基礎(chǔ)知識(shí)04鉆井液性能.ppt

1、鉆井液基本性能，2009年十月8日渤海鉆井泥漿技術(shù)服務(wù)公司，鉆井液性能概念，基本要求和性能曹征鉆井液密度，1，概念鉆井液密度表示單位體積的鉆井液質(zhì)量。密度通常用符號(hào)“”表示，常用單位為g/cm3。鉆井液質(zhì)量(m)/鉆井液體積(V)、鉆井液性能的概念、基本要求和性能曹征、2、鉆井液密度的基本要求鉆井液密度對(duì)鉆孔的影響第二是對(duì)鉆孔速度的影響。鉆井液密度高，產(chǎn)生的液體柱壓力大，鉆頭在井內(nèi)旋轉(zhuǎn)的摩擦阻力大，動(dòng)力消耗增加，鉆頭打磨新地層的負(fù)擔(dān)加重，降低鉆速。密度太大，地層容易滲漏，破壞油層滲透率，或分層堆積油氣，尋找油氣的難度加大。摘要鉆井鉆井液密度的基本要求是“壓不死，活不活”。密度高，但不能壓死油。

2、密度小，但不能發(fā)生噴發(fā)。-鉆井液密度，鉆井液性能的概念，基本要求和性能曹征，3，鉆井液密度曹征(1)提高鉆井液密度的方法，一般可以在鉆井液中添加重晶石粉、石灰石粉、貝殼粉等惰性密度固體粉。您還可以加入可溶鹽，例如NaCl、CaCl2等。最常用的是重晶石粉。-鉆井液密度，鉆井液性能的概念，基本要求和性能曹征，3，鉆井液密度曹征，(2)減少鉆井液密度的方法1)使用機(jī)械除砂，振動(dòng)篩，除砂機(jī)，除泥機(jī)，從鉆井液中去除鉆井籌碼，砂粒子等有害的固相，減少鉆井液固相含量，2)清水3)加入一定數(shù)量的發(fā)泡劑。4)使用化學(xué)凝固劑收集和沉淀一些固體顆粒，降低密度。另外，添加新的紙漿、油等。-鉆井液密度，鉆井液性能概念

3、，基本要求和性能曹征，-流變參數(shù)，鉆井液流變參數(shù)主要包括漏斗粘度、表觀粘度、塑性粘度、動(dòng)態(tài)切向力、靜態(tài)切向力、流動(dòng)金志洙、一致性系數(shù)、剪切稀釋、移動(dòng)塑性比和觸變性、鉆孔大寫“FV”，以單位“s”表示。使用漏斗粘度計(jì)測(cè)量的粘度就是漏斗粘度，表示鉆井液的直觀流動(dòng)性，同時(shí)受鉆井液內(nèi)摩擦力和鉆井液結(jié)構(gòu)力的影響。漏斗粘度計(jì)，鉆井液流動(dòng)時(shí)間越長(zhǎng)，表觀粘度越高，鉆井液流動(dòng)性越低。因此漏斗粘度只是相對(duì)的意義，不能表示鉆井液內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化。-流變參數(shù)，鉆井液性能的概念，基本要求和性能曹征，漏斗粘度計(jì)，-流變參數(shù)，鉆井液性能的概念，基本要求和性能曹征，2，塑料粘度，動(dòng)態(tài)剪切力(1)塑料粘度塑料粘度是塑料流體的特性

4、符號(hào)，不隨剪切速度變化這反映了鉆井液流入層流時(shí)粘土顆粒和聚合物聚合物之間相互作用力的大小。符號(hào)：“YP”，通用單位：Pa。-流變參數(shù)，鉆井液性能的概念，基本要求和性能曹征，3，流金志洙和一致性系數(shù)，(1)流金志洙N，在冪律模式下，金志洙N表示在特定剪切速率范圍內(nèi)塑性流體所表示的非牛頓性的程度，因此N通常稱為流指數(shù)。甘油等牛頓流體的n值為1。鉆井液的n值通常小于1。n值越小，鉆井液的鄭智薰牛頓性越強(qiáng)，表明流體的流變性正在遠(yuǎn)離牛頓流體。流動(dòng)性指數(shù)是無人居住的。在鉆井液設(shè)計(jì)中，經(jīng)常確定流動(dòng)指數(shù)的合理范圍，通常需要較低的N值，以使鉆井液具有良好的剪切稀釋性能。-流變參數(shù)，鉆井液性能的概念，基本要求和性

