最新鉆井液與完井液

1、鉆井液與完井液Drilling and Completion Fluids王平全 博士CNPC鉆井液重點(diǎn)研究室西南石油大學(xué)1成 績(jī) 分 布1、出勤率10% 每次出勤聽課，無(wú)遲到、早退、缺課者：10分2、作業(yè)20% 每次獨(dú)立完成作業(yè)，并提交作業(yè)：20分3、提問(wèn)10% 答復(fù)以下問(wèn)題正確率達(dá)80%以上：10分4、期末考試60% 期末考試成績(jī)100分：60分 2鉆 井 液 與 完 井 液 鉆井液流變性 鉆井液造壁性 鉆井液處理劑 鉆 井 液 體 系1 核心內(nèi)容3 第一章 緒 論 本章要求掌握： 鉆井液、完井液功用、類型和組成。 鉆井液、完井液的性能及其測(cè)試。 鉆井液、完井液的開展概況。 24第一節(jié) 鉆

2、井液、完井液的功用類型組成 鉆井液 凡鉆進(jìn)中一切有助于從井眼產(chǎn)生和去除鉆屑 的流體液、氣、液+氣。廣義完井液 一切與產(chǎn)層接觸的流體各種鹽水、 聚合物溶液、鉆井液、泡沫等。狹義完井液 鉆開油氣層的鉆井液。351. 鉆井液的主要作用簡(jiǎn)圖攜帶、懸浮巖屑控制壓力形成泥餅破巖、清巖保護(hù)油氣層傳遞水功率461. 鉆井液的主要作用具體內(nèi)容保持清潔；控制壓力；冷卻潤(rùn)滑；防止垮塌；防止損害；取準(zhǔn)資料；傳遞功率；承受重量。57第二節(jié) 鉆井液的組成和類型2. 鉆井液的組成 分散相+分散介質(zhì)+化學(xué)處理劑 連續(xù)相+不連續(xù)相 液相+固相+化學(xué)處理劑 68 組分舉例某種水基鉆井液組分為：水 + 膨潤(rùn)土 + 處理劑 100m

3、l 5g 1g用組分表示的配方為：5%膨潤(rùn)土漿+1%處理劑配方表示的特點(diǎn)： 用W/V百分?jǐn)?shù)表示組分。 不考慮處理劑的體積。79水基鉆井液的典型組成810油基鉆井液的典型組成9113. 鉆井液的類型通常根據(jù)分散介質(zhì)分為三大類： 水基鉆井液Water-Base Drilling Fluids 油基鉆井液Oill-Base Drilling Fluids 氣基鉆井液Gas-Base Drilling Fluids10121113鉆井液密度鉆井液流變性鉆井液濾失造壁性鉆井液的pH值和堿度鉆井液的含砂量鉆井液的固相含量鉆井液膨潤(rùn)土含量鉆井液濾液分析第二節(jié) 鉆井液的性能及其測(cè)試1214第三節(jié) 鉆井液技術(shù)的

4、開展 1. 初步形成時(shí)期 1888-1928年； 2. 快速開展時(shí)期 1928-1948年； 3. 高速開展時(shí)期 1948-1965年； 4. 科學(xué)化 時(shí)期 1965年-現(xiàn)在。1315開展水基鉆井液清水 分散鉆井液 抑制性鉆井液 不分散聚合物鉆井液油基鉆井液原油 柴油為連續(xù)相鉆井液 油包水乳化鉆井液1416國(guó)內(nèi)鉆井液技術(shù)開展特點(diǎn)同樣經(jīng)歷了這些階段,但滯后一定時(shí)間;水基體系的研究應(yīng)用比油基體系多;深井水基鉆井液、防塌鉆井液、聚合物鉆井液理論較成熟；成功研制了一些鉆井液處理劑；成功應(yīng)用了一些鉆井液體系，如三磺體系，兩性離子聚合物體系、聚磺體系等；研制了大量鉆井液性能評(píng)價(jià)儀器；計(jì)算機(jī)應(yīng)用相對(duì)滯后。1

5、5171. 初步開展時(shí)期 自然造漿階段主要解決問(wèn)題： 攜帶鉆屑 控制地層壓力典型技術(shù)： 水+鉆屑+地面土 使用重晶石、鐵礦粉1920年)16182. 快速開展時(shí)期 細(xì)分散泥漿階段主要解決問(wèn)題： 泥漿性能的穩(wěn)定 井壁穩(wěn)定典型技術(shù)： 性能測(cè)定儀器研制出來(lái) 使用膨潤(rùn)土、單寧、燒堿、褐煤17193. 高速開展階段 粗分散泥漿階段主要解決問(wèn)題： 石膏、鹽污染 溫度影響典型技術(shù)： 各種鹽水、鈣處理泥漿 油基泥漿 處理劑品種16大類18204. 科學(xué)開展時(shí)期 聚合物不分散鉆井液階段主要解決問(wèn)題： 快速鉆井 保護(hù)油氣層典型技術(shù)： 不分散低固相鉆井液 氣體鉆井 保護(hù)油氣層的完井液1921第二章 粘土礦物和粘土膠

6、體化學(xué)根底本章要求重點(diǎn)掌握內(nèi)容：1. 幾種粘土礦物的晶體構(gòu)造特點(diǎn)及其水化性質(zhì)。2. 擴(kuò)散雙電層理論和電解質(zhì)對(duì)電動(dòng)電勢(shì)的影響。3. 膠體體系的根本概念。4. 分散度、比外表的概念。5. 聚結(jié)穩(wěn)定性和沉降穩(wěn)定性概念及其影響因素。 2022幾個(gè)根本概念1. 相和相界面相 物質(zhì)的物理化學(xué)性質(zhì)都完全相同的均勻局部。 體系中有兩個(gè)或兩個(gè)以上的相，稱為多相體系。相界面 相與相之間的宏觀物理界面。 在相互接觸的兩相中： 假設(shè)一相為氣體，相界面稱為外表。 假設(shè)是液/固分界面，稱為界面。21232.分散相與分散介質(zhì)分 散 相 在多相分散體系中，被分散的物 質(zhì)。分 散 介質(zhì) 分散相所在的連續(xù)介質(zhì)。例如：鉆井液中，粘

7、土顆粒分散在水中。 粘土為分散相； 水為分散介質(zhì)。2224分散度和比外表分散度 分散相的分散程度。比外表 單位體積重量物質(zhì)的總外表積。比外表 = S/V = S/W23253.吸附作用吸附物質(zhì)在兩相界面上自動(dòng)濃集界面濃度大于內(nèi)部濃度的現(xiàn)象。吸附質(zhì)被吸附的物質(zhì)吸附劑吸附吸附質(zhì)的物質(zhì)按吸附的作用力性質(zhì)不同，可將吸附分為：物理吸附化學(xué)吸附2426第一節(jié) 粘土礦物的晶體構(gòu)造與性質(zhì) 粘 土：主要由粘土礦物和少量非粘土礦物組成的 細(xì)粒粘滯土狀物質(zhì)。 特點(diǎn)：粒度 蒙脫石高嶺石。 永久負(fù)電荷主要分布在粘土晶層層面上。36382 . 可變負(fù)電荷 外表電荷來(lái)源： 晶體端面的Al OH鍵 例如：在堿性條件： 端面吸

