌地层,会形成不规则井眼,引起井漏等。本要求及性能调节钻井液滤失量的确定原则( 1)井浅时可放宽,井深时要从严。( 2)裸眼时间短时可放宽,裸眼时间长时要从严。( 3)使用不分散处理剂时可放宽,使用分散处理剂时要从严。( 4)矿化度高者可放宽,矿化度低者要从严 。本要求及性能调节钻井液滤失量的确定原则( 5)在油气层中钻进,滤失量愈低愈有利于减少损害,尤其是在高温高压时,滤失量应在 10《 钻井液管理条例 》 规定一般地层为 20总之,要从钻井实际出发,以井下情况是否正常为依据,适时测定并及时调整钻井液的滤失量。本要求及性能调节钻井液滤失性能的一般要求( 1)在钻开油气层时,应尽力控制滤失量,以减轻对油气层损害。一般情况下,此时的 拟井底温度的 5 2)钻遇易坍塌地层时,滤失量需严格控制, 3)对一般地层, 00有时可适当放宽,某些油基钻井液体系正是通过适当放宽滤失量来提高钻速。本要求及性能调节钻井液滤失性能的一般要求( 4)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。( 5)加强对钻井液滤失性能的检测。正常钻进时,应每 4小时测一次常规滤失量。对定向井、丛式井、水平井、深井和复杂井要增测 其要求也相应高一些 。本要求及性能调节8、钻井液滤失性能的控制与调整在影响钻井液滤失的因素中,井温和地层的渗透性是无法改变的,其余的因素则是可人为控制。可以通过改善泥饼的质量(渗透性和抗剪切强度)、确定适当的钻井液比重以减少液柱压差、提高滤液粘度、缩短钻井液的侵泡时间、控制钻井液返速和流态(形成平板形层流)等方法来减少钻井液的滤失量,并形成薄而韧的泥饼。本要求及性能调节8、 钻井液滤失性能的控制与调整主要调整方法是根据钻井液类型 、 组成以及所钻地层的情况 , 选用适合的降滤失剂和封堵剂 。本要求及性能调节( 1)使用膨润土造浆。膨润土颗粒细,呈片状,水化膜厚,能形成致密渗透性小的泥饼,而且可在固相较少的情况下满足对钻井液滤失性能和流变性能的要求。一般情况下,加入适当量的膨润土可以将钻井液的滤失量控制到钻井和完井工艺要求的范围。膨润土是常用的配浆材料,同时也是控制滤失量和建立良好造壁性的基本处理剂。8、钻井液滤失性能的控制与调整( 2)加入沥青、原油等处理剂改善泥饼质量( 3)加入 阻止其聚结 ,从而有利于提高分散度。同时 ,使滤失量降低。本要求及性能调节8、 钻井液滤失性能的控制与调整(4)加入一些极细的胶体粒子 ( 如腐植酸钙胶状沉淀 )堵塞泥饼孔隙 , 以使泥饼的渗透性降低 , 抗剪切能力提高 。我国常用的降滤失处理剂:低粘 中或高粘 丙烯腈盐类 ( 有钠 、 钙及铵盐等 ) 、 聚丙烯酸盐类( 有钠 、 钙及钾盐等 ) , 阳离子和两性离子聚合物 , 抗温能力强的磺化褐煤 ( 磺化酚醛树脂 (及酚醛树脂和腐殖酸缩合物 (本要求及性能调节 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 。 常用符号 “ 示 。钻井液性能的概念、基本要求及性能调节井液润滑润滑性能测定仪器● 滑块式泥饼摩阻系数测定仪钻井液性能的概念、基本要求及性能调节井液润滑润滑性能测定仪器● 泥饼粘附系数测定仪钻井液性能的概念、基本要求及性能调节● 钻井液极压润滑仪( 称 井液润滑性的影响因素钻井液的粘度、密度、固相类型及含量、滤失情况、岩石条件、地下水的矿化度以及溶液 滑剂和其他处理剂的使用情况等 。本要求及性能调节( 1)密度和固相对润滑性的影响随着钻井液密度增加、固相含量,通常其粘度、切力等也会相应增大,钻井液的润滑性能也会相应变差。润滑性能主要取决于固相的类型及含量。钻井液中固相含量对其润滑性影响很大。随着钻井液固相含量增加,除使泥饼粘附性增大外,还会使泥饼增厚,易产生压差粘附卡钻。另外,固相颗粒尺寸的影响也不可忽视。因此,必须严格控制钻井液粘土含量,搞好固相控制和净化,尽量用低固相钻井液,是改善和提高钻井液润滑性能的最重要的措施之一。本要求及性能调节( 2) 泥饼质量对润滑性能的影响致密 、 表面光滑 、 薄的泥饼具有良好的润滑性能 。 降滤失剂和其他改进泥饼质量的处理剂 ( 比如磺化沥青 ) 主要是通过改善泥饼质量来改善钻井液的防磨损和润滑性能 。善泥饼质量、减少钻柱摩阻力的作用。