泥浆基础知识.ppt

2019/11/30,1,钻井液基础知识,2007.6.30.,2019/11/30,2,（一）钻井液,2019/11/30,3,（1）钻井液概述,2019/11/30,4,（1.1）钻井中与泥浆相关的问题1）卡钻2）成本3）转矩和拉力（遇阻遇卡）4）井壁不稳5）固井质量6）测井困难7）钻速8）井漏9）井涌井喷10）打捞作业,2019/11/30,5,（1.2）泥浆的功用1）从井内清除钻屑和塌块2）润滑钻头和钻柱3）用相对不渗透的泥饼涂敷井壁4）控制井下地层压力5）悬浮钻屑和加重材料6）在地面释放出无用固相7）悬浮一部分钻柱和套管的重量8）防止地层污染9）确保对所钻地层的评估10）传递水力清洗能力到钻头11）支持和保护井眼井壁12）防护钻柱和套管过分腐蚀,2019/11/30,6,（1.2.1）从井内清除钻屑和塌块1)钻头水眼的水力喷射从井底释放钻屑2）泥浆从钻头下除去钻屑3）环空泥浆将钻屑和塌块升举到地面4）以下因素影响泥浆的携带能力：a,环空流动速度b,钻井液密度c,钻井液粘度,2019/11/30,7,（1.2.2）润滑钻头和钻柱钻头和钻柱与地层的摩擦产生热；循环的泥浆使热消散；如果有研磨作用的固体颗粒极少时泥浆能起到润滑剂的作用。,2019/11/30,8,（1.2.3）用相对难渗透的泥饼涂敷井壁1）目的是达到可接受的滤饼；2）滤饼阻塞泥浆进入渗透性地层的通道；3）膨润土、降滤失剂、胶体稳定剂等影响滤饼质量和滤失量。,2019/11/30,9,（1.2.4）控制井下地层压力1）钻井液的密度起到控制地层压力的作用；2）正常的地层压力梯度是0.465psi/ft；3)异常的地层压力要求泥浆加入加重材料；4）井内的静液柱压力可以如下计算：P(psi)=D(ft)W(lb/gal)0.052,2019/11/30,10,(1.2.5)悬浮钻屑和加重材料与(1.2.6)在地面释放出无用固相1）固相颗粒由于钻井液的静切力而悬浮；2）钻井液的流动特性是很重要的：特别是屈服值使钻井液在流动中携带钻屑；3）必须利用固控设备有效地清除固相，钻井液的粘度和剪切稀释性影响固控设备的清除固相效果。,2019/11/30,11,（1.2.7）悬浮一部分钻柱和套管的重量1）悬挂在地面的钻柱和套管的重量减少相当于井内排出的泥浆重量；2）钻井液的悬浮力等于所排出的钻井液体积的重量。,2019/11/30,12,（1.2.8）防止地层污染与（1.2.9）确保对所钻地层的评估1）最大限度减少对潜在储层的损害；2）使测井顺利；提高对地层的评价效果；3）维持井眼的完整性；4）要求的最佳泥浆性能，避免对电测得干扰。,2019/11/30,13,(1.2.10)传递水力清洗能力到钻头1)传递到钻头的水力和水马力尽量大；2）增大泥浆泵功率3）减少循环系统沿途的压力损失。,2019/11/30,14,（1.2.11）支持和保护井眼井壁1）作用到井壁上的钻井液静液柱压力有助于维持井眼的稳定；2）有些地层（盐层）的塑性流动可能得到阻止；3）钻井液的抑制性能可能能够稳定敏感性的地层（页岩层）；4）在水敏性地层尽量降低滤失量。,2019/11/30,15,（1.2.12）防护钻柱和套管过分腐蚀1）金属会受到硫化氢、氧和二氧化碳的腐蚀；2）细菌的腐蚀也必须尽量减轻；3）适当的密度平衡地层气体的入侵；4）添加清除剂和缓蚀剂。,2019/11/30,16,泥浆的主要功能,携带、悬浮岩屑,控制压力,形成泥饼,破岩、清岩,保护油气层,传递水功率,3,2019/11/30,17,（2）钻井液的组成,2019/11/30,18,(2.1）粘土-水基钻井液的组成多相分散体系1）水（淡水或盐水）2）活性固体颗粒（膨润土和泥页岩钻屑）3）惰性固体颗粒（加重材料和砂岩钻屑）4）化学药品（处理剂）,2019/11/30,19,（2.1.1）水的优点1）通常大量和易于获得；2）高温稳定；高沸点；3）温度升高时粘度下降；4）极好的溶剂；促进其它化学药品的电离。,2019/11/30,20,（2.1.2）活性固体颗粒1）商品粘土膨润土、搬土；2）可水化的钻屑泥岩、泥页岩、含粘土的钻屑。,2019/11/30,21,（2.1.3）惰性固体颗粒加重材料（重晶石等）；非活性钻屑固体颗粒：1）砂岩钻屑；2）石灰岩钻屑；3）黑硅石（燧石）钻屑；4）白云石钻屑；5）不含粘土成分和一般无机盐的钻屑。,2019/11/30,22,（2.1.4）化学药品无机物：1）磷酸盐（焦磷酸盐SAPP、四磷酸盐）；2）烧碱（氢氧化钠）；3）碳酸氢钠（小苏打）；4）碳酸钠（纯碱）5）氯化钠、氯化钾、氯化钙、溴化钙、溴化锌等。有机物：1）单宁、栲胶、淀粉、沥青等及其化学加工产品；2）木质素磺酸盐；3）褐煤（纯褐煤、碱性褐煤、化学加工褐煤等）；4）各种聚合物及其衍生物；5）各种有机盐（甲酸钾、甲酸钠、甲酸铯等等）。,2019/11/30,23,（2.2）油基钻井液的组成1）分散相水滴；2）连续相油；3）乳化剂；4）润湿剂；5）亲油固体(有机土、氧化沥青等）；6）石灰；7）稀释剂、提切剂、高温稳定剂、封堵剂等7）加重材料等。