8、附OH-、SiO3 2-等無(wú)機(jī)陰離子，或有機(jī)陰離子聚電解質(zhì)。Al O-. H+OH-SiO3 2-37393. 正電荷 外表電荷來(lái)源：當(dāng)PH8時(shí), Al O H Al+OH-特點(diǎn): 受環(huán)境PH值影響 。 正電荷 3000C，釋放出結(jié)晶水。2. 吸附水束縛水定義：由于分之間力和靜電引力吸附極性水分子而在粘土外表上形成的一層水化膜。特點(diǎn)：溫度1100C，釋放出吸附水。包括：薄膜水、毛細(xì)管水、膠體水。3. 自由水定義：粘土顆?？紫痘蚩椎乐写嬖诘乃?。4244二、粘土的水化和水化膨脹1. 幾個(gè)名稱概念粘土水化 粘土礦物遇水后，在其顆粒外表吸附水分子形成水化膜的過(guò)程。粘土膨脹 水分子進(jìn)入粘土礦物晶層間，其

9、體積由小變大的過(guò)程。粘土分散 水分子進(jìn)入粘土礦物晶層間，使粘土由大顆粒變?yōu)樾☆w粒的過(guò)程。粘土收縮 在高溫作用下，粘土礦物吸附的水分子逐漸蒸發(fā)，其體積由大變小的過(guò)程。43452. 引起粘土礦物水化的原因 靠靜電吸附水分子產(chǎn)生水化 靠氫鍵吸附水分子產(chǎn)生水化44463. 粘土水化的過(guò)程兩個(gè)水化過(guò)程：外表水化和滲透水化。 外表水化定 義：粘土礦物晶層外表吸附水分子和補(bǔ)償陽(yáng)離子吸附水 分子、增大晶層間距的過(guò)程。影響因素：影響外表水化膨脹的三種力： a. 晶層間的范德華力； b. 水化能； c. 晶層間的靜電引力。4547外表水化特點(diǎn)： 主要推動(dòng)力：外表水化能水的吸附能。 外表吸附的水分子只有兩個(gè)水分子厚

10、度，體積膨脹小。 產(chǎn)生的膨脹壓大2000 -4000kg/cm2)。4648 滲透水化 特點(diǎn)： 主要推動(dòng)力：雙電層斥力。 體積膨脹大。 膨脹壓較小。47494.影響粘土水化膨脹的因素(1)因粘土晶體的部位不同，水化膜的厚度 也不相同。(2)粘土礦物不同，水化作用的強(qiáng)弱也不同。(3)因粘土吸附的交換性陽(yáng)離子不同，其水 化程度有很大差異(如鈣蒙脫石，鈉蒙脫石，見下 圖)。48504951第四節(jié) 粘土 水懸浮體的穩(wěn)定性一、電動(dòng)現(xiàn)象萊斯實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)中觀察到兩個(gè)現(xiàn)象： 粘土顆粒通過(guò)細(xì)砂層向陽(yáng)極移動(dòng)，并沉積起來(lái)。 水通過(guò)粘土團(tuán)塊的毛細(xì)管向陰極流動(dòng)。 總結(jié)這兩種實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，得到兩個(gè)概念： 電泳：在電場(chǎng)作用下，分

11、散相微粒在介質(zhì)中向某一電極移動(dòng)的現(xiàn)象。 電滲：在電場(chǎng)作用下，液體對(duì)固定的帶電荷的固體外表作相對(duì)運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象。 顯然，電泳和電滲都是外加直流電場(chǎng)于膠體體系引起的運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象。萊斯實(shí)驗(yàn)裝置土粒水電泳電滲+-5052二、界面雙電層1. 膠體顆粒擴(kuò)散雙電層膠粒周圍帶有電荷后，會(huì)出現(xiàn)如下現(xiàn)象： 反離子擴(kuò)散分布于膠粒周圍，形成擴(kuò)散雙電層。 擴(kuò)散雙電層結(jié)構(gòu) 擴(kuò)散雙電層 從固體外表到過(guò)剩反離子為零處。 吸附層 固體外表緊密吸引著的局部反離子所構(gòu)成。 擴(kuò)散層其余反離子擴(kuò)散地分布在液相中所構(gòu)成。 滑動(dòng)面 吸附層與擴(kuò)散層錯(cuò)開的界面。 膠核：固體外表 膠粒：膠核+吸附層 擴(kuò)散雙電層結(jié)構(gòu)-滑動(dòng)面吸附層擴(kuò)散層距離粘土5153

12、離子的分布 雙電層內(nèi)既有同號(hào)離子，又有反離子，其分布如右圖所示。 雙電層電荷必須平衡。 離子分布反離子過(guò)剩反離子同號(hào)離子0Xnn052542. 雙電層中的電勢(shì)位 外表電勢(shì) 定義：從固體外表到均勻液相內(nèi)的電勢(shì)降。特點(diǎn)： 固體外表電勢(shì)最大。 外表電勢(shì)隨離外表距離的增大而大致依指數(shù)關(guān)系降低。 電動(dòng)電勢(shì)定義：從滑動(dòng)面到均勻液相的電勢(shì)降。特點(diǎn)： 膠粒帶電越多，電位越高。 大小取決于吸附層內(nèi)的靜電荷數(shù)。0 x05355 電勢(shì)方程式 赫斯公式(Helmhohz Smoluchouski)對(duì)于片狀離子： =(4v/DE)3002對(duì) 于 球 離 子： =(6v/DE)3002 式中： 介質(zhì)粘度； v 電泳速度；

13、 E 電位梯度；D 液體介電常數(shù)5456 3. 電解質(zhì)對(duì)電位的影響 電解質(zhì)壓縮雙電層作用 電泳實(shí)驗(yàn)說(shuō)明，任何電解質(zhì)參加，都要影響電泳速度，從而影響電位值。1= 2120 x電解質(zhì)壓縮恒定外表電勢(shì)雙電層1Rb+ K+ Na+ Li+Ba+ Sr+ Ca+ Mg+6264本次作業(yè)1. 鉆井液的主要功用有哪些?2. 粘土礦物的晶格取代指的是什么? 其結(jié)果如何?3.粘土端面可否帶正電? 為什么?4.什么叫外表水化和滲透水化? 它們的主要驅(qū)動(dòng)力和特點(diǎn)各是什么?5.什么是粘土的CEC ? 測(cè)定它們有何意義?6.從硅氧四面體和鋁氧八面體出發(fā),簡(jiǎn)述高嶺石、蒙托石、伊利石的晶體結(jié)構(gòu)。6365第三章 鉆井液的流變

14、性Chapter 3 The Rheology of Drilling Fluids本章要求重點(diǎn)掌握：1. 流動(dòng)原理及其幾種流型的概念和數(shù)學(xué)模型。2. 流變參數(shù)的膠體化學(xué)性質(zhì)。3. 流變性測(cè)量原理和流變參數(shù)直讀公式。4. 鉆井液流變性與鉆井工程的關(guān)系。5. 鉆井液流變性能的調(diào)節(jié)與維護(hù)。6466第一節(jié) 鉆井液的流動(dòng)狀態(tài)和根本概念1. 流體的流動(dòng)類型 穩(wěn) 定 流： 流場(chǎng)中任何點(diǎn)的流動(dòng)參量不隨時(shí)間改變，但不同點(diǎn)的流動(dòng)參量是可以不同的流動(dòng)。特 點(diǎn)： 穩(wěn)定流動(dòng)是連續(xù)性的。 不穩(wěn)定流：流場(chǎng)中任何點(diǎn)的流動(dòng)參量不但隨位置不同而變，而且隨時(shí)間不同也在改變的流動(dòng)。特 點(diǎn)：舊的流動(dòng)條件剛改變到新的流動(dòng)穩(wěn)定條件建立之

