鉆井液的性能及測量

1011第四章 鉆井液的性能及測量鉆井液性能是在衡量鉆井液質(zhì)量的指標(biāo)，只有具備合理性能的鉆井液才能滿足鉆井工程的要求，才能實(shí)現(xiàn)安全、快速、優(yōu)質(zhì)鉆井。依據(jù)API推舉的鉆井液性能測試標(biāo)準(zhǔn)，需檢測的鉆井液常規(guī)性能包括密度、漏斗粘度、塑性粘度、動切力、靜切力、API濾失量、HTHP濾失量、pH值、堿度、含砂量、固相含量、膨潤土含量和濾液中各種離子的質(zhì)量濃度等。第一節(jié) 鉆井液流變參數(shù)的測量與計算鉆井液的流變參數(shù)與鉆井工程有著親熱的關(guān)系，是鉆井液重要性能之一。因此，在鉆井過程中必需對其流變性進(jìn)展測量和調(diào)整，以滿足鉆井的需要。鉆井液的流變參數(shù)主要包括塑性粘度、漏斗粘度、表觀粘度、動切力和靜切力、流性指數(shù)、稠度系數(shù)等?！?、旋轉(zhuǎn)粘度計的構(gòu)造及工作原理圖４－１旋轉(zhuǎn)粘度計測量裝示意圖旋轉(zhuǎn)粘度計是目前現(xiàn)場中廣泛使用的測量鉆井液流變性的儀器。它由電動機(jī)、恒速裝置、圖４－１旋轉(zhuǎn)粘度計測量裝示意圖置和變速裝置合稱旋轉(zhuǎn)局部。在旋轉(zhuǎn)部件上固定一個能旋轉(zhuǎn)的外筒。測量裝置由測量彈簧、刻度盤和內(nèi)筒組成。內(nèi)筒通過扭簧固定在機(jī)體上、扭簧上附有刻度盤，如圖41所示。通常將外筒稱為轉(zhuǎn)子，內(nèi)筒稱為懸錘。測定時，內(nèi)筒和外筒同時浸沒在鉆井液中，它們是同心圓筒，環(huán)隙1mm左右。當(dāng)外筒以某一恒速旋轉(zhuǎn)時，它就帶動環(huán)隙里的鉆井液旋轉(zhuǎn)。由于鉆井液的粘滯性，使與扭簧連接在一起的內(nèi)筒轉(zhuǎn)動一個角度。依據(jù)牛頓內(nèi)摩擦定律，轉(zhuǎn)動角度的大小與鉆井液的粘度成正比，于是，鉆井液粘度的測量就轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)筒轉(zhuǎn)角的測量。轉(zhuǎn)角的大小可從刻度盤上直接讀出，所以這種粘度計又稱為直讀式旋轉(zhuǎn)粘度計。轉(zhuǎn)子和懸錘的特定幾何構(gòu)造打算了旋轉(zhuǎn)粘度計轉(zhuǎn)子的剪切速率與其轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系。依據(jù)范氏儀器公司設(shè)計的轉(zhuǎn)子、懸錘組合(兩者的間隙為117mm)速與剪切速率的關(guān)系為：1 r/min＝1.703s-1 〔4－1〕旋轉(zhuǎn)粘度計的刻度盤讀數(shù)(為圓周上的度數(shù)，不考慮單位)與剪切應(yīng)力(單位為Pa)正比。當(dāng)設(shè)計的扭簧系數(shù)為3.87310

5時，兩者之間的關(guān)系可表示為：＝0.511 (４-2)旋轉(zhuǎn)粘度計有兩速型和多速型兩種。兩速型旋轉(zhuǎn)粘度計用600rmin和300rmin這兩種固定的轉(zhuǎn)速測量鉆井液的剪切應(yīng)力，它們分別相當(dāng)于1022s-1和511s1的剪切速率(由式計算而得)。但是，僅在以上兩個剪切速率下測量剪切應(yīng)力具有肯定的局限性，由于所測得的參數(shù)不能反映鉆井液在環(huán)形空間剪切速率范圍內(nèi)的流變性能。因此，目前國內(nèi)外已普遍使用多速型旋轉(zhuǎn)粘度計。六速粘度計是目前最常用的多速型粘度計，該粘度計的六種轉(zhuǎn)速和與之相對應(yīng)的剪切速率見表4-1轉(zhuǎn)速〔r/min〕剪切速率s-16001022300511200340.7轉(zhuǎn)速〔r/min〕剪切速率s-16001022300511200340.7100170.3610.2235.11為了連續(xù)測量各種剪切速率下的剪切應(yīng)力，NLBaroib公司又研制出從1r/min至600r/min可連續(xù)變速的286型粘度計。對于抗高溫深井鉆井液，常用高溫高壓流變儀等測定高溫高壓條件下的流變性能。二、流變參數(shù)的測量與計算〕表觀粘度的測量與計算依據(jù)表觀粘度的定義，某一剪切速率下的表現(xiàn)粘度可用下式表示：＝/ ＝(0.511 /1.703N)3(1000)＝(300)/N (4－3)a N N式中Nrmin－表示轉(zhuǎn)速為N時的刻度盤讀數(shù)；NmPa2s。a利用式(４-3)，可將任意剪切速率(或轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速)下測得的刻度盤讀數(shù)換算成表觀粘度，常用的六種轉(zhuǎn)速的換算系數(shù)見表４-2表４-2 刻度讀數(shù)與表觀粘度的換算系數(shù)轉(zhuǎn)速/r2min160030020010063換算系數(shù)0.51.01.53.050.0100.0例如，在300r/min時測得刻度盤讀數(shù)為36，則該剪切速率下的表觀粘度等與3631.0＝36〔mPa2s〕6r/min時測得刻度盤讀數(shù)為4.5，則該剪切速率下的表現(xiàn)粘度等于4.5350.0＝225〔mPa2s〕在評價鉆井液的性能時，為了便于比較，假設(shè)沒有特別注明某一剪切速率，一般是指測600r/min時的表觀粘度，即e＝(1/2)600 (4 －4)使用旋轉(zhuǎn)粘度計測定表觀粘度和其它流變參數(shù)步驟如下：將預(yù)先配好的鉆井液進(jìn)展充分?jǐn)嚢?，然后倒入量杯中，使液面與粘度計外筒的刻度線相齊。將粘度計轉(zhuǎn)速設(shè)置在600r/min，待刻度盤穩(wěn)定后讀取數(shù)據(jù)。再將粘度計轉(zhuǎn)速分別設(shè)置在3002001006和3rmin，待刻度盤穩(wěn)定后讀取數(shù)據(jù)。計算各流變參數(shù)。必要時，通過將刻度盤讀數(shù)換算成、將轉(zhuǎn)速換算成，繪制出鉆井液的流變曲線?！乘苄粤黧w流變參數(shù)的測量與計算由測得的600r/min和300r/min的刻度盤讀數(shù)，可以利用以下公式求得塑性粘度和動切力：＝p

