钻井液现场维护与调整 (2)精.ppt

钻井液现场维护与调整第1页，本讲稿共143页前言钻井液成本占钻井成本约10%.在钻井事故及复杂中所造成的费用损失中,因钻井液问题造成的事故及复杂的比例占多少?估计远大于10%.原因分析:与地层直接接触的有二项:钻井液和井下工具,而钻井事故及复杂主要发生在井下.钻井液受地层影响及破坏最严重.钻井液对井壁影响最大.常常有人把钻井液在钻井工程中的作用比做人体中的血液,非常恰当.人体血液约占人体重量的10%,但决非一条胳膊或一条腿的重要性可比,而是整体性的影响,钻井液在钻井工程中的影响也同样是整体性的.第2页，本讲稿共143页前言钻井液性能好坏直接影响井下安全.例如:西部井的刹把出现问题,造成钻具在井下无法动弹,由于是进口钻机,无现成刹把替换,只得到东部钻井公司大本营去取,共用了5天时间,起钻正常,没有发生钻井事故及复杂.即使没有钻井设备没有出现问题,钻井液性能不好造成钻井事故及复杂的情况是非常多的.西部井,钻井液性能不好,屡屡发生井下复杂,后更换了钻井液工程师,改善了钻井液性能,顺利完井.第3页，本讲稿共143页前言钻井液与地质录井关系十分密切,在地质录井中专门有钻井液录井项目,可以说没有钻井液,地质录井是不可能实现的.地质录井对钻井液的影响也非常大1、具有指导作用，如：密度、性能等2、具有制约作用，如：密度、处理剂等为了保证包括地质录井的工程施工顺利进行，地质监督有必要全面了解钻井液。第4页，本讲稿共143页目录目录一一、钻井液的组成、功能与设计钻井液的组成、功能与设计 二、钻井液体系分类二、钻井液体系分类 三、钻井液处理剂分类三、钻井液处理剂分类 四、钻井液性能四、钻井液性能 五、水基钻井液简介五、水基钻井液简介 六、钻井液现场配制、维护与调整六、钻井液现场配制、维护与调整 七、现场钻井液评价七、现场钻井液评价八、钻井液材料管理八、钻井液材料管理九、国内外钻井液概况九、国内外钻井液概况第5页，本讲稿共143页钻井液的组成、功能与设计钻井液的组成、功能与设计 1 1、钻井液的组成钻井液的组成连续相连续相固相固相添加剂添加剂第6页，本讲稿共143页钻井液的组成、功能与设计钻井液的组成、功能与设计1 1、钻井液的组成钻井液的组成连续相连续相 水：水基钻井液水：水基钻井液 油：油基钻井液油：油基钻井液 合成基液体：合成基钻井液合成基液体：合成基钻井液 气体：空气、氮气、气体：空气、氮气、(雾、泡沫雾、泡沫)第7页，本讲稿共143页钻井液的组成、功能与设计钻井液的组成、功能与设计1 1、钻井液的组成钻井液的组成固相固相 配浆材料配浆材料(膨润土膨润土、凹凸棒石、海泡石等凹凸棒石、海泡石等)加重材料加重材料(重晶石、石灰石、铁矿粉等)钻屑钻屑 堵漏材料、固体润滑剂等堵漏材料、固体润滑剂等 不溶性化学沉淀物不溶性化学沉淀物 某些处理剂中的不溶物某些处理剂中的不溶物第8页，本讲稿共143页钻井液的组成、功能与设计钻井液的组成、功能与设计一一一一、钻井液的组成与功能钻井液的组成与功能钻井液的组成与功能钻井液的组成与功能添加剂添加剂 降滤失剂降滤失剂 杀菌剂杀菌剂 增粘剂增粘剂 除钙剂除钙剂 絮凝剂絮凝剂 缓蚀剂缓蚀剂 稀释剂稀释剂(解絮凝剂解絮凝剂)页岩抑制剂页岩抑制剂 表面活性剂表面活性剂 润滑剂润滑剂 乳化剂乳化剂 消泡剂消泡剂 发泡剂发泡剂 pH控制剂控制剂第9页，本讲稿共143页钻井液的组成、功能与设计钻井液的组成、功能与设计2、钻井液的主要功能钻井液的主要功能1.清洁井底并携带钻屑至地面清洁井底并携带钻屑至地面2.悬浮钻屑和加重材料悬浮钻屑和加重材料3.控制和平衡地层压力控制和平衡地层压力4.形成滤饼，保护井壁形成滤饼，保护井壁5.冷却和润滑钻头和钻柱冷却和润滑钻头和钻柱6.加快机械钻速加快机械钻速7.控制钻具和套管的腐蚀速率控制钻具和套管的腐蚀速率8.支撑钻柱和套管的部分重量支撑钻柱和套管的部分重量9.提供所钻地层的有关资斜提供所钻地层的有关资斜第10页，本讲稿共143页钻井液的组成、功能与设计钻井液的组成、功能与设计3、钻井液设计原则钻井液的性能要求合理的钻井液密度。合适的钻井液流变性，能悬浮并及时携带出坍塌物和钻屑。具有较低的滤失量和较好的滤饼质量。具有良好的封堵能力。具有良好的润滑性能。具有较强抑制性。具有良好的抗污染能力。有利于保护储层，且能适应地层的变化和影响，保持性能稳定。