15、間的流動(dòng)。 如：流體剛開始流動(dòng)時(shí)；管道橫斷面變寬、變窄處。6567 穩(wěn)定流動(dòng)類型的變化 塞流 Plug Flow 穩(wěn)定流 層流 Laminar Flow 紊流 Turbulent Flow塞 流層 流紊 流穩(wěn)定流動(dòng)類型的變化6668塞流：流體象塞子一樣流動(dòng)，流速為常數(shù)。層流：流體分層運(yùn)動(dòng)。任意流層與相鄰流層方向相 同，流速不同。紊流：流體內(nèi)形成無(wú)數(shù)小旋渦。任一定點(diǎn)的流速，其大小、方向都在進(jìn)行著不規(guī)那么的、連續(xù)的變化。67692. 根本概念預(yù)備知識(shí) 剪切速率 Shear Rate統(tǒng)一名稱：速梯、剪率、切變率。常用符號(hào)：、D、dv/dx、dv/dr定 義： = dv/dr = 垂直于流動(dòng)方向上單位

16、距離內(nèi)的流速增量。意 義： dv/dr 增大，液流各層間的速度變化大；反之那么小。單 位： = 速度/距離 = cm/s/cm = 1/s = s-1鉆井液循環(huán)系統(tǒng)中各部位剪切速率范圍為: 沉砂罐處：1020s-1 環(huán)形空間：50250s-1 鉆桿內(nèi)部：1001000s-1 鉆頭水眼：10007000s-16870 剪切應(yīng)力 Shear Stress統(tǒng)一名稱：剪應(yīng)力、切應(yīng)力。常用符號(hào)：定 義： = F/A = 液層單位面積上的剪切力。意 義：越大，液流各層所受的作用力越大；反之，越小。單 位： = F/A = dyn/cm2；Pa。 1Pa = 10dyn/cm26971 流變曲線 Consi

17、stency Curve定 義：速梯與切應(yīng)力關(guān)系曲線。表示方法：三種表示法。000 ；Q；V；n ；P；P；流變曲線表示法7072 粘度 Viscosity統(tǒng)一名稱：有效粘度、視粘度。常用符號(hào)：定 義： = / = 單位剪切速率的剪切應(yīng)力。單 位： = / = dyn/cm2/s-2 = 泊 1泊 = 10027173幾何意義A.流變曲線上某點(diǎn)與原點(diǎn)相連直線斜率的倒數(shù)A = 1/tg = A / A 越大，越小圖中： A B0AB210AB21有效粘度幾何意義7274 漏斗粘度 Funnel Viscosity定 義：定體積泄流時(shí)間。單 位：秒；s。類 型： 馬氏漏斗粘度 Marsh Funn

18、el Viscosity定義：1500ml 流出946ml 的時(shí)間。標(biāo)準(zhǔn)：清水測(cè)量值： 中國(guó)漏斗粘度定義：700ml流出500ml的時(shí)間。標(biāo)準(zhǔn)：清水測(cè)量值：漏斗粘度計(jì)示意圖7375第二節(jié) 根本流型及其分析一、流體分類 根據(jù)“應(yīng)力 應(yīng)變流動(dòng) -關(guān)系，將流體分為：7476二、流體分析 對(duì)流體研究對(duì)象的根本假設(shè)： 連續(xù)介質(zhì) 均質(zhì)性 不可壓縮性 層流75771、牛頓內(nèi)摩擦定律與牛頓流體 牛頓內(nèi)摩擦定律=F/A=(dv/dr) 表征流體粘性的比例系數(shù)，簡(jiǎn)稱牛頓粘度。 F 內(nèi)摩擦力。 牛頓流體 流變性符合牛頓內(nèi)摩擦定律的流體。類型舉例：水、甘油、單相液體等。流變曲線：通過(guò)原點(diǎn)的直線。 特點(diǎn)： = / =C

19、常數(shù) 液體流動(dòng)示意圖及流變曲線Frdvdrr0稠液體稀液體76782. 非牛頓流體 剪切應(yīng)力與剪切速率不呈線形關(guān)系的流體。1流變特性與時(shí)間無(wú)關(guān)的非牛頓流體特點(diǎn)： 與呈單值對(duì)應(yīng)關(guān)系。 塑性流體 Plastic Fluids數(shù)學(xué)模型： - 0 = s 流變曲線：有截距的直線。流變參數(shù)： 0 動(dòng)切應(yīng)力 Yield Stress統(tǒng)一名稱：屈服值、屈服點(diǎn)。定 義：流體開始呈現(xiàn)層流流動(dòng)時(shí)所需要 的剪切應(yīng)力。常用符號(hào)： 0；YP單 位：dyn/cm2、Pa幾何意義：直線截距的切應(yīng)力值。 0s0真實(shí)泥漿塑性體流型圖7779s 塑性粘度 Plastic Viscosity定 義：產(chǎn)生單位剪切速率所需要的剪切應(yīng)力

20、。常用符號(hào)： s、PV單 位：公制：2、泊、厘泊。 國(guó)際：、模式討論 - 0 = s 或者 = s+ 0/ 優(yōu)點(diǎn)： 0， 0 能夠反映多數(shù)鉆井液具有內(nèi)部結(jié)構(gòu)情況。 ， 能夠反映多數(shù)鉆井液的剪切稀釋性。 ， s 能夠反映出鉆井液的極限粘度。缺點(diǎn)： 低剪切速率下： 實(shí) 賓 說(shuō)明模型擬合實(shí)際曲線有較大偏差.7880真實(shí)泥漿與不同流型的比較r0真實(shí)泥漿與不同流型的比較7981 假塑性流體 Pseudoplastic Fluids流變模式： = Kn流變曲線：過(guò)原點(diǎn)凸向切應(yīng)力軸的曲線。因其延長(zhǎng)線與坐標(biāo)軸交點(diǎn)似乎有一個(gè)動(dòng)切力，故稱其名流變參數(shù)： K稠度系數(shù)意義：反映流體的粘滯性。K越大，流體越難流動(dòng)。單位

21、：n/cm2 n流型指數(shù) 意義：偏離牛頓流體的程度。模式討論 = Kn 或者 = Kn-1 0， 0 不符合大多數(shù)鉆井液具有屈服應(yīng)力的特點(diǎn)。 ， 能夠反映鉆井液的剪切稀釋性。， 0 無(wú)極限粘度，不符合鉆井液情況。 0r8082 卡森流體流變模型：1/2 = c1/2 + 1/2 1/2流變曲線： 1/2-1/2 作圖，為一條直線。 -作圖，為直線與曲線之和。模式討論 1/2 = c1/2 + 1/2 1/2 0， c 能夠反映多數(shù)鉆井液具有內(nèi) 部結(jié)構(gòu)情況。 ， 能夠反映多數(shù)鉆井液的剪切 稀釋性。， 能夠反映出鉆井液的極限粘度?？ㄉ黧w流變曲線c00 1/2 c1/2r1/2r8183三、剪切稀

22、釋性 1、定義 鉆井液的有效粘度隨剪切速率增加而降低的現(xiàn)象。特點(diǎn)：剪切速率是變量；粘度是變量。表示法：動(dòng)塑比 或 YP/PV意義： YP/PV越大，鉆井液的剪切稀釋性越強(qiáng)。82842、 流變特性與時(shí)間有關(guān)的非牛頓流體特點(diǎn)： =f (，t 觸變性流體 Thixotropy 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：流體搖動(dòng)并靜止后形成凝膠，再次搖動(dòng)后恢復(fù)到原有狀態(tài)。 通俗定義：恒溫恒壓下，流體攪拌后變稀，靜止后變稠的特性。 一般定義：A. 在一定速梯下，剪切應(yīng)力隨作用時(shí)間 增加而減小的特性。B. 在一定速梯下，剪切應(yīng)力隨靜置時(shí)間 增加而增大的特性。 膠化定義：等溫情況下，流體狀態(tài)發(fā)生 凝膠溶膠凝膠可逆轉(zhuǎn)變 的特性。0t牛頓體震

