鉆井液性能與鉆井的關(guān)系

1、鉆井液性能與鉆井的關(guān)系 鉆井液性能與鉆井的關(guān)系鉆井液性能與鉆井的關(guān)系 n鉆井液是在鉆井過程中用來(lái)懸浮巖屑、清洗井底的一種流體。大多數(shù)鉆井液是由水、粘土、化學(xué)處理劑及一些固體物質(zhì)等組成，屬溶膠懸浮體。搞好鉆井液不僅可以提高鉆井效率減少井下事故，而且對(duì)于油田開發(fā)、以及發(fā)現(xiàn)新油藏都有著密切的關(guān)系。因?yàn)殂@井液是在鉆井過程中不停的運(yùn)動(dòng)或變化，其性能也在不停的演變。鉆井液各方面的性能不是孤立的，而是互相聯(lián)系和互相影響的，粘土是鉆井液中常用的主要固相成分，在鉆井液中加入化學(xué)處理劑的主要目的是調(diào)節(jié)鉆井液的理化性能，保持鉆井液各項(xiàng)性能的優(yōu)良穩(wěn)定，以適應(yīng)鉆井工藝的需要。 一、鉆井液的密度一、鉆井液的密度n鉆井液的

2、密度在鉆井過程中是一項(xiàng)很重要的指標(biāo)，因此，在鉆井過程中應(yīng)根據(jù)地層情況選擇適當(dāng)?shù)你@井液密度。n鉆井液密度的定義n鉆井液的重量于同體積水的重量之比，單位：g/cm3。 n鉆井液的密度與鉆井的關(guān)系鉆井液的密度與鉆井的關(guān)系n合理的鉆井液密度可以平衡地層壓力。通常在保證井下正常的前提下，鉆井液的密度應(yīng)盡量低，這樣可有利于鉆井液的穩(wěn)定、提高機(jī)械鉆速、保護(hù)油氣產(chǎn)層，若密度過高，則往往粘度也高、流動(dòng)性差，消耗循環(huán)設(shè)備功率大，影響鉆速，并損害油氣產(chǎn)層。鉆遇高壓油氣層時(shí)，鉆井液密度應(yīng)根據(jù)其壓力大小適當(dāng)提高，否則，其液柱壓力不能和油氣層壓力保持平衡。油、氣、水易侵入鉆井液，從而引起井噴、井塌、卡鉆等復(fù)雜事故。鉆遇高

3、壓鹽水層時(shí)，如無(wú)油氣可采用高密度鉆井液，使其液柱壓力將鹽水層壓死；鉆遇一般油氣層時(shí)，鉆井液密度應(yīng)根據(jù)“壓而不死、活而不噴”的原則確定。鉆遇低壓油氣層時(shí)，鉆井液密度應(yīng)盡量低，尤其在探區(qū)鉆井更應(yīng)如此。所以說(shuō)我們對(duì)鉆井液密度的要求是不能忽視的。 n鉆井液密度的處理方法鉆井液密度的處理方法n 提高鉆井液密度的常用辦法：na. 利用惰性固體，如重晶石、石灰石等加重劑；nb. 利用可溶性鹽類溶液，如NaCl、CaCl2等。n 降低鉆井液密度的常用辦法：na.機(jī)械除砂；nb.利用氣體；nc.利用化學(xué)處理劑，如加入一定的絮凝劑，使鉆井液中的粘土顆粒聚沉，以降低其密度；nd.清水稀釋。 二、二、 鉆井液的粘度及