第11页，本讲稿共143页钻井液的组成、功能与设计钻井液的组成、功能与设计3、钻井液设计原则钻井液体系优选钻井液体系优选与井型配伍与井型配伍探井应满足地质发现的要求，选用利于发现和保护储层、利于测探井应满足地质发现的要求，选用利于发现和保护储层、利于测井解释和井下安全的钻井液。井解释和井下安全的钻井液。生产井应选取最优化的钻井液体系，既利于提高钻速和井下安全生产井应选取最优化的钻井液体系，既利于提高钻速和井下安全又利于保护储层的钻井液。又利于保护储层的钻井液。调整井选用能对付多压力层系且有利于储层保护的钻井液体系。调整井选用能对付多压力层系且有利于储层保护的钻井液体系。定向井选用润滑、防塌、保护储层且携带和悬浮能力强的钻井液定向井选用润滑、防塌、保护储层且携带和悬浮能力强的钻井液体系。体系。第12页，本讲稿共143页钻井液的组成、功能与设计钻井液的组成、功能与设计3、钻井液设计原则钻井液体系优选钻井液体系优选与地层配伍与地层配伍易塌层：选用防塌钻井液。易塌层：选用防塌钻井液。石膏层：选用抗钙钻井液或钙处理钻井液。石膏层：选用抗钙钻井液或钙处理钻井液。盐岩层：选用抗盐污染钻井液或盐水钻井液。盐岩层：选用抗盐污染钻井液或盐水钻井液。高温地层：选用抗高温钻井液，并严格控制粘土含量。高温地层：选用抗高温钻井液，并严格控制粘土含量。第13页，本讲稿共143页钻井液的组成、功能与设计钻井液的组成、功能与设计3、钻井液设计原则与储层配伍选用对储层具有保护作用的钻井液体系及处理剂。严格控制钻井液中固相含量特别是粘土含量。钻井液适应地层变化和影响，性能稳定。第14页，本讲稿共143页钻井液的组成、功能与设计钻井液的组成、功能与设计3、钻井液设计原则与环境配伍应尽量不用或少用严重污染地表水或地下水的钻井液及处理剂。要注意所用钻井液和处理剂的毒性，减小钻井液对环境造成的危害，尤其在环境敏感的地区进行工程作业时。第15页，本讲稿共143页二、钻井液体系分类二、钻井液体系分类1、水基钻井液体系、水基钻井液体系 (包括水包油钻井液包括水包油钻井液)2、油基钻井液体系、油基钻井液体系 (全油钻井液、油包水钻井液、合成基钻井液全油钻井液、油包水钻井液、合成基钻井液)3、合成基钻井液体系、合成基钻井液体系 (醚基、酯基、聚醚基、酯基、聚-烯烃基和异构化烯烃基和异构化-烯烃基钻井液烯烃基钻井液)4、气基钻井液体系、气基钻井液体系 (空气、天然气、雾、泡沫空气、天然气、雾、泡沫)第16页，本讲稿共143页二、钻井液体系分类二、钻井液体系分类第17页，本讲稿共143页二、钻井液体系分类二、钻井液体系分类API/IADC分类分类1、不分散钻井液体系不分散钻井液体系(None-Dispersed Drilling Fluid System)所谓不分散钻井液是指通常用来钻浅部井段的钻井液，所谓不分散钻井液是指通常用来钻浅部井段的钻井液，如开钻钻井液、自然造浆钻井液、轻微处理钻井液等。如开钻钻井液、自然造浆钻井液、轻微处理钻井液等。2、分散钻井液体系分散钻井液体系(Dispersed Drilling Fluid System)使用木质素磺酸盐、褐煤或丹宁类产品来分散粘土矿物的钻井使用木质素磺酸盐、褐煤或丹宁类产品来分散粘土矿物的钻井液体系。液体系。第18页，本讲稿共143页二、钻井液体系分类二、钻井液体系分类API/IADC分类分类3、钙处理钻井液体系钙处理钻井液体系(Calcium Treated Drilling Fluid System)熟石灰、石膏或氯化钙处理的钻井液体系，可抗盐和硬石膏的污熟石灰、石膏或氯化钙处理的钻井液体系，可抗盐和硬石膏的污染，但胶凝敏感且在高温下易导致固化作用。染，但胶凝敏感且在高温下易导致固化作用。4、聚合物钻井液体系聚合物钻井液体系(Polymer Drilling Fluid System)长链高分子量聚合物用于钻井液中，或是包被钻屑以防止其分散，长链高分子量聚合物用于钻井液中，或是包被钻屑以防止其分散，或是提高粘度和降低滤失量，通常使用氯化钾或氯化钠等提高页或是提高粘度和降低滤失量，通常使用氯化钾或氯化钠等提高页岩抑制能力；这种钻井液体系通常要求含有尽可能低浓度的膨润岩抑制能力；这种钻井液体系通常要求含有尽可能低浓度的膨润土，对钙、镁等二价离子很敏感。土，对钙、镁等二价离子很敏感。