23、凝體觸變體8385 觸變性機(jī)理 流體內(nèi)部的粘土粒子因其物化原因易形成網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。靜止后：粒子為了滿足外表靜電飽和，在自由能最小部位自行排列而形成凝膠結(jié)構(gòu)。攪拌時(shí)：網(wǎng)架結(jié)構(gòu)逐步被拆散。 顯然，凝膠結(jié)構(gòu) = f ( 固含、固相類型、溫度、時(shí)間、剪切過(guò)程、處理劑類型觸變性的兩個(gè)特點(diǎn)：A. 形成結(jié)構(gòu)到拆散結(jié)構(gòu)，或反之，在等溫情況下是可逆的，可重復(fù)的。B. 借結(jié)構(gòu)的變化與時(shí)間緊密相關(guān)。靜置靜置攪拌攪拌8486 觸變性的表示和測(cè)量表示原理：用流體恢復(fù)內(nèi)部網(wǎng)架結(jié)構(gòu)所需時(shí)間和最終的靜切應(yīng)力大小表示。表示方法：觸變性 = 初切力 - 終切力 或者 觸變性 = 初切力/ 終切力具體表示： 低密度鉆井液：觸變性 =

24、初切力/終切力 =1分鐘靜切力/10分鐘靜切力 即：觸變性 = 1/ 10 = G1/G10高密度鉆井液：觸變性 = 10秒鐘靜切力/10分鐘靜切力=10/ 10= G10/G10較快的強(qiáng)凝膠較慢的強(qiáng)凝膠較快的弱凝膠較慢的弱凝膠sstt平坦型凝膠遞增型凝膠良好型凝膠脆弱型凝膠8587第三節(jié) 鉆井液流變參數(shù)的膠體化學(xué)性質(zhì)學(xué)習(xí)意義： 分散介質(zhì)間吸引力。流變性=f(流動(dòng)阻力 分散相與介質(zhì)粘附力。 反映鉆井液自身結(jié)構(gòu)強(qiáng)弱 分散相之間吸力、斥力。 可通過(guò)化學(xué)處理改變即：化學(xué)處理改變體系內(nèi)部結(jié)構(gòu)膠化性質(zhì)改變流阻改變鉆井液流變性因此，通過(guò)鉆井液流變性變化，可以分析： 化學(xué)處理劑作用后，鉆井液體系中分散相結(jié)構(gòu)

25、的微觀變化。 鉆井液體系的穩(wěn)定性。 尋求符合生產(chǎn)實(shí)際所需要的鉆井液配方，滿足鉆井工程的需要。8688一、鉆井液的靜切應(yīng)力和動(dòng)切應(yīng)力1. 靜切力s定義： 鉆井液靜止后形成的凝膠結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。 鉆井液從靜止到開始塞流流動(dòng)所需要的最小剪切應(yīng)力。影響因素： 單個(gè)鏈環(huán)的強(qiáng)度 顆粒間引力 電位、水化膜厚度h。 結(jié)構(gòu)鏈環(huán)數(shù)目/單位體積結(jié)構(gòu)密度 顆粒濃度c、分散度。調(diào)整方法： 升s 提高 c 、分散度，降低 、水化膜厚度h。 降s 與上相反。8789靜切力的實(shí)際應(yīng)用1懸浮巖屑和加重材料懸浮巖屑球形所需靜切力為： sg/cm2) = d(巖- 漿/6 sdyn/cm2) = d(巖- 漿/6經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)：初切力 =26

26、 Pa時(shí)，可到達(dá)良好的懸浮能力。終切力 =2初切力，屬于良好型觸變體。終切力 =5初切力，屬于遞增型觸變體。此時(shí)，會(huì)造成泵壓過(guò)高，易壓漏地層。2 影響井內(nèi)液柱壓力沖動(dòng)閱讀 靜切力示意圖G =重力-浮力s88902. 動(dòng)切應(yīng)力0YP定義：鉆井液開始作層流流動(dòng)時(shí)，必須要的最小剪切應(yīng)力。實(shí)質(zhì)：層流流動(dòng)時(shí)，流體內(nèi)部結(jié)構(gòu)一局部被拆散，另一局部重新恢復(fù)。當(dāng)拆散 與恢復(fù)速度相等時(shí)，保存的那局部?jī)?nèi)部結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的剪切阻力。0與s的區(qū)別： 0為層流流動(dòng)條件下固體顆粒之間吸引力的量度； s為靜止條件下固體顆粒之間吸引力的量度；8991影響因素類似于靜切力 單個(gè)鏈環(huán)的強(qiáng)度 顆粒間引力 電位、水化膜厚度h。 結(jié)構(gòu)鏈環(huán)數(shù)

27、目/單位體積結(jié)構(gòu)密度 顆粒濃度c、分散度。調(diào)整方法： 升s 提高 c、分散度，降低 、水化膜厚度h。 降s 與上相反。9092二、鉆井液的粘度1. 表觀粘度(有效粘度、視粘度定義： = / 意義：鉆井液作層流流動(dòng)時(shí)，表觀粘度等于以下四局部?jī)?nèi)摩擦力的微觀統(tǒng)計(jì) 結(jié)果： 固 -固顆粒間內(nèi)摩擦阻力； 固 -液相分子間內(nèi)摩擦阻力； 液 -液分子間內(nèi)摩擦阻力； 固相結(jié)構(gòu) -液相分子間內(nèi)摩擦阻力。幾種流體模式表示的表觀粘度： 賓 漢 體：= s+ 0/ 假塑性體：= K()n-1 卡 森 體：= ()1/2 +(0/ 1/21/291932. 賓漢體的塑性粘度s定義：層流流動(dòng)時(shí)，流體內(nèi)部網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的破壞與恢復(fù)

28、處于動(dòng)態(tài)平衡時(shí)，以下三局部?jī)?nèi)摩擦力的微觀統(tǒng)計(jì)結(jié)果： 固 -固顆粒間內(nèi)摩擦阻力； 固 -液相分子間內(nèi)摩擦阻力； 液 -液分子間內(nèi)摩擦阻力；特點(diǎn)： s不隨dv/dr變化而變化。影響因素： 固相含量：固含 s ； 分散度：分散度 s ； 液相粘度：液相粘度 s ；調(diào)整s 的方法：根據(jù)影響因素升、降s 。92943. 假塑性體的 n、k稠度系數(shù) k：k =f (液相、固相含量及其性質(zhì)流性指數(shù) n：n= f(內(nèi)部結(jié)構(gòu)強(qiáng)弱 n反映了流體的非牛頓強(qiáng)弱，n越小，流體非牛頓性月強(qiáng)。降k值方法與提k方法相反： 增加惰性固體含量； 稀釋或者除砂； 參加膨潤(rùn)土。調(diào)整 n值方法：降 n 參加活性膨潤(rùn)土、無(wú)機(jī)鹽、高分子聚