,2019/11/30,24,（3）钻井液性能,2019/11/30,25,（3.1）钻井液性能分类1）密度；2）流动性；3）滤失性；4）化学成分；5）润滑性；6）其它（抑制性、抗温性、荧光度、对生物的毒性等）。,2019/11/30,26,（3.2）钻井液性能测定和计算项目,密度马氏漏斗粘度表观粘度塑性粘度动切力（屈服值）动塑比切力（静切力-初切、终切）API滤失量API滤失泥饼HTHP滤失量HTHP滤失量的泥饼含砂量pH值n值(流型指数）K值（稠度系数）浮筒切力矿化度滤液、水总硬度泥浆润滑性泥饼粘附系数砂床滤失性,Pf(滤液酚酞碱度)Pm(泥浆酚酞碱度)Mf（滤液甲基橙碱度）固相含量/含油量/含水量亚甲基兰吸附容量（膨润土含量）高密度固相含量低密度固相含量岩屑含量CL-含量K+含量Mg2+含量Ca2+含量硫酸根含量碳酸盐含量钻井液电阻率油基泥浆电稳定性油基泥浆碱度油基泥浆油水比油基泥浆水相活度,2019/11/30,27,（3.3)钻井液密度,钻井液密度是指单位体积钻井液的质量。其单位可用g/cm3或kg/m3来表示（英制用Ib/gal，即磅/加仑，1g/cm3=8.33Ib/gal）。,2019/11/30,28,（3.3.1）钻井液密度的意义1）提供充足的液柱压力，平衡地层流体压力，避免地层流体污染泥浆，防喷；平衡地层构造应力，有利于井眼稳定；2）密度不能高至压裂地层而引起井漏，密度高会降低钻速；3）密度降低有利于阻止井漏，提高钻速，减少压差卡钻几率，有利于储层保护，但容易引发井涌井喷；4）井内静液柱压力可以如下计算：P(psi)=D(ft)W(lb/gal)0.0520.052是换算常数,2019/11/30,29,（3.3.2）密度过大时的不利影响1）损害储层；2）降低钻速；3）易压差卡钻；4）易憋漏地层；5）易引起过高的粘度和切力；6）多消耗材料和动力；7）泥浆的抗污染能力降低。,2019/11/30,30,（3.3.3）密度过低的不利影响1）易井涌井喷；2）易井塌，井眼不稳定；3）易缩径；4）泥浆携带钻屑能力下降。,2019/11/30,31,（3.3.4）密度的设计与控制1）根据地层的空隙压力、破裂压力及钻井液的流变参数确定密度；2）正常下，密度设计附加值为：气层：3-5MPa;油层：1.5-3.5MPa；3）通常用重晶石加重（可加重至2.5SG左右）；4）对于非酸敏性又要酸化的产层用酸溶性加重剂如石灰石（加重至1.4SG以内），铁矿粉或钛铁矿粉（可加重到1.4SG以上）；5）加重前的泥浆低密度固相含量必须控制，所需密度愈高加重前的固相含量就要愈低，粘度亦应愈低；6）加重时不能太猛，每循环周增加0.10SG为适当。,2019/11/30,32,（3.3.5）密度测定的要点1）泥浆比重计基座应放置在水平台面上；2）泥浆比重计的泥浆杯和横梁应清洁干燥；3）用于测定的泥浆应当是均匀一致和有代表性的；4）泥浆比重计应当经常用清水进行校正；5）如果泥浆试样有起泡，应加消泡剂并缓慢搅拌除气，或用压力式泥浆比重计；6）泥浆试样有泡沫是密度测定的主要误差根源；7）泥浆比重计的泥浆杯和横梁不干净影响测定的准确性；8）泥浆杯磨损或腐蚀使容积增大，泥浆杯盖盖不严实或容纳气体也使测定有误差；9）泥浆杯没有装满泥浆会使测定不准确；10）比重计没有校正，支点刀口和横梁损坏将引起测定不准确。,2019/11/30,33,（3.3.6）密度有关的知识1）泥浆的密度直接和固相的数量与平均比重及液相的密度有关；2）密度的重要性在于使井内泥浆液柱具有适当的压力控制地层压力和有助于稳定井眼；3）泥浆液柱的压力与其垂直深度的增加而成比例的增加；4）淡水的密度是1.0g/ml,或8.33lb/gal;5)正常钻进时泥浆密度是在增加的，因为钻屑在泥浆中不可能完全除去，会在泥浆内累积，而钻屑的密度一般都比在用的泥浆密度大；6）泥浆中有目的地加入高密度的固体粉末以增加泥浆密度，最常用的是重晶石（密度4.3g/ml左右）；7）其它不溶性加重材料是：碳酸钙、氧化铁、硫化铅等；可溶性加重材料是：氯化钠、氯化钙、溴化钙、氯化钾、溴化锌、甲酸钠、甲酸钾等等。,2019/11/30,34,（3.3.7）影响密度升降的因素1）增加密度：添加加重剂/增大屈服值以增大当量循环密度/泥浆除气/灌满井眼/增加钻速与钻屑累积/降低泵排量以增大钻屑浓度/增大泵压以增大当量循环密度/油基泥浆添加盐水/加入较高密度的泥浆。2）降低密度：加水（油）/固控设备除去固相/控制钻速/井下油气侵入/加入较低密度的胶液或泥浆/加强固控设备的固相清除能力/降低屈服值或泵排量和泵压以降低当量循环密度/使用泡沫钻井液/降低钻进速度和增大泵排量。,2019/11/30,35,（3.3.8）密度调节计算公式1）增加密度：原泥浆体积加重剂密度（欲达密度原密度）加重剂用量=（加重剂密度欲达密度）2）用水降低密度：原泥浆体积（原密度欲达密度）用水量=（欲达密度水的密度）（注意单位的统一）,2019/11/30,36,（3.4）钻井液流动性1）流动性能用以下术语描述；表观粘度AV，cp；塑性粘度PV，cp；屈服值（动切力）YP，lb/100ft2；静切力（初切、终切）Gels，lb/100ft2；马氏漏斗粘度FV，s/qt；动/塑比YP/PV，lb/100ft2/cp或Pa/mPa.s；流型指数n值；稠度系数K值；2）这些性能描述钻井液在循环系统中的预期状态，粘度反映流动阻力的大小，切力反映结构强度的大小，流型系数反映流变状态；3）流变学是研究物体流动和变形的科学；明白在钻井液术语中流变学意味着什么极为重要；5）钻井液的流动性严重地影响钻井作业：井眼清洁问题/重晶石的悬浮/循环压力损失/抽汲压力与冲击波动压力/在地面除气和钻屑问题/经济性/钻进速度/井眼稳定性/井眼冲蚀问题/泥浆漏失问题；6）钻井液的流变性能受制于组分和环境因素。