钻井液的滤失和润滑性-钻井液的滤失与造壁性

项目四：钻井液的滤失和润滑性课程名称：泥浆材料检测与应用任务一：钻井液的滤失与造壁性钻井液的滤失过程影响钻井液滤失量的因素钻井液滤失性与钻井工作的关系01知识点02知识点03知识点01项目四：钻井液的滤失和润滑性任务钻井液的滤失与造壁性知识点1钻井液的滤失过程

钻井液的滤失量指在压力差作用下，钻井液中自由水向井壁岩石的缝隙或空隙中渗透的过程，常用滤失量表示滤失性的强弱；滤失的同时，钻井液中的固相颗粒附着在井壁上形成泥饼的过程称为钻井液的造壁性，泥饼质量是衡钻井液造壁性好坏的指标。润滑性能包括钻井液自身润滑性和形成的泥饼的润滑性能。知识点1：钻井液的滤失过程一、钻井液的滤失过程在钻井的不同阶段，钻井液的滤失可以分为瞬时滤失、动滤失和静滤失三种情况。在钻井现场测的是钻井液的静滤失量。知识点1：钻井液的滤失过程1、瞬时滤失钻头破碎井底岩石形成新井眼的瞬间，钻井液中自由水向岩石孔隙中渗透，直到钻井液固相颗粒及高聚物在井壁上附着开始出现泥饼之前，这段时间滤失即瞬时滤失。此时井底岩石表面无泥饼形成，滤失速率高，持续时间短。知识点1：钻井液的滤失过程2、动滤失瞬时滤失后，泥饼不断增厚，循环的钻井液对新出现的泥饼产生冲刷作用，泥饼增厚速度与泥饼被冲刷速度相等时，厚度不再变化，达到动态平衡，此为动滤失。特点：压差较大（静液柱压力与环空压力降之和与地层压力之差），泥饼较薄，滤失速率逐渐减小稳定在某数值。知识点1：钻井液的滤失过程3、静滤失停钻时，钻井液停止循环，液流冲刷泥饼作用消失，泥饼逐渐增厚，滤失速率减小（比动速率量小）。知识点1：钻井液的滤失过程再次钻进，钻井液重新循环，钻井液静滤失转为动滤失。循环钻井液冲刷在静滤失过程中形成的泥饼，又伴有新泥饼生成。冲刷速度与形成泥饼速度相等形成新动态平衡。这阶段动滤失量比前次小，如此交替进行。知识点1：钻井液的滤失过程瞬时滤失时间很短，滤速率最大；动滤失时间最长，滤失速率中等；静滤失时间较长，滤失速率最小。循环累积滤失体积T0T1T2T3T5时间t循环静止瞬时滤失知识点1：钻井液的滤失过程项目四：钻井液的滤失和润滑性课程名称：泥浆材料检测与应用任务一：钻井液的滤失与造壁性钻井液的滤失过程影响钻井液滤失量的因素钻井液滤失性与钻井工作的关系01知识点02知识点03知识点01项目四：钻井液的滤失和润滑性任务钻井液的滤失与造壁性知识点2影响钻井液滤失量的因素二、影响静滤失的因素滤失时间的对滤失量的影响压差和滤液粘度对滤失量的影响温度对滤失量的影响固相含量对滤失量的影响孔隙度和渗透性对滤失量的影响知识点2：影响钻井液滤失量的因素钻井液滤失是渗透过程，泥饼为渗滤介质，厚度随静滤失时间延长而增加。在假设条件下计算滤失量：Vf——滤失量，mL；A——滤液面积，cm2；K——泥饼渗透率，

μm2；ΔP——渗透压差，105Pa；fsc——泥饼中的固相含量体积分数；fsm——钻井液中的固相含量体积分数；μ——滤液粘度，0.1mPa·s；t——渗滤时间，s。知识点2：影响钻井液滤失量的因素（1）滤失时间对滤失量的影响截距Vsp为泥饼形成之前的瞬时滤失；测量时，常用7.5min滤失量乘以2作为API的滤失量。知识点2：影响钻井液滤失量的因素若瞬时滤失量占总滤失量比例较大，按下式计算API标准滤失量V30（常温0.689MPa下，30min内通过4580mm2滤失面积的滤失量）若7.5min滤失量小于8mL，2V7.5

