钻井液性能.ppt

钻井液性能 1 钻井液密度提高有利于支承井壁 保证井眼稳定 阻止地层流体流入井筒污染钻井液及引发井涌或井喷 但密度高不利于提高钻井速度 2 钻井液密度降低有利于避免井漏 提高钻井速度和减少压差卡钻机率 也有利于产层保护 但是密度降低容易引发井涌或井喷 钻井液密度升高可能因素 1 加入加重材料 2 钻屑累积 3 快速钻进而泵排量跟不上会使井内钻井液密度升高 4 增大钻井液屈服值会使当量循环密度升高 5 增大泵排量或泵压会使当量循环密度升高 6 加入较多电解质 盐类 7 油基钻井液加入较高密度的盐水 8 加入较高密度的新浆 钻井液密度下降可能因素 1 加入比钻井液密度低的清水 2 井下油气侵 3 加油 4 加入较低密度的新浆或胶液 5 加强固相清除 6 用离心机清除 或回收 高密度固相 7 降低钻井液屈服值或减少泵排量及泵压能使井下当量循环密度下降 8 充气配制成充气钻井液或使用泡沫钻井液 9 钻进速度较低情况下提高泵排量有可能使井内钻井液密度降低 漏斗粘度 FV 漏斗粘度是指钻井液流动时固体颗粒之间 固体颗粒与流体之间和流体分子之间等的内摩擦的反映 漏斗粘度可以指示出钻井液和井下可能产生的问题 马氏漏斗粘度与钻井液密度的近似关系 FV s qt 4 MW ppg 33 MW g cm3 FV 钻井液马氏漏斗粘度 秒 夸脱 s qt FV AV 26FV s qt AV 钻井液的表观粘度 厘泊 cp 26 水的马氏漏斗粘度 s qt 漏斗粘度变化的原因 上升 钻遇粘土层 盐膏层 气层 受到钙离子污染或加入增粘剂和土粉 下降 受到地面或地下水侵 或加入降粘剂 塑性粘度 PV 塑性粘度是钻井液在层流情况下 剪切应力和急切速率成线性关系时的斜率值 反映了钻井液中悬浮固相微粒间的摩擦力和连续液相粘度所引起的流动阻力 塑性粘度大小主要取决于所存在固体微粒的浓度 大小 形状及类型 塑性粘度计算公式 PV mPa s PV cp 600 300 钻井液塑性粘度要求 一般尽可能维持较低的钻井液塑性粘度 这可通过保持低固相含量来达到 以利于提高钻井速度和减少井下复杂情况 塑性粘度增加不利于旋流分离器和震动筛的固相分离效果 塑性粘度随温度的升高而降低 降低塑性粘度办法 减少钻井液中固体颗粒特别是小于1微米的颗粒浓度可以降低塑性粘度 加水冲稀以降低钻井液中固相和高聚物浓度 用固控设备清除固相颗粒 用页岩包被剂防止页岩钻屑分散和用絮凝剂沉除10微米以下颗粒 塑性粘度升高的原因 加入粘土 钻屑污染 特别是水化性强的泥岩钻屑的侵入和累积 钻屑被研磨而细分散 加入高分子聚合物处理剂 特别是加入高分子增粘剂 屈服值 YP 又称动切力 屈服值是钻井液在层流流动状态下活性固相颗粒之间存在相互吸引力而产生内部阻力的度量 屈服值降低能提供较好的可钻性 而且有利于地面固控设备的分离效果 固井前降低井内钻井液屈服值有利于驱除井内钻屑 提高固井质量 一般要求将屈服值降低至5Pa以内为宜 提高和降低屈服值的方法 提高钻井液中活性固相颗粒数量 增加化学控制剂处理与添加聚合物提粘剂均能提高屈服值 加水冲稀 添加降粘剂和分散剂或加强固相清除可以降低屈服值 屈服值对温度非常敏感 钻井液屈服值的要求 屈服值提高不利于降低当量循环密度与循环压耗及起下钻时的压力波动 容易触发井涌 井喷或井漏等复杂问题 但有利于提高携砂效果和改善井眼清洗 在大井眼中 为了输送钻屑 一般要求屈服值大于1 5 2 5Pa 在8 1 2 或更小的井眼中 为了减少紊流冲刷 屈服值应在4 5Pa为宜 钻井液屈服值的要求 用于清扫井眼的钻井液的屈服值不应低于6Pa 而定向井钻井液的屈服值应比直井钻井液相应要求高2 3Pa左右 对于可用清水或海水钻进的坚固地层或表层 只需增加足够大的泵排量而不必控制屈服值 屈服值的计算和转换关系 YP Pa YP lb 100ft2 0 478YP lb 100ft2 300 PV cp 当屈服值与钻井液存在以下近似关系时 表明钻井液屈服值已到达上限 甚至稍微偏高了些 若是油基泥浆 则仍合适YP Pa或lb 100ft2 C1 MW g cm3或ppg 用法定单位时C1 3 966 使用英制时C1 1 滤失量 失水量 API滤失量是在常温下和690KPa 100psi 的压力下测定的 时间为7分30秒 结果乘以2 高温高压滤失量是在149 5度下和3450KPa 500psi 的压力下测定的 滤失量 失水量 对于高密度钻井液 为了控制更低的滤失量 应在可能的范围内维持一定含量的膨润土 并尽可能清除钻屑 为了降低滤失量 同时应加入褐煤类 聚合物类或树脂类降滤失剂 增加胶体颗粒含量 滤失量要求 在油气层钻进时 API滤失量控制在5ml以内 高温高压 HTHP 滤失量控制在10 15ml为宜 为了形成薄而坚韧且摩阻小的泥饼 钻井液中应添加具有降滤失作用的胶体物质 如淀粉 纤维素 合成聚合物以及沥青等改性产品 静切力类型 静切力性质 静切力是钻井液静止时固相颗粒间互相吸引形成空间结构发育情况的度量 它决定着起钻时的抽汲作用 开泵泵压以及除气的难易程度和沉砂池沉砂的难易 决定井内钻井液的悬浮固相能力 一般而言 不希望钻井液具有递增型和脆弱型的静切力 希望具有良好型的静切力 对于大斜度井和水平井钻井 希望钻井液具有接近平坦型的静切力 固相含量分类 固相含量低密度固相含量高密度固相含量搬土含量 固相含量要求 低密度固相平均密度值2 6g cm3 在低固相聚合物轻钻井液体系中 低密度固相含量控制在6 以内 钻屑颗粒含量与当量搬土含量之比 对于不分散低密度钻井液 比值不应超过2 1 对于分散性钻井液 比值不应超过4 1 最好是3 1 固相含量要求 小于1微米的固相颗粒对于机械钻速而言比粗颗粒固相大12倍左右 因此 应使细颗粒固相保持在最小需求量水平 在聚合物钻井液体系中 把配制合格钻井液性能所需的膨润土用量的一半用聚合物代替 化学分析 PH值 由碱性物质所产生的PH值 是活化粘土和有些添加剂 分散剂 所必须的 分散性钻井液要求PH在9 10 5或更高些 不分散性聚合物钻井液 要求PH值维持在7 5 9