,2019/11/30,37,（3.4.1）影响钻井液的流动性的因素1）钻井液的成分液体部分（电解质种类、浓度；聚合物种类和浓度）惰性固体颗粒（浓度和细度）活性固体颗粒（种类、浓度和细度）2）环境因素温度剪切速率压力（特别是油）,2019/11/30,38,（3.4.1.1）钻井液的液体部分影响流动性1）溶解的盐一般增大粘度；2）增加温度降低粘度；3）剪切速率一般不影响液相粘度；4）增大压力不明显影响水的粘度，但明显影响油的粘度。,2019/11/30,39,（3.4.1.2）钻井液的惰性固相影响流动性1）惰性固相体积百分含量的增加会使粘度按指数律增大；2）全部固体颗粒在非常高剪切速率下倾向于表现为惰性固体颗粒的作用；3）长度比宽度大得多的固相颗粒（如聚合物、某些粘土、石棉）会使液流体表现出剪切稀释性能。,2019/11/30,40,（3.4.1.3）钻井液的活性固相影响流动性1）活性固相的交联（絮凝）会引起低剪切速率粘度、屈服值和切力的增大；2）增加温度会促进交联作用；3）木质素磺酸盐阻止交联和降低低剪切速率粘度、屈服值和切力。,2019/11/30,41,（3.4.1.4）钻井液的温度影响流动性1）温度升高一般会增大粘土晶体片的分散；2）温度升高有时会增大粘度片的絮凝；,2019/11/30,42,（3.4.2）流变性能,钻井液流变性是指它的流动和变形特性，通常用钻井液流变曲线、粘度(包括漏斗粘度、表观粘度、塑性粘度)、切力(包括动切力与静切力)、动塑比等参数来表示。,2019/11/30,43,(3.4.3)流体流动的基本概念,液体和固体重要区别之一是流体具有流动性,只要加很小的力就能使液体发生变形;力作用时间长,变形就大.,2019/11/30,44,剪切速率(ShearRate),统一名称：速梯、剪率、切变率。常用符号：、D、dv/dx、dv/dr定义：=dv/dr=垂直于流动方向上单位距离内的流速增量。意义：dv/dr增大，液流各层间的速度变化大；反之则小。单位：=速度/距离=cm/s/cm=1/s=s-1钻井液循环系统中各部位剪切速率范围为:沉砂罐处：1020s-1环形空间：50250s-1钻杆内部：1001000s-1钻头水眼：10007000s-1,2019/11/30,45,剪切应力ShearStress,统一名称：剪应力、切应力。常用符号：定义：=F/A=液层单位面积上的剪切力。意义：越大，液流各层所受的作用力越大；反之，越小。单位：=F/A=dyn/cm2；Pa。1Pa=10dyn/cm2,2019/11/30,46,（3.4.4）粘切过大的不利影响1）流动阻力大，能量消耗高；2）钻速慢；3）净化不良（除气除砂不良）；4）易泥包；5）压力激动大；6）易引起卡、喷、漏、塌等事故；7）易气侵，影响气测；,2019/11/30,47,（3.4.5）粘切过低的不利影响1）洗井不良，井眼净化差，易引起井下事故；2）冲刷井壁，加剧井塌；3）岩屑过细影响录井。,2019/11/30,48,（3.4.6）流动性基本认识1）泥浆在循环系统的不同地点流动状态是不同的：在钻柱内和钻头水眼处流动很快，是紊流在钻柱和井筒之间的环形空间流动可能是絮流或层流，经常为层流；2）为了确定在不同流动速度下的流动状态，需要研究在循环系统的这一地点流动速度下的剪切应力-剪切速率关系；3）流体可以分为牛顿流体或非牛顿流体；4）牛顿流体（如纯水和矿物油）的粘度不受剪切速率的影响（在钻头水眼处和在环形空间都是一样的）；5）不具有恒定的粘度的流体称为非牛顿流体，几乎所有泥浆都是非牛顿流体；,马氏漏斗粘度,2019/11/30,49,（3.4.7）流动性基本认识1)非牛顿流体的粘度不但是流体而且是其剪切速率的函数；2）非牛顿流体的粘度可以由如下确定：剪切应力/剪切速率由此计算的粘度是随剪切速率的改变而改变的；3）通常表观粘度是指在旋转粘度计转速为600RPM时的剪切速率下的粘度；,2019/11/30,50,（3.4.8）塑性粘度1）塑性粘度是反映在高剪切速率下泥浆的粘度；2）塑性粘度是由机械摩擦引起的对流动的阻力；2）这阻力由以下方式产生：钻井液内固相之间的运动；固相与液相之间的运动；液相本身的剪切。3）塑性粘度主要取决于固相的浓度、颗粒大小和形状、固相的类型和液相的粘度；4）塑性粘度的控制主要用固相清除和冲稀；塑性粘度可以通过如下方法改变：加水稀释/泥浆转动筛除固相/除砂器除固相/除泥器除泥/离心机除粘土颗粒；5）塑性粘度计算PV（mPa.s)=600-300。