与V30相差较大，对于滤失量小的钻井液，滤失时间应取30min。知识点2：影响钻井液滤失量的因素（2）压差和滤液粘度对滤失量的影响假设条件下滤失量Vf与渗透压差ΔP的平方根成正比，实际钻井液组成不同，滤失形成的泥饼压缩性也不同。不同造浆土、不同处理剂，滤失量随压差变化规律如下图：知识点2：影响钻井液滤失量的因素

低压差不同钻井液滤失量相近，高压差相差较大；在深井和对滤失量要求严格井段钻进前需进行高压差滤失实验，来选择配浆黏土和处理剂。知识点2：影响钻井液滤失量的因素

滤液粘度越小，钻井液滤失量越大。有机处理剂入CMC、PHP加入量越大，滤液粘度越大。可提高滤液粘度来降低滤失量。油基钻井液滤失液粘度随压力增加而增加，滤失量随压力增加而减小。知识点2：影响钻井液滤失量的因素（3）温度对滤失量的影响

温度升高，滤液粘度降低，滤失量增大。温度升高，水分子热运动加剧，黏土颗粒对水分子和处理剂分子吸附减弱，解吸附趋势增强，使黏土颗粒聚结和去水化，影响泥饼渗透性，造成滤失量上升。高温下钻井液某些处理剂不同程度降解，最后失效。温度升高，水的粘度降低，滤失量增大。知识点2：影响钻井液滤失量的因素API规定常温和高温下滤失量标准：常温（0.689±0.035）MPa下，30min内通过（4580±60）mm2滤失面积的标准滤失量；深井测量的高温高压滤失量（HTHP），即井底温度、压差为3.5MPa下，30min时间的标准滤失量。知识点2：影响钻井液滤失量的因素（4）固相含量对滤失量的影响泥饼质量与钻井液所含固相颗粒含量和分散度关系密切。钻井液中细黏土颗粒多，粗颗粒少，形成泥饼薄而致密，滤失量小；反之，厚而疏松，滤失量大。钻井液中固相含量越高，泥饼中固相含量越少，钻井液滤失量越小。但固相含量高，机械钻速低，可减小泥饼中固相含量体积分数fsc来实现。可选用分散性好、固相颗粒细、水化好、溶剂化膜厚的优质土配制钻井液和有机处理剂。知识点2：影响钻井液滤失量的因素（5）孔隙度和渗透性对滤失量的影响岩层的孔隙和裂缝是钻井液滤失的天然通道，不同井位、层位和岩层，钻井液滤失量不同，泥饼厚度也不同。知识点2：影响钻井液滤失量的因素

渗透性大的砂岩、砾岩、裂缝发育的石灰岩井壁形成较厚泥饼；渗透性小的页岩、泥岩、石灰岩和其他致密岩石井壁上形成的泥饼较薄，甚至不形成泥饼。

由于泥饼渗透性一般小于岩层的渗透性，岩层孔隙性和渗透性在滤失初始阶段起重要作用，形成泥饼后泥饼质量起主要作用。知识点2：影响钻井液滤失量的因素滤失过程固相颗粒在井壁堆积形成三个过滤层，即瞬时滤失渗入层（细颗粒侵入可达25~30mm）、架桥层（即内泥饼，较粗颗粒在岩层孔隙内部架桥而减小岩层的孔隙度）和井壁表面致密的外泥饼。知识点2：影响钻井液滤失量的因素影响滤失量决定因素是泥饼的孔隙度和渗透性。渗透性取决于泥饼中固相的种类，固相颗粒的大小、形状和级配，处理剂的种类和数量，以及过滤压差等。

泥饼厚滤失量大，泥饼薄滤失量小。颗粒均匀变化时，孔隙度最小；较大范围颗粒尺寸孔隙度比小范围颗粒尺寸分布的混合物要小；小颗粒多要比大颗粒形成的泥饼孔隙度小。知识点2：影响钻井液滤失量的因素

处理剂的种类和加量多少决定颗粒是分散还是絮凝，以及颗粒四周可压缩性水化膜的厚度，从而影响泥饼的渗透率。

实验表明，钻井液固相含量粒度与所钻岩层孔隙所需架桥颗粒大小不匹配时，API滤失结果不一定准确。知识点2：影响钻井液滤失量的因素

泥饼渗透率还受胶体种类、数量以及颗粒尺寸影响。

钻井液絮凝使得颗粒间形成网架结构，渗透率增大。在钻井液中加入稀释剂其反絮凝作用使泥饼渗透率降低。此外，大多数稀释剂是钠盐，钠离子可交换黏土晶片的多价阳离子，使聚结状态转变为分散状态，降低泥饼渗透率。知识点2：影响钻井液滤失量的因素

