第2章鉆井化學(xué) 鉆井液化學(xué)

1、第二章第二章 鉆井化學(xué)鉆井化學(xué)主講人：張金東主要內(nèi)容主要內(nèi)容l1、第一節(jié) 鉆井液的功能與組成l2、第二節(jié) 鉆井液的密度及其調(diào)整l3、第三節(jié) 鉆井液酸堿性及其控制l4、第四節(jié) 鉆井液濾失性及其控制l5、第五節(jié) 鉆井液流變性及其調(diào)整l 第2章 鉆井化學(xué)l6、第六節(jié) 鉆井液中的固相及其含量的控制主要內(nèi)容主要內(nèi)容l7、第七節(jié) 鉆井液潤滑性及其改善l8、第八節(jié) 井壁穩(wěn)定性及其控制l9、第九節(jié) 卡鉆與解卡l10、第十節(jié) 鉆井液的漏失與地層的堵漏l11、第十一節(jié) 鉆井液體系重點內(nèi)容重點內(nèi)容l2、掌握鉆井液的密度、調(diào)整密度材料l1、掌握鉆井液的功能、組成l3、掌握鉆井液控制酸堿性的原理l4、掌握鉆井液的靜濾失

2、方程（達西定律）l5、掌握鉆井液的流變性：層流、紊流等l6、掌握鉆井液的固相的作用及處理方法l7、掌握鉆井液的潤滑性能重點內(nèi)容重點內(nèi)容l8、掌握井壁穩(wěn)定性的影響因素l9、掌握卡鉆的定義、解卡的定義l10、掌握鉆井液漏失的分類、防漏失措施l11、掌握特殊的鉆井液種類及應(yīng)用第一節(jié)第一節(jié) 鉆井液的功能與組成鉆井液的功能與組成第二章第二章 鉆井液化學(xué)鉆井液化學(xué)鉆井液-鉆井的“血液”第一節(jié)第一節(jié) 鉆井液的功能與組成鉆井液的功能與組成 鉆井液（鉆井液（Drilling FluidsDrilling Fluids）是指鉆井時用來清洗井底并）是指鉆井時用來清洗井底并把巖屑攜帶到地面，維持鉆井操作正常的流體把巖

3、屑攜帶到地面，維持鉆井操作正常的流體。 工程上把清洗井底、運移巖屑出井的過程稱為工程上把清洗井底、運移巖屑出井的過程稱為“洗井洗井”，因此，鉆井液也稱因此，鉆井液也稱“洗井液洗井液”，包括泥漿、清水、空氣包括泥漿、清水、空氣和天然氣等。和天然氣等。 鉆井液的循環(huán)流程：泥漿泵地面高壓管匯立管水龍鉆井液的循環(huán)流程：泥漿泵地面高壓管匯立管水龍帶水龍頭鉆柱（方鉆桿鉆桿鉆鋌）鉆頭環(huán)形帶水龍頭鉆柱（方鉆桿鉆桿鉆鋌）鉆頭環(huán)形空間地面排出管線固控設(shè)備泥漿池空間地面排出管線固控設(shè)備泥漿池 泥漿泵。泥漿泵。鉆井液循環(huán)流程鉆井液循環(huán)流程振動篩、除砂器、振動篩、除砂器、除泥器、除氣器除泥器、除氣器泥漿池泥漿池環(huán)形空間

4、環(huán)形空間泥漿泵泥漿泵高壓管匯高壓管匯立管立管水龍帶水龍帶水龍頭水龍頭鉆柱鉆柱鉆頭鉆頭地面排出地面排出管線管線固控設(shè)備固控設(shè)備環(huán)形空間的概念 1 井眼井眼2 鉆鋌外壁鉆鋌外壁3 鉆鋌內(nèi)壁鉆鋌內(nèi)壁4 鉆井液鉆井液6 鉆頭鉆頭5 環(huán)形空間環(huán)形空間永遠懷念鐵人時代精神！永遠懷念鐵人時代精神！有條件要上，沒有條件創(chuàng)造條件也要上!指油氣鉆井過程中以其多種功能滿足鉆井工指油氣鉆井過程中以其多種功能滿足鉆井工作作需要的各種循環(huán)流體；鉆井液（需要的各種循環(huán)流體；鉆井液（drilling fluid)又稱做又稱做 泥漿泥漿(Mud)。鉆井液的定義鉆井液的定義:泥漿泵泥漿泵泥漿罐泥漿罐地面地面高壓管匯高壓管匯立管立

5、管水龍帶水龍帶 水龍頭水龍頭方鉆桿方鉆桿鉆桿鉆桿鉆鋌鉆鋌鉆頭鉆頭鉆柱與井壁形成的環(huán)形空間鉆柱與井壁形成的環(huán)形空間從井口返出，從井口返出，流經(jīng)固控設(shè)備進行處理流經(jīng)固控設(shè)備進行處理一、一、鉆井液的循環(huán)鉆井液的循環(huán)第一節(jié)第一節(jié) 鉆井液的功能與組成鉆井液的功能與組成鉆井液循環(huán)系統(tǒng)鉆井液循環(huán)系統(tǒng)一、鉆井液的循環(huán)一、鉆井液的循環(huán)第一節(jié)第一節(jié) 鉆井液的功能與組成鉆井液的功能與組成二、鉆井液的功能二、鉆井液的功能第一節(jié)第一節(jié) 鉆井液的功能與組成鉆井液的功能與組成 2.2.攜帶攜帶巖屑巖屑1.1.沖洗井底沖洗井底3.3.平衡地層壓力平衡地層壓力 5.5.穩(wěn)定井壁穩(wěn)定井壁4.4.冷卻與潤滑鉆頭鉆具冷卻與潤滑鉆頭鉆

6、具6.6.懸浮巖屑和固體密度調(diào)整材料懸浮巖屑和固體密度調(diào)整材料 8.傳遞功率傳遞功率7.獲取地層信息獲取地層信息第一節(jié)第一節(jié) 鉆井液的功能與組成鉆井液的功能與組成三、鉆井液的組成三、鉆井液的組成降濾失劑降濾失劑 增粘劑增粘劑 降粘劑降粘劑 絮凝劑絮凝劑粘土、密度調(diào)整材料（懸浮體）粘土、密度調(diào)整材料（懸浮體）油或水（乳狀液）油或水（乳狀液）氣體（泡沫）氣體（泡沫） 組成組成水、油、氣體水、油、氣體 分散介質(zhì)分散介質(zhì)分散相分散相鉆井液處理劑鉆井液處理劑油田化學(xué)油田化學(xué)第二節(jié)第二節(jié) 鉆井液密度及其調(diào)整鉆井液密度及其調(diào)整第二章第二章 鉆井液化學(xué)鉆井液化學(xué)第二節(jié)第二節(jié) 鉆井液密度及其調(diào)整鉆井液密度及其調(diào)

7、整一、鉆井液密度定義一、鉆井液密度定義定義：單位體積鉆井液的質(zhì)量（用定義：單位體積鉆井液的質(zhì)量（用表示表示）單位：單位： g/cm3 或或 t/m3 鉆井液的密度是使用泥漿密度計測得的。鉆井液的密度是使用泥漿密度計測得的。將攪拌均勻的泥漿注入杯中齊杯口為止，輕輕將將攪拌均勻的泥漿注入杯中齊杯口為止，輕輕將蓋旋轉(zhuǎn)蓋緊，擦去外溢泥漿，然后將杠桿主刀口蓋旋轉(zhuǎn)蓋緊，擦去外溢泥漿，然后將杠桿主刀口置于底座的刀墊上，移動游碼，使水平泡與中間置于底座的刀墊上，移動游碼，使水平泡與中間兩根紅線相切，游碼左側(cè)邊線所對刻度，即為該兩根紅線相切，游碼左側(cè)邊線所對刻度，即為該泥漿的密度（泥漿的密度（/cm3）. 1-

