鉆井液的濾失和潤(rùn)滑性-鉆井液的濾失與造壁性

項(xiàng)目四：鉆井液的濾失和潤(rùn)滑性課程名稱：泥漿材料檢測(cè)與應(yīng)用任務(wù)一：鉆井液的濾失與造壁性鉆井液的濾失過(guò)程影響鉆井液濾失量的因素鉆井液濾失性與鉆井工作的關(guān)系01知識(shí)點(diǎn)02知識(shí)點(diǎn)03知識(shí)點(diǎn)01項(xiàng)目四：鉆井液的濾失和潤(rùn)滑性任務(wù)鉆井液的濾失與造壁性知識(shí)點(diǎn)1鉆井液的濾失過(guò)程

鉆井液的濾失量指在壓力差作用下，鉆井液中自由水向井壁巖石的縫隙或空隙中滲透的過(guò)程，常用濾失量表示濾失性的強(qiáng)弱；濾失的同時(shí)，鉆井液中的固相顆粒附著在井壁上形成泥餅的過(guò)程稱為鉆井液的造壁性，泥餅質(zhì)量是衡鉆井液造壁性好壞的指標(biāo)。潤(rùn)滑性能包括鉆井液自身潤(rùn)滑性和形成的泥餅的潤(rùn)滑性能。知識(shí)點(diǎn)1：鉆井液的濾失過(guò)程一、鉆井液的濾失過(guò)程在鉆井的不同階段，鉆井液的濾失可以分為瞬時(shí)濾失、動(dòng)濾失和靜濾失三種情況。在鉆井現(xiàn)場(chǎng)測(cè)的是鉆井液的靜濾失量。知識(shí)點(diǎn)1：鉆井液的濾失過(guò)程1、瞬時(shí)濾失鉆頭破碎井底巖石形成新井眼的瞬間，鉆井液中自由水向巖石孔隙中滲透，直到鉆井液固相顆粒及高聚物在井壁上附著開(kāi)始出現(xiàn)泥餅之前，這段時(shí)間濾失即瞬時(shí)濾失。此時(shí)井底巖石表面無(wú)泥餅形成，濾失速率高，持續(xù)時(shí)間短。知識(shí)點(diǎn)1：鉆井液的濾失過(guò)程2、動(dòng)濾失瞬時(shí)濾失后，泥餅不斷增厚，循環(huán)的鉆井液對(duì)新出現(xiàn)的泥餅產(chǎn)生沖刷作用，泥餅增厚速度與泥餅被沖刷速度相等時(shí)，厚度不再變化，達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，此為動(dòng)濾失。特點(diǎn)：壓差較大（靜液柱壓力與環(huán)空壓力降之和與地層壓力之差），泥餅較薄，濾失速率逐漸減小穩(wěn)定在某數(shù)值。知識(shí)點(diǎn)1：鉆井液的濾失過(guò)程3、靜濾失停鉆時(shí)，鉆井液停止循環(huán)，液流沖刷泥餅作用消失，泥餅逐漸增厚，濾失速率減?。ū葎?dòng)速率量?。ＶR(shí)點(diǎn)1：鉆井液的濾失過(guò)程再次鉆進(jìn)，鉆井液重新循環(huán)，鉆井液靜濾失轉(zhuǎn)為動(dòng)濾失。循環(huán)鉆井液沖刷在靜濾失過(guò)程中形成的泥餅，又伴有新泥餅生成。沖刷速度與形成泥餅速度相等形成新動(dòng)態(tài)平衡。這階段動(dòng)濾失量比前次小，如此交替進(jìn)行。知識(shí)點(diǎn)1：鉆井液的濾失過(guò)程瞬時(shí)濾失時(shí)間很短，濾速率最大；動(dòng)濾失時(shí)間最長(zhǎng)，濾失速率中等；靜濾失時(shí)間較長(zhǎng)，濾失速率最小。循環(huán)累積濾失體積T0T1T2T3T5時(shí)間t循環(huán)靜止瞬時(shí)濾失知識(shí)點(diǎn)1：鉆井液的濾失過(guò)程項(xiàng)目四：鉆井液的濾失和潤(rùn)滑性課程名稱：泥漿材料檢測(cè)與應(yīng)用任務(wù)一：鉆井液的濾失與造壁性鉆井液的濾失過(guò)程影響鉆井液濾失量的因素鉆井液濾失性與鉆井工作的關(guān)系01知識(shí)點(diǎn)02知識(shí)點(diǎn)03知識(shí)點(diǎn)01項(xiàng)目四：鉆井液的濾失和潤(rùn)滑性任務(wù)鉆井液的濾失與造壁性知識(shí)點(diǎn)2影響鉆井液濾失量的因素二、影響靜濾失的因素濾失時(shí)間的對(duì)濾失量的影響壓差和濾液粘度對(duì)濾失量的影響溫度對(duì)濾失量的影響固相含量對(duì)濾失量的影響孔隙度和滲透性對(duì)濾失量的影響知識(shí)點(diǎn)2：影響鉆井液濾失量的因素鉆井液濾失是滲透過(guò)程，泥餅為滲濾介質(zhì)，厚度隨靜濾失時(shí)間延長(zhǎng)而增加。在假設(shè)條件下計(jì)算濾失量：Vf——濾失量，mL；A——濾液面積，cm2；K——泥餅滲透率，

