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基础知识04钻井液性能教学讲义ppt
时间: 2024-03-08 16:15:03 | 作者: 华体会app怎么样
钻井液基本性能;钻井液性能的概念、基础要求及性能调节;--钻井液密度 ;3、钻井液密度的调整 （1）提高钻井液密度的方法 一般可在钻井液中加入惰性的、密度大的固体粉末，如重晶石粉、石灰石粉、蚌壳粉等。还可加入可溶性盐类，如NaCl、CaCl2等。使用最普遍的是加重晶石粉。 ;3、钻井液密度的调整 （2）降低钻井液密度的方法 1）机械除砂，即用振动筛、除砂器、除泥器清除钻井液中的钻屑、砂粒等有害固相，减少钻井液固相含量，以此来降低密度。 2）加入清水稀释。 3）加入少数的发泡剂。 4）使用化学絮凝剂，使部分固体颗粒聚结沉淀而降低密度。 此外，加新浆、油类物质等。;--流变参数 ;1、漏斗粘度 概念：用一定体积的钻井液流经规定尺寸（12目即0.68mm孔径筛）的小孔所需的时间来表示，故也叫漏斗粘度。用大写字母“FV”表示，单位“s”。 使用漏斗粘度计测量的粘度就是漏斗粘度，它是钻井液直观流动性的表现，既受钻井液内摩擦力的影响，又受钻井液结构力的影响。用漏斗粘度计测量钻井液流动时间越长，表观粘度越大，钻井液流动性越不好。因此，漏斗粘度只具有相对意义，不能表示钻井液内部结构的变化。; 漏斗粘度计;2、塑性粘度、动切力 （1）塑性粘度 塑性粘度是塑性流体的性质，它不随剪切速率而变化，反应的是钻井液在层流时，钻井液中的固体颗粒与固体颗粒之间、固体颗粒与液体分子之间、液体分子与液体分子之间内摩擦力的总和。 符号：“PV”，常用单位：mPa.s。; 2、塑性粘度、动切力 （2）动切力（屈服值） 是塑性流体流变曲线中的直线段在τ轴上的截距，它反映的是钻井液在层流流动时，粘土颗粒之间及高分子聚合物之间相互作用力的大小，即形成空间网架结构能力的强弱。 符号：“YP”，常用单位：Pa。;3、流性指数和稠度系数;流性指数n对钻井液剪切稀释性的影响;流性指数n对平板型层流的影响;（2）稠度系数K;4、表观粘度和剪切稀释特性;（2）剪切稀释性 塑性流体和假塑性流体的表观粘度随着剪切速率的增加而降低的特性称为剪切稀释性。例如，在钻头水眼处，剪切速率高达10000－100000s-1，钻井液变得很稀；而在环形空间，当剪切速率为50－250s-1时，钻井液又变得比较稠。这种剪切稀释特性是一种优质钻井液一定要具有的性能，因为它既能充分的发挥钻头的水马力，有利于提高钻速，而在环形空间又能很好的携带钻屑。; （2）剪切稀释性 在钻井液工艺中，常用动切力与塑性粘度的比值（简称动塑比）表示剪切稀释性的强弱。YP/PV 的值越大，剪切稀释性越强。为了可以在高剪率下有效地破岩和在低剪率下有效地携带岩屑，要求钻井液具有较高的动塑比。根据现场经验和平板型层流流核直径的有关计算，正常的情况下将动塑比控制在0.36?0.48 Pa/mPa?s是比较适宜的，大斜度、大位移井的动塑比控制的还要高一些。;动塑比对平板型层流的影响;5、钻井液静切力和触变性 （1）钻井液的静切力 定义：钻井液中的粘土颗粒，由于其形状不规则，表面带电性和亲水性不均匀，常易形成网状结构，破坏钻井液中单位面积上的网状结构所需的最小切应力，称为钻井液的极限静切力，简称钻井液切力。用符号“G”表示，单位“Pa”。