8、秤桿；秤桿； 2-主刀口；主刀口；3-泥漿杯；泥漿杯；4-杯蓋；杯蓋；5-校正筒；校正筒；6-游碼；游碼；7-底座；底座；8-主刀墊；主刀墊；9-擋臂擋臂 第二節(jié)第二節(jié) 鉆井液密度及其調(diào)整鉆井液密度及其調(diào)整第二節(jié)第二節(jié) 鉆井液密度及其調(diào)整鉆井液密度及其調(diào)整二、為什么要調(diào)整鉆井液密度二、為什么要調(diào)整鉆井液密度 （1 1）防止噴、塌、漏鉆井事故的發(fā)生）防止噴、塌、漏鉆井事故的發(fā)生 （2 2）鉆井液密度鉆井液密度與油氣層損害有關(guān)與油氣層損害有關(guān) （3 3）鉆井液密度鉆井液密度影響鉆井速度影響鉆井速度三、怎樣調(diào)整鉆井液密度三、怎樣調(diào)整鉆井液密度第二節(jié)第二節(jié) 鉆井液密度及其調(diào)整鉆井液密度及其調(diào)整 1 1

9、、調(diào)整鉆井液密度原則、調(diào)整鉆井液密度原則 平衡地層壓力和地層構(gòu)造應(yīng)力平衡地層壓力和地層構(gòu)造應(yīng)力 2 2、調(diào)整鉆井液密度方法、調(diào)整鉆井液密度方法 （1 1）降低鉆井液密度）降低鉆井液密度 降低鉆井液固相含量降低鉆井液固相含量 加水稀釋（加水稀釋（但有時會增加處理劑的用量和費用但有時會增加處理劑的用量和費用 ） 混油混油 （但會使鉆井液成本增加，且影響地質(zhì)錄井但會使鉆井液成本增加，且影響地質(zhì)錄井 ） 充氣充氣 （2 2）提高鉆井液密度）提高鉆井液密度方法：加入高密度材料方法：加入高密度材料加重材料加重材料高高密度不溶性礦物或礦石粉末密度不溶性礦物或礦石粉末高高密度的可溶性鹽類密度的可溶性鹽類第二節(jié)

10、第二節(jié) 鉆井液密度及其調(diào)整鉆井液密度及其調(diào)整表表1 1 高密度不溶性礦物或礦石高密度不溶性礦物或礦石名稱名稱分子式分子式密度密度g/cm3酸溶性酸溶性備注備注重晶石重晶石BaSO44.2-4.6應(yīng)用最廣泛應(yīng)用最廣泛石灰石石灰石CaCO32.7-2.9酸溶酸溶需酸化的產(chǎn)層需酸化的產(chǎn)層鐵礦粉鐵礦粉Fe2O3 FeO4.9-5.3酸溶酸溶需酸化的產(chǎn)層需酸化的產(chǎn)層鈦鐵礦粉鈦鐵礦粉TiO2.Fe2O3 FeO4.5-5.1酸溶酸溶需酸化的產(chǎn)層需酸化的產(chǎn)層方鉛礦方鉛礦PbS7.4-7.7酸溶酸溶成本高成本高第二節(jié)第二節(jié) 鉆井液密度及其調(diào)整鉆井液密度及其調(diào)整水水溶性鹽溶性鹽飽和鹽水密度飽和鹽水密度g/cmg

11、/cm3 3KCl1.16(20) 1.16(20) NaCl1.20 (20) 1.20 (20) CaCl21.40 (60) 1.40 (60) CaBr21.80 (10) 1.80 (10) ZnBr22.30(40) 2.30(40) 表表2 2 可溶性鹽類加重材料可溶性鹽類加重材料第二節(jié)第二節(jié) 鉆井液密度及其調(diào)整鉆井液密度及其調(diào)整可溶性鹽類做高密度材料所帶來的問題可溶性鹽類做高密度材料所帶來的問題腐蝕問題腐蝕問題鹽結(jié)晶問題鹽結(jié)晶問題加緩蝕劑加緩蝕劑加鹽結(jié)晶抑制劑加鹽結(jié)晶抑制劑 第二節(jié)第二節(jié) 鉆井液密度及其調(diào)整鉆井液密度及其調(diào)整第二節(jié)第二節(jié) 鉆井液密度及其調(diào)整鉆井液密度及其調(diào)整鹽水

12、在高密度時溫度降至一定程度析出鹽鹽水在高密度時溫度降至一定程度析出鹽, ,該溫度稱析鹽溫度。該溫度稱析鹽溫度。鹽水在低密度時溫度降至一定程度析出冰鹽水在低密度時溫度降至一定程度析出冰,該溫度稱鹽水冰點。該溫度稱鹽水冰點。 隨著鹽水密度增加，鹽水析鹽溫度陡然隨著鹽水密度增加，鹽水析鹽溫度陡然上升。上升。第二節(jié)第二節(jié) 鉆井液密度及其調(diào)整鉆井液密度及其調(diào)整鹽水冰點鹽水冰點：析鹽溫度析鹽溫度：通過離子交換轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的鹽通過離子交換轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的鹽, ,選擇性地吸選擇性地吸附在剛析出的鹽晶表面附在剛析出的鹽晶表面, ,使鹽晶發(fā)生畸變使鹽晶發(fā)生畸變, ,不不利于鹽在其表面繼續(xù)生長變大。利于鹽在其表面繼續(xù)生長

13、變大。為防止鹽從鉆井液中析出所加的物質(zhì)為防止鹽從鉆井液中析出所加的物質(zhì)第二節(jié)第二節(jié) 鉆井液密度及其調(diào)整鉆井液密度及其調(diào)整鹽結(jié)晶抑制劑：鹽結(jié)晶抑制劑：抑制機理：抑制機理：第二節(jié)第二節(jié) 鉆井液密度及其調(diào)整鉆井液密度及其調(diào)整 上一內(nèi)容 下一內(nèi)容回主目錄O返回設(shè)某鉆井液加重前密度為設(shè)某鉆井液加重前密度為1 1 ，體積為體積為V V1 1，加重后密加重后密度為度為2 2 ，體積為體積為V V2 2，試求密度為試求密度為的加重劑用量？的加重劑用量？加重前后體積關(guān)系式：加重前后體積關(guān)系式：VVV12mV 1加重前后質(zhì)量關(guān)系式：加重前后質(zhì)量關(guān)系式：mVV1122（1）（2）加重材料用量計算加重材料用量計算計算

14、計算2112 VV)(12VVm（3）（4）若泥漿罐有限制，加重前需排放掉部分鉆井液，若泥漿罐有限制，加重前需排放掉部分鉆井液，可根據(jù)加重后體積可根據(jù)加重后體積V2，計算出應(yīng)保留的原漿體積計算出應(yīng)保留的原漿體積V1，然后由（然后由（4）計算加重劑用量。）計算加重劑用量。例：例：使用重晶石將使用重晶石將200m3密度為密度為1.32g/cm3的鉆井液加重到密度為的鉆井液加重到密度為1.38g/cm3。（1）如最終體積無限制，求重晶石（密度為如最終體積無限制，求重晶石（密度為4.2g/cm3）的用量的用量（2）如果最終體積）如果最終體積200m3，求重晶石的用量求重晶石的用量1. 加重材料計算加重

