鉆井液基本知識

1、.鉆井液基本知識 . s/ - ( t : I) - e7 g( Y% V1 d鉆井液是用于鉆井的流體，在鉆井中的功用：1、清洗井底，懸浮攜帶巖屑，保持井眼清潔。2、平衡地層壓力，穩(wěn)定井壁、防止井塌、井噴、井漏。3、傳遞水功率、以幫助鉆頭破碎巖石。4、為井下動力鉆具傳遞動力，5、冷卻鉆頭、鉆具。6、利用鉆井液進行地質、氣測錄井。鉆井液常規(guī)性能對鉆井工作有很大的影響。 7 J$ _! Q# S( g* G4 y* p* # e7 C1 G一、鉆井液密度 R/ q( i% D( H6 r; n3 V- N; u* E6 i8 M; W5 l. B, P1、鉆井液密度概念：單位體積鉆井液的質量稱為鉆

2、井液的密度，其單位是克/厘米3（g/cm3）常用符號表示?，F場一般用鉆井液密度計測定鉆井液的密度。 / + i/ F/ p4 M6 Z x) q* q3 f3 u2、鉆井液密度的計算公式 $ U1 g/ e! X6 ( |+ H* R4 R* F! v5 M M4 m; H( T- qP=(P地102)H+Pe * q6 L2 e7 m4 ?/ m/ s# w& Q0 y/ N1 / J, i c, i+ U* JP-鉆井液密度g/cm31 p/ _. M% * 5 Q2 V/ R0 Q7 F8 a$ |式中： 8 q; ! sB0 v w# Q1 |2 , w) b/ d. % QP地-地層

3、壓力MPa 7 I7 f( b9 P( p! _) |7 R* W3 XT H6 Z! W1 U- x ?H-井深m $ y9 R4 D, T% S# C* _/ . a, _% a8 J: o8 j1 t4 A# c1 n, D$ Pe-附加密度、油層附加0.050.1氣層附加0.070.15 1 V$ Z C+ h2 * L( c( r0 a8 W2 f1 B Y5 h, w$ _ o由于起鉆時可能產生抽吸或液面下降，另外，氣體進入井內，也會引起液柱壓力降低，因此鉆井液密度要有附加值。 # d- r0 M: x6 a9 e8 + h: Y M m: _( zW W* q3、鉆井液密度與鉆井

4、工作的關系：在鉆井作業(yè)中，鉆井液密度的作用是通過鉆井液柱對井底和井壁產生壓力，以平衡地層中油、氣壓力和巖石側壓力、防止井噴、保護井壁，同時防止高壓油氣水侵入鉆井液，以免破壞鉆井液的性能引起井下復雜情況，在實際工作中，應根據具體情況，選擇恰當的鉆井液密度，若鉆井液密度過小，則不能平衡地層流體壓力，和穩(wěn)定井壁，可能引起井噴、井塌、卡鉆等事故，若鉆井液密度過大則壓漏地層，并易損害油氣層。鉆井液對鉆速有很大的影響，密度大液柱壓力也大，鉆速變慢，因鉆井液柱壓力與地層壓力之間的正壓差使巖屑的清除受到阻礙。造成重復破碎，降低鉆頭破碎巖石的效率，使鉆速下降，通常在保證井下情況正常的前提下，為了提高鉆速，應盡量

5、使用低密度鉆井液。 * l6 3 p7 J: 4 D4 g : G; b6 Y; t! ; v% K- G/ f% s$ H. j二、鉆井液黏度 . r% t; o r, % U2 3 _+ c8 - x* g h1、鉆井液的黏度概念:鉆井液黏度是指鉆井液流動時，固體棵粒之間,固體顆粒與液體分子之間,以及液體分子之間內摩擦的總反映,鉆井液黏度可用漏斗黏度計和旋轉黏度計進行測定,由于測定的方法不同,有不同的黏度值,現場常采用漏斗黏度計測量鉆井液的黏度,單位是秒。 4 L A& J: o9 Y B 7 k: s |/ B2 t1 ?% ; L R T2、鉆井液與鉆井工作關系，鉆井液黏度的大小，對鉆

6、井液攜帶巖屑能力有很大的影響，一般來說，鉆井液黏度大，攜帶巖屑能力強，但在鉆井過程中，鉆井液黏度要適當，否則將會引起不良后果。若鉆井液黏度過低，不利于攜帶巖屑，井內沉砂快，沖刷井壁，易造成井壁剝落，坍塌，井漏等，鉆井液黏度過高，則可能造成下列危害：（1）流動阻力大，泵壓高，井底清洗效果差，嚴重影響鉆速。（2）鉆頭易泥包，起下鉆易產生抽吸作用或壓力激動。以至引起井漏、井噴、井塌等復雜情況。(3)沉砂困難,凈化不良,磨損鉆具和配件。(4)除氣困難，鉆井液密度下降，易引起下鉆復雜情況。（5）巖屑在井壁形成假泥餅，易引起阻卡。（6）固井時水泥漿易串槽，影響固井質量。 5 ( ?- 9 d: ; Q:

7、e4 C7 H8 : X$ _* p0 Q5 因此、鉆井液黏度的高低應根據具體情況而定，通常在保證攜帶巖屑的前提下，黏度應低，井深時泵壓高，泵排量受限制，井眼情況一般比淺井復雜，為了有效的攜帶巖屑和懸浮巖屑，黏度易大些，當井眼出現垮塌，沉砂較多或出現輕度漏失時，為消除井下復雜情況，黏度也適當增大。從提高鉆速的角度出發(fā)，對鉆井液的黏度提出新的要求，既鉆井液的黏度要隨流速梯度上升而下降，這就是剪切降粘的特性。當鉆井液從鉆頭水眼噴出時有較低的黏度，有利于鉆頭破碎巖屑。清洗井底，而在環(huán)形空間上返時又具有較高黏度，有利于攜帶巖屑，這個特性對提高鉆速有利，除清水外多數鉆井液具有剪切降粘的特性。 _( M1

8、 e6 k X4 U7 3 a0 p7 9 Q/ 8 L7 三、鉆井液切力 ! P0 g+ Y; ; p1 s, M6 j3 U0 Pf, A Z1、鉆井液切力概念：由于鉆井渡中粘土顆粒的形狀很不規(guī)則，表面性質也極不均勻，顆粒之間容易部分粘結，形成絮凝網架結構，當顆粒濃度足夠大時，能夠形成布滿整個有較容積的連續(xù)空間網架結構，要是鉆井液流動，就必須在一定程度上破壞這種連續(xù)網架結構，才能使顆粒之間產生相對運動，切力就是這種網架結構的反映，而且結構強度越大，則切力越大,反之則小。反映鉆井液結構力的參數有靜切、觸變性、動切力等。 . t1 Y2 % M7 Z% f yD# A* V4 R( c/ 6

9、J! sK+ t; Sj9 _鉆井液在靜止的條件下形成凝膠結構的強度，稱靜切力，其物理意義是當鉆井液靜止時破壞鉆井液內部單位面積上的網架結構所需的力，通常用浮筒切力計測定，單位是mg/cm3。鉆井液的觸變性是指攪拌后變稀，（切力降低）靜置后變稠。(切力升高)的特性,或者說，鉆井液的切力隨攪拌后的靜置時間長而增大的特性，如鉆井時鉆井液不斷循環(huán)黏度較低,而起下鉆時鉆井液靜止循環(huán)黏度大,就是這個道理。由于鉆井液有觸變性,靜止時間不同,則切力不同,通常測兩個靜止時間的切力值,靜止一分鐘(或10秒鐘)所測切力為初切,靜止10分鐘后所測的切力為終切，初切力與終切力的差值即表示觸變大小，差值越大則觸變性越大

10、。動切力又稱屈服值，用旋轉黏度計測定，單位是達因厘米2 : h7 H6 p2 a/ B+ QA; x0 Z& i1 a1 n2、鉆井液切力與鉆井工作的關系：鉆井液切力大小代表了鉆井液懸浮固體顆粒的能鉆井工藝要求鉆井液具有適當的切力和良好的觸變性，在鉆井液停止循環(huán)時，切力能較快的增大，到某個適當的數值，既有利于鉆屑的懸浮又不致于靜置后開泵泵壓過高，若切力過低，則懸浮攜帶巖屑效果不好，一旦停泵很容易造成復雜情況，若切力過高，又可能造成下列危害：（1）流動阻力大，下鉆后開泵困難易蹩漏地層。（2）沉砂困難，影響凈化，密度上升快。（3）除氣困難，氣侵嚴重時，會使鉆井液密度降低,導至井噴。（4）含砂量增大

11、，磨損鉆具和配件，濾餅質量差，易造成粘附卡鉆。（5）鉆具轉動阻力大，動力消耗大，降低鉆速。 4 3 W6 e& P3 M0 |; q% a! / : E; f# y( U5 P+ l6 C四、鉆井液的失水及濾餅 2 4 O( B. NY3 _& v7 : & I s4 1、鉆井液失水和泥餅的概念：在鉆井液液柱壓力和地層壓力之間的壓差作用下,鉆井液中的水份從井壁的孔隙裂縫滲到地層,這種現象叫失水(或濾失),失水的多少稱為鉆井液的失水量,通?，F場測定的失水量是指在0.686 MPa壓力作用下,30min內通過直徑為75mm過濾面積所濾失的水的體積,單位是毫升。在失水同時,鉆井液中的粘土顆粒被阻擋沉