4、切力鉆井液的粘度及切力n在鉆井過程中鉆井液的粘度與切力也是一項(xiàng)非常重要的性能之一；所以鉆井液的粘度、切力的高低應(yīng)根據(jù)井下情況具體而定，通常在保證巖屑攜帶正常的前提下，鉆井液的粘度應(yīng)盡量低。 鉆井液粘度的定義鉆井液粘度的定義n鉆井液在流動(dòng)時(shí)，內(nèi)部分子之間產(chǎn)生一種抵抗流動(dòng)的力，這個(gè)力稱為內(nèi)摩擦力，即用粘度表示，單位：毫帕秒(mPas)。n 表觀粘度：鉆井液在固定剪切速率下的粘度，它是塑性粘度和屈服點(diǎn)的函數(shù)，對(duì)于牛頓液體在數(shù)值上等于塑性粘度。n 塑性粘度：鉆井液在流動(dòng)時(shí)，對(duì)其內(nèi)部流動(dòng)阻力的測(cè)量稱為塑性粘度，這種內(nèi)部流動(dòng)阻力與鉆井液中所含固相的類型、數(shù)量多少有關(guān)。鉆井液的粘度與鉆井的關(guān)系鉆井液的粘度與

5、鉆井的關(guān)系 n在鉆井過程中，若鉆井液粘度太高，則會(huì)造成流動(dòng)性差、泵壓高、排量低、鉆速低。其次除氣困難，易泥包鉆頭，起下鉆時(shí)易發(fā)生抽吸或壓力激動(dòng)，以至引起噴、漏、塌、卡等復(fù)雜事故，鉆井時(shí)，鉆井液的排量較小，若鉆井液的粘度太低，則攜帶巖屑困難。在易漏地層(區(qū))，粘度低了不利防漏，因此，鉆井液的粘度的高低要根據(jù)具體情況而定，在保證攜帶巖屑的前提下，鉆井液的粘度應(yīng)盡量低。 鉆井液的切力與鉆井液的關(guān)系鉆井液的切力與鉆井液的關(guān)系 n切力是鉆井液的膠結(jié)力，既是鉆井液懸浮固相顆粒的能力。在鉆井過程中，鉆井液的切力應(yīng)當(dāng)適當(dāng)，若鉆井液的切力太大流動(dòng)阻力就大，泵壓高，易蹩漏地層，巖屑不易沉淀，影響凈化，密度也高；若

6、鉆井液的切力太小，則攜帶和懸浮巖屑效果不好，停泵時(shí)易下沉，造成積砂，通常在保證巖屑懸浮能力良好的情況下，切力應(yīng)盡量低。 漏斗粘度漏斗粘度 n在測(cè)量漏斗粘度時(shí)由于漏斗中液體水平面起變化，從漏斗出來(lái)的流速變化很大。這就導(dǎo)致結(jié)果對(duì)非牛頓流體無(wú)定義，非牛頓流體在給定管子尺寸下，在不同流速條件下出現(xiàn)出不同視粘度。遺憾的是，大多數(shù)鉆井液都呈現(xiàn)為非牛頓液體狀態(tài)。因此，在漏斗粘度計(jì)測(cè)出的鉆井液稠度不標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，在處理鉆井液之前，做好小型試驗(yàn)。 粘度和切力的處理辦法粘度和切力的處理辦法 n 提高粘度和切力的辦法：n常用增加固相含量及固相分散度、加入增稠或降濾失劑等辦法。n 降低鉆井液粘度、切力的辦法：n常采用增加鉆

7、井液的自由水、減少固相含量、加入稀釋劑等辦法。n 通過離子交換、調(diào)節(jié)PH值、水化分散、絮凝沉淀、溶膠等作用。調(diào)節(jié)鉆井液的粘度和切力。幾乎所有的鉆井液處理劑都能調(diào)節(jié)鉆井液的粘度和切力。n 表面活性劑也能改善鉆井液的流動(dòng)性。 三、三、 鉆井液的濾失量與濾餅鉆井液的濾失量與濾餅n定義定義n在鉆井液受到壓差的作用下，通過可滲透性地層，部分液體滲入地層的現(xiàn)象稱為濾失。失去液體的多少稱為濾失量。在濾失的同時(shí)井壁表面形成一層固體顆粒的膠結(jié)物稱為濾餅(泥餅)，它們都是一個(gè)相對(duì)值。 動(dòng)濾失與靜濾失動(dòng)濾失與靜濾失 n動(dòng)濾失：鉆井液在鉆進(jìn)或循環(huán)(動(dòng)態(tài))過程中產(chǎn)生的濾失。n靜濾失：鉆井液在靜止(停鉆、起下鉆)時(shí)產(chǎn)生的