15、材料計算 使用重晶石將使用重晶石將200m3的密度為的密度為1.32g/cm3的鉆井液加重的鉆井液加重至至1.38g/cm3,如最終體積無限制如最終體積無限制,試求重晶石用量。試求重晶石用量。解解:加重后鉆井液的體積為加重后鉆井液的體積為: V2=V1(-1)(-2) =200 (4.2-1.32)(4.2-1.38) =204.255(m3) 所需重晶石的質(zhì)量為所需重晶石的質(zhì)量為: m=(V2 - V1) =(204.255-200)4.21000 =17871(kg)1000有時受現(xiàn)場泥漿體積的限制有時受現(xiàn)場泥漿體積的限制,加重前應(yīng)排出一部分泥漿加重前應(yīng)排出一部分泥漿,這種這種情況下首先根

16、據(jù)加重后可以容納的體積情況下首先根據(jù)加重后可以容納的體積V2 ，用下式計算應(yīng)用下式計算應(yīng)保保留的原漿體積留的原漿體積V1 :V1 =V2(-2)(-1) 然后用下式計算出重晶石用量然后用下式計算出重晶石用量: m=(V2 - V1) 若上題中加重后的泥漿體積為若上題中加重后的泥漿體積為200m3 ,試求重晶石用量？試求重晶石用量？2112VV)(833.195)32. 12 . 4/()38. 12 . 4(20031221mVV(2)如果最終體積如果最終體積200m3，求重晶石的用量，求重晶石的用量)(17501)833.195200(10002 . 4)(12kgVVm油田化學(xué)油田化學(xué)第三

17、節(jié)第三節(jié) 鉆井液酸堿性及其控制鉆井液酸堿性及其控制第二章第二章 鉆井液化學(xué)鉆井液化學(xué)pH值對膨潤土基漿表觀粘度的影響值對膨潤土基漿表觀粘度的影響第三節(jié)第三節(jié) 鉆井液酸堿性及其控制鉆井液酸堿性及其控制 當(dāng)當(dāng)pH值大于值大于9時，表觀粘度隨時，表觀粘度隨pH值的升高而劇增。值的升高而劇增。其原因是由于當(dāng)其原因是由于當(dāng)pH值升高時，會有更多的值升高時，會有更多的OH被吸附被吸附在粘土晶層的表面，進一步增強表面所帶的負電性，在粘土晶層的表面，進一步增強表面所帶的負電性，從而在剪切作用下使粘土更容易水化分散。從而在剪切作用下使粘土更容易水化分散。 一、為什么要控制鉆井液酸堿性一、為什么要控制鉆井液酸堿性

18、一般控制在一般控制在8-118-11范圍，較弱的堿性環(huán)境范圍，較弱的堿性環(huán)境原因原因粘土具有適當(dāng)?shù)姆稚⒍日惩辆哂羞m當(dāng)?shù)姆稚⒍瓤梢允褂袡C處理劑充分發(fā)揮其效能可以使有機處理劑充分發(fā)揮其效能 如丹寧類、褐煤類和木質(zhì)素磺酸鹽類處理劑等如丹寧類、褐煤類和木質(zhì)素磺酸鹽類處理劑等 對對鉆具腐蝕性低鉆具腐蝕性低可可抑制體系中鈣、鎂鹽的溶解抑制體系中鈣、鎂鹽的溶解第三節(jié)第三節(jié) 鉆井液酸堿性及其控制鉆井液酸堿性及其控制1 1、堿性主要來源、堿性主要來源: : 鉆井液中的鉆井液中的OHOH- -、COCO3 32-2-、HCOHCO3 3- -2 2、酸堿性表示方法：、酸堿性表示方法： pHpH值（值（ pH 試紙

19、和試紙和pH計）計） 堿度堿度 堿度的定義：堿度的定義： 用用0.01M0.01M的標準硫酸中和的標準硫酸中和1ml1ml樣品至指示劑樣品至指示劑變色時所需變色時所需標準硫酸標準硫酸的體積的體積(ml)(ml)定義為定義為堿度堿度。第三節(jié)第三節(jié) 鉆井液酸堿性及其控制鉆井液酸堿性及其控制 測定堿度可以確定鉆井液體系中懸浮石灰測定堿度可以確定鉆井液體系中懸浮石灰Ca(OH)2的量（即儲備堿度）。的量（即儲備堿度）。 堿度的意義：通過堿度可以判斷鉆井液的堿度的意義：通過堿度可以判斷鉆井液的堿堿性來源，從而在調(diào)整鉆井液酸堿性的同時還能針性來源，從而在調(diào)整鉆井液酸堿性的同時還能針對性對性的有效清除體系中

20、的有害離子。的有效清除體系中的有害離子。第三節(jié)第三節(jié) 鉆井液酸堿性及其控制鉆井液酸堿性及其控制 為了建立統(tǒng)一的標準，為了建立統(tǒng)一的標準，API選用酚酞和甲基橙兩種選用酚酞和甲基橙兩種指示劑來評價鉆井液及其濾液堿性的強弱。指示劑來評價鉆井液及其濾液堿性的強弱。 酚酞的變色點為酚酞的變色點為pH=8.3。在進行滴定的過程中，。在進行滴定的過程中，當(dāng)當(dāng)pH值降至該值時，酚酞即由紅色變無色。值降至該值時，酚酞即由紅色變無色。 甲基橙的變色點為甲基橙的變色點為 pH=4.3。當(dāng)。當(dāng)pH值降至該值時，值降至該值時，甲基橙由黃色轉(zhuǎn)變?yōu)槌燃t色。甲基橙由黃色轉(zhuǎn)變?yōu)槌燃t色。第三節(jié)第三節(jié) 鉆井液酸堿性及其控制鉆井液

21、酸堿性及其控制3 3、堿度分類、堿度分類: :甲基橙堿度甲基橙堿度鉆井液的甲基橙堿度（鉆井液的甲基橙堿度（MmMm) )濾液的甲基橙堿度濾液的甲基橙堿度 ( (M Mf f) )酚酞堿度酚酞堿度鉆井液的酚酞堿度鉆井液的酚酞堿度( (PmPm) )濾液的酚酞堿度濾液的酚酞堿度( (P Pf f) )按指示劑按指示劑不同分不同分第三節(jié)第三節(jié) 鉆井液酸堿性及其控制鉆井液酸堿性及其控制能使能使pH值降至值降至4.3所需的酸量，被稱做甲基橙堿度所需的酸量，被稱做甲基橙堿度（Methyl Orange Alkalinity）。）。能使能使pH值降至值降至8.3所需的酸量被稱做酚酞堿度所需的酸量被稱做酚酞堿

22、度（Phenolphthalein Alkalinity.） OH+ H+ H2OCO3 2 + H+ HCO3酚酞為指示劑，體系滴定變色時（酚酞為指示劑，體系滴定變色時（ pH=8.3 pH=8.3 ）以下反應(yīng)已基本進行完全以下反應(yīng)已基本進行完全：而存在于溶液中的而存在于溶液中的HCO3-不參加反應(yīng)。當(dāng)繼續(xù)不參加反應(yīng)。當(dāng)繼續(xù)用用H2SO4溶液滴定，以溶液滴定，以甲基橙為指示劑，體系甲基橙為指示劑，體系滴定變色時（滴定變色時（PH=4.3 PH=4.3 ）除了發(fā)生上面的化學(xué)）除了發(fā)生上面的化學(xué)反應(yīng)，還發(fā)生如下反應(yīng)：反應(yīng)，還發(fā)生如下反應(yīng)：HCO3 + H+ CO2 + H2O第三節(jié)第三節(jié) 鉆井液