29、合物等；提 n 參加清水、稀釋劑等。9395第四節(jié) 鉆井液流變參數(shù)確實(shí)定一、旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)原理和根本計(jì)算公式1. 內(nèi)、外筒式旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)原理 內(nèi)外筒之間充滿被測(cè)鉆井液，當(dāng)外筒旋轉(zhuǎn)時(shí)，通過(guò)流體的粘性帶動(dòng)同軸內(nèi)筒轉(zhuǎn)動(dòng)，使扭力彈簧扭轉(zhuǎn)一定角度至平衡為止，由此反響不同流體的剪切應(yīng)力大小。 因?yàn)閮?nèi)、外筒尺寸和外筒轉(zhuǎn)速確定了內(nèi)筒外舴面的剪切速率，所以，可根據(jù)測(cè)得的“-關(guān)系計(jì)算鉆井液的流變參數(shù)。 旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)原理圖R1drR2R1RLh94962. 旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)根本計(jì)算公式 將線速度梯度代入牛頓內(nèi)摩擦定律，并考慮內(nèi)筒外外表切應(yīng)力，可推得以下旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)的根本公式： =M / ( 2R12h ) =2R22 / (R22

30、 - R12) = R22n / 15 (R22 - R12) 式中： 外筒旋轉(zhuǎn)角速度； n 外筒每分鐘轉(zhuǎn)速； R1 、 R1 內(nèi)、外筒半徑。9597二、鉆井液流變參數(shù)確實(shí)定1. 儀器參數(shù)確實(shí)定常用儀器：Fan-35SA型旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)。儀器參數(shù)： R2 R1 R2/R1 h k cm cm cm 格 /格 1.8415 1.7245 1.0678 3.8 300 386 將儀器參數(shù)代入 =R22n / 15 (R22 - R12) 中，得到：=1.703 n利用該式，可以計(jì)算出不同轉(zhuǎn)速下的剪切速率。 r/min 600 300 200 100 6 3 r.s-1 1022 511 340.7 1

31、70.3 10.22 5.11 9698又根據(jù)測(cè)定扭距 M = k，得到儀器最大測(cè)定扭距：Mmax = 300 380 = 115800 將其代入 =M / ( 2R12h )，得：max = 1533 dyn/cm2由此，可得到儀器扭簧系數(shù)：C = / = 1533/300 = 5.11 dyn/cm2/格綜上可見，我們已經(jīng)得到了如下公式： = C =1.703 n 流變參數(shù)精確計(jì)算公式根據(jù)直線的兩點(diǎn)法那么推得因此，可以利用這些公式導(dǎo)出鉆井液流變參數(shù)的直讀計(jì)算公式。97992. 不同流體的流變參數(shù)直讀公式 牛頓流體 Newtonian Fluids： = 300 = 1/2 600 賓漢塑性

32、流體 Bingham Model s =600- 300 =600/2 0 (300- s) 假塑性體 Power Law Model n = 3.322 lg(600 /300)300 /511n n 卡森流體 Casson Model 1/2 = 2.42 (6001/2 - 3001/2) (mPa.s)1/2 c1/2(61001/2 - 6001/2 ) Pa1/298100第五節(jié) 鉆井液流變性能與鉆井工程的關(guān)系 鉆井液流變性能與鉆井工程的關(guān)系 主要表達(dá)在以下幾個(gè)方面： 影響鉆井速度； 影響環(huán)空攜帶巖屑能力； 影響井壁穩(wěn)定； 影響巖屑和加重物質(zhì)的懸浮； 影響井內(nèi)壓力沖動(dòng)； 影響鉆進(jìn)泵

33、壓和排量； 影響固井質(zhì)量。991011. 影響鉆井速度 Eckel指出，在其它因素不變時(shí)，鉆速與鉆頭處雷諾數(shù)的次方成正比：Vm = f(Ne)1/2 設(shè)有兩種鉆井液，鉆速的表達(dá)式為：Vm2 = Vm1(Ne2/Ne1)1/2 因?yàn)槠渌蛩夭蛔儠r(shí)，雷諾數(shù)與鉆井液粘度成正比：Ne dv/ 對(duì)于賓漢塑性體： Ne dv/s 所以： Vm2 = Vm1(s1 / s2 )1/2 該式說(shuō)明了鉆井液的流變參數(shù)對(duì)鉆速的影響關(guān)系。100102舉例 某鉆井液的塑性粘度s為，平均鉆速為6米/小時(shí)，在不改變其它因素時(shí)，降低s到，那么鉆速變化為：Vm2 = 6(32/8)1/2 = 12 米/小時(shí) 鉆速提高2倍。如果

34、鉆進(jìn)1000米井段，用的鉆井液要用100小時(shí)，那么用的鉆井液只需要50小時(shí)，1011032. 影響環(huán)空巖屑攜帶 對(duì)巖屑輸送比的影響 巖屑輸送比： Rt = (V-Vs) / V = 1-Vs / V 井眼凈化良好的條件： Rt 0.5 即：V 2Vs 式中，Rt 巖屑輸送比； V 鉆井液平均上返速度；V = 12.7Q / ( D22-D12 ) Vs 巖屑顆粒沉降速度；Vs與顆粒雷諾數(shù)Re相關(guān)。 當(dāng)Re 3時(shí)， Vs = 326800ds2 ( s- f ) / 當(dāng) 3 Re 300 時(shí)， Vs = 2.95 ds ( s- f ) / f 1/2 由此可見，井眼凈化與鉆井液流變性能中的有效

35、粘度緊密相關(guān)。102104 影響層流條件下巖屑攜帶 層流攜帶巖屑的特點(diǎn)：巖屑翻轉(zhuǎn)上升。 層流攜帶巖屑缺陷的實(shí)質(zhì)：力矩效應(yīng)。 改進(jìn)方法：將尖峰形改為平板形層流。 平板形層流攜巖原理： 流核直徑：由上式可見， 0 / s ， d0 鉆井液流速剖面變平坦 翻轉(zhuǎn)力矩效應(yīng)減小。流動(dòng)狀態(tài)F2F1Ld0dD103105鉆井液有效地?cái)y帶巖屑的流變參數(shù)取值范圍：對(duì)于賓漢流體： 0 / s = 3.6 4.78 dyn/cm2 0 / s = 0.36 0.478 Pa/ 0 =1.5 3 Pa對(duì)于假塑性體： 根據(jù)600 /300 = 1022 n/511n =2n，得到動(dòng)塑比與流型指數(shù)的關(guān)系： 0 / s 30

36、0 - s / 600 -300 =1-2n-1/ (2 n-1) 因此， 對(duì)于卡森流體： c =1.0 2.5 Pa 注意：提高0 / s 的關(guān)鍵是降低塑性粘度 s 。 1041063. 影響井壁穩(wěn)定 鉆井液流變性對(duì)井壁穩(wěn)定的影響主要是指對(duì)井壁的沖蝕作用。Walker定義用侵蝕指數(shù)EI表示： 層流時(shí)： EI = 0+12 sV/ (D2 -D1) +0.5 0 EI = s 0 / s +12 V/ (D2 -D1) +0.5 0 / s EI值越大，沖蝕性越強(qiáng)。由上面公式可見鉆井液流變參數(shù)對(duì)其影響關(guān)系。1051074. 影響巖屑和加重物質(zhì)的懸浮 在牛頓流體中的顆粒只要其密度大于流體密度，就

37、必然會(huì)以一定速度下沉。但是，巖屑顆粒在鉆井液中的情況卻不同。由于靜切力和動(dòng)切力的存在，即使顆粒密度大于鉆井液密度，顆粒也不會(huì)發(fā)生沉降。只有當(dāng)顆粒與流體滿足一定條件時(shí)，顆粒才會(huì)下沉。因此，顆粒除了自然沉降外，還具有一種切應(yīng)力懸浮狀態(tài)。 流體靜止?fàn)顟B(tài)下的切應(yīng)力懸浮狀態(tài) 懸浮巖屑球形所需靜切力為： sg/cm2) = d(巖- 漿/6 sdyn/cm2) = d(巖- /6漿 由上式可以計(jì)算靜止?fàn)顟B(tài)下，懸浮巖屑顆粒所需要的靜切應(yīng)力。G =重力-浮力s106108 流體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的動(dòng)切應(yīng)力懸浮 閱讀巖屑顆粒在鉆井液中的沉降速度為：Vs = d s 0.0702g d s ( s - f ) - 0 假