,2019/11/30,51,（3.4.9）屈服值1）屈服值反映在低剪切速率下固体颗粒之间的吸引力；2）屈服值是钻井液内的电化学力，即吸引力引起的流动阻力；这个吸引力是在动态即流动状态下测量；3）屈服值取决于：固相颗粒的类型和表面性质；固相的体积浓度与分散情况；固相所在的液相中电解质的类型和它的浓度；污染的程度；温度；反絮凝剂的浓度；4）高屈服值由以下引起：固相体积浓度的增加；固相颗粒密集堆积增大化学力；水化性地层粘土；钻屑粘土活性固相进入钻井液体系中；过分使用商品粘土；溶解的污染物如盐、水泥、石膏引起絮凝；化学药品处理不当。5）屈服值的控制主要使用反絮凝剂。提高屈服值：活性固相的絮凝/泥浆受到污染/惰性固相浓度很大；降低屈服值：加化学反絮凝剂/处理好污染/调整碱度/调整pH值/加水冲稀。,2019/11/30,52,（3.4.10）静切力1）静切力表示液体开始流动所需要的剪切应力；2）静切力（胶凝）反映静止状态下固体颗粒之间的吸引力；3）当带电固体颗粒连接在一起形成刚性的结构时就产生静切力；4）静切力在静止即非流动状态下测量,分为初切（静止10秒钟）和终切（静止10分钟）；5）初切与终切一起反映了胶凝程度在静止状态下变稠趋向，一般可分为增强型（初切低而终切高）和脆性型（初切高而终切稍微增高）；5）静切力主要用反絮凝剂控制；6）凝胶强度（静切力）由如下因素而定：泥浆中的粘土反絮凝剂/固体颗粒的数量及类型/污染的程度/温度。,2019/11/30,53,（3.4.11）静切力类型1）增强型（初切低而终切高）特点：开始循环泥浆时要求增加泵压原因：反絮凝剂（化学处理剂）不足活性固相（粘土）浓度太大；2）脆性型（初切高而终切稍微增高）特点：较低泵压就能恢复循环泥浆原因：泥浆受污染盐水泥浆非分散性泥浆；3）一般范围：初切0-5lb/100ft2；终切5-30lb/100ft2,2019/11/30,54,（3.4.12）表观粘度1）通常表观粘度是指在旋转粘度计转速为600RPM时的剪切速率下的粘度：表观粘度(cp):AV=600/2；2）利用表观粘度难于确定泥浆流动性能变动的原因；3）漏斗粘度也是一种表观粘度；,2019/11/30,55,（3.4.13）动塑比1）在环形空间，流动剖面平板化的程度（流核直径的大小）与动塑比及上返速度有关；2）动塑比值越大，平板化程度越大；动塑比值过小会导致尖峰型层流；3）对于絮凝的泥浆：YP/PV可以最大为3/1；4）对于反絮凝的（分散的）泥浆：YP/PV可以最小为0.25/1;5）减小n值如同提高动塑比，也可使环空液流转变为平板层流；6）一般情况下，比较适宜的范围是：动塑比控制在0.36-0.48（Pa/mPa.s)或动塑比控制在0.75-1（lb/100ft2/cp）或n值保持在0.4-0.7。,2019/11/30,56,（3.4.14）平板型层流的优点1）可使选用环空返速较低的泥浆（如：低固相泥浆保持在0.5-0.6m/s)有效地携带岩屑，因而泵压可较低又能降低压力损失，使水力功率得到充分利用；2）解决了低粘度泥浆的有效携带岩屑的问题，只要保证动塑比较高，再加上有一定的环空返速，就能有效携带岩屑，保持井眼清洁；3）避免紊流对井壁的冲刷，有利于保持井壁稳定。,2019/11/30,57,（3.4.15）使动塑比达到要求范围的措施1）选用XC生物聚合物、HEC、PHP、FA367等高分子聚合物为主要处理剂并保持足够的浓度；2）有效地使用固控设备除去无用固相，降低固体颗粒浓度；3）在保证泥浆性能稳定的情况下，适当加入石灰、石膏、氯化钙或食盐等电解质，以增强固体颗粒形成网架结构的能力；4）如果环空液流处于紊流状态，则应先考虑降低环空返速或同时提高粘度、切力，使泥浆转变为层流状态，然后再控制动塑比以达到平板型层流。,2019/11/30,58,（3.4.16）漏斗粘度1）马氏漏斗粘度计是测定从马氏漏斗下端出口流出1夸脱泥浆所需要的秒数（有时也测定流出1000ml泥浆所需要的秒数，必须注明）；2）漏斗粘度计只用于监测泥浆粘度变化的趋势，是否在预定设计范围的一种简便仪器；直观反映泥浆可泵送的情况；3）不能用于确定泥浆的剪切应力-剪切速率关系，无法与其他流变参数进行换算；4）不能用于确定粘度波动变化的原因，也不能作为泥浆处理的依据；5）泥浆在测定时间内的流出速度是变化着的，先快后慢；6）漏斗粘度受温度、密度、固体大颗粒没有筛除、泥浆含有气泡和测定时间长短的影响；7）对于没有加重的泥浆马氏漏斗粘度一般应在30-45秒，加重的泥浆则在45-60秒，高粘土含量的稠泥浆将达75-120秒。,2019/11/30,59,（3.4.17）马氏漏斗粘度测定要点1）马氏漏斗粘度计应当清洁无损；2）用于测定的泥浆应当是均匀一致和有代表性的；3）测定结果单位为秒/夸脱，泥浆的温度也应记录；4）漏斗粘度计在测定前不干净会产生误差；5）泥浆样品没有通过漏斗上的筛可能会引起测定不准确；6）漏斗的泥浆出口管扩大或被干泥浆部分堵塞将使测定不准确；7）计时秒表不准确也使测定不准确；8）马氏漏斗应经常用清水进行校正（213的淡水流出时间为260.5秒）。