23、酸堿性及其控制鉆井液酸堿性及其控制 上一內(nèi)容 下一內(nèi)容回主目錄O返回ffMP23CO0fP3HCOffMP2/1OH堿性來源判斷堿性來源判斷第三節(jié)第三節(jié) 鉆井液酸堿性及其控制鉆井液酸堿性及其控制鉆井液要求鉆井液要求 ： Pf =1.3 1.5ml（控制（控制 CO32-和和 HCO3-） M Mf f / /P Pf f 3 3 （控制（控制 CO32-含量）含量）鉆井液中鉆井液中CO32-和和HCO3- 均為有害離子，影響鉆均為有害離子，影響鉆井液的流變和降濾失性能，應(yīng)盡量除去。井液的流變和降濾失性能，應(yīng)盡量除去。第三節(jié)第三節(jié) 鉆井液酸堿性及其控制鉆井液酸堿性及其控制2、 氫氧化鉀（氫氧化鉀

24、（KOH）1、 燒堿（燒堿（NaOH）KOH K+ + OH有利于有利于井壁穩(wěn)定井壁穩(wěn)定第三節(jié)第三節(jié) 鉆井液酸堿性及其控制鉆井液酸堿性及其控制NaOH Na+ + OH 3、 純堿（純堿（Na2CO3)Na2CO3 2 Na+ + CO32除鈣除鎂除鈣除鎂第三節(jié)第三節(jié) 鉆井液酸堿性及其控制鉆井液酸堿性及其控制CO32 + H2O HCO3 + OH Ca 2+ + CO32 Ca CO3 HCO3 + H2O H2CO3 + OH NaHCO3 Na+ + HCO3 HCO3 + H2O H2CO3 + OH Ca 2+ + OH + NaHCO3 Ca CO3 + Na+ + H2O 4、

25、碳酸氫鈉（碳酸氫鈉（NaHCO3)控制鈣侵控制鈣侵第三節(jié)第三節(jié) 鉆井液酸堿性及其控制鉆井液酸堿性及其控制油田化學(xué)油田化學(xué)第四節(jié)第四節(jié) 鉆井液濾失性及其控制鉆井液濾失性及其控制第二章第二章 鉆井液化學(xué)鉆井液化學(xué)第四節(jié)第四節(jié) 鉆井液濾失性及其控制鉆井液濾失性及其控制（1）鉆井液濾失性）鉆井液濾失性： 在壓差作用下在壓差作用下, ,鉆井液鉆井液中的自由液向地層滲透的現(xiàn)象。中的自由液向地層滲透的現(xiàn)象。一、鉆井液濾失性一、鉆井液濾失性1 1、相關(guān)概、相關(guān)概念念（2）鉆井液）鉆井液濾失量：濾失量： 在一定溫度、一定壓差在一定溫度、一定壓差和一定時間內(nèi)通過一定過濾面積的濾液體積。和一定時間內(nèi)通過一定過濾面積

26、的濾液體積。 第四節(jié)第四節(jié) 鉆井液濾失性及其控制鉆井液濾失性及其控制（3 3）鉆井液造壁性）鉆井液造壁性 在濾失過程中，隨著在濾失過程中，隨著鉆井液中的自由水進入巖層，鉆井液中的固鉆井液中的自由水進入巖層，鉆井液中的固相顆粒附著在井壁上形成泥餅的性質(zhì)。相顆粒附著在井壁上形成泥餅的性質(zhì)。 兩者的關(guān)系：一般的濾失量少造壁性就好兩者的關(guān)系：一般的濾失量少造壁性就好2 2、鉆井液濾失類型、鉆井液濾失類型按是否流動按是否流動動濾失動濾失靜濾失靜濾失按測試條件按測試條件常規(guī)濾失量（常規(guī)濾失量（VAPI）高溫高壓濾失量高溫高壓濾失量(VHTHP)第四節(jié)第四節(jié) 鉆井液濾失性及其控制鉆井液濾失性及其控制鉆井液在

27、循環(huán)過程中的濾失。鉆井液在循環(huán)過程中的濾失。鉆井液停止循環(huán)時發(fā)生的濾失。鉆井液停止循環(huán)時發(fā)生的濾失。3、鉆井液靜、鉆井液靜濾失方程濾失方程tCCpKAVsmcsf12靜靜濾失方程：濾失方程：第四節(jié)第四節(jié) 鉆井液濾失性及其控制鉆井液濾失性及其控制式中：式中： A-滲濾面積滲濾面積K-泥餅滲透率泥餅滲透率P-滲濾壓差滲濾壓差Csc-泥餅中固相體積分數(shù)泥餅中固相體積分數(shù)Csm-鉆井液中固相體積分數(shù)鉆井液中固相體積分數(shù) t-滲濾時間滲濾時間-濾液粘度濾液粘度hptKAVf動動濾失方程濾失方程h濾餅厚度濾餅厚度濾失量與滲濾時間的平方根成正比濾失量與滲濾時間的平方根成正比4 4、濾失量影響因素、濾失量影響

28、因素第四節(jié)第四節(jié) 鉆井液濾失性及其控制鉆井液濾失性及其控制（1） 滲濾時間滲濾時間 ttCVf5.7305.73025.730VVVVtCCpKAVsmcsf12 （2 2）壓差）壓差p p 取決鉆井液的性質(zhì)、泥餅的可壓縮性取決鉆井液的性質(zhì)、泥餅的可壓縮性PCVftCCpKAVsmcsf12（3）固相含量）固相含量 鉆井液固相含量鉆井液固相含量C Csmsm越高，泥餅的固相含量越高，泥餅的固相含量C Cscsc越越小，小，濾失量濾失量越小越小。1smscfCCCV鉆井液固相含量高，鉆速低。因此，只能降低泥餅的固鉆井液固相含量高，鉆速低。因此，只能降低泥餅的固相含量。優(yōu)質(zhì)粘土配漿相含量。優(yōu)質(zhì)粘土

29、配漿固相固相顆粒細，水化膜厚顆粒細，水化膜厚Csc小小tCCpKAVsmcsf12濾失量與滲透率的平方根成正比濾失量與滲透率的平方根成正比第四節(jié)第四節(jié) 鉆井液濾失性及其控制鉆井液濾失性及其控制（5 5）濾液粘度）濾液粘度（4 4）泥餅滲透率）泥餅滲透率 K K 濾失量與濾液粘度的平方根成反比濾失量與濾液粘度的平方根成反比KCVf1CVftCCpKAVsmcsf12（6 6）溫度）溫度 溫度升高，濾液粘度下降，濾失量增大溫度升高，濾液粘度下降，濾失量增大（7 7）滲濾面積）滲濾面積 A ACAVftCCpKAVsmcsf125 5、靜濾失量測量、靜濾失量測量 24 243 3、0.69MPa0.