—300

(4－5)＝0.511(0

—) (4 －6)p式中p

的單位為mPa2s0

的單位為Pa。其推導(dǎo)過程如下：如前所述，塑性粘度是塑性流體流變曲線中直線段的斜率，600r/min和300r/min所對應(yīng)的剪切應(yīng)力應(yīng)當(dāng)在直線段上。因此＝(p

—

)／(

— )300＝[0.511(

600

)／(1022－511)]31000＝600

—300依據(jù)賓漢模式，0

＝－p

因此0

—600

600＝0.511

—[0.511(

600

—

)／(1022－511)]31000＝0.511(2

300

)600＝0.511(

—)300 p此外，塑性流體的靜切力用以下方法測得：將經(jīng)充分?jǐn)嚢璧你@井液靜置1min(或10s)3rmin的剪切速率下讀取刻度盤的最大偏轉(zhuǎn)值；再重攪拌鉆井液，靜置10min后重復(fù)上述步驟并讀取最大偏轉(zhuǎn)值。最終進(jìn)展以下計算；初切(初

)＝0.511〔1min或10s〕 (４－7)3終切( )＝0.511(10min) ( ４－8)終 3式中， 和 的單位均為Pa。初 終〕假塑性流體流變參數(shù)的測量與計算同樣地，由測得的600r/min和300r/min的刻度盤讀數(shù)，可分別兩式求得冪律模式的兩個流變參數(shù)，即流性指數(shù)(n)和稠度系數(shù)(K)n＝3.3221g(

/

) (４－9)K＝(O.511n為無因次量；K的單位為Pa2sn。以上兩式的推導(dǎo)過程如下：將冪律模式等號兩邊同時取對數(shù)，得到lg＝lgK＋nlg

)/511n

(４－10)以lg為縱坐標(biāo)，以lg為橫坐標(biāo)，得始終線方程，在該直線上任意取兩點(diǎn)，解聯(lián)立方程：lg1＝lgK＋nlg1lg＝lgK＋nlg2 2可得n＝(lg2

—lg1

)／(lg2

—lg1

)＝1g(／2

)／lg(2

／)1式中，2

2

是對應(yīng)于兩種不同轉(zhuǎn)速時的粘度計刻度盤讀數(shù)和剪切速率。假設(shè)將600r/min300r/min的有關(guān)數(shù)據(jù)代入上式，可得：n＝lg(

/

)／lg(1022／511)＝3.322lg(

600

/ )300由冪律公式＝Kn

，假設(shè)取N＝300r/min，則

＝1.7033300＝511(s

1)；又由

＝3000.511

假設(shè)K的單位取mPa2snK＝/n＝(0.511

300

)／511n例4-1 使用旋轉(zhuǎn)粘度計，測得某種鉆井液的粘度、塑性粘度、動切力、流性指數(shù)和稠度系數(shù)。

＝36，

＝26，試求該鉆井液的表觀解：將測得的刻度盤讀數(shù)分別代入有關(guān)公式，可求得：e

＝0.5336＝18(mPa2s)p

＝36－26＝10(mPa2s)＝0.511(0

—)＝0.5113(26－10)＝8.18(Pa)pn＝3.3221g(

/600

)＝3.322lg(36/26)＝0.47K＝(O.511

)/511

n＝(0.511326)／5110.47＝0.71(Pa2sn)需要指出，以上使用

和300

計算的n、K值，其對應(yīng)的剪切速率與鉆井液在鉆桿內(nèi)的流淌狀況大致相當(dāng)，可稱為中等剪切速率條件下的n、K值。然而，人們更關(guān)心的是環(huán)形空間的n、K值，由于它們直接影響鉆井液懸浮和攜帶鉆屑的力量，并且是計算環(huán)空壓降和判別流型的重要參數(shù)。較低剪切速率下的n、K值同樣可以依據(jù)六速粘度計測得的數(shù)據(jù)進(jìn)展計算，第二、三組的鉆速分別為200100rmin和6、3rminn＝3.322lg(

／

) (４－11)K＝(0.511

)／170n (４－12)n＝3.3221g(6

／) (４－13)3K＝(0.5ll

)／5.11n (４－14)3例4-2用旋轉(zhuǎn)粘度計測得某鉆井液在6003002001006和3rmin的刻度盤讀數(shù)分別為362822175.5和4.5，試分成三組計算鉆井液的流性指數(shù)和稠度系數(shù)。解；第一組轉(zhuǎn)速為600、300r／min，在例4-1中已求得n1＝0.47，K1＝0.71Pa2sn。其次、三組的鉆速分別為200100r/min和6、3rmin，分別代入〔3-18〕～(3-21)可求出對應(yīng)的n、K值。n2＝3.3221g(200／100)＝3.3223lg(22／17)＝0.37K2＝(0.511100)／170n＝(0.511317)／170n＝1.30(Pa2sn)n3＝3.3221g(6／3)＝3.3223lg(5.5／4.5)＝0.29K3＝(0.5ll3)／5.11n＝(0.51134.5)／5.110.29＝1.43(Pa2sn)從以上計算結(jié)果可知，隨著剪切速率減小，鉆井液的n值趨于減小，K值趨于增大。為了更準(zhǔn)確地測定鉆井液在環(huán)空的n、K值，可首先用286型無級變速流變儀，在1～1022s1剪切速率范圍內(nèi)測出10個以上的點(diǎn)，然后果用計算的方法確定環(huán)空的n、K值。例如，先取剪切速率為80～120s1兩點(diǎn)，或通過計算確定其n、K值。再用下式求出鉆井液在環(huán)空的剪切速率： ＝[(2n＋1)／3n][12/(D－D)] (４－15)環(huán) 2 1式中 －環(huán)空的剪切速率，s-1；環(huán)cm/sD－鉆桿外徑，cm2Dcm1假設(shè)求出的 正好在所取的80~120s-1環(huán)

剪切速率范圍內(nèi)，則說明所確定的n、K值是比較淮確的。假設(shè) 未落在此范圍內(nèi)，則另取一段按同樣程序試算，直至 落入所取的剪切速率范環(huán) 環(huán)圍時為止?！晨ㄉ髯儏?shù)的測量與計算卡森流變參數(shù)和 同樣使用旋轉(zhuǎn)粘度計測得，測量時的轉(zhuǎn)速一船選用600r/min和100c ∞r(nóng)/min(分別相當(dāng)于剪切速率1022s-1和170s1)。經(jīng)推導(dǎo)，其計算式如下：c

