钻井液工艺学-第四章讲解.ppt

第四章 钻井液的滤失和润滑性能 1. 掌握三个（瞬、静、动）失水概念 2. 掌握五个公式 3. 熟悉七个影响因素 4. 钻井液润滑性及其评价 与钻井液滤失有关的钻井问题： 1、井壁稳定 2、油气层保护 3、钻井速度 4、井下安全 与钻井液润滑性有关的钻井问题： 1、钻具的扭矩、磨损和疲劳 2、起下钻钻柱的摩擦阻力 3、钻柱的旋转阻力 4、压差卡钻、钻头泥包 水基钻井液中的水 水基钻井液 = 固相+水+处理剂 钻井液中的水由三部分组成：  结晶水（化学结合水） —— 粘土矿物晶体构造的组成部分  吸附水（束缚水） —— 由固相颗粒分子间力吸附的水化 膜  自由水 —— 钻井液中自由移动的水，分散 介质 特点：占总水量中的绝大部分 水在泥浆中所呈 状态 吸附水 结晶水 自由水 2 第一节节 钻钻井液滤滤失量的影响因素 滤失：在压差作用下，钻井液中的自由水向井壁岩石的裂隙或 孔隙中渗透的现象 造壁性：在滤失过程中，随着钻井液中的自由水进入岩层，钻井 液中的固相颗粒便附着在井壁形成泥饼 泥饼的作用 降低滤失量 保护井壁 第一节节 钻钻井液滤滤失量的影响因素 1）瞬时滤失 滤失类型及特点 钻井液与新地层接触的瞬间，泥饼尚未形成时的滤失。

特点： 时间短（t < 2秒)；比例小 主要是向井底失水 时间短而量大（滤失速率大），伴有少量泥浆渗失 存在于整个钻井过程中 第一节节 钻钻井液滤滤失量的影响因素 2）动滤失 钻井液在循环过程中的滤失 特点： 泥饼形成、增厚与冲蚀处于动平衡 失水速率大、失水量大 向井壁失水 失水速度由大到小逐渐恒定（高渗透率 低渗透率 = C ） 存在于整个循环过程中，时间长，累积失水量大 第一节节 钻钻井液滤滤失量的影响因素 3）静滤失 钻井液停止循环时发生的滤失 特点： 失水速率小、失水量较小 泥饼厚（无冲蚀作用） 同时向井壁井底失水，以井壁为主 泥饼在动失水的基础上随时间增长而增厚 失水速度随静止时间的增长而减少 静失水量<动失水量 失水造壁性与钻井工作的关系 1. 失水量过大 两个害处： 导致水敏性泥页岩缩径、垮塌  油气层内粘土水化膨胀使产层渗 透率下降，从而损害油气层 2.泥饼过厚 两个害处： 井径缩小 —— 易引起起下钻遇 阻遇卡。

 泥饼粘附卡钻 3.现场要求 泥 饼 —— 薄、密、韧 失水量 —— 适当（并非越小越好） 对于一般地层：API失水：10  15 ml/ 30 min； 对于水敏地层：API失水 < 5 ml/30 min 10 失水与钻井的关系 • 向井壁的失水有害 • ①易造成井塌和缩径 阻、 卡、划 • ②易损害油气层：阻、堵、沉淀 • 向井底的失水有利 • ①降低井底岩石强度，增加可钻性， • 有利钻速提高 • ②消除压持效应，避免重复切削，有 利 • 钻速提高 • 显然：瞬失失水越大，钻速越高 第一节节 钻钻井液滤滤失量的影响因素 滤失量影响因素 一、静滤失 1、静滤失方程推导 第一节节 钻钻井液滤滤失量的影响因素 （2）滤失速率 第一节节 钻钻井液滤滤失量的影响因素 （3）hmc~Vf 设在滤失时间t内，有V的钻井液被滤失掉，则有： 又有： 第一节节 钻钻井液滤滤失量的影响因素 联立（2）式和（3）式： （4）式代入（1）式并积分，得到： 第一节节 钻钻井液滤滤失量的影响因素 2、静滤失影响因素 （1）滤失时间t ①瞬时滤失量Vsp=0 ②瞬时滤失量Vsp≠0 Vf 与t的关系 t1/20 Vf t1 1/2 Vf1 t2 1/2 Vf2 该式实际上表明了任意时刻失水量之间的关系。