切力的大小不仅与钻井液本身性质有关，而且与钻井液静止时间有关。 统一规定，钻井液静止10s后所测之切力称为初切力，用G10s表示；静止10 min后所测之切力称为终切力，用G10min表示。;5、钻井液静切力和触变性 （2）触变性 初切与终切的差值表示了钻井液的触变性，即网状结构随静止时间的长短恢复的程度。差值越大，触变性越强；反之，触变性越弱。 ;ZNN型旋转粘度计 ;ZNN型旋转粘度计－－数据处理; 塑性流体和粘塑性流体 ： 表观粘度 （mPa?s） 塑性粘度 （mPa?s） 动切力 （Pa） 静切力 （ 10s测）（Pa） （ 10min测）（Pa） ;幂律流体 ： 流性指数 （无因次） 稠度指数 （Pa·sn） ; ;6、钻井液粘度对钻井的影响 大量实践证明，在钻进过程中，粘度升高，钻速降低。粘度大，流动阻力就大，功率消耗就大，泵功率一定的情况下，排量就降低。另外，高粘度的钻井液在井底岩石表明产生一个粘性垫子，它缓和了钻头牙齿对井底岩石的冲击切削作用。但粘度高有利于钻井液携带岩屑，保持井底清洁。 ;钻井液粘度的调整： （1）提高钻井液粘度的方法 1）提高固相含量。 2）加入正电胶、CMC、加入水溶性高分子化合物。 3）提高固相分散度。加入NaOH 、Na2CO3 （2）降低钻井液粘度的方法 1）补充清水即可。 2）加入稀释剂（或降粘剂）。 3）降低固相含量。;7、钻井液切力对钻井影响 钻井液具有切力，有利于携带和悬浮岩屑、重晶石等，不会因停泵而发生沉砂卡钻，也不会因重晶石沉淀而难于加重。 切力太大，则地面清除砂粒、钻屑困难，密度上升快，含砂量高，磨损设备，降低钻速；流动阻力大，开泵困难，易憋泵或憋漏地层，转动扭矩大、浪费动力、滤饼质量差、滤失大，易引起缩径、井漏、卡钻等事故。 若切力太小，则携带和悬浮岩屑能力降低，停泵易造成沉砂，下钻不到底甚至沉砂卡钻。;钻井液切力的调整 （1）提高钻井液切力的方法 1）提高钻井液中固体颗粒含量。 2）提高粘土颗粒分散度。 3）加入水溶性高分子化合物，如XC等。 （2）降低钻井液切力的方法 1）加水或低浓度处理剂溶液，降低粘土含量。 2）加稀释剂;--钻井液的滤失和滤饼 ;--钻井液的滤失和滤饼 ;2、API（美国石油学会）滤失 滤失量定义：钻井液在常温及一定压差（API标准为压力为0.689 MPa，约为0.7 MPa）作用下，30 min内，透过直径为75mm的过滤面积所滤失的水量叫滤失量，又叫钻井液的滤失。常用符号“FL”表示，单位是“mL”。现场经常测7.5min的滤失量，测得的滤失量乘以2即可。;API滤失量测定仪;3、高温度高压力滤失 定义：钻井液在高温、高压作用下，30 min内，透过直径为75 mm（高温度高压力滤失测定仪过滤面积的直径为53 mm，故测定结果需乘以2）的过滤面积所滤失的水量叫高温度高压力滤失量，习惯称高温度高压力滤失，用“HTHP”表示，单位是“mL”。 ; 4、滤饼 因液柱与地层的压差作用，在滤失的同时，粘土颗粒在井壁上形成一层粘土与处理剂的堆积物，此堆积物叫滤饼。测滤失时，滤纸上附着一层滤饼，其标准以厚薄来衡量，单位“mm”,泥饼的质量以“硬”、“松”、“软”、“韧”等来衡量。 ;5、滤失量与滤饼之间的关系 对同一钻井液而言，其滤失量愈大，滤饼愈厚；对不同的钻井液而言，滤失量相同时滤饼厚度不一定相同。致密而坚韧的滤饼能够使滤失量减小。