38、設(shè)顆粒處于臨界狀態(tài)，有g(shù) d s ( s - f ) - 0 =0即顆粒懸浮的臨界條件為： s / f =14.25 0 / ( g d s f) +1顆粒懸浮的判別準(zhǔn)那么為： s / f 14.25 0 / ( g d s f) +1 在鉆井工程中，尤其是在水平井的施工中，動(dòng)切應(yīng)力的懸浮作用對(duì)于防止巖屑沉積是非常有益的。返 回107109第四章 鉆井液的濾失和潤(rùn)滑性能 本章要求： 1. 掌握三個(gè)瞬、靜、動(dòng)失水概念。 2. 掌握五個(gè)公式。 3. 熟悉七個(gè)影響因素。 4. 鉆井液潤(rùn)滑性及其評(píng)價(jià)。108110一、濾失造壁性的根本概念1. 水基鉆井液中的水水基鉆井液 = 固相+水+處理劑 鉆井液中的

39、水由三局部組成： 結(jié)晶水化學(xué)結(jié)合水 粘土礦物晶體構(gòu)造的組成局部。 吸附水束縛水 由固相顆粒分子間力吸附的水化膜。 自由水 鉆井液中自由移動(dòng)的水，分散介質(zhì)。特點(diǎn)：占總水量中的絕大局部。水在泥漿中所呈狀態(tài)吸附水結(jié)晶水自由水109111泥漿的主要功能攜帶、懸浮巖屑控制壓力形成泥餅破巖、清巖保護(hù)油氣層傳遞水功率110112 泥餅形成示意圖1111132. 失水與造壁的概念 為了防止地層流體進(jìn)入井內(nèi)，鉆井液液柱的壓力必須大于地層流體的壓力，于是，鉆井液總是趨向于向地層漏失或?yàn)V失。 漏失 鉆井液的固相和液相全部進(jìn)入地層的現(xiàn)象。 濾失 鉆井液中只有液相進(jìn)入地層的現(xiàn)象。 失水 鉆井液中的自由水在壓差作用下向井

40、壁巖石的裂隙或孔隙中滲透。 泥餅 鉆井液濾失過(guò)程中留在井壁或者濾膜上的 物質(zhì)。 造壁性 在濾失過(guò)程中，隨著鉆井液中的自由水進(jìn)入巖層，鉆井液中的固相顆粒便附著在井壁形成泥餅。1121141131153. 井下失水過(guò)程時(shí)間累計(jì)失水量T oT 1T 2T 3T 4T 5T 6 V 瞬 V 動(dòng) V 靜h=0hh=chhh=c114116 瞬時(shí)失水 Spurt Loss 鉆井液尚未完全形成之前很短時(shí)間內(nèi)的失水量。特點(diǎn)：時(shí)間短t 2秒)；比例小。115117 動(dòng)失水 Dynamic Filtration 鉆井液循環(huán)時(shí)的失水量。特點(diǎn)： 泥餅形成、增厚與沖蝕處于動(dòng)平衡。 高滲透率 低滲透率 = C 失水速率大

41、、失水量大。116118 靜失水 Static Filtration 井下：鉆井液停止循環(huán)后的失水。 室內(nèi)：指定靜態(tài)條件下，靜失水儀器測(cè)得的失水。特點(diǎn)： 失水速率小、失水量較小。 泥餅厚無(wú)沖蝕作用。117119二、失水造壁性與鉆井工作的關(guān)系1. 失水量過(guò)大兩個(gè)害處： 導(dǎo)致水敏性泥頁(yè)巖縮徑、垮塌。 油氣層內(nèi)粘土水化膨脹使產(chǎn)層滲透率下降，從而損害油氣層。2.泥餅過(guò)厚兩個(gè)害處： 井徑縮小 易引起起下鉆遇阻遇卡。 泥餅粘附卡鉆。3.現(xiàn)場(chǎng)要求泥 餅 薄、密、韌。失水量 適當(dāng)并非越小越好。 對(duì)于一般地層：API失水：10 15 ml/ 30 min； 對(duì)于水敏地層：API失水 5 ml/30 min。11

42、81204. 控制失水量原那么：五嚴(yán)五寬五嚴(yán)： 井深、裸眼長(zhǎng)、礦化度低、油氣層段、易塌層段。五寬： 井淺、裸眼短、礦化度高、非油氣層、穩(wěn)定井段。119121三、鉆井液的靜失水 Static Filtration1. 靜失水方程假設(shè)條件： 泥餅厚度 h 井眼直徑； 濾失過(guò)程為線性關(guān)系 K = C； 濾失為恒溫恒壓過(guò)程。靜失水方程推導(dǎo)： 利用達(dá)西滲濾公式： (1) 式中， vf 濾失量，cm3； t 濾失時(shí)間，s； k 泥餅滲透率，darcy; P 濾失壓力,kg/cm2; 濾液粘度，； h 泥餅厚度，cm； A 濾失面積，cm2。120122 如果一定體積的鉆井液Vm全部濾失完，那么在Vm當(dāng)中，

43、有Vf的濾液體積從Vm中擠壓出去，剩下Vc的泥餅體積擠不出去，于是可以得到： Vm = Vf + Vc = Ah + Vf (2) Vc / Vf = R = 常數(shù) (3) 將2、3式代入達(dá)西公式1中，得到： (4) 對(duì)4式兩邊積分，得： (5)121123 根據(jù)假設(shè)可知，泥餅中干固體體積等于泥餅體積與泥餅中固相體積分?jǐn)?shù)的乘積。即： Vc =hACc 鉆井液中固相體積百分?jǐn)?shù)為：Vc /Vf= hACc/ (hA+Vf) 聯(lián)立解以上兩式，得： (6) 將5式代入達(dá)西公式1中，并積分得：(7) 比較7式與5式，可以看到：Cc /Cm-1 = Vf /Vc 1221242. 影響靜失水的因素 Vf

44、與t的關(guān)系 Relationship Between Filtration and Time理論關(guān)系：在直角坐標(biāo)上任取兩點(diǎn)，可以得到：Vf 與t的關(guān)系t1/20Vft1 1/2Vf1t2 1/2Vf2該式實(shí)際上說(shuō)明了任意時(shí)刻失水量之間的關(guān)系。如果：t1分鐘；t2 =30分鐘；那么： Vf30 = 2Vf7.5123125實(shí)際關(guān)系 實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在直角坐標(biāo)上的直線存在截距 正截距和負(fù)截距。原因分析： 正截距：泥餅未形成之前鉆井液噴失量較大。 負(fù)截距：噴失量很小，缺乏以充滿濾紙和儀器排出管。Larsen 方程： Vf = Vsp + A(ct)1/2根據(jù)： Vf 30 = 2Vf 7.5得到： Vf

45、30 - Vsp = A(c30)1/2 Vf - Vsp = A(c7.5)1/2聯(lián)立解之，得到： Vf 30 = 2 Vf- Vsp Vf 30 = 2 Vf + Vsp 式中： Vf 考慮了瞬時(shí)失水的靜失水量； Vf 未考慮瞬時(shí)失水的靜失水量。t1/2VfVsPVf 與t的關(guān)系124126 Vf 與 P的關(guān)系 Relationship Between Pressure and Filtration Volume理論上： LgVf = 1/2 LgP +1/2 LgC即： Vf P1/2 條件：k = 常數(shù)。實(shí)際上： Vf Px 原因：k 常數(shù)。指數(shù) x 的實(shí)質(zhì)： 反映壓力對(duì)泥餅可壓縮性，

