钻井液与完井液

关于钻井液与完井液2第一节、钻井液的流动状态和基本概念1.流体的流动类型

稳定流：流场中任何点的流动参量不随时间改变，但不同点的流动参量可以不同的流动。特点：稳定流动是连续性的。不稳定流：流场中任何点的流动参量不但随位置不同而变，而且随时间不同也在改变的流动。特点：旧的流动条件刚改变到新的流动稳定条件建立之间的流动。如：流体刚开始流动时；管道横断面变宽、变窄处。第2页,共79页，2024年2月25日，星期天3稳定流动类型的变化塞流PlugFlow---流体象塞子一样流动，流速为常数.稳定流层流LaminarFlow---流体分层运动。任意流层与相邻流层方向相同，流速不同。紊流TurbulentFlow---流体内形成无数小旋涡。任一定点的流速，其大小、方向都在进行着不规则的、连续的变化。塞流层流紊流第3页,共79页，2024年2月25日，星期天42.基本概念（预备知识）

剪切速率

ShearRate同义名称：速梯、剪率、切变率，流速梯度。常用符号：γ、D、dv/dr定义：γ=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：γ=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：10~20s-1

环形空间：50~250s-1

钻杆内部：100~1000s-1

钻头水眼：1000~7000s-1第4页,共79页，2024年2月25日，星期天5

剪切应力

ShearStress同义名称：剪应力、切应力。常用符号：τ定义：τ=F/A=液层单位面积上的剪切力。意义：τ越大，液流各层所受的作用力越大；反之，越小。剪切应力内摩擦力单位：τ=F/A=dyn/cm2；Pa。

1Pa=1N/m2=10dyn/cm2第5页,共79页，2024年2月25日，星期天6

流变曲线

ConsistencyCurve定义：速梯与切应力关系曲线。表示方法：三种表示法。000ττγγQ；V；nP；P；第6页,共79页，2024年2月25日，星期天7

粘度

Viscosity同义名称：有效粘度、视粘度。常用符号：η定义：η=τ/γ(单位剪切速率的剪切应力)。单位：η=τ/γ=dyn/cm2/s-1=dyn.s/cm2=泊

1泊=100cp=100mPa.s=1dyn.s/cm2=0.1Pa.s第7页,共79页，2024年2月25日，星期天8几何意义A.流变曲线上某点与原点相连直线斜率的倒数ηA=1/tg=τA/γA

越大，η越小图中：ηA<ηBB.流变曲线上某点与原点相连直线的斜率ηA=tg=τA/γA

越大，η越大图中：ηA>ηB0τγAB

2

1τγ0AB

2

1第8页,共79页，2024年2月25日，星期天9漏斗粘度

FunnelViscosity定义：定体积泄流时间。单位：秒；s类型：

马氏漏斗粘度MarshFunnelViscosity定义：1500ml流出946ml的时间。标准：清水测量值：26±0.5s

中国漏斗粘度定义：700ml流出500ml的时间。标准：清水测量值：15±0.5s第9页,共79页，2024年2月25日，星期天10漏斗粘度反映流变性的优缺点优点：简单易行缺点：测定过程中流速梯度在变化没有考虑流体密度的影响第10页,共79页，2024年2月25日，星期天11剪切稀释性

——钻井液的有效粘度随剪切速率增加而降低的现象。特点：剪切速率是变量；粘度是变量。可用YP/PV,n,Im等来表征。第11页,共79页，2024年2月25日，星期天12第二节、基本流型及其分析一、流体分类根据“应力—应变（流动）（τ~γ）”关系，将流体分为：第12页,共79页，2024年2月25日，星期天13二、流体分析

对流体研究对象的基本假设：

连续介质均质性不可压缩性层流第13页,共79页，2024年2月25日，星期天141、牛顿内摩擦定律与牛顿流体

牛顿内摩擦定律τ=F/A=η(dv/dr)η—表征流体粘性的比例系数，简称牛顿粘度。

F—内摩擦力。牛顿流体流变性符合牛顿内摩擦定律的流体。类型举例：水、甘油、单相液体等。流变曲线：通过原点的直线。特点：η=τ/γ=C（常数）

Frdvdrrτ0稠液体稀液体第14页,共79页，2024年2月25日，星期天152.非牛顿流体剪切应力与剪切速率不呈线形关系的流体。（1）流变特性与时间无关的非牛顿流体特点：τ与γ呈单值对应关系。