8、濾失。 n動(dòng)濾失與靜濾失的不同點(diǎn)，在于鉆井液沿著井壁流動(dòng)時(shí)會(huì)沖掉濾失過程中形成的濾餅，當(dāng)形成速度大于沖掉速度時(shí)才慢慢形成。當(dāng)濾餅達(dá)到固定厚度時(shí)，濾失率便慢慢減小，成為常數(shù)。這與靜濾失不同，在靜濾失中濾餅隨時(shí)間不斷增厚，濾失率便慢慢下降。在同樣的一段時(shí)間里，靜濾失的濾餅比動(dòng)濾失的濾餅厚，而靜濾失速率比動(dòng)濾失的速率低。因此，為了控制滲入地層的濾失量，必須控制動(dòng)濾失。如果要防止形成滲入地層的濾失量，必須控制動(dòng)濾失。如果要防止形成厚濾餅，就應(yīng)該控制靜濾失。n當(dāng)?shù)貙泳哂袧B透性，既具有液體通過地層之間的孔隙時(shí)，鉆井液中的液體(通常是水)滲入地層。如果縫隙大些，鉆井液很快會(huì)流入井壁縫隙。然后，當(dāng)更少的液體漏

9、失時(shí)，鉆井液中的固體在井壁上形成濾餅，此濾失量才慢慢下降。濾餅有鉆井液中的固體顆粒組成，包括裸眼井段得到的天然固體和加入到鉆井液的各類固體。 控制濾失不當(dāng)會(huì)產(chǎn)生的問題控制濾失不當(dāng)會(huì)產(chǎn)生的問題 n縮徑造成阻卡；n厚濾餅引起的泥頁(yè)巖地層膨脹，產(chǎn)生井塌。n由于濾失量太大易損害油氣產(chǎn)層。 影響濾失量的主要原因影響濾失量的主要原因 n（1） 時(shí)間對(duì)濾失量的影響n 在井壁內(nèi)隨著時(shí)間的增長(zhǎng)，濾失量會(huì)慢慢的下降。時(shí)間與濾失量的關(guān)系，簡(jiǎn)化或最簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)式為：n Q1Q2T2/T1n式中：Q2時(shí)間T2的未知濾失量；n Q1時(shí)間T1的已知濾失量n（2） 壓差對(duì)濾失量的影響n 壓差是影響濾失量的另一個(gè)因素。如果濾失介

10、質(zhì)恒定，濾失將隨著壓差的平方根成正比變化。在有濾餅的情況下則非如此。因?yàn)闉V餅容易壓縮，并且物質(zhì)將不斷沉積到濾餅上，因此其孔隙度和滲透性也會(huì)變化。n（3） 溫度對(duì)濾失量的影響n鉆井液的溫度隨著鉆井深度的加深，溫度(一般為2.73/1000m)也隨著上升，使濾失量增大，如果其它因素不變，溫度會(huì)使液相的粘度降低，這也將濾失量增加。所有其它因素不變時(shí)，濾失量將隨著液相粘度的平方根而變化，也就是說(shuō)濾失量Q1比濾失量Q2等于液相粘度Vis2的平方根比液相粘度Vis1的平方根。 Q2Q1Vis1/ Vis2式中：Q2粘度為Vis2時(shí)的未知濾失量； Q1粘度為Vis1時(shí)的已知濾失量。（4） 濾餅的滲透性對(duì)濾失