100

)1/2－

1/2] ( ４－16) 1/2＝1.195(∞

600

100

1/2) ( ４－17)式中 c

的單位為Pa∞

的單位為mPa2s。例4-3 密度為1.228g/cm3的分散鉆井液，用旋轉(zhuǎn)粘度計測得其

＝76，

＝25.5，試汁算該鉆井液的卡森模式參數(shù)c

和 ?！藿猓簩l件代入式(3-24)和(3-25)，可分別求得；1/2＝0.493[(6c＝3.24(Pa)c

)1/2－

1/2]＝0.4393[(6325.5)1/2－761/2]＝1.800(Pa)1/2 1/2＝1.195(∞

1/2)＝1.195(761/2－25.51/2)＝4.383(mPa?s)1/2 ＝19.21mPa2s∞閱歷說明，在使用低固相聚合物鉆井液時，為了滿足快速、安全鉆井的要求，將卡森流變參數(shù)保持在以下范圍內(nèi)是必要的，并且也是可能的，即c

＝0.6～3.0Pa；∞

＝2.0～6.0mPa2s；環(huán)

＝20～30mPa2s；Im

＝300～600〕赫謝爾-巴爾克萊流變參數(shù)測定通常由旋轉(zhuǎn)粘度計3r/min時測得的刻度盤讀數(shù)