塑性流体

PlasticFluids数学模型：τ=τ0+ηs

γ流变曲线：有截距的直线。流变参数：动切应力YieldStress同意名称：屈服值、屈服点。定义：流体开始呈现层流流动时所需要的剪切应力。常用符号：τ0；YP单位：dyn/cm2、Pa几何意义：直线截距的切应力值。

γττ0τs0塑性体第15页,共79页，2024年2月25日，星期天16

塑性粘度

PlasticViscosity定义：塑性流体与其结构强弱无关的粘度。常用符号：ηs、PV单位：公制：dyn.s/cm2、泊、厘泊。国际：Pa.s、mPa.s模式讨论τ-τ0=ηsγ或者η=ηs+τ0/γ优点：

γ0，τ

τ0

能够反映多数钻井液具有内部结构情况。

γ

，η

能够反映多数钻井液的剪切稀释性。

γ

，η

ηs能够反映出钻井液的极限粘度。缺点：低剪切速率下：τ实>τ宾表明模型拟合实际曲线有较大偏差.第16页,共79页，2024年2月25日，星期天17真实泥浆与不同流型的比较

r0

0s钻井液宾汉流体假塑性流体第17页,共79页，2024年2月25日，星期天18假塑性流体

PseudoplasticFluids流变模式：τ=Kγn流变曲线：过原点凸向切应力轴的曲线。流变参数：

稠度系数

K意义：反映流体的粘滞性。K越大，流体越难流动。单位：dyn.sn/cm2

流型指数

n意义：偏离牛顿流体的程度。模式讨论τ=Kγn

或者η=Kγn-1γ0，τ

0不符合大多数钻井液具有屈服应力的特点。γ

，η

能够反映钻井液的剪切稀释性。γ

，η

0无极限粘度，不符合钻井液情况。

τ0rn﹤1n﹥1第18页,共79页，2024年2月25日，星期天19

卡森流体cassonfluid流变模型：τ1/2=τc1/2+η

1/2γ1/2流变曲线：

γ1/2~τ1/2

作图，为一条直线。

γ~τ作图，为直线与曲线之和。模式讨论τ1/2=τc1/2+η

1/2γ1/2γ0，τ

τc

能够反映多数钻井液具有内部结构情况。γ

，η

能够反映多数钻井液的剪切稀释性。γ

，η

η

能够反映出钻井液的极限粘度。ττc00τ1/2τc1/2r1/2r第19页,共79页，2024年2月25日，星期天20赫－巴流型流变模式说明对于动切力较高的聚合物钻井液，特别是在环空较低剪切速率下，它往往比宾汉模式和幂律模式更接近于钻井液的流变性。因其为三参数方程，参数计算较复杂。参数计算第20页,共79页，2024年2月25日，星期天21(2)流变特性与时间有关的非牛顿流体特点：τ=f(γ，t）

触变性流体

Thixotropy

实验现象：流体摇动并静止后形成凝胶，再次摇动后恢复到原有状态。通俗定义：恒温恒压下，流体搅拌后变稀，静止后变稠的特性。一般定义：在一定速梯下，剪切应力随作用时间增加而减小的特性。胶化定义：等温情况下，流体状态发生凝胶溶胶凝胶可逆转变的特性。0ηt牛顿体震凝体触变体第21页,共79页，2024年2月25日，星期天22

触变性机理流体内部的粘土粒子因其物化原因易形成网架结构。静止后：粒子为了满足表面静电饱和，在自由能最小部位自行排列而形成凝胶结构。搅拌时：网架结构逐步被拆散。显然，凝胶结构=f(固含、固相类型、温度、时间、剪切过程、处理剂类型）触变性的两个特点：A.形成结构到拆散结构，或反之，在等温情况下是可逆的，可重复的。B.结构的变化与时间紧密相关。静置静置搅拌搅拌第22页,共79页，2024年2月25日，星期天23