;6、影响滤失量与滤饼质量的因素 （1）钻井液中优质活性固体——膨润土的含量； （2）钻井液中固体颗粒的水化分散性； （3）滤液粘度的影响； （4）地层岩石的孔隙度与渗透性； （5）钻井液液柱与地层的压力差； （6）温度对滤失与滤饼的影响； （7）时间对滤失与滤饼的影响。; 7、滤失量和滤饼质量对钻井工艺的影响 钻井液滤失量过大，滤饼厚而虚，会引起一系列问题。如： （1）易造成地层孔隙堵塞损坏油气层； （2）滤饼在井壁堆积太厚，环空间隙变小，泵压升高； （3）易引起泥包钻头，下钻遇阻、遇卡或堵死水眼； ; 7、滤失量和滤饼质量对钻井工艺的影响 （4）在高渗透地层易造成较厚的滤饼而引起阻卡，甚至发生压差卡钻； （5）电测不顺利、电测解释不准确而易漏掉油气层； （6）对松软地层，易泡垮易塌地层，会形成不规则井眼，引起井漏等。;钻井液滤失量的确定原则 （1）井浅时可放宽，井深时要从严。 （2）裸眼时间短时可放宽，裸眼时间长时要从严。 （3）使用不分散处理剂时可放宽，使用分散处理剂时要从严。 （4）矿化度高者可放宽，矿化度低者要从严。 ;钻井液滤失量的确定原则 （5）在油气层中钻进，滤失量愈低愈有利于减少损害，尤其是在高温度高压力时，滤失量应在10-15 mL（《钻井液管理条例》规定一般地层为20mL）。 总之，要从钻井实际出发，以井下情况是否正常为依据，适时测定并及时作出调整钻井液的滤失量。;钻井液滤失性能的一般要求 （1）在钻开油气层时，应尽力控制滤失量，以减轻对油气层损害。正常的情况下，此时的API滤失量应小于5ml，模拟井底温度的HPHT滤失量应小于15ml。 （2）钻遇易坍塌地层时，滤失量需严控，API滤失量最好不大于5ml。 （3）对一般地层，API滤失量应尽量控制在10ml以内，HPHT滤失量不应超过20ml。但有时可适当放宽，某些油基钻井液体系正是通过适当放宽滤失量来提高钻速。;钻井液滤失性能的一般要求 （4）要注意提高滤饼质量，尽可能形成薄、韧、致密及润滑性好的滤饼，以利于固壁和避免压差卡钻。 （5）加强对钻井液滤失性能的检测。正常钻进时，应每4小时测一次常规滤失量。对定向井、丛式井、水平井、深井和复杂井要增测HPHT滤失量和泥饼的润滑性，对其要求也相应高一些。 ;8、钻井液滤失性能的控制与调整 ; 8、钻井液滤失性能的控制与调整 主要调整方法是根据钻井液类型、组成以及所钻地层的情况，选用适合的降滤失剂和封堵剂。; 8、钻井液滤失性能的控制与调整 （2）加入沥青、原油等处理剂改善泥饼质量 （3）加入CMC或其他聚合物以保护粘土颗粒,阻止其聚结,从而有利于提高分散度。同时,CMC和其他聚合物沉积在泥饼上亦起堵孔作用,使滤失量降低。 ; 8、钻井液滤失性能的控制与调整 (4)加入一些极细的胶体粒子（如腐植酸钙胶状沉淀）堵塞泥饼孔隙，以使泥饼的渗透性降低，抗剪切能力提高。 我国常用的降滤失处理剂：低粘CMC、中或高粘CMC、聚丙烯腈盐类（有钠、钙及铵盐等）、聚丙烯酸盐类（有钠、钙及钾盐等），阳离子和两性离子聚合物，抗温能力强的磺化褐煤(SMC)、磺化酚醛树脂(SMP-1)以及酚醛树脂和腐殖酸缩合物(SPNH)。;--滤饼的摩擦系数 ;--滤饼的摩擦系数 ;--滤饼的摩擦系数 ;2、钻井液润滑性的影响因素 ; 钻井液中固相含量对其润滑性影响很大。随着钻井液固相含量增加，除使泥饼粘附性增大外，还会使泥饼增厚，易产生压差粘附卡钻。另外，固相颗粒尺寸的影响也不可忽视。因此，必须严控钻井液粘土含量，搞好固相控制和净化，尽量用低固相钻井液，是改善和提高钻井液润滑性能的最重要的措施之一。 ; （2）泥饼质量对润滑性能的影响 致密、表面十分光滑、薄的泥饼拥有非常良好的润滑性能。降滤失剂和其他改进泥饼质量的处理剂（比如磺化沥青）主要是通过改善泥饼质量来改善钻井液的防磨损和润滑性能。 ;3.有机高分子处理剂的影响 ;4、钻井液润滑性能的调控方法 影响钻井液摩擦的因素很多，最重要的包含：钻柱、套管、地层、井壁泥饼表面的粗糙度；接触表面的塑性；接触表面所承受的负荷；钻井液粘度与润滑性；流体内固相颗粒的含量和大小；井壁表面泥饼润滑性；井眼轨迹；钻柱重量；静态与动态滤失效应等。 ;4、钻井液润滑性能的调控方法 在这些众多的影响因素中，钻井液的润滑性能是主要的可调节因素。 主要调控方法：（1）固控 （2）润滑剂（3）泥饼改进剂（4）利用胶液改变流变性 。;钻井液润滑剂;钻井液中常用的润滑剂;液体润滑剂的润滑机理;--钻井液含砂量 ;1、含砂量对钻井液的影响 含砂量高时，钻井液密度升高，钻速降低，滤饼质量变差，滤失变大，滤饼摩擦系数变大，影响固井质量，电测遇阻，地质资料不准，对设备的磨损严重。一般控制在0.5%以下。 ; 2、降低含砂量方法 （1）机械除砂。利用振动筛、除砂器、除泥器等设备除砂。 （2）化学除砂。通过加入化学絮凝剂，将细小砂粒由小变大，再配合机械设备除之。;--钻井液酸碱值 ;1、常用体系PH值范围 （1）一般聚合物钻井液体系pH值控制在8-9范围内； （2）有机硅钻井液体系pH值控制在9-10范围内； （3）抑制性钻井液体系pH值控制在10以上； （4）含H2S含量地层， pH值控制在10以上； （5）海水钻井液体系pH值控制范围不能低于9。;2、pH值的操控方法 烧碱（NaOH）是提高钻井液pH值的主要添加剂，有时也用纯碱（Na2CO3）和石灰。在常温下，它们的水溶液具有以下pH值： 10% NaOH溶液，pH值＝12.9； 10% Na2CO3溶液，pH值＝11.1； Ca(OH)2饱和溶液，pH值＝12.1。 若需降pH值，现场一般不采用加无机强酸，而是采用加弱酸性的柠檬酸等。;--钻井液中的固相含量 ; 1、钻井液固相 （1）有用固相：钻井液配方中有用的固相，如适量的土、化学处理剂、加重剂等。 （2）有害固相：对钻井液性能有害的固相，如钻屑、劣质粘土和砂粒等。;2、固相对钻井的影响 钻井液中固相含量越低越好。固相含量过大将有以下危害： （1）钻井液密度大，钻速下降，钻头寿命减少。 （2）滤饼质量差，质地松散，摩擦系数高，导致起下钻遇阻，易引起粘附卡钻；另外，滤失增大，地层膨胀，易缩径、剥落、坍塌引起井塌卡钻；再者，滤饼渗透性大，滤失大，可降低油层渗透率和原油生产能力，也影响固井质量。 ;2、固相对钻井的影响 （3）含砂量增高，对钻井设备磨损严重。 （4）钻井液性能不稳定，粘度、切力高，流动性不好，易发生粘土侵和化学污染。 （5）影响地质资料和电测资料的录取。; 3、钻井液中固相含量的要求 （1）根据需要配备良好的进化设施，彻底清除无用固相。 （2）必须严控膨润土含量,一般控制在30-80g/L。;5、钻井液固相控制的方法 （1）清水稀释法 （2）替换部分钻井液法 （3）大池子沉淀法 （4）化学絮凝法 （5）机械设备清除法; 责任为先、技能为本、预防为主， 为顾客提供安全清洁的井眼
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