第19页，本讲稿共143页二、钻井液体系分类二、钻井液体系分类API/IADC分类分类5、低固相钻井液体系、低固相钻井液体系(LowSolidsDrillingFluidSystem)控制固相含量和类型，总固相含量不应超过控制固相含量和类型，总固相含量不应超过6%10%，粘土，粘土含量应为约含量应为约3%或更低；而钻屑和膨润土含量比值应低于或更低；而钻屑和膨润土含量比值应低于2:1；主要优点是可显著提高机械钻速。；主要优点是可显著提高机械钻速。6、盐水钻井液体系、盐水钻井液体系(SaltwaterDrillingFluidSystem)饱和盐水钻井液体系：氯离子浓度接近饱和盐水钻井液体系：氯离子浓度接近190,000 mg/l(饱和饱和)，通常用来钻盐岩地层。，通常用来钻盐岩地层。盐水钻井液体系：氯离子浓度为盐水钻井液体系：氯离子浓度为10,000mg/l以上。以上。微咸水或海水钻井液体系：氯离子含量较低代。微咸水或海水钻井液体系：氯离子含量较低代。第20页，本讲稿共143页二、钻井液体系分类二、钻井液体系分类API/IADC分类分类7、油基钻井液体系油基钻井液体系(Oil-Based Drilling Fluid System)逆乳化钻井液：氯化钙盐水逆乳化钻井液：氯化钙盐水(含量可高达含量可高达50%50%)为乳化相，油为乳化相，油(矿物油、柴矿物油、柴油等油等)为连续相。为连续相。全油钻井液：液相为油，通常用作取心液。全油钻井液：液相为油，通常用作取心液。油基钻井液添加剂包括：乳化剂、润湿剂油基钻井液添加剂包括：乳化剂、润湿剂(一般为脂肪酸和胺衍生物一般为脂肪酸和胺衍生物)、高分子量脂肪酸盐、表面活性剂、胺处理的有机材料、有机土和石高分子量脂肪酸盐、表面活性剂、胺处理的有机材料、有机土和石灰等。灰等。8、合成基钻井液体系合成基钻井液体系(Synthetic Drilling Fluid System)合成基钻井液具有油基钻井液性能，但没有环境危害。合成基钻井液具有油基钻井液性能，但没有环境危害。主要类型有醚基、酯基、聚主要类型有醚基、酯基、聚-烯烃基和异构化烯烃基和异构化-烯烃基钻井液。烯烃基钻井液。第21页，本讲稿共143页二、钻井液体系分类二、钻井液体系分类API/IADC分类分类9、气基钻井液体系气基钻井液体系(Gas-Based Drilling Fluid System)干燥空气或天然气钻井流体干燥空气或天然气钻井流体 雾钻井液雾钻井液 泡沫钻井液泡沫钻井液 充气钻井液充气钻井液第22页，本讲稿共143页三、三、钻井液处理剂分类钻井液处理剂分类钻井液处理剂分类钻井液处理剂分类第23页，本讲稿共143页三、三、钻井液处理剂分类钻井液处理剂分类钻井液处理剂简介造浆材料：具有造浆能力的材料，如：膨润土、有机土等第24页，本讲稿共143页三、三、钻井液处理剂分类钻井液处理剂分类钻井液处理剂简介加重材料加重材料：具有高密度的重晶石、氧化铁、碳酸钙及类似的产品具有高密度的重晶石、氧化铁、碳酸钙及类似的产品第25页，本讲稿共143页三、三、钻井液处理剂分类钻井液处理剂分类钻井液处理剂简介碱度、碱度、pH控制剂控制剂(Alkalinity,pH Control Additives)用来控制钻井液的酸度或碱度，常用的产品包括石灰、烧碱、纯碱和碳酸氢钠，也用来控制钻井液的酸度或碱度，常用的产品包括石灰、烧碱、纯碱和碳酸氢钠，也包括其他的普通酸和碱。包括其他的普通酸和碱。第26页，本讲稿共143页三、三、钻井液处理剂分类钻井液处理剂分类钻井液处理剂简介杀菌剂杀菌剂(Bactericides)：用来防止淀粉、生物聚合物等有机添加剂细菌降用来防止淀粉、生物聚合物等有机添加剂细菌降解。解。第27页，本讲稿共143页三、三、钻井液处理剂分类钻井液处理剂分类钻井液处理剂简介除钙剂除钙剂(Calcium Reducers)用来降低海水中的钙离子浓度、处理水泥污染和地层中的用来降低海水中的钙离子浓度、处理水泥污染和地层中的硬石膏、石膏污染，如纯碱、碳酸氢钠、烧碱和某些多磷酸硬石膏、石膏污染，如纯碱、碳酸氢钠、烧碱和某些多磷酸盐等。盐等。防腐剂防腐剂(Corrosion Inhibitors)在控制钻井液在控制钻井液pHpH值的条件下，用来控制腐蚀、中和钻井液值的条件下，用来控制腐蚀、中和钻井液中有害酸气和防止结垢，一般为胺基或磷酸盐基产品，也有中有害酸气和防止结垢，一般为胺基或磷酸盐基产品，也有其他专门配制的化学产品。其他专门配制的化学产品。第28页，本讲稿共143页三、三、钻井液处理剂分类钻井液处理剂分类钻井液处理剂简介消泡剂消泡剂(Defoamers)：用来减少钻井液发泡作用，特别是在盐水用来减少钻井液发泡作用，特别是在盐水和饱和盐水钻井液中。