触变性的表示和测量表示原理：用流体恢复内部网架结构所需时间和最终的静切应力大小表示。表示方法：触变性=初切力/终切力（旋转粘度计或浮筒切力计）触变环面积大小.具体表示：低密度钻井液：触变性=初切力/终切力=1分钟静切力/10分钟静切力即：触变性=τ1‘/τ10’=G1’/G10’高密度钻井液：触变性=10秒钟静切力/10分钟静切力=τ10“/τ10’=G10”/G10’较快的强凝胶较慢的强凝胶较快的弱凝胶较慢的弱凝胶τsτstt平坦型凝胶递增型凝胶良好型凝胶脆弱型凝胶第23页,共79页，2024年2月25日，星期天24第三节、钻井液流变参数的胶体化学性质学习意义：分散介质间吸引力。流变性=f(流动阻力）分散相与介质粘附力。反映钻井液自身结构强弱分散相之间吸力、斥力。（可通过化学处理改变）即：化学处理改变体系内部结构（胶化性质）改变流动阻力改变钻井液流变性因此，通过钻井液流变性变化，可以分析：化学处理剂作用后，钻井液体系中分散相结构的微观变化。钻井液体系的稳定性。寻求符合生产实际所需要的钻井液配方，满足钻井工程的需要。第24页,共79页，2024年2月25日，星期天25一、钻井液的静切应力和动切应力1.静切力τs定义：钻井液静止后形成的凝胶结构强度。钻井液从静止到开始塞流流动所需要的最小剪切应力。影响因素：单个链环的强度——颗粒间引力——电位、水化膜厚度。结构链环数目/单位体积（结构密度）——颗粒浓度、分散度。调整方法：升τs——提高c、分散度，降低、水化膜厚度。降τs——与上相反。第25页,共79页，2024年2月25日，星期天26静切力的实际应用（1）悬浮岩屑和加重材料悬浮岩屑（球形）所需静切力为：

τs（dyn/cm2)=980d(

岩-浆）/6

d----颗粒直径，cm经验数据：初切力=2~6Pa时，可达到良好的悬浮能力。终切力=2初切力，属于良好型触变体。终切力=5初切力，属于递增型触变体。此时，会造成泵压过高，易压漏地层。（2）影响井内液柱压力激动（阅读）。G=重力-浮力τs第26页,共79页，2024年2月25日，星期天272.动切应力τ0（YP）定义：钻井液开始作层流流动时，必须要的最小剪切应力。实质：层流流动时，流体内部结构一部分被拆散，另一部分重新恢复。当拆散与恢复速度相等时，保留的那部分内部结构所产生的剪切阻力。τ0与τs的区别：

τ0为层流流动条件下固体颗粒之间吸引力的量度；

τs为静止条件下固体颗粒之间吸引力的量度；第27页,共79页，2024年2月25日，星期天28影响因素（类似于静切力）：单个链环的强度——颗粒间引力——电位、水化膜厚度。结构链环数目/单位体积（结构密度）——颗粒浓度、分散度。调整方法：升τo——提高c、分散度，降低、水化膜厚度，加增粘剂。降τo——冲稀、加降粘剂拆结构。第28页,共79页，2024年2月25日，星期天29二、钻井液的粘度1.有效粘度（视粘度）定义：η=τ/γ意义：钻井液作层流流动时，有效粘度等于以下四部分内摩擦力的微观统计结果：固~固颗粒间内摩擦阻力；固~液相分子间内摩擦阻力；液~液分子间内摩擦阻力；固相结构~液相分子间内摩擦阻力；几种流体（模式）表示的有效粘度：宾汉体：η=ηs+τ0/γ

假塑性体：η=K(γ)n-1

卡森体：η=[(η

)1/2+(τ0/γ）1/2]2第29页,共79页，2024年2月25日，星期天302.宾汉体的塑性粘度ηs定义：层流流动时，流体内部网状结构的破坏与恢复处于动态平衡时，以下三部分内摩擦力的微观统计结果：固~固颗粒间内摩擦阻力；固~液相分子间内摩擦阻力；液~液分子间内摩擦阻力；特点：ηs不随dv/dr变化而变化。影响因素：固相含量：固含