，可以近似地確定3

值。再加上600r/min和300r/min的讀數(shù)(

和

)，便可由以下三式分別求得y

、nK：＝0.511y 3

(４－18)n＝3.322lg[(

600

—)／(3

—)] (４－19)3K＝0.511(

－)／511n (４－20)3式中 y的單位為Pa，n無因次量，K的單位為Pa2sn漏斗粘度是指肯定體積的鉆井液通過規(guī)定尺寸小孔所用的時間，其單位為s。它是用定量鉆井液從漏斗中流出的時間來表示鉆井液粘度。在鉆井過程中，鉆井液的漏斗粘度是需要常常測定的重要參數(shù)。由于測量方法簡潔，使用便利，經(jīng)濟(jì)耐用，可直觀反映鉆井液粘度的大小，因此，至今幾乎每個井隊仍配備有漏斗粘度計。漏斗粘度使用一種特制的漏斗粘度計測量，常用的漏斗粘度計有范氏漏斗粘度計的馬氏漏斗粘度計等。1〕范氏漏斗粘度計范氏漏斗粘度計來由漏斗、篩網(wǎng)、鉆井液杯和出口管組成，篩網(wǎng)孔為１６目〔〕，其外觀擴(kuò)規(guī)格如圖4-2所示。圖４－2 漏斗粘度計 測定步驟如下：〔〕檢查并校驗(yàn)。測量鉆井液前首先應(yīng)檢查漏斗、出口管以及鉆井液杯是否完好，出口內(nèi)有無堵塞。漏斗粘度計的準(zhǔn)確度常用純水進(jìn)展校正。在常溫下，純水的漏斗粘度為15s±0.2s(２)用鉆井液量杯的上端(500ml)與下端(200ml)準(zhǔn)確量取700ml鉆井液。將左手食指堵住漏斗口，使鉆井液通過篩網(wǎng)后流入漏斗中。(３)將鉆井液量杯500mL的一端置于漏斗口的下方；在松開左手食指的同時右手按動秒表。留意在鉆井液流出過程中，始終使漏斗保持直立。(４)待鉆井液量杯500ml的一端流滿時，按動秒表記錄所需時間。所記錄的時間〔s〕即為漏斗粘度?！病硨x器清洗干凈。管口堵塞時不能用硬物去通，可用嘴吹、水沖或用軟木條處理。2〕馬氏漏斗粘度計馬氏漏斗粘度是指946ml(一夸脫等于946ml)鉆井液從漏斗流出時間。馬氏漏斗粘度計由有漏斗、12目〔1.6mm〕篩網(wǎng)、946ml標(biāo)準(zhǔn)量筒和2023ml鉆井液杯組成。鉆井液杯篩網(wǎng)底以下容量為1500ml。其標(biāo)準(zhǔn)度為當(dāng)向漏斗注入1500ml標(biāo)準(zhǔn)蒸餾水時，流出946ml標(biāo)準(zhǔn)蒸餾水的時間為260.5s，以此作為校驗(yàn)漏斗粘度計的標(biāo)準(zhǔn)。測量步驟：〔1〕檢查并校驗(yàn)?！?〕用手指堵住漏斗下部的流出口，將取的鉆井液經(jīng)篩網(wǎng)注入直立的漏斗中，直到鉆井液液面到達(dá)篩網(wǎng)底部為止?！病骋崎_手指并同時啟動秒表，測量鉆井液流至量杯中的946ml刻度線所需要的時間?！?〕測量并記錄鉆井液溫度，以℃表示?！?〕以秒為單位記錄馬氏漏斗粘度。需要留意，在鉆井液從漏斗口流出的過程中，隨著漏斗中液面漸漸降低，流速不斷減小，因此不能在某一固定的剪切速率下進(jìn)展粘度測定。正是由于這一緣由，使漏斗粘度不能像從旋轉(zhuǎn)粘度計測得的數(shù)據(jù)那樣作數(shù)學(xué)處理，也無法與其它流變參數(shù)進(jìn)展換算。漏斗粘度只能用來判別在鉆井作業(yè)期間各個階段粘度變化的趨向，它不能說明鉆井液粘度變化的緣由，也不能作為對鉆井液進(jìn)展處理的依據(jù)。即使如此，漏斗粘度至今仍舊與其它流變參數(shù)結(jié)合在一起，共同表征鉆井液的流變性。其次節(jié) 鉆井液的濾失造壁性測量—、濾失性能的評價方法濾失性能包括濾失量和濾餅質(zhì)量。靜濾失量評價，國內(nèi)外通常承受API濾失量測試裝置，包括低溫低壓和高溫高壓濾失儀兩種；動濾失量目前尚未建立評價標(biāo)準(zhǔn)，所用的儀器有動濾失儀以及各自研制的動濾失裝置。二、API氣壓濾失儀API濾失量測定儀是用于測定鉆井液在常溫及0.698MPa(７kg/cm2)壓力下，30分鐘時間內(nèi)通過直徑為75mm的濾失面積的標(biāo)準(zhǔn)濾失量〔HAPI濾失量〕的一種儀器。此儀器裝在儀器箱中主要由氣源總體部件、安裝板、減壓閥、壓力表、放空閥、鉆井液杯和量筒等組成，其構(gòu)造如圖43所示。為了獲得可比性結(jié)果，有時需要使用直徑為90mm的符合標(biāo)準(zhǔn)的濾紙。圖4－3 API氣壓濾失儀構(gòu)造示意圖1－氣源總體部件；234－壓力表；56－鉆井液杯；78API氣壓失水儀的使用方法〔〕從箱中取出儀器，把氣源總成懸掛在儀器箱的箱沿上，然后關(guān)閉減壓閥和放空閥?！病辰雍脷馄抗芫€，并使其與氣源總成連接，順時針旋轉(zhuǎn)減壓閥手柄，使壓力表指示的壓力低于0.698MPa〔～kg/cm2〕〔〕將鉆井液杯口向上放置，用食指堵住鉆井液杯上的小氣孔，并倒入鉆井液，使液面與杯內(nèi)環(huán)形刻度線相平，然后將“O”橡膠墊圈放在鉆井液杯內(nèi)臺階處，鋪平濾紙，順時針方向擰緊底蓋卡牢。然后再將鉆井液杯倒轉(zhuǎn)，使氣孔向上，濾液引流嘴向下，逆時針方向轉(zhuǎn)動鉆井液杯90°裝入三通接頭，并且卡好掛架及量筒?！病晨焖賹⒎趴臻y退回三圈，微調(diào)減壓閥手柄，使壓力表指示為0.698MPa，并同時按動秒表記錄時間?！病吃跍y量過程中應(yīng)將壓力保持為0.698MPa?！病?0min后測試完畢，切斷壓力源。如用氣彈，則可將減壓閥關(guān)閉，由放氣閥將杯14中的壓力放掉，再按任意方向轉(zhuǎn)動 圈，取下鉆井液杯14〔〕測量高溫高壓濾失量測定儀結(jié)果處理測量30min，量筒中所接收的濾液體積就是所測標(biāo)準(zhǔn)濾失量。有時為了縮短測量時間，一般測量7.5min,其濾失體積乘以２即是所測濾失量，以“Bml濾失量測量完畢后，應(yīng)留神卸開泥漿杯，倒掉鉆井液并取下濾紙，盡可能削減對濾紙的損壞；用緩慢水流沖洗濾紙上的泥餅，然后用鋼板尺測量并記錄濾失量測量完畢后，應(yīng)留神卸開鉆井液杯，倒掉鉆井液并取下濾紙，盡可能削減對濾紙的損壞；用緩慢水流沖洗濾紙上的濾餅，然后測量并記錄濾餅厚度。測量30min，所得濾餅厚度即是鉆井液濾餅厚度；假設(shè)測7.5min,則所得濾餅乘以２即是所測鉆井液濾餅厚度。同時對濾餅的外觀進(jìn)展描述，如硬、軟、韌、致密等。三、高溫高壓濾失量測定儀對于深井鉆井液,必需測量高溫高壓條件下的濾失量〔HTHP濾失量〕。測量鉆井液高溫高壓濾失量常用高溫高壓濾失量測定儀。API給出了測量高溫高壓條件下API濾失量的標(biāo)準(zhǔn)，測量儀器為高溫高壓濾失儀，測量壓差為3.5MPa，測量時間為30min，由于滲濾面積只有低溫低壓濾失儀的一半，因此，依據(jù)API標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)將30min的濾失量乘以2才是HTHP濾失量，其單位為ml。當(dāng)溫度低于204℃時，使用一種特制的濾紙，當(dāng)溫度高于204用一種金屬過濾介質(zhì)或相當(dāng)?shù)拇┛走^濾介質(zhì)盤。目前國內(nèi)常用青島生產(chǎn)的GGSGGS42-2型高溫高壓濾失儀。例4-4 使用高溫高壓濾失儀測得1.0min的濾失量6.5ml，7.5min的濾失量為14.2ml。試確定這種鉆井液在高溫高壓條件下的瞬時濾失量和HTHP濾失量?解：使用該儀器時的瞬時濾失量可由兩點(diǎn)式直線方程求得，即V＝6.5－(14.2－6.5)/(7.50.5－1.00.5)10.5＝2.07(m1)sp由于V不行無視，30min的濾失量可以由下式求得：spV＝2(V－V)＋V30 7.5 sp sp＝2(14.2－2.07)＋2.07＝26.33(m1)考慮面積因素之后，可以確定在高溫高壓條件下測得該鉆井液的瞬時濾失量為4.14m1，HTHP濾失量為52.66m1。四、動濾失量測定儀目前使用較多的動態(tài)濾失儀有170-50型動態(tài)濾失儀和范-90動態(tài)濾失裝置。前者是利用轉(zhuǎn)動的葉片來使鉆井液流淌，滲濾介質(zhì)為濾片。后者則使用泵使鉆井液循環(huán)流淌，過濾介質(zhì)為陶瓷濾芯，可用于測量模擬鉆井條件下，當(dāng)濾餅被沖蝕速度與沉積速度相等時的動態(tài)濾失量。國內(nèi)研制了不同型號的動濾失量測定儀，全部動濾失裝置同時都具有模擬高溫高壓的功能。第三節(jié) 鉆井液的pH值和堿度—、鉆井液的pH鉆井液的pH值表示鉆井液的酸堿性。通常用pH試紙測量，要求的精度較高時，可使用pH計測量。pH值對鉆井液性能的影響由于酸堿性的強(qiáng)弱直接與鉆井液中粘土顆粒的分散程度有關(guān)，因此pH值在很大程度上會影響鉆井液的粘度、切力和其他性能參數(shù)。圖4-4表示經(jīng)預(yù)水化的膨潤土基漿(其中膨潤土含量為57.1kg/m3)的表現(xiàn)粘度隨pH值的變化。444pH值對膨潤土表觀粘度的影響由圖可知，當(dāng)pH值大于9時，表現(xiàn)粘度隨pH值上升而劇增。緣由是當(dāng)pH值上升時，會有更多OH被吸附在粘土晶層的外表，進(jìn)一步增加外表所帶的負(fù)電性，從而在剪切作用下使粘土更簡潔水化分散。在實(shí)際應(yīng)用中，大多數(shù)鉆井液的pH值要求掌握在8～11之間，即維持一個較弱的堿性環(huán)境。這主要是由于有以下幾方面的緣由：①可減輕對鉆具的腐蝕，②可預(yù)防因氫脆而引起的鉆具和套管的損壞，③可抑制鉆井液中鈣、鎂離子的溶解；④有相當(dāng)多的處理劑需在堿性介質(zhì)中才能充分發(fā)揮其效能．如單寧類、褐煤類和木質(zhì)素磺酸鹽類處理劑等。對不同類型的鉆井液，所要求的pH范圍也有所不同。一般要求分散鉆井液的pH值在10以上，含有石灰的鈣處理鉆井液的pH值多掌握在11～12，含石膏的鈣處理鉆井液的pH值多掌握在9.5～10.5，而在很多狀況下，聚合物鉆井液的pH值只要求掌握在7.5～8.5pH值的調(diào)整提高pH值的方法是參加燒堿〔NaOH〕、純堿〔NaCO〕、熟石灰〔Ca(OH)〕2 3 2物質(zhì)。常溫下，10%NaOH水溶液，pH＝12.910%NaCO水溶液，pH＝11.1Ca(OH)2 3 2水溶液,pH＝12.1；假設(shè)是石膏侵、鹽水侵造成的pH值降低，可參加高堿比的煤堿液、單寧堿液等進(jìn)展處理，其優(yōu)點(diǎn)是既能提高pH值，又能降低粘切和濾失量，使鉆井液性能變好。降低pH值，現(xiàn)場中一般不加無機(jī)酸，而是加弱酸性的單寧粉或栲膠粉。二、鉆井液的堿度由于使鉆井液維持堿性的無機(jī)離子除OH外，還可能有HCO3,CO32等離子,而pH值并不能完全反映鉆井液中這些離子的種類和質(zhì)量濃度。因此在實(shí)際應(yīng)用中，除使用pH值外，還常使用堿度來表示鉆井液的酸堿性。引入堿度參數(shù)主要有兩點(diǎn)好處：一是由堿度測定值可以較便利地測定鉆井液濾液中OH、HCO3和CO32等三種離子的含量，從而可以推斷鉆井液堿性的來源。二是可以確定鉆井液體系中懸浮石灰的量〔即儲藏堿度。API測定標(biāo)準(zhǔn)堿度是指溶液或懸浮體對酸的中和力量，為了建立統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，API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(qiáng)弱。酚酞的變色點(diǎn)為pH＝8.3。在進(jìn)展滴定的過pH值降至該值時，酚酞即由紅色變?yōu)闊o色。因此，能夠使pH值降至8.3所需的酸量被稱作酚酞堿度。鉆井液及其濾液的酚酞堿度分別用符號P和P表示。甲基橙的變色點(diǎn)為m fpH＝4.3pH值降至該值時，甲基橙由黃色變?yōu)槌燃t色。能使pH值降至4.3所需的酸量，則被稱作甲基橙堿度。鉆井液及其濾液的甲基橙堿度分別用符號M和M表示。m f按API推舉的試驗(yàn)方法，要求對P、P和M分別進(jìn)展測定。并規(guī)定以上三種堿度的值，m f f均以滴定1ml樣品〔鉆井液或?yàn)V液〕所需的0.02N〔0.01M〕HSO的毫升數(shù)來表示，毫升單位2 4通?？梢允÷浴Ｓ蓽y出的P和M可計算出鉆井液濾液中OH、HCOCO2的濃度。其依據(jù)在于，當(dāng)pHf f 3 3＝8.3時，以下反響已根本進(jìn)展完全：OH-+H+＝HO2CO2-+H+＝HCO-3 3而存在于溶液巾的HCO-3