和饱和盐水钻井液中。乳化剂乳化剂(Emulsifiers)：用来使两种互不相溶的液体成为非均匀混用来使两种互不相溶的液体成为非均匀混合物合物(乳状液乳状液)。包括：用于油基钻井液中的脂肪酸和胺基化学产品和用于水基包括：用于油基钻井液中的脂肪酸和胺基化学产品和用于水基钻井液中的清洁剂、脂肪酸盐、有机酸、水溶性表面活性剂等，钻井液中的清洁剂、脂肪酸盐、有机酸、水溶性表面活性剂等，可以是阴离子型、非离子型或阳离子型的化学产品。可以是阴离子型、非离子型或阳离子型的化学产品。第29页，本讲稿共143页三、三、钻井液处理剂分类钻井液处理剂分类钻井液处理剂简介降滤失剂降滤失剂(Filtrate Reducers)用来降低钻井液的滤失量，如膨润土、褐煤、用来降低钻井液的滤失量，如膨润土、褐煤、CMC、PAC、预胶化淀粉等。、预胶化淀粉等。絮凝剂絮凝剂(Flocculants)用来提高钻井液粘度，提高膨润土造浆率，在低固相钻井液中澄清液用来提高钻井液粘度，提高膨润土造浆率，在低固相钻井液中澄清液相或使固相脱水，也可使钻井液中的胶体颗粒聚束或成絮凝物并使其相或使固相脱水，也可使钻井液中的胶体颗粒聚束或成絮凝物并使其沉降；如盐或盐水、熟石灰、石膏、丙烯酰胺基高聚物等。沉降；如盐或盐水、熟石灰、石膏、丙烯酰胺基高聚物等。第30页，本讲稿共143页三、三、钻井液处理剂分类钻井液处理剂分类钻井液处理剂简介发泡剂发泡剂(Foaming Agents)通常作为表面活性剂在有水时发泡，发泡剂可使空气或通常作为表面活性剂在有水时发泡，发泡剂可使空气或天然气用于钻水层。天然气用于钻水层。堵漏材料堵漏材料(Lost Circulation Materials)用来封堵漏失层，隔离井眼表面和地层，以便在随后作业用来封堵漏失层，隔离井眼表面和地层，以便在随后作业中不会再造成钻井液的漏失。中不会再造成钻井液的漏失。第31页，本讲稿共143页三、三、钻井液处理剂分类钻井液处理剂分类钻井液处理剂简介润滑剂润滑剂(Lubricants)用来降低钻井液的摩阻系数，以便降低扭矩和阻力；如各种油、合用来降低钻井液的摩阻系数，以便降低扭矩和阻力；如各种油、合成基液体、石墨、表面活性剂、乙二醇、甘油以及其他化学产品。成基液体、石墨、表面活性剂、乙二醇、甘油以及其他化学产品。解卡剂解卡剂(Pipe-Freeing Agents)注入至预测的卡点，以降低摩阻并提高润滑性，因而达到解卡的目的，通注入至预测的卡点，以降低摩阻并提高润滑性，因而达到解卡的目的，通常含有清洁剂、脂肪酸盐、油、表面活性剂和其他化学产品。常含有清洁剂、脂肪酸盐、油、表面活性剂和其他化学产品。第32页，本讲稿共143页三、三、钻井液处理剂分类钻井液处理剂分类钻井液处理剂简介页岩抑制剂页岩抑制剂(Shale Control Inhibitors)可溶性钙盐、钾盐等无机盐和一些有机化合物因降低页岩的水化可溶性钙盐、钾盐等无机盐和一些有机化合物因降低页岩的水化作用而具有页岩抑制性。作用而具有页岩抑制性。表面活性剂表面活性剂(Surface Active Agents)降低接触面降低接触面(水水-油、水油、水-固体、水固体、水-空气等空气等)之间的界面张力，之间的界面张力，可作为乳化剂、破乳剂、润湿剂、絮凝剂或解絮凝剂等使可作为乳化剂、破乳剂、润湿剂、絮凝剂或解絮凝剂等使用。用。第33页，本讲稿共143页三、三、钻井液处理剂分类钻井液处理剂分类钻井液处理剂简介高温稳定剂高温稳定剂(Temperature Stability Agents)用来提高钻井液在高温条件下的流变性能和滤失性能稳定性，并在高温条件下用来提高钻井液在高温条件下的流变性能和滤失性能稳定性，并在高温条件下持续发挥其功能，例如丙烯酸盐聚合物、磺化聚合物和共聚物，以及褐煤、持续发挥其功能，例如丙烯酸盐聚合物、磺化聚合物和共聚物，以及褐煤、木质素磺酸盐和丹宁基添加剂等。木质素磺酸盐和丹宁基添加剂等。稀释剂、分散剂稀释剂、分散剂(Thinners,Dispersants)用来改变钻井液中的固相含量和粘度之间的相互关系，也可用于降低静切用来改变钻井液中的固相含量和粘度之间的相互关系，也可用于降低静切力，提高钻井液的力，提高钻井液的“可泵性可泵性”等，丹宁等，丹宁(栲胶栲胶)、各种多磷酸盐、褐煤和、各种多磷酸盐、褐煤和木质素磺酸盐等可作为稀释剂或解絮凝剂使用。