,2019/11/30,60,（3.4.18）流动性不良的原因与处理1）过高粘度、屈服值和切力的一般原因固相被污染物絮凝/反絮凝剂加量不足/高固相堆积/惰性固相在被研磨到极细颗粒时也会明显增大粘度；2）过高粘度、屈服值和切力的一般处理方法加水/加反絮凝剂/转换为易于对付污染的泥浆体系/强化固控设备的使用效果；3）过低粘度、屈服值和切力的一般原因：加入太多稀释水/地层水大量侵入/搬土浓度不足/聚合物加量不够；4）过低粘度、屈服值和切力的一般处理方法：加入搬土或高粘度聚合物/减少离心机处理时间/加入少量絮凝剂/增大泥浆密度以阻止地层水的侵入/降低稀释水用量；,2019/11/30,61,（3.4.19）流动性的要求1）表明钻井液在钻井中清洗井眼、携带钻屑能力及流动阻力的大小，直接关系钻井的快慢和安全；2）尽可能用较低的粘切（不同密度有不同的最佳范围）；3）低固相泥浆的动/塑比一般应为0.48（Pa/mPa.s)；4）n值一般保持0.5-0.7；,2019/11/30,62,2,(3.5)钻井液的滤失性能,2019/11/30,63,（3.5.1）钻井液滤失类型、控制目标1）滤失类型：静滤失-泥浆在静止状态动滤失-泥浆在运动着瞬时失水-滤饼尚未完全形成之前很短时间内的失水量；2）滤失控制的目标：薄的泥饼低失水,2019/11/30,64,(1)水基钻井液中的水水基钻井液=固相+水+处理剂钻井液中的水由三部分组成：结晶水（化学结合水）粘土矿物晶体构造的组成部分。吸附水（束缚水）由固相颗粒分子间力吸附的水化膜。自由水钻井液中自由移动的水，分散介质。特点：占总水量中的绝大部分。,水在泥浆中所呈状态,吸附水,结晶水,自由水,2,(3.5.2)滤失造壁性的基本概念,2019/11/30,65,(3.5.3)失水与造壁的概念为了防止地层流体进入井内，钻井液液柱的压力必须大于地层流体的压力，于是，钻井液总是趋向于向地层漏失或滤失。漏失钻井液的固相和液相全部进入地层的现象。滤失钻井液中只有液相进入地层的现象。失水钻井液中的自由水在压差作用下向井壁岩石的裂隙或孔隙中渗透。泥饼钻井液滤失过程中留在井壁或者滤膜上的物质。造壁性在滤失过程中，随着钻井液中的自由水进入岩层，钻井液中的固相颗粒便附着在井壁形成泥饼。,5,2019/11/30,66,2019/11/30,67,(3.5.4)瞬时失水SpurtLoss滤饼尚未完全形成之前很短时间内的失水量。特点：时间短（t2秒)；比例小。,7,2019/11/30,68,(3.5.5)动失水DynamicFiltration钻井液循环时的失水量。特点：泥饼形成、增厚与冲蚀处于动平衡。（高渗透率低渗透率=C）失水速率大、失水量大。,8,2019/11/30,69,（3.5.6）泥浆动滤失差所带来的问题1）地层评价问题；2）地层损害。,2019/11/30,70,(3.5.7)静失水StaticFiltration井下：钻井液停止循环后的失水。室内：指定静态条件下，静失水仪器测得的失水。特点：失水速率小、失水量较小。泥饼厚（无冲蚀作用）。,9,2019/11/30,71,（3.5.8）泥浆静滤失差所带来的问题1）缩径；2）压差卡钻；3）地层评价效果不好；4）固井时水泥置换作用不好。,2019/11/30,72,（3.5.9）钻井液的动滤失量,影响动失水的因素：影响静失水的因素同样影响动失水。环空返速紊流：返速高，冲蚀大，动失水大。层流：返速低，冲蚀小，动失水小。平板型层流：返速低，冲蚀小，动失水小。泥饼强度：强度高，不易冲蚀，动失水小。,2019/11/30,73,（3.5.10）各种因素对静滤失的影响因素泥饼厚度滤失量渗透率增大增厚增大；时间延长增厚增大；压差增大增厚增大；泥浆固相增多增厚下降；滤液粘度增加减簿下降。,2019/11/30,74,(3.5.11)钻井液的静失水StaticFiltration1.静失水方程假设条件：泥饼厚度h井眼直径；滤失过程为线性关系K=C；滤失为恒温恒压过程。静失水方程推导：利用达西渗滤公式：(1)式中，vf滤失量，cm3；t滤失时间，s；k泥饼渗透率，darcy;P滤失压力,kg/cm2;滤液粘度，mPa.s；h泥饼厚度，cm；A滤失面积，cm2。,12,2019/11/30,75,如果一定体积的钻井液Vm全部滤失完，则在Vm当中，有Vf的滤液体积从Vm中挤压出去，剩下Vc的泥饼体积挤不出去，于是可以得到：Vm=Vf+Vc=Ah+Vf(2)Vc/Vf=R=常数(3)将（2）、（3）式代入达西公式（1）中，得到：(4)对（4）式两边积分，得：(5),13,2019/11/30,76,根据假设可知，泥饼中干固体体积等于泥饼体积与泥饼中固相体积分数的乘积。即：Vc=hACc钻井液中固相体积百分数为：Vc/Vf=hACc/(hA+Vf)联立解以上两式，得：(6)将（5）式代入达西公式（1）中，并积分得：(7)比较（7）式与（5）式，可以看到：Cc/Cm-1=Vf/Vc,14,2019/11/30,77,2.影响静失水的因素Vf与t的关系RelationshipBetweenFiltrationandTime理论关系：在直角坐标上任取两点，可以得到：,Vf与t的关系,t1/2,0,Vf,t11/2,Vf1,t21/2,Vf2,该式实际上表明了任意时刻失水量之间的关系。如果：t1=7.5分钟；t2=30分钟；则：Vf30=2Vf7.5,15,2019/11/30,78,实际关系实验发现，在直角坐标上的直线存在截距正截距和负截距。原因分析：正截距：泥饼未形成之前钻井液滤失量较大。