不參與反響，當(dāng)連續(xù)用HSO溶液滴定至pH＝4.3HCO與H+的2 4 3反響也已經(jīng)根本進(jìn)展完全。即HCO

-+H+ CO+HO3 2 2假設(shè)測得的結(jié)果為M＝P，表示濾液的堿性完全由OH所引起；假設(shè)測得的P＝0,表示堿性完f f f全由HCO引起；如M＝2P，則表示濾液中只含有CO2。明顯，以上狀況是比較特別的。在3 f f 2—般狀況下，鉆井液濾液中這三種離子的質(zhì)量濃度可按表4-3中的有關(guān)公式進(jìn)展計算。但需留意，有時鉆井液濾液中存在著某些易與H起反響的其他無機(jī)離子(如SiO2、PO3等)和有3 4機(jī)處理劑，這樣會使M和P的測定結(jié)果產(chǎn)生肯定誤差。f fP＝0P＝0f001220Mf2P<Mf01220P1220(Mff—2P)f f2P＝Mf01220P0ff2P>Mf340(2Pf—M)f f1220(M—P)f f0P＝Mf340M00ff

-、CO2-、HCO-質(zhì)量濃度估量值3 3條件[HO-]/mg2l-1[CO2-]/mg2l-1[HCO-]/mg2l-133測定堿度的另一目的是依據(jù)測得的P和P值確定鉆井液中懸浮固相的儲藏堿度。所謂儲f m備堿度，主要是指未溶石灰構(gòu)成的堿度。當(dāng)pH值降低時，石灰會不斷溶解，這樣一方面可為鈣處理鉆井液不斷地供給Ca2，另一方面有利于使鉆井酸的pH值保持穩(wěn)定。鉆井液的儲藏堿度通常用體系中未溶Ca(OH)的含量表示，其計算式為2儲藏堿度(kg/m式中 f－鉆井液中水的體積分?jǐn)?shù)。ww