ηs

；分散度：分散度ηs

；液相粘度：液相粘度ηs

；调整ηs

的方法：根据影响因素升、降ηs

。第30页,共79页，2024年2月25日，星期天313.假塑性体的n、k稠度系数k：k=f(液相、固相含量及其性质）流性指数n：n=f(内部结构强弱）n反映了流体的非牛顿性强弱，n越小，流体非牛顿性越强。降k值方法（提k方法相反）：降低固体含量；稀释或者除砂；调整n值方法：降n——加入活性膨润土、无机盐、高分子聚合物等；提n——加入清水、降粘剂等；第31页,共79页，2024年2月25日，星期天32第四节、钻井液流变参数的确定一、旋转粘度计原理和基本计算公式1.内、外筒式旋转粘度计原理内外筒之间充满被测钻井液，当外筒旋转时，通过流体的粘性带动同轴内筒转动，使扭力弹簧扭转一定角度至平衡为止，由此反应不同流体的剪切应力大小。因为内、外筒尺寸和外筒转速确定了内筒外表面的剪切速率，而读值大小反映内筒外表面的剪切应力，所以，可根据测得的“τ~γ”关系计算钻井液的流变参数。

R1drR2R1RLh第32页,共79页，2024年2月25日，星期天332.旋转粘度计基本计算公式将线速度梯度代入牛顿内摩擦定律，并考虑内筒外表面切应力，可推得以下旋转粘度计的基本公式：

τ=M/(2πR12h)γ=2R22

/(R22-

R12)=πR22n/[15(R22-

R12)]

式中，

——外筒旋转角速度；

n——外筒每分钟转速；

R1、

R2——内、外筒半径;

M——维持外筒旋转的力矩.第33页,共79页，2024年2月25日，星期天34二、钻井液流变参数的确定1.仪器参数的确定常用仪器：Fan-35型旋转粘度计。仪器参数：

R2R1R2/R1hфkcmcmcm格dyn.cm/格1.84151.72451.06783.8300380

将仪器参数代入

γ=πR22n/[15(R22-

R12)]中，得到：γ=1.703n利用该式，可以计算出不同转速下的剪切速率。

r/min60030020010063r.s-11022511340.7170.310.225.11第34页,共79页，2024年2月25日，星期天35又根据测定扭距M=kф，得到仪器最大测定扭距：Mmax=300380=114000dyn.cm将其代入τ=M/(2πR12h)，得：τmax=1533dyn/cm2由此，可得到仪器扭簧系数：C=τ/ф=1533/300=5.11dyn/cm2/格综上可见，我们已经得到了如下公式：

τ=Cф=5.11фγ=1.703n

流变参数精确计算公式（根据直线的两点法则推得）因此，可以利用这些公式导出钻井液流变参数的直读计算公式。第35页,共79页，2024年2月25日，星期天362.不同流体的流变参数直读公式牛顿流体NewtonianFluids：

η=ф300=ф600/2mPa.s宾汉塑性流体BinghamModelηs=ф600-ф300mPa.s

η’=ф600/2mPa.s

τ0=0.511(ф300-ηs)Pa

假塑性体PowerLawModeln=3.322lg(ф600/ф300)K=0.511ф300/511nPa.sn卡森流体CassonModel

η=1.43(ф6001/2-ф1001/2)2mPa.s

τc=0.24(2.45ф1001/2-ф6001/2

)2Pa第36页,共79页，2024年2月25日，星期天37第五节、钻井液流变性能与钻井工程的关系

钻井液流变性能与钻井工程的关系主要体现在下列几个方面：

影响钻井速度；

影响环空携带岩屑能力；影响井壁稳定；影响岩屑和加重物质的悬浮；影响井内压力激动；影响钻进泵压和排量；影响固井质量。第37页,共79页，2024年2月25日，星期天381.影响钻井速度