负截距：滤失量很小，不足以充满滤纸和仪器排出管。Larsen方程：Vf=Vsp+A(ct)1/2根据：Vf30=2Vf7.5得到：Vf30-Vsp=A(c30)1/2Vf7.5-Vsp=A(c7.5)1/2联立解之，得到：Vf30=2Vf7.5-VspVf30=2Vf7.5+Vsp式中：Vf考虑了瞬时失水的静失水量；Vf未考虑瞬时失水的静失水量。,t1/2,Vf,VsP,Vf与t的关系,16,2019/11/30,79,Vf与P的关系RelationshipBetweenPressureandFiltrationVolume理论上：LgVf=1/2LgP+1/2LgC即：VfP1/2条件：k=常数。实际上：VfPx原因：k常数。指数x的实质：反映压力对泥饼可压缩性，x越小，泥饼可压缩性越好，k越小。x是直线斜率，一般小于0.5。x与固相粒子形状和大小有关。一般：粘土：x=0.205页岩：x=0.084膨润土：x=0,LgP,0,LgV,Vf与P的关系,17,2019/11/30,80,Vf与的关系RelationshipBetweenViscosityandFiltrateVolume由静失水方程可知：Vf-1/2；而：1/温度T所以：Vf=f(T)影响规律：TVf例如：用纯水配制的钻井液，在200C与1000C比较。T粘土聚结和絮凝状态改变kVf；粘土去水化，吸附水自由水Vf。T，降失水剂要降解，若超过处理剂的抗温能力，失水量急剧增加。,18,2019/11/30,81,Vf与固相含量及类型的关系Vf(Cc/Cm-1)1/2显然，若要降低失水量Vf，可以采取的方法为：提高钻井液中的固相含量Cm.存在问题：固含增加，将导致钻井液流变性变差，同时，钻进速度降低。降低泥饼中的固相含量Cc。优点：泥饼中土少水多（束缚水多），水化膜厚，在压力作用下易变形，可压缩性大。结论：宜选用优质土配制钻井液。,19,2019/11/30,82,泥饼厚度h与vf的关系RelatiionshipBetweenCakeThicknessandFiltration影响规律：a.Vfh。b.Cc/Cmh；然而，当钻井液固含CmCc，h。该项影响规律说明钻井液应该优选优质土。C.当固含Cm一定时，孔隙度泥饼疏松h。实验发现：固相粒度分布越宽h；小粒子越多h。,20,2019/11/30,83,Vf与k的关系RelationshipBetweenThePermeabilityoftheFilterCake(a)K与vf的关系式由：得到：（1）式中单位：hcm；Vfcm3；mPa.s；ts；Pkg/cm2；Acm2；Vccm3；kdarcy(1d=103md)；,2019/11/30,84,将上式（1）换为现场通用单位：代入：k(d)103k(md)；t(s)60t(min)。得到：（2）再代入：h=Vc/A；h=0.1mm（3）最后代入测定静失水的API标准条件：A=45cm2；P=6.8kg/cm2；t=30min。由（2）式得实验室计算渗透率k的公式：k=1.99910-5VfVc（4）由（3）式得现场计算k的公式：k=9.03810-5Vfh（5）,23,2019/11/30,85,(b)K降失水的关键因素粒度和粒度分布对k的影响规律：细粒子越多，平均粒径越小，k越小；粒度分布越宽，k越小。胶体粒子浓度（含量）对k的影响规律：k完全取决于钻井液中胶体粒子（d10-5m）的比例和含量。例如，某种钻井液中：如果胶粒浓度高,k=(0.31-1.5)10-3md如果胶粒浓度趋于零,k（高得不能测定）,24,2019/11/30,86,（3.5.12）影响滤失的因素1）渗透性；2）时间；3）压差；4）泥浆固相；5）滤液粘度。,2019/11/30,87,(3.5.13)泥饼薄、密、韧条件：泥浆固含低（土的膨胀性好）。粒度分布宽。细小粒子多。,21,2019/11/30,88,（3.5.14）各种固相颗粒对泥饼渗透率的影响1）大颗粒、不规则颗粒、球型的颗粒、絮凝的颗粒和聚结的颗粒都会使泥饼渗透率增大；2）小颗粒、胶体颗粒、扁平的颗粒、水化的颗粒、可变形的颗粒和可压缩的颗粒都能使泥饼渗透率降低。,2019/11/30,89,（3.5.15）水基泥浆滤失降低的“剂”1）搬土；2）反絮凝剂；3）褐煤；4）聚合物；5）沥青；6）乳化的油。,2019/11/30,90,（3.5.16）降滤失的主要聚合物1）改性淀粉适合所有的盐水泥浆抗钙和镁普通预胶化谷物淀粉能抗温达到200改性淀粉能抗温达到250-2752）CMC在淡水泥浆中最好能用于海水泥浆中抗温达到2753）聚阴离子纤维素在全部盐水泥浆中适用在硬度达到1000mg/L以内的水质中适用抗温达到275最好和淀粉搭配使用（淀粉：聚阴离子纤维素=4：1）,2019/11/30,91,（3.5.17）在水-粘土泥浆中的乳化油1）油分散成细液滴；2）油必须乳化到足以发挥作用的状态；3）在压力作用下胶体液滴会变形；4）乳化油滴在泥浆中作为固相仅仅在不得已时使用。