30、69MPa、45.8cm45.8cm2 2、30min 30min （實測（實測7.5min) 150 1503 3、3.45MPa3.45MPa、 45.8cm2 （22.9cm22.9cm2 2）、30min30min第四節(jié)第四節(jié) 鉆井液濾失性及其控制鉆井液濾失性及其控制V VAPIAPI測試條件：測試條件：V VHTHPHTHP測試條件：測試條件：第四節(jié)第四節(jié) 鉆井液濾失性及其控制鉆井液濾失性及其控制二、鉆井液濾失性控制二、鉆井液濾失性控制1 1、控制濾失性意義、控制濾失性意義 濾失量過大易造成很大危害濾失量過大易造成很大危害 （1 1）井壁不穩(wěn)定（水敏性泥頁巖跨塌、縮徑）井壁不穩(wěn)定（水

31、敏性泥頁巖跨塌、縮徑） （3 3）泥餅過厚（如起鉆具時提力增加、遇）泥餅過厚（如起鉆具時提力增加、遇卡、泥包鉆頭、泥餅卡鉆等）卡、泥包鉆頭、泥餅卡鉆等） （2 2）損害油氣層）損害油氣層2 2、鉆井液降濾失劑分類、鉆井液降濾失劑分類能降低鉆井液濾失量的化學(xué)劑能降低鉆井液濾失量的化學(xué)劑 天然改性（改性褐煤、改性淀粉、改性纖維素）天然改性（改性褐煤、改性淀粉、改性纖維素）人工合成（改性樹脂、人工合成（改性樹脂、烯類單體聚合物烯類單體聚合物）第四節(jié)第四節(jié) 鉆井液濾失性及其控制鉆井液濾失性及其控制降濾失劑分類降濾失劑分類：降濾失劑：降濾失劑：（1 1）改性褐煤（又稱改性腐殖酸）改性褐煤（又稱改性腐殖酸

32、）腐殖酸分子結(jié)構(gòu)腐殖酸分子結(jié)構(gòu)第四節(jié)第四節(jié) 鉆井液濾失性及其控制鉆井液濾失性及其控制褐煤是一種未成熟的煤，燃燒值比較低褐煤是一種未成熟的煤，燃燒值比較低，有效成分是有效成分是腐殖酸，好的褐煤腐殖酸含量可達腐殖酸，好的褐煤腐殖酸含量可達7080。由于分子量較大，一般難溶于水。由于分子量較大，一般難溶于水。H第四節(jié)第四節(jié) 鉆井液濾失性及其控制鉆井液濾失性及其控制第四節(jié)第四節(jié) 鉆井液濾失性及其控制鉆井液濾失性及其控制 淀粉從谷物或玉米中分離出來，它在淀粉從谷物或玉米中分離出來，它在50以下不以下不溶于水，溫度超過溶于水，溫度超過55以上開始溶脹，直至形成半透以上開始溶脹，直至形成半透明明凝膠或膠體溶

33、液。凝膠或膠體溶液。 淀粉在淡水、海水和飽和鹽水鉆井液中均可使用。淀粉在淡水、海水和飽和鹽水鉆井液中均可使用。淀粉的淀粉的一方面是它吸收水分，減少了鉆井一方面是它吸收水分，減少了鉆井液中的自由水；另一方面是形成的囊狀物可進入泥餅液中的自由水；另一方面是形成的囊狀物可進入泥餅的細縫中，從而堵塞水的通路，進一步降低了泥餅的的細縫中，從而堵塞水的通路，進一步降低了泥餅的滲透性。滲透性。（2 2）改性淀粉）改性淀粉第四節(jié)第四節(jié) 鉆井液濾失性及其控制鉆井液濾失性及其控制加堿能使淀粉迅速而有效地溶脹。加堿能使淀粉迅速而有效地溶脹。(3) 改性纖維素改性纖維素第四節(jié)第四節(jié) 鉆井液濾失性及其控制鉆井液濾失性及

34、其控制 纖維素是一種天然高分子，不溶于水，以纖維素纖維素是一種天然高分子，不溶于水，以纖維素為原料可以制得一系列為原料可以制得一系列鉆井液降濾失劑，其中使用最鉆井液降濾失劑，其中使用最多的是鈉羧甲基纖維素（簡稱多的是鈉羧甲基纖維素（簡稱CMC）和羥乙基纖維素）和羥乙基纖維素（簡稱（簡稱HEC）。）。(4) 改性樹脂改性樹脂第四節(jié)第四節(jié) 鉆井液濾失性及其控制鉆井液濾失性及其控制以酚醛樹脂為主體，經(jīng)磺化或引入其它官能團而制得。以酚醛樹脂為主體，經(jīng)磺化或引入其它官能團而制得。 第四節(jié)第四節(jié) 鉆井液濾失性及其控制鉆井液濾失性及其控制（5 5）烯類單體聚合物）烯類單體聚合物 第四節(jié)第四節(jié) 鉆井液濾失性及

35、其控制鉆井液濾失性及其控制制備這類聚合物的主要原料有丙烯腈、制備這類聚合物的主要原料有丙烯腈、丙烯酰胺、丙烯酰胺、丙烯酸和丙烯磺酸等。丙烯酸和丙烯磺酸等。常見降濾失劑性能比較：常見降濾失劑性能比較：改性褐煤類：改性褐煤類：K-Hm、Na-Hm熱穩(wěn)定性好，耐溫?zé)岱€(wěn)定性好，耐溫180 180 耐鹽耐鈣鎂性差耐鹽耐鈣鎂性差改性淀粉類：改性淀粉類：Na-CMS、HES抗鹽抗鈣能力強抗鹽抗鈣能力強熱穩(wěn)定性差、易發(fā)酵熱穩(wěn)定性差、易發(fā)酵第四節(jié)第四節(jié) 鉆井液濾失性及其控制鉆井液濾失性及其控制纖維素類：纖維素類： NaCMCNaCMC、HECHEC抗鹽抗鈣能力強抗鹽抗鈣能力強熱穩(wěn)定性差熱穩(wěn)定性差樹脂類：樹脂類：

36、 SMP-SMP-、SMP-SMP-熱穩(wěn)定性好、耐熱穩(wěn)定性好、耐180-200180-200高溫高溫抗鹽性強抗鹽性強起泡起泡第四節(jié)第四節(jié) 鉆井液濾失性及其控制鉆井液濾失性及其控制烯類單體聚合物：烯類單體聚合物：Na-HPANNa-HPAN、NHNH4 4-HPAN-HPAN熱穩(wěn)定性好、耐熱穩(wěn)定性好、耐160160抗鹽能力強抗鹽能力強加量小加量小第四節(jié)第四節(jié) 鉆井液濾失性及其控制鉆井液濾失性及其控制（2 2）增粘機理）增粘機理增加鉆井液濾液粘度增加鉆井液濾液粘度（1 1）吸附機理吸附機理 通過氫鍵吸附到粘土上，增大粘土的通過氫鍵吸附到粘土上，增大粘土的負電性和水化膜厚度，提高粘土顆粒間斥負電性和

37、水化膜厚度，提高粘土顆粒間斥力，使鉆井液保持一定數(shù)量的細顆粒，形力，使鉆井液保持一定數(shù)量的細顆粒，形成致密泥餅成致密泥餅. .第四節(jié)第四節(jié) 鉆井液濾失性及其控制鉆井液濾失性及其控制2 2、降濾失劑作用機理、降濾失劑作用機理ptCCKAVmcf12（3 3）捕集機理）捕集機理（4 4）堵塞機理）堵塞機理 高分子無規(guī)線團通過架橋而滯留在高分子無規(guī)線團通過架橋而滯留在孔隙中的現(xiàn)象。無規(guī)線團直徑孔隙中的現(xiàn)象。無規(guī)線團直徑d dc d dc c= =（1/3-11/3-1）孔隙直徑孔隙直徑d dp pd dc c d dp p , ,無規(guī)線團封堵泥餅孔隙入口無規(guī)線團封堵泥餅孔隙入口第四節(jié)第四節(jié) 鉆井液濾

38、失性及其控制鉆井液濾失性及其控制油田化學(xué)油田化學(xué)第五節(jié)第五節(jié) 鉆井液流變性及其調(diào)整鉆井液流變性及其調(diào)整第二章第二章 鉆井液化學(xué)鉆井液化學(xué)第五節(jié)第五節(jié) 鉆井液流變性及其調(diào)整鉆井液流變性及其調(diào)整是指在外力作用，物質(zhì)發(fā)生流動和變形的特性是指在外力作用，物質(zhì)發(fā)生流動和變形的特性. . 流變性：流變性： 與鉆井液流變性有關(guān)的鉆井問題：與鉆井液流變性有關(guān)的鉆井問題：（3 3）對功率的傳遞能力即鉆井速度）對功率的傳遞能力即鉆井速度（4 4）井壁穩(wěn)定性、井眼規(guī)則和井下安全）井壁穩(wěn)定性、井眼規(guī)則和井下安全（1 1）攜帶巖屑，井底的沖洗能力和井眼的清潔）攜帶巖屑，井底的沖洗能力和井眼的清潔（2 2）懸浮巖屑能力與