木质素磺酸盐等可作为稀释剂或解絮凝剂使用。第34页，本讲稿共143页三、三、钻井液处理剂分类钻井液处理剂分类钻井液处理剂简介增粘剂增粘剂(Viscosifiers)用来提高粘度以保证钻井液的更好的井眼清洁用来提高粘度以保证钻井液的更好的井眼清洁能力和悬浮固相能力，包括膨润土、能力和悬浮固相能力，包括膨润土、CMC、PAC、凹凸棒土和高分子量聚合物等。凹凸棒土和高分子量聚合物等。第35页，本讲稿共143页四、钻井液性能四、钻井液性能1 1、钻井液密度、钻井液密度(Drilling Fluid Density)单位体积钻井液所含物质的质量单位体积钻井液所含物质的质量,用钻井液密度计测定用钻井液密度计测定,用用D D表示表示,单位为单位为g/cm3。常用英制单位：常用英制单位：ppg(lb/gal)pcf(lb/ft3)梯度梯度(lb/in2/1000ft)钻井液密度单位换算：钻井液密度单位换算：g/cm3=0.12 ppg g/cm3=0.016 pcf ppg=0.134 pcf第36页，本讲稿共143页四、钻井液性能四、钻井液性能2 2、漏斗粘度漏斗粘度(Funnel Viscosity)一定量的钻井液从规定的漏斗粘度计中流出所需的一定量的钻井液从规定的漏斗粘度计中流出所需的时间，用马氏漏斗测定，用时间，用马氏漏斗测定，用FV表示，单位为表示，单位为s/l。英制单位为英制单位为s/quart(1quart=946ml)，s/quart和和s/l之间不能进行换算。之间不能进行换算。第37页，本讲稿共143页四、钻井液性能四、钻井液性能3 3、表观粘度、表观粘度(Apparent Viscosity)钻井液在一定剪切速率下的剪切应力与剪切速率比值，用直读式钻井液在一定剪切速率下的剪切应力与剪切速率比值，用直读式粘度计测定，用粘度计测定，用AV表示，单位为表示，单位为mPas。表观粘度的计算：表观粘度的计算：AV=600式中：式中：600直读式粘度计直读式粘度计600r/min读值。读值。常用习惯单位为厘泊常用习惯单位为厘泊(cp)，mPas与与cp数值相等。数值相等。12第38页，本讲稿共143页四、钻井液性能四、钻井液性能4 4、塑性粘度、塑性粘度(Plastic Viscosity)钻井液在层流条件下，剪切应力与剪切速率成线性关系时的钻井液在层流条件下，剪切应力与剪切速率成线性关系时的斜率值，用直读式粘度计测定，用斜率值，用直读式粘度计测定，用PV表示，单位为表示，单位为mPas。塑性粘度的计算：塑性粘度的计算：PV=600 300 式中：式中：300直读式粘度计直读式粘度计300r/min读值。读值。常用习惯单位为常用习惯单位为厘泊厘泊(cp)，mPas与与cp数值相等。数值相等。第39页，本讲稿共143页四、钻井液性能四、钻井液性能5 5、动切力、动切力(Yield Point)钻井液在层流条件下，剪切应力与剪切速率成线性关系时的结构钻井液在层流条件下，剪切应力与剪切速率成线性关系时的结构强度，用直读式粘度计测定，用强度，用直读式粘度计测定，用YP表示，单位为表示，单位为Pa。动切力的计算：动切力的计算：YP=AVPV 或或 YP=(300 PV)英制单位为英制单位为lb/100ft2，Pa=0.5 lb/100ft2。12第40页，本讲稿共143页四、钻井液性能四、钻井液性能6 6、静切力、静切力(Gel Strength)钻井液在静止时的胶凝强度，用初切和终切来描述，用直读式钻井液在静止时的胶凝强度，用初切和终切来描述，用直读式粘度计测定，初切和终切分别用粘度计测定，初切和终切分别用G10s和和G10min表示，单位为表示，单位为Pa。静切力的计算：静切力的计算：G10s=310s G10min=310min式中：式中：310s静止静止10s后，直读式粘度计后，直读式粘度计3r/min读值；读值；310min 静止静止10min后，直读式粘度计后，直读式粘度计3r/min读值。读值。动切力的英制单位为动切力的英制单位为lb/100ft2，Pa=0.5lb/100ft2。1212第41页，本讲稿共143页四、钻井液性能四、钻井液性能7、n n、K K值值(n,K Value)n、K是用幂律模式描述假塑性流体的两个流变参数。是用幂律模式描述假塑性流体的两个流变参数。n n为流型指数，无量纲。为流型指数，无量纲。n n值反映钻井液的非牛顿性程度，值反映钻井液的非牛顿性程度，n n值值越接近越接近1 1，流体越接近牛顿流体；，流体越接近牛顿流体；n n值越小，剪切减稠性越明显。