46、x 越小，泥餅可壓縮性越好，k 越小。 x 是直線斜率，一般小于。 x 與固相粒子形狀和大小有關(guān)。一般：粘土：頁(yè)巖：膨潤(rùn)土：x = 0LgP0LgVVf 與 P的關(guān)系125127 Vf 與 的關(guān)系 Relationship Between Viscosity and Filtrate Volume由靜失水方程可知： Vf -1/2 ； 而： 1/ 溫度T所以： Vf = f (T)影響規(guī)律： T Vf 例如：用純水配制的鉆井液，在20 0C與100 0C比較。 T 粘土聚結(jié)和絮凝狀態(tài)改變 k Vf ； 粘土去水化，吸附水 自由水 Vf 。T ，降失水劑要降解，假設(shè)超過(guò)處理劑的抗溫能力，失水量急

47、劇 增加。126128 Vf 與固相含量及類型的關(guān)系Vf (Cc/Cm -1)1/2 顯然，假設(shè)要降低失水量Vf ，可以采取的方法為： 提高鉆井液中的固相含量Cm . 存在問(wèn)題：固含增加，將導(dǎo)致鉆井液流變性變差，同時(shí)，鉆進(jìn)速度降低。 降低泥餅中的固相含量Cc 。 優(yōu)點(diǎn)：泥餅中土少水多束縛水多，水化膜厚，在壓力作用下易變形，可壓縮性大。 結(jié)論：宜選用優(yōu)質(zhì)土配制鉆井液。127129 泥餅厚度h與vf 的關(guān)系 Relatiionship Between Cake Thickness and Filtration影響規(guī)律：a. Vf h 。b. Cc / Cm h ；然而，當(dāng)鉆井液固含 Cm Cc ，

48、h 。 該項(xiàng)影響規(guī)律說(shuō)明鉆井液應(yīng)該優(yōu)選優(yōu)質(zhì)土。C. 當(dāng)固含Cm一定時(shí)，孔隙度 泥餅疏松 h 。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)： 固相粒度分布越寬 h ； 小粒子越多 h 。 128130泥餅薄、密、韌條件： Cc 低 土的膨脹性好。 粒度分布寬。 細(xì)小粒子多。129131 Vf 與 k 的關(guān)系 Relationship Between The Permeability of the Filter Cake( a) K 與 vf 的關(guān)系式 由： 得到： 1式中單位： h cm； Vf cm3 ； ； t s ； P kg/cm2 ； A cm2 ； Vc cm3 ； k darcy (1d =103 md )；130

49、132將上式1換為現(xiàn)場(chǎng)通用單位：代入： k (d ) 103 k( md )； t (s ) 60t (min )。得到： 2再代入： h = Vc /A ； 3最后代入測(cè)定靜失水的API標(biāo)準(zhǔn)條件：A = 45 cm2 ；P = 6.8 kg/cm2 ；t = 30 min。由2式得實(shí)驗(yàn)室計(jì)算滲透率k 的公式： k = 1.999 10 -5 Vf Vc 4由3式得現(xiàn)場(chǎng)計(jì)算 k 的公式： k = 9.038 10 -5 Vf h 5131133( b) K 降失水的關(guān)鍵因素 粒度和粒度分布對(duì)k 的影響規(guī)律： 細(xì)粒子越多，平均粒徑越小，k 越小； 粒度分布越寬，k 越小。 膠體粒子濃度含量對(duì)k

50、的影響規(guī)律： k完全取決于鉆井液中膠體粒子 d 10 -5 m的比例和含量。例如，某種鉆井液中： 如果膠粒濃度高,k = (0.31-1.5)10 -3 md 如果膠粒濃度趨于零,k 高得不能測(cè)定132134五、鉆井液失水造壁性的調(diào)節(jié)與控制調(diào)節(jié)、控制目標(biāo)：Vf 小 ；h 薄、密韌?？刂埔蛩兀?k ( 粒子級(jí)配、膠粒含量 P ( 降低鉆井液當(dāng)量循環(huán)密度 ( 參加高分子聚合物 t ( 縮短浸泡時(shí)間 固含 ( 降低Cm )控制方法：閱讀控制指標(biāo)： 油氣層： API 5 ml；HTHP 15 ml. 易塌層： API 5 ml . 一般地層：VsP 放寬， API 10 ml。133135鉆井液的潤(rùn)滑

51、性能鉆井液的潤(rùn)滑性能通常包括泥餅的潤(rùn)滑性能和鉆井液這種流體自身的潤(rùn)滑性兩方面。鉆井液和泥餅的摩阻系數(shù)，是評(píng)價(jià)鉆井液潤(rùn)滑性能的兩個(gè)主要技術(shù)指標(biāo)。鉆井液的潤(rùn)滑性對(duì)鉆井工作影響很大。鉆井液的潤(rùn)滑性能對(duì)減少卡鉆等井下復(fù)雜情況，保證平安、快速鉆進(jìn)起著至關(guān)重要的作用。134136鉆井液潤(rùn)滑性的影響因素鉆井作業(yè)中摩擦現(xiàn)象的特點(diǎn)(1)邊界摩擦(2)干摩擦(無(wú)潤(rùn)滑摩擦)(3)流體摩擦135137鉆井液潤(rùn)滑性的主要影響因素(1)粘度、密度和固相的影響(2)濾失性、巖石條件、地下水和濾液PH值的影響(3)有機(jī)高分子處理劑的影響(4)潤(rùn)滑劑136138潤(rùn)滑劑的作用機(jī)理1)情性固體的潤(rùn)滑機(jī)理 固體潤(rùn)滑劑能夠在兩接觸面之

52、間產(chǎn)生物理別離，其作用是在摩擦外表上形成一種隔離潤(rùn)滑薄膜，從而到達(dá)減小摩擦、防止磨損的目的。多數(shù)固體類潤(rùn)滑刑類似于細(xì)小滾珠可以存在于鉆柱與井壁之間，將滑動(dòng)摩擦轉(zhuǎn)化為滾動(dòng)摩擦，從而可大幅度降低扭矩和阻力。固體潤(rùn)滑劑在減少帶有加硬層工具接頭的磨損方面尤其有效還特別有利于下尾管、下套管和旋轉(zhuǎn)套管。固體類潤(rùn)滑劑的熱穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性和防腐蝕能力等良好，適于在高溫、但轉(zhuǎn)速較低的條件下使用，缺點(diǎn)是冷卻鉆具的性能較差，不適合在高轉(zhuǎn)速條件下使用。1371392)瀝青類處理劑的潤(rùn)滑機(jī)理 瀝青類處理劑主要用于改善泥餅質(zhì)量和提高其潤(rùn)滑性。瀝青類物質(zhì)親水性弱，親油性強(qiáng)，可有效地涂敷在井壁上、在井壁上形成一層油膜。這樣