μm2；ΔP——滲透壓差，105Pa；fsc——泥餅中的固相含量體積分?jǐn)?shù)；fsm——鉆井液中的固相含量體積分?jǐn)?shù)；μ——濾液粘度，0.1mPa·s；t——滲濾時(shí)間，s。知識(shí)點(diǎn)2：影響鉆井液濾失量的因素（1）濾失時(shí)間對(duì)濾失量的影響截距Vsp為泥餅形成之前的瞬時(shí)濾失；測(cè)量時(shí)，常用7.5min濾失量乘以2作為API的濾失量。知識(shí)點(diǎn)2：影響鉆井液濾失量的因素若瞬時(shí)濾失量占總濾失量比例較大，按下式計(jì)算API標(biāo)準(zhǔn)濾失量V30（常溫0.689MPa下，30min內(nèi)通過(guò)4580mm2濾失面積的濾失量）若7.5min濾失量小于8mL，2V7.5

與V30相差較大，對(duì)于濾失量小的鉆井液，濾失時(shí)間應(yīng)取30min。知識(shí)點(diǎn)2：影響鉆井液濾失量的因素（2）壓差和濾液粘度對(duì)濾失量的影響假設(shè)條件下濾失量Vf與滲透壓差ΔP的平方根成正比，實(shí)際鉆井液組成不同，濾失形成的泥餅壓縮性也不同。不同造漿土、不同處理劑，濾失量隨壓差變化規(guī)律如下圖：知識(shí)點(diǎn)2：影響鉆井液濾失量的因素

低壓差不同鉆井液濾失量相近，高壓差相差較大；在深井和對(duì)濾失量要求嚴(yán)格井段鉆進(jìn)前需進(jìn)行高壓差濾失實(shí)驗(yàn)，來(lái)選擇配漿黏土和處理劑。知識(shí)點(diǎn)2：影響鉆井液濾失量的因素

濾液粘度越小，鉆井液濾失量越大。有機(jī)處理劑入CMC、PHP加入量越大，濾液粘度越大?？商岣邽V液粘度來(lái)降低濾失量。油基鉆井液濾失液粘度隨壓力增加而增加，濾失量隨壓力增加而減小。知識(shí)點(diǎn)2：影響鉆井液濾失量的因素（3）溫度對(duì)濾失量的影響

溫度升高，濾液粘度降低，濾失量增大。溫度升高，水分子熱運(yùn)動(dòng)加劇，黏土顆粒對(duì)水分子和處理劑分子吸附減弱，解吸附趨勢(shì)增強(qiáng)，使黏土顆粒聚結(jié)和去水化，影響泥餅滲透性，造成濾失量上升。高溫下鉆井液某些處理劑不同程度降解，最后失效。溫度升高，水的粘度降低，濾失量增大。知識(shí)點(diǎn)2：影響鉆井液濾失量的因素API規(guī)定常溫和高溫下濾失量標(biāo)準(zhǔn)：常溫（0.689±0.035）MPa下，30min內(nèi)通過(guò)（4580±60）mm2濾失面積的標(biāo)準(zhǔn)濾失量；深井測(cè)量的高溫高壓濾失量（HTHP），即井底溫度、壓差為3.5MPa下，30min時(shí)間的標(biāo)準(zhǔn)濾失量。知識(shí)點(diǎn)2：影響鉆井液濾失量的因素（4）固相含量對(duì)濾失量的影響泥餅質(zhì)量與鉆井液所含固相顆粒含量和分散度關(guān)系密切。鉆井液中細(xì)黏土顆粒多，粗顆粒少，形成泥餅薄而致密，濾失量??；反之，厚而疏松，濾失量大。鉆井液中固相含量越高，泥餅中固相含量越少，鉆井液濾失量越小。但固相含量高，機(jī)械鉆速低，可減小泥餅中固相含量體積分?jǐn)?shù)fsc來(lái)實(shí)現(xiàn)?？蛇x用分散性好、固相顆粒細(xì)、水化好、溶劑化膜厚的優(yōu)質(zhì)土配制鉆井液和有機(jī)處理劑。知識(shí)點(diǎn)2：影響鉆井液濾失量的因素（5）孔隙度和滲透性對(duì)濾失量的影響巖層的孔隙和裂縫是鉆井液濾失的天然通道，不同井位、層位和巖層，鉆井液濾失量不同，泥餅厚度也不同。知識(shí)點(diǎn)2：影響鉆井液濾失量的因素