3)＝0.742(P－fP) (4-21)m w f例4-5 對某種鈣處理鉆井液的堿度測定結(jié)果為：用0.02N(0.01M)H SO，滴定1.0ml鉆2 4井液濾液，需1.0m1HSO到達(dá)酚酞終點(diǎn)，1.1m1HSO到達(dá)甲基橙終點(diǎn)。再取鉆井液樣品，用2 4 2 4蒸餾水稀釋至50m1，使懸浮的石灰全部溶解。然后用0.02N(0.01M)HSO進(jìn)展滴定，到達(dá)2 4酚酞終點(diǎn)所消耗的HSO為7.0ml。鉆井液的總固相含量為100，試計算2 4鉆井液中懸浮Ca(OH)的量。2解：懸浮Ca(OH)的量即鉆井液的儲藏堿度。依據(jù)堿度測定結(jié)果可知，P＝1.0M＝1.12 f fP＝7.0f＝10.10＝0.90。由式(11)可求得：m w懸浮Ca(OH)的量＝0.742[7.0(0.90)3(1.0)]＝4.526(kg/m3)2依據(jù)現(xiàn)場閱歷，鈣處理鉆井液中懸浮石灰的量一般保持在3～6kg/m3范圍內(nèi)較為適宜，可見該鉆井液中所保持的量符合要求。由于該例中測得的P和M值格外接近，說明濾液中f fHCO-和CO2-幾乎不存在．濾液的堿性主要是由于OH-的存在而引起的。3 3２．與鉆井液應(yīng)用的關(guān)系在鉆井液中HCO-和CO2-均為有害離子，它們會破壞鉆井液的流變性和降濾失性能，因此3 3應(yīng)盡量子以去除。用M和P的比值可相對表示它們的污染程度。當(dāng)M/P＝3時，說明CO2-f f f f 3濃度較高，即已消滅CO2污染；如果M/P5，則為嚴(yán)峻的CO2污染。根據(jù)其污染程度，可3 f f 3實(shí)行相應(yīng)的處理措施。pH值與這兩種離子的關(guān)系是：當(dāng)pH11.3時，HCO幾乎不存在；當(dāng)3pH8.3時，則只存在HCO。因此，在pH＝8.3～11.3時，這兩種離子可以共存。3在實(shí)際應(yīng)用中，也可用堿度代替pH值，表示鉆井液的酸堿性。具體要求是：①一般鉆井液的P最好保持在1.3～1.5m1；②飽和鹽水鉆井液的P保持在1m1以上即可，而海水鉆井f f液的P應(yīng)掌握在1.3～1.5m1；深井抗高溫鉆井液應(yīng)嚴(yán)格掌握CO2的含量，一般應(yīng)將M/P的f 3 f f值掌握在3以內(nèi)。第四節(jié) 鉆井液密度和含砂量—、鉆井液密度鉆井液的密度是指單位體積鉆井液的質(zhì)量ρg/cm3kg/m3。鉆井液密度是確保安全、快速鉆井和保護(hù)油氣層的一個格外重要的參數(shù)。通過鉆井液密度的變化，可調(diào)整鉆井液在井筒內(nèi)的靜液柱壓力，以平衡地層孔隙壓力。有時亦用于平衡地層構(gòu)造應(yīng)力，以避開井塌的發(fā)生。假設(shè)密度過高，將引起鉆井液過度增稠、易漏失、鉆速下降、對油氣層損害加劇和鉆井液本錢增加等一系列問題；而密度過低則簡潔發(fā)生井涌甚至井噴，還會造成井塌、井徑縮小和攜屑力量下降。因此，在一口井的鉆井工程設(shè)計中，必需準(zhǔn)確、合理地確定不同井段鉆井液的密度范圍，并在鉆進(jìn)過程中隨時進(jìn)展測量和調(diào)整。１．鉆井液密度測量鉆井液密度是用一種特地設(shè)計的鉆井液密度計測得的，如圖45所示。鉆井液密度計由秤桿、主刀口中、鉆井液杯、杯蓋、游碼、校正筒、水平泡和帶有主刀墊的支架組成。鉆井ml。鉆井液密度計的測量范圍為０.９５～g/cm。秤桿上的刻g/cm，秤桿上帶有水平泡，測量時用來調(diào)整水平。圖4－5 鉆井液密度計12－主刀口；3－鉆井液杯；4－杯蓋；5－校正筒；6789〕密度計的使用方法〔〕放好密度的支架，使之盡可能保持平衡?！病硨⒋郎y鉆井液注滿清潔的鉆井液杯?！病成w好鉆井液杯蓋，并緩慢擰動壓緊，使多余的鉆井液從杯蓋的小孔中漸漸流出?！病秤么竽粗笁鹤”w孔，清洗杯蓋及秤桿上的鉆井液并用棉紗擦凈?！病硨⒚芏扔嫷闹鞯犊谥糜谥鞯秹|上，移動游碼，使秤桿呈水平狀態(tài)〔即水平泡在兩線中心〕〔〕讀數(shù)并記錄。在游碼的左邊邊緣讀出所示刻度，就是待測鉆井液的密度?！病城逑锤蓛??！趁芏扔嫷男Ｕ郎y定前要先用清水標(biāo)定。其方法是：在鉆井液杯中注滿清水〔理論上是４℃時的純水，一般可用２０℃以下的清潔淡水〕，蓋上蓋擦干，置于刀架上。當(dāng)游碼內(nèi)側(cè)對準(zhǔn)密度１.００g/cm3的刻度線時，秤桿呈水平狀態(tài)，說明密度計是準(zhǔn)確的，否則旋開校正筒上蓋，增減其中鉛粒，直至水平泡處于兩線中心，稱出淡水密度為１.00g/cm3時為止?！呈褂昧粢馐马?xiàng)〔〕保持密度計清潔干凈，以保證測量結(jié)果的準(zhǔn)確性?！病骋３Ｓ靡?guī)定的清水進(jìn)展校正?！病呈褂煤?，密度計的刀口不能放在支架上，要保護(hù)好刀口中，不得使其腐蝕磨損，以免影響測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性?！病沉粢獗Ｗo(hù)好水平泡，不能碰撞，以免損壞。２．鉆井液密度調(diào)整〔〕參加重晶石等加重材料是提高鉆井液密度最常用的方法。在加重前，應(yīng)調(diào)整好鉆井液的各種性能，特別要嚴(yán)格掌握低密度固相的含量。一般狀況下，所需鉆井液密度越高，則加重前鉆井液的固相含量及粘度、切力應(yīng)掌握得越低。參加可溶性無機(jī)鹽也是提高密度較常用的方法。如在保護(hù)油氣層的清潔鹽水鉆井液中，通過參加NaCl，可將鉆井液密度提高至1.20g/cm3左右?！病碁閷?shí)現(xiàn)平衡壓力鉆井或欠平衡壓力鉆井，有時需要適當(dāng)降低鉆井液的密度。通常降低密度的方法有以下幾種：①最主要的方法是用機(jī)械和化學(xué)絮凝的方法去除無用固相，降低鉆井液的固相含量。②加水稀釋。但往往會增加處理劑用量和鉆井液費(fèi)用。③混油。但有時會影響地質(zhì)錄井和測井解釋。④鉆低壓油氣層時可選用充氣鉆井液等。二、鉆井液含砂量鉆井液含砂量是指鉆井液中不能通過200目〔cm2〕篩網(wǎng)，即粒徑大于74μm的砂粒占鉆井液總體積的百分?jǐn)?shù)，用“N”表示。在現(xiàn)場應(yīng)用中，該數(shù)值越小越好，一般要求掌握在0.5１．含砂量過大對鉆井過程的危害①使鉆井液密度增大，對提高鉆速不利。②使形成的泥餅松軟，導(dǎo)致濾失量增大，不利于井壁穩(wěn)定，井影響固井質(zhì)量。③泥餅中粗砂粒含量過高會使泥餅的摩擦系數(shù)增大，簡潔造成壓差卡鉆。④增加對鉆頭和鉆具的磨損，縮短其使用壽命。鉆井液含砂量通常是用一種特地設(shè)計的含砂量測定儀進(jìn)展測量的。該儀器由一個帶刻度的刻度瓶和一個帶漏斗的篩網(wǎng)筒組成，所用篩網(wǎng)為200目。其構(gòu)造如圖４－6所示。測量方法：