,2019/11/30,92,（3.5.18）对滤失性的基本认识点1）控制滤失性能是很重要的，关系到：地层损害/渗透率损害/影响电测评价/厚的井壁泥饼/井眼保护；2）滤失速度取决于：组成泥饼的物质类型和数量/压力（有时）/有机处理剂的浓度/固相颗粒絮凝的程度/地层的渗透性/温度/水相的组成；3）滤失量与时间的关系：其中最常使用的是7.5分钟的滤失量非常接近30分钟的滤失量；4）滤饼是在泥浆通过渗透性介质时固相被阻而形成的类似固体的物质；滤失测定时泥饼厚度单位为mm(英制单位是1/32in)；5）高滤失量的主要原因：污染物进入泥浆体系引起固相絮凝用水或盐水过分冲稀离心机除去胶体固相过多泥浆中固相颗粒大小分布不好缺少控制滤失的处理剂，如搬土和聚合物降滤失剂聚合物降滤失剂高温降解泥浆没有得到应有的反絮凝处理。,2019/11/30,93,（3.5.19）滤失性的测定1）失水仪是用于测定钻井液造壁和滤失特性的一种方法；2）仪器类型：常温失水仪（API失水仪）高温高压失水仪3）注意滤饼质量是非常重要的；4）滤失仪测定滤失性能受三个因素影响：过滤介质（滤纸与滤饼）的渗透性过滤压差过滤时间；5）用常温失水仪在室温和100psi压差下测定30分钟是API失水；6）用高温高压失水仪在150和500psi压差下测定30分钟是HTHP滤失量。,2019/11/30,94,（3.5.20）滤失性测定要点1）务必失水仪的泥浆杯和全部部件包括垫圈都干净和正常；2）利用一个经过校正的能容纳全部滤液的量筒；3）一定要进行准确的30分钟测定；4）要报告试样开始试验时的温度；5）不要重复使用滤纸；6）拆除泥浆杯时一定要小心释放掉压力；7）将泥浆装入泥浆杯内之前要充分搅拌泥浆；8）小心取出滤纸，尽量不要损伤滤纸上的滤饼；9）用柔和的水流冲洗滤饼，油基泥浆的滤饼用柴油冲洗；10）测定泥饼厚度并加以文字描述；从量筒液面弯月面底部读取滤液体积数；11）做油基泥浆滤失试验时要用耐油垫圈。,2019/11/30,95,（3.5.21）滤饼质量的描述1）极薄：泥饼很硬并且表面平滑（像湿软牛皮），用中等压力手指挤压时不会挤出原有范围；2）很薄：泥饼硬并且表面比较平滑，用中等压力手指挤压时很慢才能挤出原有范围；3）薄：泥饼较硬，可能有粒状或上部表面有软表层，下面一层用中等压力手指挤压时很慢才能挤出原有范围；4）软：泥饼较软，用中等压力手指挤压时比较容易挤出原有范围；5）非常软：泥饼非常软（几乎像果冻），用中等压力手指挤压时很容易挤出原有范围；,2019/11/30,96,（3.5.22）滤饼质量判断泥浆情况1）厚度（高失水、惰性固相或钻屑含量高使泥饼厚度大）；2）硬度（低粘土含量、高含盐、高钾盐或高钙盐含量使泥饼硬度大）；3）坚固性（高粘土含量、高有机物（木质素磺酸盐，褐煤等）含量使泥饼坚固）；4）脆性（高钻屑含量、低商品粘土含量使泥饼脆性大）；5）光滑度（高搬土含量、高聚合物含量、高pH值、加润滑剂使泥饼较光滑）。,2019/11/30,97,（3.5.23）滤失测定的误差原因1）试验没有按照30分钟准确进行；2）HTHP滤失试验结果没有乘2；3）收集滤液的量筒没有经过准确校正；4）滤液体积测定不正确；5）滤失仪有故障：如泄漏、气阀门开关不良，等等；6）温度和压力控制很差。,2019/11/30,98,(3.5.24)钻井液HTHP滤失性,1）标准的测定条件：使用APIHTHP滤失仪，压差：500psi,温度300（150）高温高压滤失量与API滤失量没有直接的相关关系；高温高压滤失量的变化能反映温度对滤失作用的影响和滤饼的课；压缩性能；对于高温深井作业，要求测定高温高压滤失性能,2019/11/30,99,（3.5.25）抗温降滤失剂1）沥青制品；2）褐煤产品；3）改性褐煤；4）抗温聚合物。,2019/11/30,100,（3.5.26）高温高压滤失测定的特别告诫1）如果用过滤面积为3.5平方英寸的滤失仪，试验结果的滤失量务必乘以2；2）报告试验结果时，一定要同时注明温度、压力和测定时间；3）在拆除泥浆浆杯之前，应当先冷却至室温；4）对于在300-400区间试验时，泥浆杯内泥浆面以上要留有至少1.5英寸的空间以便泥浆膨胀；在拆除泥浆浆杯之前，应当保持泥浆杯直立状态并冷却至室温；5）高于400试验时，每一次试验都要用一个新的带有孔隙的不锈钢圆盘；6）API失水和HTHP失水之间没有直接的相关性;7)HTHP滤失试验的滤液不能用于化学分析。,2019/11/30,101,(3.5.27).钻井液失水造壁性的调节与控制调节、控制目标：Vf小；h薄、密韧。控制因素：k(粒子级配、胶粒含量）P(降低钻井液当量循环密度）(加入高分子聚合物）t(缩短浸泡时间）固含(降低Cm)控制方法：（阅读）控制指标：油气层：API5ml；HTHP15ml.易塌层：API5ml.一般地层：VsP放宽，API10ml。,25,2019/11/30,102,（3.5.28）滤失性能的维护1）利用泥浆稀释剂改进泥浆的反絮凝；2）加入改性淀粉、CMC、褐煤等天然化合物；3）添加搬土；4）加入合成聚合物；5）沉淀污染性阳离子；6）将泥浆转换成抗污染的泥浆体系；7）控制稀释水的用量和控制离心机使用的时间。,2019/11/30,103,（3.5.29）海水泥浆中的滤失1）钠、钙、镁离子使搬土水化不良；2）钙、镁离子引起粘土聚结；3）沉淀钙、镁离子可以减小问题。