静滤失表面有一层松软层，钻井液粘度大、环空返速较低，一些在井内翻转的泥屑粘附在泥饼表层，增厚泥饼。表面层抗剪切强度低，容易被冲蚀掉。

紊流对泥饼有很强的冲蚀作用，与层流相比，紊流形成的泥饼较薄，滤失量较大。平板型层流靠近井壁处流涕速度较尖峰型层流大，冲蚀作用强，泥饼比尖峰型层流薄。

尖峰型层流形成泥饼最厚。知识点2：影响钻井液滤失量的因素三、影响动滤失的因素处理剂对动滤失和静滤失作用效果不同，主要是液流冲刷作用的影响。如果形成的泥饼抗冲刷能力差，尽管有良好将静滤失效果，但在钻井液液流冲刷下，泥饼厚度变薄，降滤失效果必然变差；反之，形成的泥饼抗冲刷能力强，降低动滤失效果就明显。知识点2：影响钻井液滤失量的因素

影响动滤失因素与影响静滤失因素相似，不同的是剪切速率和钻井液流态对泥饼和处理剂作用有影响，从而影响动滤失量。泥饼厚度受到钻井液冲蚀作用限制；岩层表面最初暴露时，滤失速率高，泥饼增长较快，直至冲蚀作用和泥饼增长速度相等，泥饼厚度不再变化；此时滤失量由下式可得：知识点2：影响钻井液滤失量的因素

曲线4,5降动滤失能力强，降静滤失能力差；曲线1,2降静滤失能力强，降动滤失能力差。淀粉可使两者有效降低。知识点2：影响钻井液滤失量的因素四、影响瞬时滤失的因素

由于没有泥饼存在，影响瞬时滤失主要因素是压差，岩石的渗透性，滤液的黏度，钻井液中固相颗粒的含量、尺寸和分布（形成泥饼的速度）。知识点2：影响钻井液滤失量的因素项目四：钻井液的滤失和润滑性课程名称：泥浆材料检测与应用任务一：钻井液的滤失与造壁性钻井液的滤失过程影响钻井液滤失量的因素钻井液滤失性与钻井工作的关系01知识点02知识点03知识点01项目四：钻井液的滤失和润滑性任务钻井液的滤失与造壁性知识点3钻井液滤失性与钻井工作的关系一、滤失量过大的危害在钻井过程中，钻井液滤失量过高，泥饼厚而松散，对钻井不利，一方面，滤失量过高，地层被浸泡，井壁不稳定，损害油气层；另一方面，泥饼厚而松散，摩擦系数高，易粘卡，引起钻头泥包或堵水眼、起钻上提遇卡、下套管遇阻，不利于电测，影响井身质量等。一般要求钻井液具有适当低的滤失量和薄而致密坚韧的泥饼。知识点3：钻井液滤失性与钻井工作的关系2、对钻井液性能的要求降低钻井液滤失量的控制原则是：应根据本井地下地层岩石的特点、井深、井身结构等因素来确定，同时还要考虑钻井液的类型。井浅时可放宽，井深时应从严；裸眼时间短时可放宽，裸眼时间长须从严；使用不分散性处理剂时可适当放宽，使用分散性处理及时要从严；钻井液矿化度高者可放宽，钻井液矿化度低者应从严。知识点3：钻井液滤失性与钻井工作的关系知识点3：钻井液滤失性与钻井工作的关系二、钻井液滤失性能的控制与调整获得致密与渗透性小的泥饼的方法如下：用膨润土配基浆。膨润土颗粒细，呈片状，水化膜厚，能形成致密泥饼，可在固相较少情况下满足对钻井液滤失性能和流变性能的要求。加入适量纯碱、烧碱或有机分散剂（煤碱液），提高黏土颗粒ζ电位、水化程度和分散度。知识点3：钻井液滤失性与钻井工作的关系加入CMC或其他聚合物以保护黏土颗粒，阻止其聚结，从而有利于提高分散度。同时，CMC和聚合物分子长链起堵孔作用，使滤失量降低。加入