钻井液性能及其测试.ppt
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1、明德大爱创新笃行明德大爱创新笃行钻井液性能及其测试明德大爱创新笃行明德大爱创新笃行一、密度一、密度二、流变性二、流变性(漏斗粘度、表观粘度、塑性粘度、(漏斗粘度、表观粘度、塑性粘度、动切力、静切力等)动切力、静切力等)三、滤失造壁性三、滤失造壁性(滤失量、滤饼厚度、滤饼性能等)(滤失量、滤饼厚度、滤饼性能等)四、四、pH值值五、含砂量五、含砂量六、固相含量等。六、固相含量等。本节课程内容钻井液常规性能钻井液常规性能明德大爱创新笃行明德大爱创新笃行l钻井液的密度是指钻井液的密度是指每单位体积钻井液的质量每单位体积钻井液的质量,常用,常用g/cmg/cm3 3(或或kg/mkg/m3 3)表示。在
2、钻井工程上,钻井液密度和泥浆比重表示。在钻井工程上,钻井液密度和泥浆比重(Mud(Mud weight)weight)是两个等同的术语。其英制单位通常为是两个等同的术语。其英制单位通常为lbm/ga1(lbm/ga1(即即磅磅/加仑,或写做加仑,或写做ppg)ppg),1 g/cm1 g/cm3 3等于。等于。l钻井液密度是确保安全、快速钻井和保护油气层的一个十分钻井液密度是确保安全、快速钻井和保护油气层的一个十分重要的参数。通过钻井液密度的变化,可调节钻井液在井筒重要的参数。通过钻井液密度的变化,可调节钻井液在井筒内的内的静液柱压力静液柱压力,以,以平衡地层孔隙压力平衡地层孔隙压力时亦用于时
3、亦用于平衡地层构平衡地层构造应力,以避免井塌的发生造应力,以避免井塌的发生。1.1.钻井液密度与安全密度窗口钻井液密度与安全密度窗口一 钻井液密度明德大爱创新笃行明德大爱创新笃行安全密度窗口(安全密度窗口(P)井漏井漏井喷井喷复杂情况复杂情况坍塌坍塌 钻具钻具厚泥饼厚泥饼卡钻卡钻安全密度窗口:安全密度窗口:安全钻进时的安全钻进时的 泥浆密度范围泥浆密度范围 1.1.钻井液密度与安全密度窗口钻井液密度与安全密度窗口一 钻井液密度明德大爱创新笃行明德大爱创新笃行坍塌压力坍塌压力P P塌塌和泥浆压力和泥浆压力P P泥泥l井眼形成后,井眼形成后,地应力在井壁上的二次分布所产生的指向井地应力在井壁上的二
4、次分布所产生的指向井内引起井壁岩石向井内移动的应力内引起井壁岩石向井内移动的应力,称为,称为井壁(地层)坍井壁(地层)坍塌应力塌应力P P塌塌。P P塌塌一旦产生(一旦产生(P P塌塌0 0),井壁岩石必然逐渐掉),井壁岩石必然逐渐掉(挤)入井中(垮塌)。(挤)入井中(垮塌)。l钻井过程中钻井过程中P P塌塌可以(也只能)用井内泥浆液柱压力来有效可以(也只能)用井内泥浆液柱压力来有效地平衡,地平衡,P P泥泥P P塌塌时则井壁保持稳定;时则井壁保持稳定;P P泥泥P P塌塌时,则发生井时,则发生井塌。塌。1.1.钻井液密度与安全密度窗口钻井液密度与安全密度窗口一 钻井液密度明德大爱创新笃行明德
5、大爱创新笃行泥浆压力泥浆压力P P泥泥和破裂压力和破裂压力P P破破l除了除了P P塌塌之外,裸眼井段还有地层流体压力(之外,裸眼井段还有地层流体压力(P P地地)和地)和地层破裂压力层破裂压力P P破破(P P漏漏)等两个地层压力。钻进过程中,)等两个地层压力。钻进过程中,我们人为施加的是泥浆压力我们人为施加的是泥浆压力P P泥。泥。l当当P P泥泥P P破破(P P漏漏)则发生井漏;)则发生井漏;P P泥泥P P地地时,则发生井涌时,则发生井涌或井喷。或井喷。1.1.钻井液密度与安全密度窗口钻井液密度与安全密度窗口一 钻井液密度明德大爱创新笃行明德大爱创新笃行安全密度窗口问题分析安全密度窗