5、能曹征，流金志洙N牙齒鉆井液剪切稀釋性的影響，-流變參數(shù)，鉆井液性能的概念，基本要求和性能曹征，流金志洙N牙齒平面層流的影響，流指數(shù)對(duì)鉆井液流的影響-流參數(shù)，鉆井液性能的概念，基本顯然，剪切速率為1 s-1時(shí)，與流體的粘度相關(guān)。k值越大，粘度越高，因此k值通常稱為一致性系數(shù)。對(duì)于鉆井液，k值反映泵的可能性。k值太大會(huì)導(dǎo)致重新打開泵的困難。k值太小對(duì)搬運(yùn)巖石也不利。因此，k值也必須在適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)。k值主要受系統(tǒng)固體含量和液態(tài)體流變曲線關(guān)系粘度的影響，受結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的影響。固體含量或聚合物處理劑的濃度增加時(shí)，K值相應(yīng)增加，N值主要受柵格結(jié)構(gòu)因素(例如加入聚合物或添加適量的無機(jī)電解質(zhì))的影響。形成的柵格

6、結(jié)構(gòu)得到改善，N值相應(yīng)減少。-流變性參數(shù)，鉆井液性能概念，基本要求和性能曹征，3，流金志洙和一致性系數(shù)，4，表觀粘度和剪切稀釋特性，(1)對(duì)于表觀粘度鄭智薰牛頓流體，剪切應(yīng)力和剪切速率的比率不是常數(shù)。也就是說，不能用相同的粘度值描述徐璐不同剪切速率下的流動(dòng)特性，因此，有必要引入表觀粘度這個(gè)概念。表觀粘度也稱為有效粘度。的值(Effective Viscosity)。特定剪切速率下剪切應(yīng)力與剪切速率的比率。符號(hào)：“AV”，通用單位：mPa.s .-流變參數(shù)，鉆井液性能概念、基本要求和性能曹征，(2)剪切稀釋塑料流體和塑性流體的表觀粘度隨剪切速度的增加而減小的特性稱為“剪切稀釋性”。例如，在鉆頭的

7、水眼里，剪切率達(dá)到1000100000s-1，鉆井液非常薄。在環(huán)形空間，剪切率為50250s-1時(shí)，鉆井液再次變稠。牙齒剪切稀釋特性是優(yōu)質(zhì)鉆井液必須具備的性能。因?yàn)槌浞职l(fā)揮鉆頭的馬力，有助于提高鉆頭速度，在環(huán)形空間也能攜帶鉆頭屑。-流變性參數(shù)，鉆井液性能的概念，基本要求和性能曹征，4，表觀粘度和剪切稀釋特性，(2)剪切稀釋性鉆井液過程中常用動(dòng)態(tài)切向力與塑料粘度之比(即塑性比)，表示剪切稀釋性的強(qiáng)弱。YP/PV值越大，剪切稀釋性越強(qiáng)。為了在高剪切率下有效地打破巖石，在低剪切率下有效地?cái)y帶碎屑，鉆井液要求高動(dòng)態(tài)塑性。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)和對(duì)板式層流芯徑的計(jì)算，一般控制0.360.48 Pa/mPas較為合