滲透性大的砂巖、礫巖、裂縫發(fā)育的石灰?guī)r井壁形成較厚泥餅；滲透性小的頁(yè)巖、泥巖、石灰?guī)r和其他致密巖石井壁上形成的泥餅較薄，甚至不形成泥餅。

由于泥餅滲透性一般小于巖層的滲透性，巖層孔隙性和滲透性在濾失初始階段起重要作用，形成泥餅后泥餅質(zhì)量起主要作用。知識(shí)點(diǎn)2：影響鉆井液濾失量的因素濾失過(guò)程固相顆粒在井壁堆積形成三個(gè)過(guò)濾層，即瞬時(shí)濾失滲入層（細(xì)顆粒侵入可達(dá)25~30mm）、架橋?qū)樱磧?nèi)泥餅，較粗顆粒在巖層孔隙內(nèi)部架橋而減小巖層的孔隙度）和井壁表面致密的外泥餅。知識(shí)點(diǎn)2：影響鉆井液濾失量的因素影響濾失量決定因素是泥餅的孔隙度和滲透性。滲透性取決于泥餅中固相的種類(lèi)，固相顆粒的大小、形狀和級(jí)配，處理劑的種類(lèi)和數(shù)量，以及過(guò)濾壓差等。

泥餅厚濾失量大，泥餅薄濾失量小。顆粒均勻變化時(shí)，孔隙度最??；較大范圍顆粒尺寸孔隙度比小范圍顆粒尺寸分布的混合物要??；小顆粒多要比大顆粒形成的泥餅孔隙度小。知識(shí)點(diǎn)2：影響鉆井液濾失量的因素

處理劑的種類(lèi)和加量多少?zèng)Q定顆粒是分散還是絮凝，以及顆粒四周可壓縮性水化膜的厚度，從而影響泥餅的滲透率。

實(shí)驗(yàn)表明，鉆井液固相含量粒度與所鉆巖層孔隙所需架橋顆粒大小不匹配時(shí)，API濾失結(jié)果不一定準(zhǔn)確。知識(shí)點(diǎn)2：影響鉆井液濾失量的因素

泥餅滲透率還受膠體種類(lèi)、數(shù)量以及顆粒尺寸影響。

鉆井液絮凝使得顆粒間形成網(wǎng)架結(jié)構(gòu)，滲透率增大。在鉆井液中加入稀釋劑其反絮凝作用使泥餅滲透率降低。此外，大多數(shù)稀釋劑是鈉鹽，鈉離子可交換黏土晶片的多價(jià)陽(yáng)離子，使聚結(jié)狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榉稚顟B(tài)，降低泥餅滲透率。知識(shí)點(diǎn)2：影響鉆井液濾失量的因素

靜濾失表面有一層松軟層，鉆井液粘度大、環(huán)空返速較低，一些在井內(nèi)翻轉(zhuǎn)的泥屑粘附在泥餅表層，增厚泥餅。表面層抗剪切強(qiáng)度低，容易被沖蝕掉。

紊流對(duì)泥餅有很強(qiáng)的沖蝕作用，與層流相比，紊流形成的泥餅較薄，濾失量較大。平板型層流靠近井壁處流涕速度較尖峰型層流大，沖蝕作用強(qiáng)，泥餅比尖峰型層流薄。

尖峰型層流形成泥餅最厚。知識(shí)點(diǎn)2：影響鉆井液濾失量的因素三、影響動(dòng)濾失的因素處理劑對(duì)動(dòng)濾失和靜濾失作用效果不同，主要是液流沖刷作用的影響。如果形成的泥餅抗沖刷能力差，盡管有良好將靜濾失效果，但在鉆井液液流沖刷下，泥餅厚度變薄，降濾失效果必然變差；反之，形成的泥餅抗沖刷能力強(qiáng)，降低動(dòng)濾失效果就明顯。知識(shí)點(diǎn)2：影響鉆井液濾失量的因素