6、口问题分析P塌塌、P地地P泥泥P破破(P漏漏)安全密度窗口安全密度窗口P=PP=P破破P P地地(P P塌塌)一 钻井液密度常规地层常规地层井口井口易漏,低易漏,低P破破 P泥泥 P泥泥低压地层低压地层高压地层高压地层易喷地层,高易喷地层,高P地地常规地层常规地层明德大爱创新笃行明德大爱创新笃行 钻井液密度是用一种专门设计的钻井液比重秤钻井液密度是用一种专门设计的钻井液比重秤(Mud(Mud BalancerBalancer)测得的,比重秤的外观如下图所示。测定时,首)测得的,比重秤的外观如下图所示。测定时,首先在泥浆杯中盛满钻井液,盖上计量盖,然后用棉纱布擦净先在泥浆杯中盛满钻井液,盖上计量
7、盖,然后用棉纱布擦净从计量盖小孔溢出的钻井液。再将比重秤刀口放置在底座的从计量盖小孔溢出的钻井液。再将比重秤刀口放置在底座的刀垫上,不断移动游码,直至水平泡位居两条线的小央。此刀垫上,不断移动游码,直至水平泡位居两条线的小央。此时游码左侧的到度即表示所测量钻井液的密度。时游码左侧的到度即表示所测量钻井液的密度。2.2.钻井液密度的测量钻井液密度的测量一 钻井液密度明德大爱创新笃行明德大爱创新笃行l加入加入重晶石重晶石等加重材料等加重材料是提高钻井液密度最常用的方法。是提高钻井液密度最常用的方法。l在加重前,应调整好钻井液的各种性能,特别要严格控制在加重前,应调整好钻井液的各种性能,特别要严格控
8、制低密度固相的含量。一般情况下,所需钻井液密度越高,低密度固相的含量。一般情况下,所需钻井液密度越高,则则加重前钻井液的固相含量及粘度、切力应控制得越低加重前钻井液的固相含量及粘度、切力应控制得越低。l加入可溶性无机盐也是提高密度较常用的方法。如在保护加入可溶性无机盐也是提高密度较常用的方法。如在保护油气层的清洁盐水钻井液中,通过加入油气层的清洁盐水钻井液中,通过加入NaClNaCl,可将钻井液,可将钻井液密度提高至密度提高至1.20 g/cm1.20 g/cm3 3左右。左右。3.3.钻井液密度的调整钻井液密度的调整一 钻井液密度明德大爱创新笃行明德大爱创新笃行l为实现平衡压力钻井或欠平衡压
9、力钻井,有时需要适当降为实现平衡压力钻井或欠平衡压力钻井,有时需要适当降低钻井液的密度。通常降低密度的方法有以下几种:低钻井液的密度。通常降低密度的方法有以下几种:l最主要的方法是用最主要的方法是用机械和化学絮凝的方法清除无用固相,的方法清除无用固相,降低钻井液的固相含量。降低钻井液的固相含量。l加水稀释。但往往会增加处理剂用量和钻井液费用。加水稀释。但往往会增加处理剂用量和钻井液费用。l混油。但有时会影响地质录井和测井解释;混油。但有时会影响地质录井和测井解释;l钻低压油气层时可选用钻低压油气层时可选用充气钻井液等。等。3.3.钻井液密度的调整钻井液密度的调整一 钻井液密度明德大爱创新笃行明
10、德大爱创新笃行l钻井液的流变性钻井液的流变性(Rheological ProPerties of Drilling(Rheological ProPerties of Drilling F1uids)F1uids)是指钻井液是指钻井液流动和变形的特性。的特性。l该特性通常是由不同的流变模式及其参数来表征的,最常用该特性通常是由不同的流变模式及其参数来表征的,最常用的流变模式为宾汉和幂律模式。其中的流变模式为宾汉和幂律模式。其中宾汉模式的参数为塑性宾汉模式的参数为塑性粘度粘度(Plastic Viscosity)(Plastic Viscosity)和动切力和动切力(Yield Point)(Y