39、加重材料）懸浮巖屑能力與加重材料鉆井液的流態(tài)鉆井液的流態(tài)（各流態(tài)之間的過渡流）（各流態(tài)之間的過渡流）塞流：塞流：流體象塞狀物一樣整體移動，各質(zhì)點流速相等。流體象塞狀物一樣整體移動，各質(zhì)點流速相等。即流速為常數(shù)。即流速為常數(shù)。層流：層流：流體質(zhì)點呈層狀流動，流動的每一層的流速不等，流體質(zhì)點呈層狀流動，流動的每一層的流速不等，都與流動方向平行。都與流動方向平行。流體分層運動，任意流層與流體分層運動，任意流層與相鄰流層方向相同，流速不同。相鄰流層方向相同，流速不同。紊流：紊流：流體質(zhì)點呈完全不規(guī)則流動。流體質(zhì)點呈完全不規(guī)則流動。流體內(nèi)形成無數(shù)小流體內(nèi)形成無數(shù)小漩渦。任一定點的流速，其大小、方向都在進

40、行漩渦。任一定點的流速，其大小、方向都在進行著不規(guī)則的、連續(xù)的變化。著不規(guī)則的、連續(xù)的變化。一、基本概念一、基本概念1 1、剪切速率、剪切速率 ：指垂直于流速方向上單位距離上指垂直于流速方向上單位距離上 的流速變化。的流速變化。 =dv/dx s-1第五節(jié)第五節(jié) 鉆井液流變性及其調(diào)整鉆井液流變性及其調(diào)整 在鉆井過程中，鉆井液在各個部位的剪切速率不同在鉆井過程中，鉆井液在各個部位的剪切速率不同：沉砂池處：沉砂池處：10 10 20 20 s s-1-1 ；環(huán)形空間：環(huán)形空間：5050250 250 s s-1-1；鉆桿內(nèi)：鉆桿內(nèi)： 1001001000 1000 s s-1-1 ；鉆頭噴嘴處：鉆

41、頭噴嘴處：10000 10000 100000 100000 s s-1-1第五節(jié)第五節(jié) 鉆井液流變性及其調(diào)整鉆井液流變性及其調(diào)整2 2、剪切應(yīng)力、剪切應(yīng)力：流體單位面積上的內(nèi)摩擦力。流體單位面積上的內(nèi)摩擦力。 = F/A Pa 式中：式中：F 流體的內(nèi)摩擦力流體的內(nèi)摩擦力 N A 相鄰流動層接觸面積相鄰流動層接觸面積 m2 3、觸變性：、觸變性： 鉆井液攪拌變稀，靜止變稠的性質(zhì)。鉆井液攪拌變稀，靜止變稠的性質(zhì)。鉆井液表觀粘度隨剪切速率增大鉆井液表觀粘度隨剪切速率增大而降低的特性而降低的特性 4 4、剪切稀釋性、剪切稀釋性: :第五節(jié)第五節(jié) 鉆井液流變性及其調(diào)整鉆井液流變性及其調(diào)整3、觸變性、

42、觸變性l一些非牛頓流體在機械作用下變?。ɑ蜃兂恚?，在機械作用消除后則變稠（或變稀）的性質(zhì)稱為觸變性。l鉆井液具有觸變性。是用旋轉(zhuǎn)粘度計測定的。測定時，先將鉆井液放在旋轉(zhuǎn)粘度計中在600rmin-1（相當(dāng)于剪切速率1022s-1）下攪拌10s，然后分別測定鉆井液靜置10s和10min時在3rmin-1 （相當(dāng)于剪切速率5.11s-1）下的剪切應(yīng)力。這兩個剪切應(yīng)力之差可用于表征鉆井液的觸變性。5、牛頓粘度和表觀粘度、牛頓粘度和表觀粘度牛頓內(nèi)摩擦定律牛頓內(nèi)摩擦定律 ：剪切應(yīng)力（單位面積的摩擦力）與速度梯度剪切應(yīng)力（單位面積的摩擦力）與速度梯度成正比，成正比，其比例系數(shù)為其比例系數(shù)為。 牛頓粘度牛頓粘

43、度：/AF符合牛頓內(nèi)摩擦定律的流體叫牛頓流體符合牛頓內(nèi)摩擦定律的流體叫牛頓流體。水、酒精水、酒精等大多數(shù)純液體、輕質(zhì)油、低分子化合物溶液以及等大多數(shù)純液體、輕質(zhì)油、低分子化合物溶液以及低速流動的氣體等均為牛頓流體。低速流動的氣體等均為牛頓流體。不符合牛頓內(nèi)摩擦定律的流體叫非牛頓流體。不符合牛頓內(nèi)摩擦定律的流體叫非牛頓流體。 高分高分子聚合物的濃溶液和懸浮液一般為非牛頓流體。大子聚合物的濃溶液和懸浮液一般為非牛頓流體。大多數(shù)鉆井液為非牛頓流體。多數(shù)鉆井液為非牛頓流體。對于非牛頓流體：對于非牛頓流體：/AV表觀粘度表觀粘度 AV ：剪切應(yīng)力剪切應(yīng)力與對應(yīng)剪切速率與對應(yīng)剪切速率的比值。的比值。 （1

44、）牛頓流體）牛頓流體 7、流變模式：、流變模式：描述描述與與關(guān)系的數(shù)學(xué)關(guān)系式關(guān)系的數(shù)學(xué)關(guān)系式6 6、流變曲線：、流變曲線：描述描述與與關(guān)系的曲線關(guān)系的曲線 1 1、賓漢模式、賓漢模式 = d + pv d ：動切力或屈服值，動切力或屈服值，Pa pv ：塑性粘度，塑性粘度， Pa.s 第五節(jié)第五節(jié) 鉆井液流變性及其調(diào)整鉆井液流變性及其調(diào)整二、流變模式二、流變模式d 賓漢（賓漢（BinghamBingham）流體流變曲線）流體流變曲線 = d + pv 第五節(jié)第五節(jié) 鉆井液流變性及其調(diào)整鉆井液流變性及其調(diào)整靜切力靜切力動切力動切力 靜止靜止 塞流塞流 塞流塞流-層流層流 層流層流 紊流紊流（1

45、1）塑性粘度塑性粘度pvpv 反映流體在層流下達到動平衡時，反映流體在層流下達到動平衡時，固相顆粒之間、固相顆粒與液相之間以固相顆粒之間、固相顆粒與液相之間以及液相內(nèi)部內(nèi)摩擦力的大小。及液相內(nèi)部內(nèi)摩擦力的大小。第五節(jié)第五節(jié) 鉆井液流變性及其調(diào)整鉆井液流變性及其調(diào)整 物理意義物理意義 影響因素影響因素A、固相含量多固相含量多固相顆粒數(shù)目多固相顆粒數(shù)目多塑性粘度塑性粘度pv大大B、固相分散度大固相分散度大 固相表面積大固相表面積大 塑性粘度塑性粘度pv 大大C C、液相粘度大、液相粘度大內(nèi)摩擦力大內(nèi)摩擦力大 塑性粘度塑性粘度pvpv 大大第五節(jié)第五節(jié) 鉆井液流變性及其調(diào)整鉆井液流變性及其調(diào)整調(diào)整調(diào)