Eckel指出，在其它因素不变时，钻速与钻头处雷诺数的0.5次方成正比：Vm=f(Ne)1/2

设有两种钻井液，钻速的表达式为：Vm2=Vm1(Ne2/Ne1)1/2

因为其它因素不变时，雷诺数与钻井液粘度成正比：Nedv/

对于宾汉塑性体：Nedv/s

所以：Vm2=Vm1(

s1/

s2)1/2

该式说明了钻井液的流变参数对钻速的影响关系。第38页,共79页，2024年2月25日，星期天39举例某钻井液的塑性粘度

s为32mPa.s，平均钻速为6米/小时，在不改变其它因素时，降低

s到8mPa.s，则钻速变化为：Vm2=6(32/8)1/2=12米/小时

钻速提高2倍。如果钻进1000米井段，用32mPa.s的钻井液要用100小时，则用8mPa.s的钻井液只需要50小时，第39页,共79页，2024年2月25日，星期天402.影响环空岩屑携带对岩屑输送比的影响岩屑输送比：Rt=(V-Vs)/V=1-Vs/V

井眼净化良好的条件：Rt0.5即：V2Vs

式中，Rt——岩屑输送比；

V——钻井液平均上返速度；V=12.7Q/(D22-D12)

Vs——岩屑颗粒沉降速度；Vs与颗粒雷诺数Re相关。当Re3时，Vs=326800ds2(s-f)/

当3<Re<300，Vs=7.13ds(s-f)0.667/(f)0.333

当Re>300时，Vs=2.95[ds(s-f)/f]1/2

由此可见，井眼净化与钻井液流变性能中的有效粘度紧密相关。第40页,共79页，2024年2月25日，星期天41第41页,共79页，2024年2月25日，星期天42

影响层流条件下岩屑携带

层流携带岩屑的特点：岩屑翻转上升。

层流携带岩屑缺陷的实质：力矩效应。

改进方法：将尖峰形改为平板形层流。

平板形层流携岩原理：流核直径：由上式可见，τ0/

s

，d0

钻井液流速剖面变平坦翻转力矩效应减小。F2F1Ld0dD第42页,共79页，2024年2月25日，星期天43第43页,共79页，2024年2月25日，星期天44钻井液有效地携带岩屑的流变参数取值范围：对于宾汉流体：

τ0/

s=3.6~4.78dyn/cm2/mPa.s

τ0/

s=0.36~0.478Pa/mPa.s

τ0=1.5~3Pa对于假塑性体：根据ф600/ф300=1022n/511n=2n，得到动塑比与流型指数的关系：

τ0/

s=0.5（ф300-

s）/（ф600-ф300

）=（1-2n-1）/(2n-1)

因此，n=0.4~0.7对于卡森流体：τc=1.0~2.5Pa

注意：提高τ0/

s的关键是降低塑性粘度

s

。

第44页,共79页，2024年2月25日，星期天453.影响井壁稳定

钻井液流变性对井壁稳定的影响主要是指对井壁的冲蚀作用。Walker定义用侵蚀指数EI表示：层流时：EI=τ0+12

sV/(D2-D1)+0.5τ0EI=

s[τ0/

s+12V/(D2-D1)+0.5τ0/

s]EI值越大，冲蚀性越强。由上面公式可见钻井液流变参数对其影响关系。第45页,共79页，2024年2月25日，星期天464.影响岩屑和加重物质的悬浮在牛顿流体中的颗粒只要其密度大于流体密度，就必然会以一定速度下沉。但是，岩屑颗粒在钻井液中的情况却不同。由于静切力和动切力的存在，即使颗粒密度大于钻井液密度，颗粒也不会发生沉降。只有当颗粒与流体满足一定条件时，颗粒才会下沉。因此，颗粒除了自然沉降外，还具有一种切应力悬浮状态。流体静止状态下的静应力悬浮状态悬浮岩屑（球形）所需静切力为：