如果：t1 =7.5分钟；t2 =30分钟；则： Vf30’ = 2Vf7.5’ 第一节节 钻钻井液滤滤失量的影响因素 （2）压差△P △P↑ Vf↑ 泥饼越致密K↓→ Vf↓ 第一节节 钻钻井液滤滤失量的影响因素 （3）泥饼渗透率K 渗透率K影响因素： 第一节节 钻钻井液滤滤失量的影响因素 （4）固相含量 选择优质粘土配浆（颗粒水化膜厚）→fsc↓→Vf↓ 缺点 钻速↓ 油层损害↑ 流变性变差 钻井液固含↑ →fsm↑ →vf↓ 第一节节 钻钻井液滤滤失量的影响因素 （5）滤液粘度μ 滤液粘度μ影响因素： 温度↑→μ↓ 高分子处理剂→ μ ↑ （6）渗滤面积A • 静失水影响因素有： • ①时间：t↗，Vf↗ • ②压差：ΔP↗， Vf↗泥饼可压缩性好 • 时则不然 • ③固相含量、类型及级配 • ④泥饼渗透滤：K↘，Vf↘ • ⑤滤液粘度：μ↗，Vf↘ • ⑥温度：温度↗，μ↘则Vf↗ • 上述因素中，泥饼渗透率的影响是关键 第一节节 钻钻井液滤滤失量的影响因素 第一节节 钻钻井液滤滤失量的影响因素 3、静滤失测量 （1）API滤失量 （2）HTHP滤失量 例： 测得钻井液 1min滤失量为6.5ml, 7.5min滤失量为14.2ml ,试求这种钻井液 瞬时滤失量和API滤失量? • 解:由静滤失基本方程可推出如下方程(两点法) • • 钻井液瞬时滤失量为: • Vsp=6.5－ (14.2－6.5)/(7.5 0.5－1 0.5)=2.07(ml) • 钻井液API滤失量为: VAPI= 2V 7.5－Vsp= 214.2 -2.07 • • =26.33(ml) V30 = 26.33(ml) Vsp=2.07(ml) 第一节节 钻钻井液滤滤失量的影响因素 二、瞬时滤失 瞬时滤失的影响因素： ①压差：ΔP↗，瞬时失水量↗。

②粘度：粘度↗，瞬时失水量↘ ③固相颗粒大小与多少 三、动滤失 影响动失水的因素： ①影响静失水的因素同样影响动失水 ②环空返速 紊流：返速高，冲蚀大，动失水大 层流：返速低，冲蚀小，动失水小 平板型层流：返速低，冲蚀小，动失水小 ③泥饼强度：强度高，不易冲蚀，动失水小 第二节节 钻钻井液滤滤失造壁性与钻钻井的关系 一.滤失量与钻井的关系 滤失量大 井壁不稳定 损害油层 滤失量小 增加成本 影响钻速 钻井要求：滤失量适中 一般地层 FLAPI<10ml FLHTHP<20ml 易塌地层 FLAPI<5ml FLHTHP钻钻屑>加重剂剂不规则规则 >片状>球状 小尺寸>大尺寸 2）泥饼质饼质 量：越致密、均匀、薄而光滑越好（井壁 岩石特性） 3）有机高分子处处理剂剂 改善泥饼质饼质 量，在井壁上形成吸附膜，降低 摩擦力 4）润润滑剂剂：多级级复配优优于单剂单剂 ，混油不如润润滑剂剂 5）滤滤失性、岩石条件、地下水和滤滤液PH值值的影响 第三节节 钻钻井液的润润滑性能 三. 钻井液润滑剂 1、液体类润滑剂 类型：矿物油、植物油和表面活性剂 作用原理：通过在金属、岩石和粘土表面形成吸附膜，减少钻 具对井壁和套管的摩擦。