影響動(dòng)濾失因素與影響靜濾失因素相似，不同的是剪切速率和鉆井液流態(tài)對(duì)泥餅和處理劑作用有影響，從而影響動(dòng)濾失量。泥餅厚度受到鉆井液沖蝕作用限制；巖層表面最初暴露時(shí)，濾失速率高，泥餅增長(zhǎng)較快，直至沖蝕作用和泥餅增長(zhǎng)速度相等，泥餅厚度不再變化；此時(shí)濾失量由下式可得：知識(shí)點(diǎn)2：影響鉆井液濾失量的因素

曲線4,5降動(dòng)濾失能力強(qiáng)，降靜濾失能力差；曲線1,2降靜濾失能力強(qiáng)，降動(dòng)濾失能力差。淀粉可使兩者有效降低。知識(shí)點(diǎn)2：影響鉆井液濾失量的因素四、影響瞬時(shí)濾失的因素

由于沒(méi)有泥餅存在，影響瞬時(shí)濾失主要因素是壓差，巖石的滲透性，濾液的黏度，鉆井液中固相顆粒的含量、尺寸和分布（形成泥餅的速度）。知識(shí)點(diǎn)2：影響鉆井液濾失量的因素項(xiàng)目四：鉆井液的濾失和潤(rùn)滑性課程名稱：泥漿材料檢測(cè)與應(yīng)用任務(wù)一：鉆井液的濾失與造壁性鉆井液的濾失過(guò)程影響鉆井液濾失量的因素鉆井液濾失性與鉆井工作的關(guān)系01知識(shí)點(diǎn)02知識(shí)點(diǎn)03知識(shí)點(diǎn)01項(xiàng)目四：鉆井液的濾失和潤(rùn)滑性任務(wù)鉆井液的濾失與造壁性知識(shí)點(diǎn)3鉆井液濾失性與鉆井工作的關(guān)系一、濾失量過(guò)大的危害在鉆井過(guò)程中，鉆井液濾失量過(guò)高，泥餅厚而松散，對(duì)鉆井不利，一方面，濾失量過(guò)高，地層被浸泡，井壁不穩(wěn)定，損害油氣層；另一方面，泥餅厚而松散，摩擦系數(shù)高，易粘卡，引起鉆頭泥包或堵水眼、起鉆上提遇卡、下套管遇阻，不利于電測(cè)，影響井身質(zhì)量等。一般要求鉆井液具有適當(dāng)?shù)偷臑V失量和薄而致密堅(jiān)韌的泥餅。知識(shí)點(diǎn)3：鉆井液濾失性與鉆井工作的關(guān)系2、對(duì)鉆井液性能的要求降低鉆井液濾失量的控制原則是：應(yīng)根據(jù)本井地下地層巖石的特點(diǎn)、井深、井身結(jié)構(gòu)等因素來(lái)確定，同時(shí)還要考慮鉆井液的類(lèi)型。井淺時(shí)可放寬，井深時(shí)應(yīng)從嚴(yán)；裸眼時(shí)間短時(shí)可放寬，裸眼時(shí)間長(zhǎng)須從嚴(yán)；使用不分散性處理劑時(shí)可適當(dāng)放寬，使用分散性處理及時(shí)要從嚴(yán)；鉆井液礦化度高者可放寬，鉆井液礦化度低者應(yīng)從嚴(yán)。知識(shí)點(diǎn)3：鉆井液濾失性與鉆井工作的關(guān)系知識(shí)點(diǎn)3：鉆井液濾失性與鉆井工作的關(guān)系二、鉆井液濾失性能的控制與調(diào)整獲得致密與滲透性小的泥餅的方法如下：用膨潤(rùn)土配基漿。膨潤(rùn)土顆粒細(xì)，呈片狀，水化膜厚，能形成致密泥餅，可在固相較少情況下滿足對(duì)鉆井液濾失性能和流變性能的要求。加入適量純堿、燒堿或有機(jī)分散劑（煤堿液），提高黏土顆粒ζ電位、水化程度和分散度。知識(shí)點(diǎn)3：鉆井液濾失性與鉆井工作的關(guān)系加入CMC或其他聚合物以保護(hù)黏土顆粒，阻止其聚結(jié)，從而有利于提高分散度。同時(shí)，CMC和聚合物分子長(zhǎng)鏈起堵孔作用，使濾失量降低。加入