τs（dyn/cm2)=980d(

岩-浆）/6

由上式可以计算静止状态下，悬浮岩屑颗粒所需要的静切应力。G=重力-浮力τs第46页,共79页，2024年2月25日，星期天47流体运动状态下的动切应力悬浮（阅读）岩屑颗粒在钻井液中的沉降速度为：Vs=ds[0.0702gds(

s-f)-τ0]若颗粒处于临界状态，有0.0702gds(

s-f)-τ0=0即颗粒悬浮的临界条件为：

s/f=14.25τ0/(gds

f)+1颗粒悬浮的判别准则为：

s/f14.25τ0/(gds

f)+1

在钻井工程中，尤其是在水平井的施工中，动切应力的悬浮作用对于避免岩屑沉积是非常有益的。第47页,共79页，2024年2月25日，星期天48习题4、8第48页,共79页，2024年2月25日，星期天49第四章、钻井液滤失和润滑性能

TheFiltrationPropertiesandLubricity

ofDrillingFluids

本章要求：

1.掌握三个（瞬、静、动）失水概念。

2.掌握五个公式。

3.熟悉七个影响因素。

4.了解失水造壁性与钻井工程的关系。

5.了解钻井液润滑性参数及测定方法。第49页,共79页，2024年2月25日，星期天50一、失水造壁性的基本概念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。吸附水结晶水自由水第50页,共79页，2024年2月25日，星期天51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第51页,共79页，2024年2月25日，星期天52第52页,共79页，2024年2月25日，星期天532.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地层或滤膜滤失渗透的过程。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——钻井液在井壁形成泥饼封护井壁的能力。第53页,共79页，2024年2月25日，星期天543.井下失水过程时间累计失水量ToT1T2T3T4T5T6

V瞬

V动

V静h=0h

h=ch

h

h=c第54页,共79页，2024年2月25日，星期天55

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（t<2秒)；比例小;大小与钻井液中固相级配、含量、压差、地层渗透率、孔隙度等有关第55页,共79页，2024年2月25日，星期天56

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）（低渗透率高渗透率=C）失水速率大、失水量大。第56页,共79页，2024年2月25日，星期天57

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；失水量占总失水的比例较小；泥饼逐渐增厚（无冲蚀作用）。第57页,共79页，2024年2月25日，星期天58二、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。第58页,共79页，2024年2月25日，星期天594.控制失水量原则：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。第59页,共79页，2024年2月25日，星期天60三、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。第60页,共79页，2024年2月25日，星期天61

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)第61页,共79页，2024年2月25日，星期天62

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：Vs=hACc

钻井液中固相体积百分数为：Cm=Vs/Vm=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

第62页,共79页，2024年2月25日，星期天632.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：t1/20Vft1

1/2Vf1t2

1/2Vf2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’第63页,共79页，2024年2月25日，星期天64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喷失量较大。负截距：喷失量很小，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。t1/2VfVsP第64页,共79页，2024年2月25日，星期天65

Vf

与P的关系RelationshipBetweenPressureandFiltrationVolume理论上：LgVf=1/2LgP+1/2LgC即：Vf

P1/2

条件：k=常数。实际上：Vf

Px

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=0LgP0LgV第65页,共79页，2024年2月25日，星期天66Vf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：

T升高，降低，

Vf

增大

例如：用纯水配制的钻井液，在200C与1000C比较。T升高，粘土聚结和絮凝状态改变k改变，Vf增大；

T升高，粘土去水化，吸附水减少，自由水增多，Vf

增大。

T升高，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。第66页,共79页，2024年2月25日，星期天67Vf

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。第67页,共79页，2024年2月25日，星期天68泥饼厚度h与vf的关系RelatiionshipBetweenCakeThicknessandFiltration影响规律：a.Vf

增大，h增厚；b.Cc/Cm

升高，h减薄，Vf越大；

——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

增大，泥饼疏松，h增大。实验发现：固相粒度分布越宽，

越小，h越小；小粒子越多，

越小，h越小。

第68页,共79页，2024年2月25日，星期天69泥饼薄、密、韧条件：

Cc

低（土的膨胀性好）。粒度分布宽。细小粒子多。第69页,共79页，2024年2月25日，星期天70Vf

与k的关系

RelationshipBetweenThePermeabilityoftheFilterCake(a.)K与vf

的关系式由：

得到：（1）式中单位：h——cm；Vf——cm3

；

——mPa.s；

t——s；P——kg/cm2；A——cm2

；

Vc——cm3

；k——darcy(1d=103md)；第70页,共79页，