46、整 增加增加 pv 加預(yù)水化粘土加預(yù)水化粘土 加增粘劑加增粘劑增粘機理增粘機理極性基團水化，降低自由水極性基團水化，降低自由水與與粘土形成網(wǎng)架結(jié)構(gòu)粘土形成網(wǎng)架結(jié)構(gòu)在在粘土表面吸附，增加粘土體積分數(shù)粘土表面吸附，增加粘土體積分數(shù)(提高其流動阻力）提高其流動阻力）第五節(jié)第五節(jié) 鉆井液流變性及其調(diào)整鉆井液流變性及其調(diào)整降低降低 pv加水稀釋加水稀釋第五節(jié)第五節(jié) 鉆井液流變性及其調(diào)整鉆井液流變性及其調(diào)整使用固控設(shè)備使用固控設(shè)備使用化學(xué)絮凝劑使用化學(xué)絮凝劑（2 2）動切力）動切力d d物理意義：鉆井液在層流狀態(tài)下達到動平衡物理意義：鉆井液在層流狀態(tài)下達到動平衡時形成網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的強弱。時形成網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的強弱。

47、 影響因素影響因素 A A、固相含量大固相含量大結(jié)構(gòu)數(shù)目多結(jié)構(gòu)數(shù)目多 動切力動切力d d大大B B、固相分散度大固相分散度大 固相顆粒數(shù)量多固相顆粒數(shù)量多 動切力動切力d d大大 C C、加入降粘劑加入降粘劑動切力動切力d d 降低降低 第五節(jié)第五節(jié) 鉆井液流變性及其調(diào)整鉆井液流變性及其調(diào)整增加增加d d 降低降低d第五節(jié)第五節(jié) 鉆井液流變性及其調(diào)整鉆井液流變性及其調(diào)整 調(diào)整調(diào)整 加預(yù)水化粘土加預(yù)水化粘土加高分子聚合物加高分子聚合物加適量的電解質(zhì)（加適量的電解質(zhì)（壓縮雙電層壓縮雙電層 網(wǎng)架結(jié)構(gòu)）網(wǎng)架結(jié)構(gòu)） 加降粘劑加降粘劑加水稀釋加水稀釋消除引起消除引起d d升高的電解質(zhì)升高的電解質(zhì) = Kn

48、 （0 n 1） K 稠度系數(shù)，稠度系數(shù)，PaSn n 流性指數(shù)流性指數(shù)第五節(jié)第五節(jié) 鉆井液流變性及其調(diào)整鉆井液流變性及其調(diào)整 2 2、冪律模式、冪律模式 0 冪律流體（冪律流體（n n1 1）的流變曲線）的流變曲線（1 1）流性指數(shù)流性指數(shù)n n 物理意義：一、反映流體的結(jié)構(gòu)強度，結(jié)構(gòu)越強，物理意義：一、反映流體的結(jié)構(gòu)強度，結(jié)構(gòu)越強，n n越小。越小。二、反映二、反映鉆井液偏離牛頓流體的程度鉆井液偏離牛頓流體的程度， n n越小越小,越偏離牛頓越偏離牛頓流體。流體。（2 2）稠度系數(shù)稠度系數(shù)K K 物理意義：反映鉆井液物理意義：反映鉆井液內(nèi)部內(nèi)摩擦力的大小。內(nèi)部內(nèi)摩擦力的大小。= Kn1/2

49、 =C 1/2+ 1/21/2C 卡森動切力卡森動切力 卡森的極限粘度卡森的極限粘度第五節(jié)第五節(jié) 鉆井液流變性及其調(diào)整鉆井液流變性及其調(diào)整3 3、卡森模式、卡森模式1/21/20卡森（卡森（KassonKasson）流體的流變曲線）流體的流變曲線 物理意義：反映鉆井液網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的強弱物理意義：反映鉆井液網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的強弱 物理意義：反映鉆井液內(nèi)摩擦力的強弱物理意義：反映鉆井液內(nèi)摩擦力的強弱第五節(jié)第五節(jié) 鉆井液流變性及其調(diào)整鉆井液流變性及其調(diào)整(1)卡森屈服值卡森屈服值c(2)極限剪切粘度極限剪切粘度影響因素與調(diào)整：同影響因素與調(diào)整：同0 影響因素與調(diào)整：同影響因素與調(diào)整：同p1/2 =C 1/2+

50、1/21/2賓漢模式的局限性：賓漢模式的局限性： 適合在中剪切速率適合在中剪切速率 范圍描述鉆井液的流變性范圍描述鉆井液的流變性第五節(jié)第五節(jié) 鉆井液流變性及其調(diào)整鉆井液流變性及其調(diào)整冪律模式的局限性：冪律模式的局限性： 適合在低、中剪切速率描述鉆井液的流變性適合在低、中剪切速率描述鉆井液的流變性卡森模式卡森模式的優(yōu)點的優(yōu)點： 在低剪切區(qū)和中剪切區(qū)有較好的精確度，在低剪切區(qū)和中剪切區(qū)有較好的精確度，還可以利用低、中剪切區(qū)的測定結(jié)果預(yù)測還可以利用低、中剪切區(qū)的測定結(jié)果預(yù)測高剪切速率下的流變特性高剪切速率下的流變特性第五節(jié)第五節(jié) 鉆井液流變性及其調(diào)整鉆井液流變性及其調(diào)整根據(jù)流變曲線將流體劃分為四種流

51、型：根據(jù)流變曲線將流體劃分為四種流型：（1）牛頓流體）牛頓流體 （2）假塑性流體）假塑性流體 n1 nKpvdnK 1、漏斗粘度計、漏斗粘度計 漏斗容積：750ml三、流變參數(shù)測量三、流變參數(shù)測量原理：測定一定鉆井液（原理：測定一定鉆井液（ 500ml ）從漏斗下端流出所從漏斗下端流出所需的時間。需的時間。2、范氏六速粘度計、范氏六速粘度計 測量原理測量原理: (1) 剪切速率剪切速率與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n成正比：成正比： = 1.703n s-1 n 600 300 200 100 6 3 1022 511 340.7 170.3 10.22 5.11 (2) 剪切應(yīng)力與粘度計讀數(shù)剪切應(yīng)力與

52、粘度計讀數(shù)成正比：成正比： = 0.511 Pa3 3、流變參數(shù)計算、流變參數(shù)計算（1）賓漢模式賓漢模式300600300600pv5111022)(511. 0300600330060010)(Pa.s300600mPa.spvd塑性粘度塑性粘度pv = 0.511 Papvd600600pv102210)(511.03300600600)2(511. 0600300)(511.0300pvPa)(511.0)(10221600Pas動切力動切力pvdAV表觀粘度表觀粘度 AV ：無特殊說明，無特殊說明， AV是指是指=1022 s-1時的時的 AV（n=600）smPasPa.21.102

53、11022511. 010226003600600600（2）冪律模式1212lglglglgn300600lg322.3nnnnK511511. 0300300300nKKlglglgnK nK100200lg322.3nnnnK170511. 010010010036lg322.3nnnnK11. 5511. 0333（3）卡森模式）卡森模式2100600)(428. 12600100)6(2432. 0c 用范氏粘度計測得某鉆井液在用范氏粘度計測得某鉆井液在600、300、200、100、6、3六種轉(zhuǎn)速下的刻度盤度數(shù)分別六種轉(zhuǎn)速下的刻度盤度數(shù)分別為為38、28、22、17、5.5、4.5