11、ield Point);幂律模幂律模式的参数为流性指数式的参数为流性指数(FLow Behavior Index)(FLow Behavior Index)和稠度系数和稠度系数(Consistency Index)(Consistency Index)。此外,。此外,漏斗粘度漏斗粘度(Funnel Viscosity(Funnel Viscosity、表观粘度表观粘度(Apparent Viscosity)(Apparent Viscosity)和和静切力静切力(Gel Strength)(Gel Strength)等也是钻井液的重要流变参数。等也是钻井液的重要流变参数。二 钻井液流变性明德大
12、爱创新笃行明德大爱创新笃行l由于钻井液的流变性与携岩、井壁稳定、提高机械钻速和由于钻井液的流变性与携岩、井壁稳定、提高机械钻速和环空水力参数计算等一系列钻井工作密切相关,因此它是环空水力参数计算等一系列钻井工作密切相关,因此它是钻井液最重要的性能之一。钻井液最重要的性能之一。二 钻井液流变性钻井液流变性的测量明德大爱创新笃行明德大爱创新笃行常用流变参数计算关于切力关于切力在在600r/min下搅拌下搅拌10s,静止,静止10s后后在在3r/min下读取并记录最大读数值下读取并记录最大读数值再在再在600r/min下搅拌下搅拌10s,静止,静止10min后在后在3r/min下读取并记录最大读下读
13、取并记录最大读数值。数值。二 钻井液流变性明德大爱创新笃行明德大爱创新笃行l钻井过程中,当钻头钻过渗透性地层时,由于钻井液的液柱钻井过程中,当钻头钻过渗透性地层时,由于钻井液的液柱压力一般总是大于地层孔隙压力,在压差作用下,钻井液的压力一般总是大于地层孔隙压力,在压差作用下,钻井液的液体便会渗入地层,这种特性常称为液体便会渗入地层,这种特性常称为钻井液的滤失性钻井液的滤失性(Filtration Properties(Filtration Properties of of Drilling F1uids)Drilling F1uids)。在液体。在液体发生渗滤的同时,钻井液中的固相颗粒会附着沉
14、积在井壁上发生渗滤的同时,钻井液中的固相颗粒会附着沉积在井壁上形成一层泥饼形成一层泥饼(Mud cake)(Mud cake)。随着泥饼的逐渐加厚以及在压差。随着泥饼的逐渐加厚以及在压差作用下被压实,会对裸眼井壁有效地起到稳定和保护作用,作用下被压实,会对裸眼井壁有效地起到稳定和保护作用,这就是钻井液的所谓这就是钻井液的所谓造壁性造壁性。由于泥饼的渗透率远远小于地。由于泥饼的渗透率远远小于地层的渗透宰,因而形成的泥饼还可有效地阻止钻井液中的固层的渗透宰,因而形成的泥饼还可有效地阻止钻井液中的固相和滤液继续侵入地层。相和滤液继续侵入地层。三、钻井液的滤失造壁性明德大爱创新笃行明德大爱创新笃行 滤
15、饼质量评价三、钻井液的滤失造壁性明德大爱创新笃行明德大爱创新笃行 滤饼质量评价滤饼质量评价u光滑性光滑性:将滤饼放在一平面上,用手指触摸,如果滤饼薄而:将滤饼放在一平面上,用手指触摸,如果滤饼薄而光滑,并无有砂子的感觉则光滑性好,否则,光滑性不好。光滑,并无有砂子的感觉则光滑性好,否则,光滑性不好。三、钻井液的滤失造壁性明德大爱创新笃行明德大爱创新笃行l坚实性坚实性:将滤饼放在一容器里,并装入水或柴油,放置:将滤饼放在一容器里,并装入水或柴油,放置2424小时,观察其破坏滤饼的程度,如果滤饼经过浸泡而松散小时,观察其破坏滤饼的程度,如果滤饼经过浸泡而松散或消失,证明坚实性较差,否则,则好。或消
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- 钻井 性能 及其 测试
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