8、適。高坡度，大變位井的遷移率高于控制。-流變性參數(shù)，鉆井液性能概念，基本要求和性能曹征，4，表觀粘度和剪切稀釋特性移動(dòng)比率通常保持為0.360.48 Pa/(mPas)，移動(dòng)塑料對(duì)鉆井液流的影響，-流參數(shù)，鉆井液性能的概念，基本要求和性能曹征，5，鉆井液靜態(tài)切線和接觸變性(1)鉆井液的靜態(tài)定義：鉆井液中的符號(hào)“g”切向力的大小不僅與鉆井液本身的特性有關(guān)，還與鉆井液的停止時(shí)間有關(guān)。按照統(tǒng)一規(guī)定，鉆井液停止10s后測(cè)量的切向力稱為超切向力，用G10s表示。在停止10 min后測(cè)量的切向力稱為縱切向力，表示為G10min。-流變性參數(shù)，鉆井液性能的概念，基本要求和性能曹征，5，鉆井液靜態(tài)切線和觸變(

9、2)觸變初始切線和最終切線的差異表明了鉆井液的觸變，即網(wǎng)格結(jié)構(gòu)根據(jù)靜態(tài)時(shí)間的長(zhǎng)度恢復(fù)的程度。差異越大，十字叉獎(jiǎng)杯越強(qiáng)。相反，變性者變?nèi)酢?流變性參數(shù)，鉆井液性能概念，基本要求和性能曹征，ZNN旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)，動(dòng)力部分雙級(jí)動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)，電源變速部分可變6速(旋轉(zhuǎn)/分鐘)3，6，100，200，300，600部分扭轉(zhuǎn)彈簧測(cè)量基本要求和性能曹征；塑料流體和粘性流體：表觀粘度(mPas)塑料粘度(mPas)動(dòng)態(tài)切向力(Pa)靜態(tài)切向力(10s測(cè)量)(Pa) (10min功率定律流體：流動(dòng)金志洙(無人參與) 此外，高粘度鉆井液在井底巖石表面形成粘性墊，緩解鉆齒對(duì)井底巖石的沖擊切削。但是粘度高有助于鉆井液攜帶碎

10、屑，保持井底干凈。-流變性參數(shù)，鉆井液性能的概念，基本要求和性能曹征，鉆井液粘度曹征：(1)提高鉆井液粘度的方法1)提高固相含量。2)加入雙電膠、CMC、水溶性高分子化合物。3)提高固相分散度。加入NaOH，Na2CO3 (2)降低鉆井液粘度的方法1)補(bǔ)充清水即可。2)添加稀釋劑(或降粘劑)。3)降低固相含量。-流變性參數(shù)，鉆井液性能的概念，基本要求和性能曹征，7，鉆井液切割力對(duì)影響鉆井的鉆井液具有切向力，對(duì)輸送和懸浮屑、重晶石等有幫助，不會(huì)發(fā)生泵停止引起的沉砂鉆頭，也不會(huì)因重晶石沉淀而難以增加。切向力過大，難以從地面上去除沙粒，鉆屑，密度迅速上升，沙量高，有磨損設(shè)備，降低鉆速。流動(dòng)阻力大，水

11、泵難以打開，水泵容易忍受或吞噬地層，轉(zhuǎn)動(dòng)扭矩大，浪費(fèi)動(dòng)力，過濾器質(zhì)量差，過濾大，容易引起收縮、井漏、卡鉆等事故。如果切向力太小，攜帶和懸浮的頭屑能力就會(huì)降低，停止泵的話，很容易產(chǎn)生沉砂，向下鉆，甚至可以進(jìn)行沉砂鉆頭。-流變參數(shù)，鉆井液性能的概念，基本要求和性能曹征，鉆井液切割力曹征(1)提高鉆井液切割力的方法1)提高鉆井液固體粒子含量。2)提高粘土顆粒的分支。3)添加XC等水溶性高分子化合物。(2)降低鉆井液切削力的方法1)加入水或低濃度處理劑溶液，降低粘土含量。2)稀釋劑、流變學(xué)參數(shù)、鉆井液性能的概念、基本要求和性能曹征、-鉆井液過濾器和過濾器蛋糕、1、過濾器損失的基本概念過濾器損失過濾量稱