54、，試求：，試求：（1）鉆井液的表觀粘度、塑性粘度、動切力。）鉆井液的表觀粘度、塑性粘度、動切力。（2）三組轉(zhuǎn)速下的流性指數(shù)和稠度系數(shù)。）三組轉(zhuǎn)速下的流性指數(shù)和稠度系數(shù)。（3）剪切速率為）剪切速率為650s-1時時,鉆井液的表觀粘度、鉆井液的表觀粘度、塑性粘度、動切力。塑性粘度、動切力。1 1、為什么要調(diào)整鉆井液的流變性、為什么要調(diào)整鉆井液的流變性（1 1）粘度和切力過大，粘度和切力過大，影響鉆井速度、泥影響鉆井速度、泥包鉆頭、巖屑在地面不易除去、鉆井液脫氣包鉆頭、巖屑在地面不易除去、鉆井液脫氣困難等困難等（主要指調(diào)整鉆井液的粘度和切力）（主要指調(diào)整鉆井液的粘度和切力）第五節(jié)第五節(jié) 鉆井液流變性

55、及其調(diào)整鉆井液流變性及其調(diào)整（2）粘度和切力過小，影響鉆井液攜屑和）粘度和切力過小，影響鉆井液攜屑和井壁穩(wěn)定等井壁穩(wěn)定等2 2、調(diào)整鉆井液粘度和切力的方法、調(diào)整鉆井液粘度和切力的方法根據(jù)測量實驗結(jié)果判斷粘度和切力偏高還是偏低根據(jù)測量實驗結(jié)果判斷粘度和切力偏高還是偏低偏高偏高 減少體系的固相含量、加降粘劑減少體系的固相含量、加降粘劑偏低偏低 增加體系的固相含量、加增粘劑增加體系的固相含量、加增粘劑流變性調(diào)整劑：調(diào)整鉆井液粘度和切力的化學(xué)物質(zhì)流變性調(diào)整劑：調(diào)整鉆井液粘度和切力的化學(xué)物質(zhì)第五節(jié)第五節(jié) 鉆井液流變性及其調(diào)整鉆井液流變性及其調(diào)整3 3、降粘劑、降粘劑 鉆井液增稠的主要原因鉆井液增稠的主要

56、原因（1）鉆井液體系的無用固相）鉆井液體系的無用固相（2）粘土粒子聯(lián)結(jié)形成空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)及）粘土粒子聯(lián)結(jié)形成空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)及高分子高分子與粘土顆粒間形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)與粘土顆粒間形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)使大量自由水束縛使大量自由水束縛不能自由移動不能自由移動第五節(jié)第五節(jié) 鉆井液流變性及其調(diào)整鉆井液流變性及其調(diào)整第五節(jié)第五節(jié) 鉆井液流變性及其調(diào)整鉆井液流變性及其調(diào)整粘土粒子聯(lián)結(jié)形成空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)粘土粒子聯(lián)結(jié)形成空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)第五節(jié)第五節(jié) 鉆井液流變性及其調(diào)整鉆井液流變性及其調(diào)整粘土粒子聯(lián)結(jié)形成空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)被拆開粘土粒子聯(lián)結(jié)形成空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)被拆開（1）改性單寧）改性單寧第五節(jié)第五節(jié) 鉆井液流變性及其調(diào)整鉆井液流變性及其調(diào)整

57、第五節(jié)第五節(jié) 鉆井液流變性及其調(diào)整鉆井液流變性及其調(diào)整（2）改性木質(zhì)素磺酸鹽）改性木質(zhì)素磺酸鹽第五節(jié)第五節(jié) 鉆井液流變性及其調(diào)整鉆井液流變性及其調(diào)整鐵鉻木質(zhì)素磺酸鹽鐵鉻木質(zhì)素磺酸鹽(FCLS)（1 1）泡沫問題）泡沫問題第五節(jié)第五節(jié) 鉆井液流變性及其調(diào)整鉆井液流變性及其調(diào)整（2）環(huán)境問題（鉻）環(huán)境問題（鉻） 鐵、鋯、鈦木質(zhì)素磺酸鹽鐵、鋯、鈦木質(zhì)素磺酸鹽鐵鉻木質(zhì)素磺酸鹽使用問題：鐵鉻木質(zhì)素磺酸鹽使用問題：研制替代產(chǎn)品研制替代產(chǎn)品 通過結(jié)構(gòu)中的羥基與粘土表面的羥基形成氫通過結(jié)構(gòu)中的羥基與粘土表面的羥基形成氫鍵吸附在粘土顆粒表面鍵吸附在粘土顆粒表面,水化基團在水中電離水化基團在水中電離,形形成擴散雙

58、電層成擴散雙電層,提高了粘土顆粒表面負電和水化提高了粘土顆粒表面負電和水化層厚度層厚度,拆散粘土顆粒連接所產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)拆散粘土顆粒連接所產(chǎn)生的結(jié)構(gòu),降低了降低了鉆井液的粘度和切力。鉆井液的粘度和切力。第五節(jié)第五節(jié) 鉆井液流變性及其調(diào)整鉆井液流變性及其調(diào)整上述兩種降粘劑作用機理上述兩種降粘劑作用機理:(3) (3) 烯類單體低聚物（分子量烯類單體低聚物（分子量2000-60002000-6000）第五節(jié)第五節(jié) 鉆井液流變性及其調(diào)整鉆井液流變性及其調(diào)整聚合物類降粘劑作用機理聚合物類降粘劑作用機理: :第五節(jié)第五節(jié) 鉆井液流變性及其調(diào)整鉆井液流變性及其調(diào)整 在聚合物鉆井液中在聚合物鉆井液中, ,低聚物

59、通過競爭吸附使吸低聚物通過競爭吸附使吸附在粘土顆粒表面的聚合物解吸下來，破壞聚合附在粘土顆粒表面的聚合物解吸下來，破壞聚合物和粘土顆粒形成的結(jié)構(gòu)物和粘土顆粒形成的結(jié)構(gòu) 通過氫鍵或陽離子鏈節(jié)吸附在粘土顆粒表面通過氫鍵或陽離子鏈節(jié)吸附在粘土顆粒表面, ,水化基團通過增加粘土顆粒表面負電和水化層厚水化基團通過增加粘土顆粒表面負電和水化層厚度度, ,拆散粘土顆粒連接所產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)拆散粘土顆粒連接所產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)4 4、增粘劑、增粘劑（1 1）纖維素）纖維素第五節(jié)第五節(jié) 鉆井液流變性及其調(diào)整鉆井液流變性及其調(diào)整(2)(2)正電膠正電膠第五節(jié)第五節(jié) 鉆井液流變性及其調(diào)整鉆井液流變性及其調(diào)整 混合金屬鹽溶液逐步用

60、沉淀劑將金屬混合金屬鹽溶液逐步用沉淀劑將金屬離子沉淀出來所配得的增粘劑。離子沉淀出來所配得的增粘劑。 第五節(jié)第五節(jié) 鉆井液流變性及其調(diào)整鉆井液流變性及其調(diào)整 分子鏈中極性基團水化和分子鏈之間的分子鏈中極性基團水化和分子鏈之間的互相糾纏，對鉆井液的水起稠化作用互相糾纏，對鉆井液的水起稠化作用 增粘作用機理增粘作用機理: : 通過吸附，增加粘土顆粒體積，提高流動通過吸附，增加粘土顆粒體積，提高流動阻力阻力 通過橋接，在粘土顆粒間形成結(jié)構(gòu)，產(chǎn)通過橋接，在粘土顆粒間形成結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生結(jié)構(gòu)粘度生結(jié)構(gòu)粘度第五節(jié)第五節(jié) 鉆井液流變性及其調(diào)整鉆井液流變性及其調(diào)整油田化學(xué)油田化學(xué)第六節(jié)第六節(jié) 鉆井液中的固相及其含量