53、，即可減輕鉆具對(duì)井壁的摩擦，又可減輕鉆具對(duì)井壁的沖力作用。由于瀝青類處理劑的作用，井壁巖石由親水轉(zhuǎn)變?yōu)樵魉?，所以，可阻止濾液向地層滲透。1381403)液體潤(rùn)滑劑的潤(rùn)滑機(jī)理 礦物油、植物油、外表活性劑竿主要是通過(guò)在金屬、巖石和粘土外表形成吸附膜，使鉆柱與井壁巖石接觸(或水膜接觸)產(chǎn)生的固固摩擦，改變?yōu)榛钚詣┓菢O性端之間或油膜之間的摩擦、或者通過(guò)外表活性劑的非極性端還可再吸附一 層油膜。從而使回轉(zhuǎn)鉆柱與巖石之間的摩阻力大大降低，減少鉆具和其它金屬部件的磨損，降低鉆具回轉(zhuǎn)阻力，其原理如以下圖所示。 極壓(EP)潤(rùn)滑劑在高溫高壓條件下，J可在金屬外表形成一層鞏固的化學(xué)膜，以降低金屬接觸界面的摩阻，從

54、而起到潤(rùn)滑作用。故極壓(EP)潤(rùn)滑刑更適應(yīng)于水平井中高側(cè)壓力情況下，鉆柱對(duì)井壁降摩阻的需要。139141140142本 章 作 業(yè)1. 問(wèn)答題 P225(89)、(90).2. 計(jì)算題 P226(103)、(106)、(107)。3. 選做題 P227(108)、(110)。返 回141143第五章 鉆井液原材料和處理劑本章要求掌握主要內(nèi)容： 1. 配漿土。 2. 無(wú)機(jī)處理劑。 3. 有機(jī)處理劑。 4. 處理劑作用原理和選擇方法。142144第一節(jié) 鉆井液配漿原材料1. 粘土類膨潤(rùn)土膨潤(rùn)土在淡水鉆井液中具有以下作用：(1)增加粘度和切力，提高井眼凈化能力(2)形成低滲透率的致密泥餅，降低濾失量

55、；(3)對(duì)于膠結(jié)不良的地層，可改善井眼的穩(wěn)定性；(4)防止井漏。有機(jī)土有機(jī)土是由膨潤(rùn)土經(jīng)季銨鹽類陽(yáng)離子外表活性劑處理而制成的親油膨潤(rùn)土 海泡石、凹凸棒石、坡縷縞石1431452. 加重材料 用于提高鉆井液密度的物質(zhì)材料。要求：密度大、耐磨損、不增粘、可酸溶。(1)重晶石粉(2)石灰石粉(3)鐵礦粉和鈦鐵礦粉(4)方鉛礦粉3. 配漿水和油144146常 見 固 體 加 重 材 料 的 物 化 性 質(zhì)材料名稱 化學(xué)成分 密度g/cm3 硬度 酸溶性 重晶石 BaSO4 4.0 4.5 2.5 3.5 難溶 赤鐵礦 Fe2O3 4.9 5.3 5.5 6.5 溶 方鉛礦 PbS 7.4 7.7 2.

56、5 2.7 溶 菱鐵礦 FeCO3 3.7 3.9 3.5 4.0 溶 鈦鐵礦 FeTIO3 4.6 5.0 5.0 6.0 溶 石灰石 CaCO3 2.6 2.8 3 溶 磁鐵礦 Fe3O4 5.0 5.2 5.5 6.5 溶返 回145147一、常用的無(wú)機(jī)處理劑1. 純堿2. 燒堿3. 石灰4. 石膏5. 氯化鈣6. 氯化鈉7. 氯化鉀8. 硅酸鈉9. 重鉻酸鈉和重鉻酸鉀10. 酸式焦磷酸鈉和六偏磷酸鈉11. 混和金屬層狀氫氧化物第二節(jié) 無(wú)機(jī)處理劑146148二、無(wú)機(jī)處理劑的作用機(jī)理 1.離子交換吸附 主要是粘土顆粒外表的Na與Ca之間的交換。 2.調(diào)控鉆井液中的PH值 3.沉淀作用 4.

57、絡(luò)合作用 5.與有機(jī)處理鹽生成可溶性鹽 6.抑制溶解的作用147149 按照處理劑的功能分類 稀釋劑 增粘劑 降失水劑 絮凝劑 加重劑 PH值調(diào)節(jié)劑 堵漏劑 乳化劑 消泡劑 潤(rùn)滑劑 緩蝕劑 防塌劑 148 有機(jī)處理劑150處理劑的作用原理一、稀釋劑又稱解絮凝劑1.鉆井液稠化原因 由于粘土顆粒外表與端面性質(zhì)不同： 帶電情況不同 外表帶負(fù)電，端面帶正電。 水化程度不同 外表水化膜厚，端面水化膜薄。Al +Si +149151鉆井液稠化原因： 當(dāng)鉆井液中固相含量高和外界污染改變粘土外表性質(zhì)時(shí)，極易形成：邊 邊、邊 面聯(lián)結(jié)的空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)， 從而造成： 鉆井液結(jié)構(gòu)粘度增加； 網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)包裹大量自由水，流動(dòng)

58、阻力增加。1501522.稀釋劑稀釋機(jī)理 稀釋劑分子通過(guò)靜電吸附、配位鍵吸附吸附在粘土顆粒端面上，改變端面性質(zhì)，拆散網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，從而降低鉆井液結(jié)構(gòu)粘度。具體方法為： 使端面反號(hào) 由帶正電性端面轉(zhuǎn)變?yōu)樨?fù)電性端面。即： 正負(fù)相吸 負(fù)負(fù)相斥+- - - - - - -151153 增強(qiáng)端面水化膜厚度 吸附基吸附在粘土顆粒端面上，水化基給端面帶來(lái)豐厚的水化層，削弱邊 -邊、邊 -面連接，拆散了網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，同時(shí)放出自由水，使粘度降低。152154稀釋劑作用特點(diǎn) 作用于端面，拆散網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。 用量少、效果顯著因?yàn)槎嗣嫔佟?降失水與稀釋作用有時(shí)相一致，有時(shí)不同。 主要降低 0、 s、，不降 s。1531553.常

59、見稀釋劑 單寧酸鈉NaT 磺甲基單寧SMP 鐵鉻木質(zhì)素磺酸鹽 (FCLS) 兩性離子聚合物稀釋劑XY -27 154156鐵鉻木質(zhì)素磺酸鹽 (FCLS)的使用 通常配制成堿液使用。 FCLS堿液的配制FCLS : NaOH = 3 5 :1FCLS + NaOH/FCLS + NaOH混合堿液 = 1/5或1/10 155157 例題 40ml FCLS堿液3：1，1/5中，含固體FCLS多少克？NaOH多少克？解：FCLS+NaOH總重為：1/5 40 = 8 (g) FCLS重量為： 2/(1+2) 8 = 5.3 (g) NaOH重量為：8 - 5.3 = 2.7 (g)答：含F(xiàn)CLS重

60、量為 5.3 g，NaOH重量為 2.7 g。1561584. 稀釋劑選擇方法儀 器: 漏斗粘度計(jì)、旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)。評(píng)價(jià)指標(biāo)： s 、 0 、漏 、 方 法：鉆井液 + 稀釋劑% 測(cè)定性能評(píng)價(jià)指標(biāo)： s 、 0 漏 、 下降157159二、降失水劑分析：降失水 關(guān)鍵是提高泥餅質(zhì)量降低K 固相粒度小Vf膠體粒子濃度充足 保持體系聚結(jié)穩(wěn)定性護(hù)膠 有一定量的橋塞粒子158160泥餅形成過(guò)程 鉆井液流動(dòng) 橋塞粒子 在孔喉架橋的粒子 填充粒子 在橋塞粒子間隙填充的粒子159161降失水劑作用機(jī)理1. 水化膜護(hù)膠 降失水劑在粘土粒子外表形成吸附溶劑化層，保持體系聚結(jié)穩(wěn)定性的作用。機(jī)理：水化膜碰撞阻力膠粒穩(wěn)定