值越小，剪切减稠性越明显。K为稠度系数，单位为为稠度系数，单位为Pasn。K值反映钻井液的稠度，是钻井液值反映钻井液的稠度，是钻井液直观流动性的表现。钻井液中的固相含量越高，颗粒越小，直观流动性的表现。钻井液中的固相含量越高，颗粒越小，K值值越大。越大。K值小，有利于提高机械钻速，但不利于井眼清洁。值小，有利于提高机械钻速，但不利于井眼清洁。第42页，本讲稿共143页四、钻井液性能四、钻井液性能7、n n、K K值值(n,K Value)用直读式粘度计测定流变性时，用直读式粘度计测定流变性时，n、K值的计算：值的计算：n3.32 log K K K值的常用习惯单位为值的常用习惯单位为dynesn/cm2，英制单位为英制单位为lbsn/100ft2，这几种单位之间的换算关系为：这几种单位之间的换算关系为：Pasn10dynesn/cm22 lbsn/100ft2。600600 300300 3002 511n第43页，本讲稿共143页四、钻井液性能四、钻井液性能8 8、滤失量、滤失量(Fluid Loss或或Filtration)在规定的试验条件下，钻井液通过过滤介质在在规定的试验条件下，钻井液通过过滤介质在30min内滤出的滤液内滤出的滤液量，用滤失仪测定，用量，用滤失仪测定，用FL表示，单位为表示，单位为ml/30min。API FL：室温，压力为室温，压力为690kPa。HTHP FL：测试温度取决于井底温度，压差为测试温度取决于井底温度，压差为3.45MPa。9 9、滤饼、滤饼(Filtrate Cake)测定钻井液滤失量时过滤介质上的沉积物称为滤饼。测定钻井液滤失量时过滤介质上的沉积物称为滤饼。滤饼厚度：用缓慢水流冲洗后的滤饼厚度，单位为滤饼厚度：用缓慢水流冲洗后的滤饼厚度，单位为mm。滤饼质量：用滤饼质量：用“硬、软、韧、致密、坚固、疏松硬、软、韧、致密、坚固、疏松”等描述。等描述。第44页，本讲稿共143页四、钻井液性能四、钻井液性能1010、pH值值(pH Value)钻井液钻井液(或滤液或滤液)中氢离子浓度中氢离子浓度(mol/l)的负对数值。的负对数值。pH=7为中性，为中性，pH7为为酸性，酸性，pH7为碱性。为碱性。用比色法用比色法(pHpH试纸试纸)或或pHpH计测定。计测定。第45页，本讲稿共143页四、钻井液性能四、钻井液性能1111、固相含量和液相含量、固相含量和液相含量(Solids and Liquid Content)钻井液中溶解的和悬浮的固体总量称为固相含量，液体钻井液中溶解的和悬浮的固体总量称为固相含量，液体(包包括水和油括水和油)总量称为液相含量，用蒸馏法测定，分别用总量称为液相含量，用蒸馏法测定，分别用Vs、Vw、Vo表示，单位均为体积百分数。表示，单位均为体积百分数。(1)固相含量和液相含量的计算：固相含量和液相含量的计算：Vw Vo Vs=100(Vw+Vo)式中：式中：式中：式中：V V 蒸馏所用样品体积，蒸馏所用样品体积，蒸馏所用样品体积，蒸馏所用样品体积，cmcm3 3；V V w w 蒸馏所得水体积，蒸馏所得水体积，蒸馏所得水体积，蒸馏所得水体积，cmcm3 3；V V o o 蒸馏所得油体积，蒸馏所得油体积，蒸馏所得油体积，蒸馏所得油体积，cmcm3 3。100 V wV100 V oV第46页，本讲稿共143页四、钻井液性能四、钻井液性能(2)悬浮固相含量的计算：悬浮固相含量的计算：Vss=VsVw 式中：式中：Vss 悬浮固相体积百分数，悬浮固相体积百分数，%；Cs 氯离子浓度，氯离子浓度，mg/l。(4)加重材料含量的计算：加重材料含量的计算：Vb=VssVlg 式中：式中：Vb 加重材料体积百分数，加重材料体积百分数，%。Vlg低密度固相体积百分数，低密度固相体积百分数，%；Cs 1680000 1.21Cs 第47页，本讲稿共143页四、钻井液性能四、钻井液性能(3)低密度固相含量的计算：低密度固相含量的计算：Vlg=100 f+(b f)Vss100D(f o)Vo 式中：式中：Vlg低密度固相体积百分数，低密度固相体积百分数，%；D 钻井液密度，钻井液密度，g/cm3；f f 滤液密度滤液密度,g/cm3(氯化钠水溶液，氯化钠水溶液，f=1+0.00000109Cs)；b b 加重材料密度，加重材料密度，g/cm3；lg lg低密度固相密度，低密度固相密度，g/cm3；o o 油密度，油密度，g/cm3。