11、量的影響n 一般控制濾失量的方法是控制濾餅的滲透性。固相顆粒的大小、形狀和壓差下的變形能力都是控制滲透性的重要因素。小顆粒形成濾餅的滲透性比大顆粒形成濾餅的滲透性低。因此小于1微米的小顆粒作為濾失量的控制劑最好。薄而扁平的顆粒比球形式不規(guī)則的顆粒更有效。因?yàn)樗梢孕纬芍旅艿臑V餅。如果顆粒受壓后能變形，濾餅就會(huì)變的致密，粘土顆粒很小，形狀扁而薄，也可以形成壓縮的濾餅使濾失量降低。（5） 分散作用對(duì)濾餅的影響分散作用對(duì)濾餅的影響n 適當(dāng)?shù)胤稚@井液中的粘土顆粒對(duì)控制濾失量也很重要。顆粒密集并有良好的濾失性能，絮凝鉆井液可以清楚的表明為什么濾失量增大，因?yàn)橐后w很容易從聚結(jié)體之間流過，所以濾失量增大，

12、再適當(dāng)?shù)姆稚⒕蜁?huì)使濾失量降低。加入化學(xué)分散劑，除分散固相外，還可以形成堅(jiān)韌的濾餅，從而有利于降低濾失量。在某些情況下，將水加入到鉆井液體系中濾失率可以降低，因?yàn)榧铀螽a(chǎn)生較好的分散性，從而降低濾失量?？刂茷V失量的辦法控制濾失量的辦法 n通過離子交換、調(diào)節(jié)PH值、水分散、絮凝、沉淀、絡(luò)合、溶膠等都能控制鉆井液的濾失量。四、濾餅的粘滯性四、濾餅的粘滯性 n濾餅的粘滯性是指鉆具、套管沿濾餅表面移動(dòng)時(shí)其摩擦力的大小。它也是主要的鉆井液性能之一。n濾餅的粘滯性太大對(duì)鉆具、套管的粘附力就大，容易產(chǎn)生粘附卡鉆。給鉆井工程帶來(lái)人力、物力上的損失。近年來(lái)在我國(guó)各油田引起了重視，都做了大量的工作，并且取得了明顯的

13、效果。 n防止濾餅粘滯性大的辦法n在鉆井液中加入減阻劑，防止粘附卡鉆和起溶膠作用的化學(xué)處理劑，能增加濾餅強(qiáng)度和潤(rùn)滑性。 五、鉆井液的含砂量五、鉆井液的含砂量 n鉆井過程中，對(duì)地層的破碎，是鉆井液循環(huán)把它帶出來(lái)的，但有些小顆粒沒有分離出來(lái)，仍然懸浮在鉆井液中，對(duì)鉆井速度影響很大。鉆井液的含砂量是指不能通過200目的分離篩，即直徑大于0.74毫米的固相顆粒所占鉆井液的體積百分?jǐn)?shù)。 鉆井液的含砂量對(duì)鉆井的關(guān)系鉆井液的含砂量對(duì)鉆井的關(guān)系n鉆井液的含砂量不得超過1。鉆井液的含砂量高易磨損鉆具、造成沉砂卡鉆、密度升高、粘度升高、切力增大、濾餅質(zhì)量差、降低鉆速等。 n處理辦法處理辦法n凡絮凝、溶膠、絡(luò)合和膠凝作用的化學(xué)處理劑均能在鉆井液中起到沉砂作用。n 機(jī)械除砂是最理想的辦法。 六、酸堿值六、酸堿值(PH值值) n鉆井液的PH值表示鉆井液中酸和堿的程度。n定義n表示水溶液中氫離子的濃度。PHlgH+n式中：H+為氫離子的濃度，以摩爾/升為單位。在室內(nèi)溫度條件下的離子產(chǎn)量不變，K值為1.010-14摩爾/升。因此，對(duì)水H2OH+OH-nKwH+OH-=1.010-14 n對(duì)于純水，H+=OH-=1.010-7，PH7，因?yàn)樵谌魏嗡芤褐挟a(chǎn)生的H+OH-數(shù)都必須保持不變，若H+增加則OH-相應(yīng)減少。溶液中的H+OH-時(shí)稱之為酸性，溶液中的OH-H+時(shí)稱之為堿性。 n鉆井液的PH值對(duì)鉆井液有多