圖4－6 篩洗法含砂儀〔〕將肯定體積〔mlml〕的鉆井液注入刻度瓶中，然后注入清水至刻度線?！病秤檬侄伦∑靠诓⒂昧φ袷?，然后將容器中的流體倒入篩網(wǎng)筒過篩?！病澈Y完后把漏斗套在篩網(wǎng)筒上反轉(zhuǎn)，漏斗嘴插入玻璃容器，將不能通過篩網(wǎng)的砂粒用清水沖入玻璃容器中?！病炒傲Ｈ砍恋砗笞x出體積刻度。錐體中下部的刻度線為含砂量體積百分?jǐn)?shù)的分ml鉆井液，讀數(shù)乘以2就是所測鉆井液的含砂量。也可用下式求出鉆井液含砂量N。N＝(V ／V )3100％ (4-22)砂粒 鉆井液降低鉆井液含砂量的方法：〔〕機(jī)械除砂。充分利用振動篩、除砂器、除泥器等設(shè)備，對鉆井液的固相含量進(jìn)展有效的掌握?！病郴瘜W(xué)除砂。通過參加化學(xué)絮凝劑，將細(xì)小砂粒變大，再協(xié)作機(jī)械設(shè)備除之。常用的絮凝劑有聚丙烯酰胺或局部水解聚丙烯酰胺等。第五節(jié) 鉆井液固相含量測量、鉆井液固相含量鉆井液固相含量通常用鉆井液中全部固相的體積占鉆井液總體積的百分?jǐn)?shù)來表示。固相含量的凹凸以及固相顆粒的類型、尺寸和性質(zhì)均對鉆井時的井下安全、鉆井速度及油氣層損害程度等有直接的影響。因此，在鉆井過程中必需對其進(jìn)展有效的掌握。１．鉆井液中固相的類型般狀況下，鉆井液中存在著各種不同組分、不同性質(zhì)和不同顆粒尺寸的固相。依據(jù)其性質(zhì)的不同，可將鉆井液中的固相分為兩種類型，即活性固相和惰性固相。但凡簡潔發(fā)生水化作用或易與液相中某些組分發(fā)生反響的稱為活性固相，主要是指膨潤土。但凡不簡潔發(fā)生水化作用或不易與液相中某些組分發(fā)生反響的稱為惰性固相，主要包括石英、長石、重晶石以及造漿率極低的粘土等。除重晶石外，其余的惰性固相均被認(rèn)為是有害固相，是需要盡可能加以去除的物質(zhì)。２．鉆井液固相含量與井下安全的關(guān)系在鉆井過程中，由于被裂開巖屑的不斷積存，特別是其中的泥頁巖等易水化分散巖屑的大量存在，在固控條件不具備的狀況下，鉆井液的固相含量會越來越高。過高的固相含量往往對井下安全造成很大的危害。使鉆井液流變性能不穩(wěn)定，粘度、切力偏高，流淌性和攜巖效果變差。使井壁上形成厚的泥餅，而且質(zhì)地疏松，摩擦系數(shù)大，從而導(dǎo)致起下鉆遇阻，簡潔造成粘附卡鉆。濾餅質(zhì)量不好會使鉆井液濾失量增大，常造成井壁泥頁巖水化膨脹、井徑縮小、井壁剝落或坍塌。鉆井液易發(fā)生鹽鈣侵和粘土侵，抗溫性能變差，維護(hù)其性能的難度明顯增大。此外，在鉆遇油氣層時，由于鉆井液固相含量高、濾失量大，還將導(dǎo)致鉆井液浸入油氣層的深度增加，降低近井壁地帶油氣層的滲透率，使油氣層損害程度增大，產(chǎn)能下降。３．鉆井液固相含量對鉆速的影響大量鉆井實(shí)踐說明，鉆井液中固相含量增加是引起鉆速下降的一個重要緣由。此外，鉆井液對鉆速的影響還與固相的類型、固相顆粒尺寸和鉆井液類型等因素有關(guān)。依據(jù)100口井統(tǒng)計資料做出的鉆井進(jìn)尺、鉆頭使用數(shù)量及鉆井天數(shù)與鉆井液固相含量的關(guān)系曲線如圖47所示。雖然這些曲線不能用來估量某口井的鉆速，但是可以說明固相含量對鉆速影響的或許趨勢。從圖47可見，當(dāng)固相含量為零(即清水鉆進(jìn))時鉆速最高；隨著固相含量增大鉆速顯著下降，特別是在較低固相含量范圍內(nèi)鉆速下降更快。在固相含量超過l0%(體積分?jǐn)?shù))之后，對鉆速的影響就相對較小了。關(guān)于固相類型對鉆速的影響，一般認(rèn)為重晶石、砂粒等惰性固相對鉆速的影響較小，鉆屑、低造漿率劣土的影響居中，高造漿率膨潤土對鉆速的影響最大。室內(nèi)模擬試驗(yàn)的結(jié)果說明，鉆井液中小于1m的亞微米顆粒要比大于1m的顆粒對鉆速的影響大12倍。因此，假設(shè)鉆井液中小于1m的亞微米顆粒越多，所造成鉆速下降的幅度越大。從圖48可見，

圖4－7 固相含量對鉆速、鉆頭用量、鉆機(jī)工作日的影響在一樣固相含量條件下，使用不分散聚合物鉆井液時的機(jī)械鉆速比分散鉆井液要大得多。圖4-8固相分散性對鉆速的影響1－聚合物不分散體系；2〔膨潤土與低造漿粘土之比均為1:1〕—般來講，在鉆井過程中，鉆井液固相含量的波動是由于鉆井液中巖屑含量的變化及其分散程度造成的。明顯，固相含量與鉆井液密度親熱相關(guān)。在滿足密度要求的狀況下，固相含量盡可小一些。４．鉆井液固相含量的測量用鉆井液固相含量測定儀，可以測量鉆井液中固相及油、水的含量，并通過計算可間接推算出鉆井液中固相的平均密度等?！炽@井液固相含量測定儀的構(gòu)造組成鉆井液固相含量測定儀是由加熱棒、蒸餾器、冷凝器、，量筒等局部組成，其構(gòu)造如圖４9所示。加熱棒有兩只，一只是用２２０V溝通電，另一只是用１２V直流電，功率都是１W。蒸餾器由蒸餾器本體和帶有蒸餾器引流導(dǎo)管的套筒組成，二者用絲扣連接起來，將蒸餾器的引流管插入冷凝器的孔中，使蒸餾器和冷凝器連接起來，冷凝器為一長方形的鋁錠，有一斜孔穿過冷卻器，下端為一彎曲的引流嘴。圖4-9 鉆井液固相含量測定儀1－電線接頭；2345678910〕鉆井液固相含量測定儀的工作原理工作時，由蒸餾器將鉆井液中的液體〔包括油和水〕蒸發(fā)成氣體，經(jīng)引流管進(jìn)入冷凝器，冷凝器把氣態(tài)的油和水冷卻成液體，經(jīng)引流管進(jìn)入量筒。量筒為百分刻度，可直按讀出接收的油和水的百分?jǐn)?shù)?！硿y量方法：〔〕在蒸餾器內(nèi)注入20ml鉆井液，將插有加熱棒的套筒連接到蒸餾器上?！病硨⒄麴s器的引流管插入冷凝器的孔中，然后將量筒放在引流嘴下方，以接收冷凝成液體的油和水?！病辰油娫?，使蒸餾器開頭工作，直至冷凝器引流嘴中不再有液體流出時為止。這段時間一般需20～30min〔〕待蒸餾器和加熱棒完全冷卻后，將其卸開。用鏟刀刮去蒸餾器內(nèi)和加熱棒上被烘干的固體。用天平稱取固體的質(zhì)量，并分別讀取量筒中水、油的體積?！硿y量結(jié)果的處理通常用固相所占有的體積分?jǐn)?shù)表示鉆井液的固相含量，需要留意的是，對于含鹽量＜1％的淡水鉆井液，很簡潔由試驗(yàn)結(jié)果求出鉆井液中固相的體積分?jǐn)?shù)；但對于含鹽量較高的鹽水鉆井液，被蒸干的鹽和固相見共存于蒸餾器中。此時需扣除由于鹽析出引起體積增加的局部，才能確定鉆井液中的實(shí)際固相含量。在這種狀況下，鉆井液固相含量的計算式如下fs＝1－fwCf－fo (4-23)式中fs、fw、fo－分別為鉆井液中固相、水和油的體積分?jǐn)?shù)；C－考慮鹽析出而引入的體積校正系數(shù)，明顯它總是大于l的無因次常數(shù)。在不同鹽f度下的C值可使用表4-4查得。f4-420℃時不同質(zhì)量濃度NaCl水溶液的密度和C值密度/g密度/g?cm-3質(zhì)量濃度/mg?l-1質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%Cf密度 質(zhì)量濃度/g?cm-3 /mg?l-1質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%Cf0.99820011.1009154100141.0541.00531005011.0031.1162178600161.0651.01252025021.0061.1319203700181.0751.02684110041.0131.1478229600201.0871.04136250061.0201.1640256100221.1001.05598450081.0281.1804279500241.1131.0707107100101.0361.1972311300261.1271.0857130300121.045例4-6 某種密度為1.44g/cm3的鹽水鉆井液被蒸干后得到6％的油和74％的蒸餾水。鉆井液中Cl含量為7900mg/l，試確定該鉆井液的固相含量。解：首先求出鉆井液中NaCl的質(zhì)量濃度:[NaCl]＝[(23.0＋35.5)/35.5][Cl＝130350(mg/l)