1 b lg第48页，本讲稿共143页四、钻井液性能四、钻井液性能(5)低密度固相、加重材料和悬浮固相浓度的计算：低密度固相、加重材料和悬浮固相浓度的计算：Clg=9.96 lgVlg Cb=9.96 bVb Css=Clg+Cb式中：式中：Clg 低密度固相浓度，低密度固相浓度，kg/m3；Cb 加重材料浓度，加重材料浓度，kg/m3 ；Css悬浮固相浓度，悬浮固相浓度，kg/m3 。第49页，本讲稿共143页四、钻井液性能四、钻井液性能1212、含砂量、含砂量(Sands Content)钻井液中粒径大于钻井液中粒径大于74 m(200目目)的固相颗粒含量，用含砂量测定的固相颗粒含量，用含砂量测定仪测定，用体积百分数表示仪测定，用体积百分数表示 1313、亚甲基蓝容量、亚甲基蓝容量(Methylene Blue Test)用用0.1mol/l亚甲基蓝溶液滴定每毫升钻井液至终点时所消耗的亚亚甲基蓝溶液滴定每毫升钻井液至终点时所消耗的亚甲基蓝溶液的毫升数甲基蓝溶液的毫升数,用用MBT表示表示,单位为单位为ml/ml。MBT=Be=14.3MBT式中：式中：MBT亚甲基蓝容量，亚甲基蓝容量，ml/ml Vm 亚甲基蓝溶液消耗体积，亚甲基蓝溶液消耗体积，ml V 钻井液样品体积，钻井液样品体积，ml Be 膨润土当量，膨润土当量，g/l或或kg/m3VmV第50页，本讲稿共143页四、钻井液性能四、钻井液性能1414、碱度、碱度(Alkalinity)1)钻井液碱度钻井液碱度钻井液酚酞碱度钻井液酚酞碱度(Pm)：以酚酞溶液为指示剂以酚酞溶液为指示剂(滴定滴定终点终点pH值为值为8.3)滴定每毫升钻井液所消耗的滴定每毫升钻井液所消耗的0.01mol/l硫酸溶液的毫升数，以硫酸溶液的毫升数，以Pm表示，单位为表示，单位为ml/ml。第51页，本讲稿共143页四、钻井液性能四、钻井液性能1414、（滤液）碱度、（滤液）碱度(Alkalinity)2)钻井液滤液碱度钻井液滤液碱度滤液酚酞碱度滤液酚酞碱度(Pf)：以酚酞为指示剂以酚酞为指示剂(滴定终点滴定终点pH值为值为8.3)滴定每滴定每毫升钻井液滤液所消耗的毫升钻井液滤液所消耗的0.01mol/l硫酸溶液的毫升数，以硫酸溶液的毫升数，以Pf表示，单位为表示，单位为ml/ml。滤液甲基橙碱度滤液甲基橙碱度(Mf)：以甲基橙为指示剂以甲基橙为指示剂(滴定终点滴定终点pH值为值为4.3)滴滴定每毫升钻井液滤液所消耗的定每毫升钻井液滤液所消耗的0.01mol/l硫酸溶液的毫升数，以硫酸溶液的毫升数，以Mf表示，单位为表示，单位为ml/ml。第52页，本讲稿共143页四、钻井液性能四、钻井液性能(1)(1)滤液中氢氧根、碳酸根、碳酸氢根离子浓度的估算滤液中氢氧根、碳酸根、碳酸氢根离子浓度的估算(2)钻井液中石灰含量的计算：钻井液中石灰含量的计算：Cl0.742(PmFwPf)式中：式中：Cl 钻井液中的石灰含量，钻井液中的石灰含量，kg/m3 Fw 钻井液中的水体积分数钻井液中的水体积分数(Fw=Vw/100)OH(mg/l)CO32(mg/l)HCO3(mg/l)Pf0001220Mf2PfMf01200Pf1220(Mf2Pf)2PfMf01200Pf02PfMf340(2PfMf)1200(MfPf)0PfMf340Mf00第53页，本讲稿共143页四、钻井液性能四、钻井液性能3)P1/P2碱度测定法碱度测定法 P1：取取1ml钻井液滤液和钻井液滤液和25ml去离子水于滴瓶中，加入去离子水于滴瓶中，加入2ml 0.1mol/l氢氧化钠溶液，充分搅拌氢氧化钠溶液，充分搅拌(若若pH值小于值小于11.4,再加入再加入2ml氢氧化钠溶液氢氧化钠溶液)；加入；加入3ml 10%氯化钡溶液，边搅拌边加入酚氯化钡溶液，边搅拌边加入酚酞指示剂溶液后，立即用酞指示剂溶液后，立即用0.02mol/l盐酸溶液滴定至终点，所盐酸溶液滴定至终点，所消耗的盐酸溶液毫升数即为消耗的盐酸溶液毫升数即为P1，单位为，单位为ml/mlml/ml。P2：用同量去离子水和试剂配制的参比样品所消耗的：用同量去离子水和试剂配制的参比样品所消耗的0.02mol/l盐盐酸溶液毫升数即为酸溶液毫升数即为P2，单位为，单位为ml/ml。