有机高分子处理剂能提高钻井液的润滑性能,还与其在钻柱和井壁上的吸附能力有关,吸附膜的形成,有利于降低井壁与钻柱之间的摩阻力。某些处理剂,如聚阴离子纤维素、磺化酚醛树脂等具有提高钻井液润滑性的作用。不少高分子化合物通过复配、共聚等处理,可成为具有良好润滑性能的润滑材料。本要求及性能调节4、钻井液润滑性能的调控方法影响钻井液摩擦的因素很多,主要包括:钻柱、套管、地层、井壁泥饼表面的粗糙度;接触表面的塑性;接触表面所承受的负荷;钻井液粘度与润滑性;流体内固相颗粒的含量和大小;井壁表面泥饼润滑性;井眼轨迹;钻柱重量;静态与动态滤失效应等。本要求及性能调节4、钻井液润滑性能的调控方法在这些众多的影响因素中,钻井液的润滑性能是主要的可调节因素。主要调控方法:( 1)固控 ( 2)润滑剂( 3)泥饼改进剂( 4)利用胶液改变流变性 。本要求及性能调节钻井液润滑剂钻井液润滑剂品种一般可分为两大类,即液体类和固体类。前者如矿物油、植物油、表面活性剂等;后者如石墨、塑料球、玻璃球等。近年来钻井液润滑剂品种发展最快的是惰性固体类润滑剂,液体润滑剂中主要发展了高负荷下起作用的极压润滑剂及有利于环境的无毒润滑剂;由于环境保护的原因沥青类润滑剂的用量则逐年减少。本要求及性能调节钻井液中常用的润滑剂( 1)惰性固体润滑剂该类产品主要有塑料小球、石墨、碳黑、玻璃微珠及坚果圆粒等。( 2)液体类润滑剂该类产品主要有矿物油、植物油和表面活性剂及其混合物等。本要求及性能调节液体润滑剂的润滑机理表面活性剂类和乳化钻井液的润滑机理示意图本要求及性能调节00目筛子(即边长为 74 µm)的固相含量,也可说成直径大于 74 µm,的砂粒占钻井液总体积的百分数,无单位。钻井液性能的概念、基本要求及性能调节1、 含砂量对钻井液的影响含砂量高时 , 钻井液密度升高 , 钻速降低 , 滤饼质量变差 , 滤失变大 , 滤饼摩擦系数变大 , 影响固井质量 , 电测遇阻 , 地质资料不准 , 对设备的磨损严重 。一般控制在 下 。本要求及性能调节2、 降低含砂量方法( 1) 机械除砂 。 利用振动筛 、 除砂器 、 除泥器等设备除砂 。( 2) 化学除砂 。 通过加入化学絮凝剂 , 将细小砂粒由小变大 , 再配合机械设备除之 。本要求及性能调节 碱的程度 , 即钻井液中的氢离子 ( H+) 或氢氧根离子 ( 的浓度 , 用字母 “ 表示 , 又叫 钻井液的 7时 , 显中性; 7< 14时 , 显碱性; 0≤ 7时 , 显酸性 。钻井液性能的概念、基本要求及性能调节1、常用体系 1)一般聚合物钻井液体系 2)有机硅钻井液体系 3)抑制性钻井液体系 0以上;( 4)含 0以上;( 5)海水钻井液体系 。本要求及性能调节2、 提高钻井液 时也用纯碱( 石灰。在常温下,它们的水溶液具有以下 0% 0% a(饱和溶液, 需降 场一般不采用加无机强酸,而是采用加弱酸性的柠檬酸等。本要求及性能调节 “ %” 表示,如 8%。钻井液性能的概念、基本要求及性能调节1、钻井液固相( 1)有用固相:钻井液配方中有用的固相,如适量的土、化学处理剂、加重剂等。( 2)有害固相:对钻井液性能有害的固相,如钻屑、劣质粘土和砂粒等。本要求及性能调节2、固相对钻井的影响钻井液中固相含量越低越好。固相含量过大将有以下危害:( 1)钻井液密度大,钻速下降,钻头寿命缩短。( 2)滤饼质量差,质地松散,摩擦系数高,导致起下钻遇阻,易引起粘附卡钻;另外,滤失增大,地层膨胀,易缩径、剥落、坍塌引起井塌卡钻;再者,滤饼渗透性大,滤失大,可降低油层渗透率和原油生产能力,也影响固井质量。本要求及性能调节2、固相对钻井的影响( 3)含砂量增高,对钻井设备磨损严重。( 4)钻井液性能不稳定,粘度、切力高,流动性不好,易发生粘土侵和化学污染。( 5)影响地质资料和电测资料的录取。本要求及性能调节3、钻井液中固相含量的要求( 1)根据需要配备良好的净化设备,彻底清除无用固相。( 2)必须严格控制膨润土含量 ,一般控制在30。本要求及性能调节5、钻井液固相控制的方法( 1)清水稀释法( 2)替换部分钻井液法( 3)大池子沉淀法( 4)化学絮凝法( 5)机械设备清除法本要求及性能调节责任为先、技能为本、预防为主,为顾客提供安全清洁的井眼
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