-]＝1.65379000由表4-4查得，NaCl的質(zhì)量分?jǐn)?shù)(即鹽度)為12％，該鹽水鉆井液的固相體積校正系數(shù)為1.045。因此f＝1－fC－f＝1－0.7131.015－0.06＝0.167s w f o５．鉆井液固相掌握的方法鉆井液中的固相含量越低越好，要通過固相掌握不斷地去除鉆屑等有害固相，使膨潤土和重晶石的等有用固相的含量維持在適當(dāng)范圍，一般固相含量應(yīng)掌握在５％左右。實(shí)現(xiàn)提高鉆速、保證安全的要求。固相掌握有以下幾種方法：〔〕清水稀釋法。向鉆井液中參加大量清水，可降低鉆井液的固相含量，但該方法要增加鉆井液的容器或放掉局部井液，不僅增大本錢，并且易使鉆井液性能變壞?！病程鎿Q局部鉆井液法。用清水或低固相鉆井液替換肯定體積高固相含量的鉆井液，可削減清水和處理劑的用量，但仍有鋪張?！病郴瘜W(xué)絮凝法。在鉆井液中參加高分子絮凝劑，使鉆屑等無用固相在鉆井液中不水化分散，而且絮凝成較大顆粒而沉淀?！病硻C(jī)械設(shè)備去除法。主要設(shè)備有振動篩、除砂器、除泥器、離心分別機(jī)等。二、鉆井液中膨潤土的含量測定前面已提到，膨潤土作為鉆井液配漿材料，在提粘切、降濾失等方面起著重要作用，但其用量又不宜過大。因此，在鉆井液中必需保持適宜的膨潤土含量。其測定方法是：首先使用亞甲基藍(lán)法測出鉆井液的陽離子交換容量，再通過計算確定鉆井液中膨潤土的含量。亞甲基藍(lán)是一種常見染料，在水溶液中電離出有機(jī)陽離子和氯離子。其中的有機(jī)陽離子很簡潔與膨潤土發(fā)生離子交換。其分子式為CHNSCl23HO1618 3 2試驗(yàn)和計算步驟如下：用不帶針頭的注射器量取1m1鉆井液，放入適當(dāng)大小的錐形瓶中，參加10m1水稀釋。為消退某些有機(jī)處理劑的干擾，參加15ml3%HO和0.5m1濃度約為5N(10M)HSO，2 2 2 4緩緩煮沸l(wèi)0min，然后用水稀釋至50m1用質(zhì)量濃度為3.74g/l(相當(dāng)于0.02M)的亞甲基藍(lán)標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)展滴定0.5m1亞甲基藍(lán)溶液后旋搖30s，然后用攪棒轉(zhuǎn)移一滴液體放在一般濾紙上，觀看在染色的鉆井液固相斑點(diǎn)四周是否消滅綠—藍(lán)色圈。假設(shè)無此種色圈。連續(xù)滴入0.5ml亞甲基藍(lán)溶液，并重復(fù)上面的操作。一旦覺察綠—藍(lán)色圈時，搖蕩錐形瓶2min，再放l滴在濾紙上，如色圈仍不消逝，說明已達(dá)滴定終點(diǎn)。此時，所消耗亞甲基藍(lán)溶液的毫升數(shù)即為鉆井液的陽離子交換容量，記作(CEC)。m按下式計算鉆井液中的膨潤土含量：f＝14.3(CEC)c m式中 f—表示鉆井液中的膨潤土含量,g/l。c

〔4－24〕鉆井液的陽離子交換容量通常又稱作亞甲基藍(lán)容量，其含義是：每100ml鉆井液所能吸附亞甲基藍(lán)的毫摩爾數(shù)。由于1ml標(biāo)準(zhǔn)溶液中含有0.01mmol亞甲基藍(lán)，因此試驗(yàn)中所消耗標(biāo)準(zhǔn)溶液的毫升數(shù)在數(shù)值上恰好等于鉆井液的亞甲基藍(lán)容量。為便于計算，一般狀況下假定膨潤土的陽離子交換容量等于70mmo1/(100g)，于是便得出上面的膨潤土含量汁算式。國外常用英制單位1bm/bbl(即磅/桶)表示鉆井液中的膨潤土含量。由于11bm/bbl＝1.853g/l，此時其計算式應(yīng)改為：f＝5.0(CEC)c m例4-7將lml鉆井液用蒸餾水稀釋至50m1后，用0.01M亞甲基藍(lán)標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)展滴定。到達(dá)滴定終點(diǎn)時該溶液的用量為4.8ml，試求鉆井液中的膨潤土含量。解：因標(biāo)準(zhǔn)溶液用量在數(shù)值上等于鉆井液的亞甲基藍(lán)容量，故(CEC)＝4.8mmol(100g)。m由式(4-24)得：f＝14.3(CEC)＝14.334.8＝68.64(g/l)c m第五節(jié) 鉆井液潤滑性能評價方法鉆井液和濾餅的摩阻系數(shù)，是常用的兩個評價鉆井液潤滑性能的技術(shù)指標(biāo)。由于摩阻的大小不僅與鉆井液的潤滑性能有關(guān)，而且還與鉆具和地層接觸面的粗糙程度、接觸面的塑性變樣子況、鉆柱側(cè)向力的大小和分布狀況、鉆拄的尺寸和旋轉(zhuǎn)速度等因素有關(guān)。因此，要全面、客觀地評價和測定鉆井過程中鉆井液和濾餅?zāi)ψ柘禂?shù)是很困難的。目前