第三节节 钻钻井液的润润滑性能 2、固体类润滑剂 类型：塑料小球、石墨、玻璃微珠等 作用原理：多数固体润滑剂类似细小滚珠，将滑动摩擦转化为滚 动摩擦，因而可以大幅度降低扭矩和阻力 第三节节 钻钻井液的润润滑性能 沥青类处理剂的润滑机理 沥青类处理剂主要用于改善泥饼质量和提高其润滑性沥 青类物质亲水性弱，亲油性强，可有效地涂敷在井壁上、在井 壁上形成一层油膜这样，即可减轻钻具对井壁的摩擦，又可 减轻钻具对井壁的冲力作用由于沥青类处理剂的作用，井壁 岩石由亲水转变为憎水，所以，可阻止滤液向地层渗透 第三节节 钻钻井液的润润滑性能 润滑性能测定仪器 滑板式泥饼摩阻系数测定仪 泥饼粘附系数测定仪 钻井液极压润滑仪(简称EP润滑仪) 润滑性能评价仪(简称LEM润滑仪) 泥饼针入度计(Filter Cake Penetrometer) 井眼摩擦模拟装置 卡钻系数测定仪 第三节节 钻钻井液的润润滑性能 粘滞系数测定仪粘滞系数测定仪• EP润滑仪 第三节节 钻钻井液的润润滑性能 泥饼摩阻系数测定仪 在仪器台面倾斜的条件下，放在泥饼上的滑块受到向下的重力作 用，当滑块的重力克服泥饼的粘滞力后开始滑动。

测量开始时，将由 滤失试验得到的新鲜泥饼放在仪器台面上，滑块压在泥饼中心停放 5min然后开动仪器，使台面升起，直至滑块开始滑动时为止读出 台面升起的角度此升起角度的正切值即为泥饼的粘滞系数 第三节节 钻钻井液的润润滑性能 不同钻井液的摩阻系数（极压润滑仪测得） 空气与油处于润滑性的两个极端位置，而水基钻井液的润滑性处于其 间 摩擦系数空气为0.5，清水为0.35，柴油为0.07 大部分油基钻井液的摩阻系数在0.08～0.09之间，各种水基钻井液的 摩阻系数在0.20～0.35之间，如加有油品或各类润滑剂，则可降到0.10以 下 第三节节 钻钻井液的润润滑性能 对大多数水基钻井液来说，摩阻系数维持在0.20左右时可认为是合 格的 水平井要求钻井液的摩阻系数应尽 可能保持在0.08～0.10范围内 ，以保持较好的摩阻控制因此，除油基钻井液外，其它类型钻井液的 润滑性能很难满足水平井钻井的需要，但可以选用有效的润滑剂改善其 润滑性能，以满足实际需要 改善钻井液润滑性能方法：合理使用润滑剂降低摩阻系数；通过改 善泥饼质量增强泥饼润滑性 55.510.5141726 φ, 格数 36100200300600n, rpm ①判断该浆的剪切稀释性是否符合钻井一般要求。

②试求流速梯度（剪切速率） γ=200s-1和γ=7000s-1 时的表观粘度 利用六速旋转粘度计测得某浆的读数为 题1： 计算 解： ①通过实验数据作流变曲线判断出该钻井液为塑性流体 PV = φ600-φ300 = 26-17 = 9 mPas τoτo（（YPYP）） = 0.511= 0.511（（φ300-PVφ300-PV））= 0.511= 0.511（（17-917-9）） = 4.088 = 4.088 Pa τ0 / PV = 4.088/4.088/ 9 ≈ 0.45 Pa/mPa.s 钻井一般要求τ0 / PV = 0.36 ~0.478 Pa /mPa.s 所以该浆的剪切稀释性符合钻井一般要求 即γ=7000s-1时的表观粘度为9.584 mPa.s η2= PV+ τ0/ γ2= 9 + 10004.088/7000 = 9.584 mPa.s ② η1= PV+ τ0/ γ1= 9 + 10004.088/200 = 29.44 mPa.s 即γ=200s-1时的表观粘度为29.44 mPa.s 题2： 密度为１.２２g/cm３的某种分散钻井液，测得６００转／ 分的读数为７６， １００转／分的读数为２５.５,试计算 钻井液的卡森流变参数 τc、 η ∞ 解： τc＝３.２４（Ｐa） η∞＝１９.２１(mPa.s) 。