,2019/11/30,104,（3.5.30）油基泥浆的降滤失剂1）乳化的水；2）胺处理的褐煤；3）氧化沥青。,2019/11/30,105,(3.5.31)失水造壁性与钻井工作的关系,1.失水量过大两个害处：导致水敏性泥页岩缩径、垮塌。油气层内粘土水化膨胀使产层渗透率下降，从而损害油气层。2.泥饼过厚两个害处：井径缩小易引起起下钻遇阻遇卡。泥饼粘附卡钻。3.现场要求泥饼薄、密、韧。失水量适当（并非越小越好）。对于一般地层：API失水：1015ml/30min；对于水敏地层：API失水5ml/30min。,10,2019/11/30,106,（3.5.32)控制失水量五严五宽五严：井深、裸眼长、矿化度低、油气层段、易塌层段。五宽：井浅、裸眼短、矿化度高、非油气层、稳定井段。,11,2019/11/30,107,（3.5.33）总结：降滤失作用的要点1）主要目的：形成低渗透率的泥饼；2）实现目标：薄泥饼，低滤失；3）减少增大渗透率的固相：钻屑/絮凝固体颗粒；4）添加能减少渗透率的固体颗粒：搬土（水化的和反絮凝的）在较高温度时使用褐煤淀粉和CMC淀粉与聚阴离子纤维素（4：1）。,2019/11/30,108,（3.6）钻井液化学成分分析1）液相：溶解的物质部分溶解的物质（如石灰）2）化学分析：氯化物碱度和石灰含量总硬度钙离子、镁离子阳离子交换容量其他（未溶解硫酸钙与总硫酸钙、硫酸盐定性、硫酸根、硫化物、碳酸盐、甲醛、钾离子）,2019/11/30,109,（3.6.1）钻井液滤液分析,钻井液中含有可溶性盐类，采用测定滤液中各种离子含量来确定。通常测定钻井液滤液中钾、钙、镁等阳离子和氯、硫酸根、碳酸氢根、碳酸氢根、氢氧根等阴离子。,2019/11/30,110,（3.6.2）泥浆抑制性1）抑制性泥浆的滤液含有抑制粘土膨胀和分散的化学成分：如石灰、石膏、氯化钾等；2）为了这些抑制性泥浆保持抑制性必须维持准确的烧碱、氯化钾、石灰或石膏的含量；3）通过滤液化学分析确定所加以上化学剂的数量；,2019/11/30,111,（3.6.3）滤液化学成分1）烧碱控制pH、Pf和Mf碱度、钙和镁；2）熟石灰维持石灰泥浆中的石灰含量；3）氯化钾提供抑制页岩的钾离子；4）盐维持饱和度；5）硫酸钙维持石膏泥浆中的钙离子浓度；6）小苏打或酸式焦磷酸钠降低水泥侵泥浆的pH值；7）各种各样的化学物：硫酸钠、磷酸铵、硝酸盐；,2019/11/30,112,（3.6.4）氯化物（氯根-氯离子）1）滤液中氯离子浓度的单位：PPMmg/L2）氯化物来自各种不同的可溶性盐：氯化钠/氯化钙/氯化钾/氯化镁；3）氯化物来自地层、地层水、配浆水、处理剂和材料；3）氯离子浓度10000PPM为淡水氯离子浓度10000-30000为咸水（或海水）氯化钠饱和盐水的氯离子浓度为186000PPM氯化钙饱和盐水的氯离子浓度为270000PPM；4）PPM1.65=氯化钠，PPMPPM1.56=氯化钙，PPMPPM2.10=氯化钾，PPM,2019/11/30,113,（3.6.5）氯离子浓度的测定1）用硝酸银滴定法测定滤液的氯离子含量；2）使用铬酸钾水溶液作指示剂，生成橘红色的铬酸银沉淀指示终点；3）为了计算方便，硝酸银标准溶液浓度用0.0282M；4）氯离子含量（mg/l)=1000硝酸银溶液体积（ml）（式中的硝酸银溶液体积（ml）是指滴定1ml滤液所用的）；5）如果氯离子都是氯化钠电离产生的，则滤液中的氯化钠含量为：氯化钠含量（mg./l）=1650硝酸银溶液体积（ml）（式中的硝酸银溶液体积（ml）是指滴定1ml滤液所用的）。,2019/11/30,114,（3.6.6）总硬度（滤液或配浆水）1）对滤液或水总硬度的最主要根源是钙，只有在pH低于9.5时镁也是根源之一；2）通常以钙含量表示泥浆的总硬度；3）钙的来源：配浆水/地层水/海水/石膏-硬石膏/水泥/熟石灰/地层/氯化钙；4）降低钙的方法：稀释/pH9.5时用纯碱沉淀/pH9.5时用小苏打沉淀/在低pH泥浆中用磷酸盐/用醋酸或草酸等弱酸/由粘土吸附；,2019/11/30,115,（3.6.7）水或滤液总硬度的测定1）通常采用EDTA絡合滴定法；2）用硬度指示剂，当含有钙和/或镁离子时显示酒红色，滴定时颜色由红变蓝色，继续加入EDTA溶液而不再出现由红变蓝的颜色变化即为终点；400EDTA溶液体积（ml）3）以钙离子表示总硬度（mg/l）=试样体积（ml）；4）。,2019/11/30,116,（3.6.8）钙、镁离子1）钙、镁离子都是二价阳离子，与一价的钠离子相比，在相同浓度下它们对钻井液的稳定性和性能会有更大的影响；2）除钙处理泥浆外，在其它泥浆中都应尽可能清除钙污染；3）钙、镁离子主要来自配浆水（硬水或海水）、钻遇石膏或盐膏地层、钻水泥塞；4）。,2019/11/30,117,（3.6.9）钙、镁离子的测定1）通常采用EDTA絡合滴定法；2）EDTA标准溶液的浓度为0.02N（0.04M）；3）指示剂为钙指示剂，与钙生成粉红至酒红色的絡合物，滴定时颜色由红变为蓝色，继续加入EDTA溶液而不再出现由红变蓝的颜色变化即为终点；400EDTA溶液体积（ml）4）钙离子浓度（mg/l）=试样体积（ml）；5）镁离子浓度（mg/l）=0.6（以钙离子表示的总硬度钙离子浓度