第54页，本讲稿共143页四、钻井液性能四、钻井液性能滤液中的氢氧根、碳酸根和碳酸氢根离子浓度的计算：滤液中的氢氧根、碳酸根和碳酸氢根离子浓度的计算：(1)P1P2：COH-340(P1P2)CCO3-21200Pf(P1P2)(2)P1P2：CHCO3-1220(P2P1)CCO3-21200Pf式中，式中，COH-钻井液中钻井液中OH-浓度，浓度，mg/l；CCO3-2 钻井液中钻井液中CO3-2浓度，浓度，mg/l；CHCO3-钻井液中钻井液中HCO3-浓度，浓度，mg/l。第55页，本讲稿共143页四、钻井液性能四、钻井液性能4)钻井液滤液碱度两种测定方法对比钻井液滤液碱度两种测定方法对比方 法优 点缺 点Pf/Mfa)传统的方法b)用一个样品滴定二次a)Mf 滴定中有干扰b)通常碳酸氢根测定结果偏高P1/P2a)消除Mf滴定中的干扰a)用三个样品滴定三次b)碱的测定很关键c)使用有毒物质(BaCl2)第56页，本讲稿共143页四、钻井液性能四、钻井液性能1515、氯离子浓度、氯离子浓度(Chloride Concentration)测定方法：以铬酸钾溶液为指示剂，用硝酸银标准溶液测定方法：以铬酸钾溶液为指示剂，用硝酸银标准溶液(0.0282mol/l)滴定一定量的滤液至溶液颜色由黄色变为橙红滴定一定量的滤液至溶液颜色由黄色变为橙红色并能保持色并能保持30s即为滴定终点。即为滴定终点。计算：计算：CCl-CNaCl1.65 CCl-式中：式中：CCl-滤液中的滤液中的Cl-浓度，浓度，mg/l；CNaCl 滤液中的滤液中的NaCl含量，含量，mg/l；VAgNO3 滴定所消耗的硝酸银溶液体积，滴定所消耗的硝酸银溶液体积，ml；V 滤液样品体积，滤液样品体积，ml。注：若滤液中的氯离子浓度超过注：若滤液中的氯离子浓度超过10,000mg/l，可使用每毫升相当于，可使用每毫升相当于0.01g氯氯离子的硝酸银溶液离子的硝酸银溶液(0.282mol/l)，此时，把上式中的系数此时，把上式中的系数1000改为改为10000。第57页，本讲稿共143页四、钻井液性能四、钻井液性能1616、总硬度、总硬度(Total Hardness)测定方法：以硬度指示剂溶液测定方法：以硬度指示剂溶液1-(1-羟基羟基-4-甲基甲基-2-苯偶氮苯偶氮)-2-萘萘酚酚-4-磺酸磺酸为指示剂，用为指示剂，用0.01mol/l的的EDTA(二水合乙二胺四乙二水合乙二胺四乙酸二钠盐酸二钠盐)标准溶液滴定一定量的滤液至颜色不再由红变标准溶液滴定一定量的滤液至颜色不再由红变蓝的变化即为滴定终点。蓝的变化即为滴定终点。以以Ca+计的总硬度的计算：计的总硬度的计算：HT式中：式中：HT以以Ca+计的总硬度，计的总硬度，mg/l；VE滴定所消耗的滴定所消耗的EDTA体积，体积，ml；V 滤液样品体积，滤液样品体积，ml。注注1 1：为解决由深颜色组份引起的滴定终点分不清的问题，可用：为解决由深颜色组份引起的滴定终点分不清的问题，可用 次氯酸钠等氧化剂氧化这些组份。次氯酸钠等氧化剂氧化这些组份。注注2 2：若怀疑滤液中有铁离子存在，三乙醇胺、四乙烯基戊胺和：若怀疑滤液中有铁离子存在，三乙醇胺、四乙烯基戊胺和 水的混合液水的混合液(体积比为体积比为1:1:2)1:1:2)是一种合适的掩蔽剂。是一种合适的掩蔽剂。400VEV第58页，本讲稿共143页四、钻井液性能四、钻井液性能1717、钙离子浓度、钙离子浓度(Calcium Concentration)测定方法：滤液中的钙离子浓度测定与总硬度测定相似，差别有二：测定方法：滤液中的钙离子浓度测定与总硬度测定相似，差别有二：一是滴定前调节一是滴定前调节pH至至1213，使镁离子以氢氧化镁形式沉淀；二，使镁离子以氢氧化镁形式沉淀；二是以钙指示剂作为指示剂。是以钙指示剂作为指示剂。计算：计算：CCa+式中：式中：CCa+Ca+浓度，浓度，mg/l；VE 滴定所消耗的滴定所消耗的EDTA体积，体积，ml；V 滤液样品体积，滤液样品体积，ml。400VEV第59页，本讲稿共143页四、钻井液性能四、钻井液性能1818、镁离子浓度、镁离子浓度(Magnesium Concentration)滤液总硬度和钙离子浓度测定结果可计算滤液总硬度和钙离子浓度测定结果可计算出滤液中的镁离子浓度。出滤液中的镁离子浓度。计算：计算：CMg+0.6(HTCCa+)式中：式中：C Mg+Mg+浓度，浓度，mg/l。第60页，本讲稿共143页四、钻井液性能四、钻井液性能1919、润滑性、润滑性(Lubrici