12、積在井壁上形成一層固體顆粒的膠結物叫濾餅。濾餅的單位是毫米。鉆井液的失水和產生濾餅是同時發(fā)生的，也是相互影響的，開始是由于失水而形成的濾餅，失水大形成的濾餅厚，失水小則形成的濾餅簿，而濾餅形成后又反過來阻擋進一步失水，失水主要取決于濾餅本身的滲透性，而失水量并不是決定濾餅厚度的唯一因素，鉆井液的失水和濾餅可用氣壓失水儀測定。 + 0 c/ v7 6 N& j1 k- f* 4 W$ Y, J2、鉆井液的失水大小，濾餅質量與鉆井工作的關系：在鉆進過程中,有失水才能形成濾餅,所形成的濾餅又能鞏固井壁和阻止進一步失水,一般來講,鉆井要求鉆井液要低失水量和簿而韌致密的泥餅。失水過大濾餅過厚而松散對鉆井

13、是不利的。失水量過大的危害：（1）地層被浸泡，易造成井眼縮徑或引起泥頁巖剝落坍塌。（2）水分滲入生產層，使油層中膨潤土膨脹，油層氣層滲透率降低，生產能力下降。濾餅過厚的危害有：（1）濾餅厚而松散，摩擦系大，易造成泥餅粘附卡鉆。（2）易泥鉆包頭或堵水眼，使起下鉆波動壓力大。（3）起下鉆時摩阻力增加，甚至遇卡。（4）妨礙套管順利下入，且影響固井質量。（5）電測遇阻遇卡，電測和井壁取資料不準確。 . H% v9 m6 R* h2 3 b! ! O/ i) O8 G k& q1 |Z. i# 9 m但失水并不是越小越好，要求過小的失水量反而是鉆井液成本增加，鉆速下降，要求泥餅簿，并不一定失水控制得很小

14、，在鉆井過程中，應根據地層巖石的特點，井深、井身結構、鉆井液等類型來決定，如對石灰?guī)r、白云巖、膠結致密的砂巖，對失水量不做要求，對易吸水膨脹、垮塌的頁巖和易垮塌的其它地層，失水量應嚴格控制，另外、井淺時可放寬，祼眼時間長應從嚴，使用鹽水鉆井液應放寬，使用淡水鉆井液應從嚴，總之、在井壁允許的情況下，適當放寬失水量的要求，以最大限度地提高鉆井速度。 / s& N4 a4 p% Ej, R5 j- a$ b1 E) S( Z五、鉆井液的固相含量 . b( + o0 c- * 8 S x$ d+ h, i8 j4 U8 X1、鉆井液的固相含量及含砂量的概念：鉆井液的含砂量是指鉆井液中所有的固體物質，包

15、括粘土鉆屑，化學處理劑，重晶石粉等,這些固體物質占鉆井液體積的百分數稱為鉆井液固體含量,通常用百分數表示,鉆井液中的固體物質并不沒有區(qū)別的,根據固體對鉆井液性能的影響不同和對鉆井液的作用不同,鉆井液中的固相又可分為兩種(1)有用固相,是指維持鉆井液所必須的固體,如膨潤土粉,化學處理劑,加重劑等。（2）有害固相，除有用固相以外的固體，如鉆屑、劣質膨潤土，砂粒等。在不分散低固相鉆井液中，膨潤土占鉆井液體積的2-4，就可以滿足鉆井液性能的要求，因此，一般鉆井液中有害固相是很多的，為了有效地控制止鉆井液的性能，改善井下情況，提高鉆井速度，對有害固相全部清除，對有用固相加以控制。 + a% X3 D*

16、_. & ?h b2 o6 W; t/ t# ; A) p* 2、鉆井液固相含量對鉆速的影響：實踐證明，當清水鉆井時，鉆速是最高的，而水中一旦進入了膨潤土顆粒鉆速就下降了，鉆井液中的固相含量增加是引起鉆速下降的一個重要原因，鉆井液固相含量高還會嚴重影響鉆井液性能，并給鉆井帶來許多危害，鉆頭進尺減少，鉆井設備磨損嚴重。鉆井液密度黏度升高，濾餅加厚，容易發(fā)生井漏、卡鉆等事故、損壞油氣層。并使鉆井液流動阻力增大，泵壓升高，不利于噴射鉆進，使鉆井液性能波動處理頻繁，耗費大量的鉆井液處理劑，因此、要有效地提高鉆進速度，安全鉆井，必須嚴格控制固相含量，使用不分散低固相鉆井液。 7 T- R& b( n6

17、E& . t0 r/ H: i6 9 + Pp六、鉆井液的PH值 3 P8 I- P, ?2 4 X* e6 O7 L a9 x6 h7 K+ 3 x9 i7 W$ - g1、鉆井液PH的概念：鉆井液的PH值即鉆井液的酸堿值，表示鉆井液酸堿性的強弱，它等于鉆井液中的氫離子濃度的負對數值，又稱PH，當PH值小于7時，鉆井液為酸性，當PH值等于7時鉆井液為中性，當PH值大于7時鉆井液為堿性，現場通常用比色法測定鉆井液的PH值 9 F. R7 D9 |% U: H3 O! % * C) ? % r, p0 a! D# F2、PH對鉆井液的影響：PH值對鉆井液性能有很大的影響，鉆井液中的粘土顆粒在堿性介質中