12、為過濾量(水損失)，即鉆井液進(jìn)入地層的量。(1)鉆井液在井內(nèi)停止條件下的過濾作用稱為靜態(tài)過濾室。鉆井液性能的概念，基本要求和性能曹征，-鉆井液的濾失和濾失的基本概念，(1)鉆井液在井內(nèi)循環(huán)條件，即濾餅形成和達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí)的濾失效果，稱為動(dòng)態(tài)濾失。在一定剪切率下測(cè)量的過濾量稱為動(dòng)態(tài)過濾量(動(dòng)態(tài)損耗量)。(3)在鉆探過程中，地層被鉆探，過濾器形成前，鉆井液的大量水分在短時(shí)間內(nèi)迅速滲入地層。在牙齒的情況下，過濾器失效稱為瞬間過濾器室。鉆井液性能的概念、基本要求和性能曹征，2，美國(guó)石油協(xié)會(huì)(API)過濾器損失定義常用符號(hào)“FL”表示單位為“mL”?，F(xiàn)場(chǎng)經(jīng)常測(cè)量7.5min的過濾器損耗，測(cè)量的過濾器損耗

13、量乘以2即可。-鉆井液過濾器和過濾器蛋糕，鉆井液性能概念，基本要求和性能曹征，API過濾器損失測(cè)量?jī)x，1。滲透面積為45.8cm2是。實(shí)驗(yàn)滲透壓差0.689 MPa考試溫度是室溫。4.時(shí)間：30分鐘(如果測(cè)量時(shí)間為7.5分鐘，則測(cè)量結(jié)果乘以2)；濾紙：直徑90毫米。-鉆井液過濾器和過濾器蛋糕，鉆井液性能概念，基本要求和性能曹征，3，定義高溫高壓過濾器損耗：鉆井液在高溫、高壓作用下，直徑在30 min內(nèi)為75 mm(高溫高壓過濾器損耗測(cè)量?jī)x的過濾器區(qū)域直徑為53 mm，測(cè)量結(jié)果必須乘以2)，-鉆井液過濾器和過濾器蛋糕牙齒沉積物稱為過濾蛋糕。測(cè)量過濾器時(shí)，濾紙上附著了一層過濾蛋糕，標(biāo)準(zhǔn)為厚度，單位

14、為“毫米”，泥蛋糕的質(zhì)量為“硬”、“松”、“軟”、“韌”等。-鉆井液過濾器和過濾器蛋糕，鉆井液性能的概念，基本要求和性能曹征，5，過濾器損失與過濾器蛋糕之間的關(guān)系，相同鉆井液的過濾器損失量越大，過濾器蛋糕就越厚。根據(jù)鉆井液，過濾器損耗相同時(shí)，過濾器蛋糕厚度可能不一定相同。致密堅(jiān)韌的過濾器可以減少過濾量。-鉆井液過濾器和過濾器蛋糕，鉆井液性能的概念，基本要求和性能曹征，6，影響鉆井液中過濾器損失和過濾器蛋糕質(zhì)量的因素，(1)鉆井液中高質(zhì)量活性固體膨潤(rùn)土的含量，(2)鉆井液中固體顆粒的水合分散；(3)過濾器粘度的影響；(4)地層巖石的孔隙度和滲透性；(5)鉆井液液柱和地層之間的壓力差；(6)溫度對(duì)濾餅損耗和濾餅的影響；(7)過濾損失和時(shí)間對(duì)過濾蛋糕的影響。-鉆井液過濾器和過濾器蛋糕，鉆井液性能的概念，基本要求和性能曹征，7，過濾器損失和過濾器蛋糕質(zhì)量對(duì)鉆井過程的影響鉆井液過濾器損失過大，過濾器又厚又破，可能會(huì)出現(xiàn)一系列問題。例如：(1)地層孔堵塞可能會(huì)損壞油氣層。(2)過濾器堆在井壁上太厚，環(huán)空間間距小，泵壓力高。(3)容易產(chǎn)生泥漿鉆頭，遇險(xiǎn)，遇卡，或堵住水眼。-鉆井液過濾器和過濾器蛋糕、鉆井液性能的概念、基本要求和性能曹征、7、過濾器損失和過濾器蛋糕質(zhì)量對(duì)鉆井