钻井液性能及其测试

1、钻井液性能及其测试，蔡继华，钻井液的常规性能包括：密度、流变性(漏斗粘度、表观粘度、塑性粘度、动态剪切力、静态剪切力等。)，滤失量和造壁性能(滤失量、滤饼厚度、滤饼性能等。)、酸碱度、含砂量、固体含量等。钻井液密度1。钻井液密度和安全密度窗口中的钻井液密度是指每单位体积的钻井液质量，通常用g/cm3(或kg/m3)表示。在钻井工程中，钻井液密度和泥浆比重是两个等价的术语。英国单位通常是磅/加仑(即磅/加仑，或写为ppg)，1克/立方厘米等于8.331磅/加仑。钻井液密度是保证安全快速钻井和保护油气藏的一个非常重要的参数。通过钻井液密度的变化，可以调节钻井液在井筒中的静液柱压力，平衡地层孔隙压力

2、和地层结构应力，避免井塌的发生。安全密度窗口(p)、井漏、井喷、复杂情况、坍塌、安全密度窗口：安全钻井过程中泥浆密度的范围、坍塌压力pCollapse和泥浆压力pMud，由钻孔壁上的地应力的二次分布引起并导致钻孔壁岩石移动入井的应力称为钻孔壁(地层)坍塌应力pCollapse。一旦发生坍塌(坍塌0)，井壁岩石将逐渐下落(挤压)到井中(坍塌)。钻井过程中，井内泥浆液柱的压力可以(也只能)有效地平衡井壁坍塌，当井壁坍塌时，井壁保持稳定；当泥浆p坍塌时，井也坍塌。泥浆压力pMud和破裂压力pBreak。在裸眼井段，除了地层压力外，还有两种地层压力：地层流体压力和地层破裂压力。钻井过程中，我们人工施加

3、泥浆压力。p泥浆破裂时发生井漏(p漏)；发生井涌或井喷。安全密度窗口P=P打破P地面(P崩溃)。2.钻井液密度的测量钻井液密度由专门设计的泥浆平衡器测量，其外观如下图所示。测量时，向泥浆杯中注入钻井液，盖上计量盖，然后用纱布擦去从计量盖小孔溢出的钻井液。然后，将比重标尺的刀口放在底座的刀垫上，不断移动行走代码，直到水平气泡位于两条线的小中心。此时，游泳代码左侧的到达程度表示测得的钻井液密度。用清水校准，用淡水填充干净干燥的样品杯，盖上杯盖并干燥样品杯的外部，将密度计的刀口放在刀垫上，将行走代码的左侧线与1.00 g/cm3的刻度对齐，并观察密度计是否平衡(平衡时水平气泡位于中心)。如果不平衡，

4、在平衡缸上添加或去除一些铅颗粒，使其平衡。调整钻井液密度和添加重晶石及其他加重材料是提高钻井液密度最常用的方法。加重前应调整钻井液的各项性能，尤其是低密度固相含量应严格控制。通常，钻井液密度越高，加重前钻井液的固含量、粘度和剪切力越低。添加可溶性无机盐也是增加密度的常用方法。例如，通过向清洁盐水钻井液中添加氯化钠，可以将钻井液密度增加到约1.20克/立方厘米，以保护油气储层。常用加重剂重晶石(BaSO4)(=4.24.6)石灰石(CaCO3)(=2.72.9)菱铁矿(Fe CO3) (=3.73.9)用作钻井液加重材料，方铅矿(PbS)(=7.57.6) CaCO3可用作暂堵剂，钛铁矿一般有几

5、种降低密度的方法：最重要的方法是通过机械和化学絮凝去除无用固相，以降低钻井液固相含量。用水稀释。然而，这往往会增加处理剂的用量和钻井液成本。混合油。但有时会影响地质录井和测井解释；在钻低压油气藏时，可以选择充气钻井液。二是钻井液的流变性，dri的流变性这种特性通常由不同的流变模型及其参数来表征，最常用的流变模型是宾汉和幂律模型。宾汉模型的参数是塑性粘度和屈服点。幂律模式的参数是流量行为指数和一致性指数。此外，漏斗粘度、表观粘度和凝胶强度也是钻井液的重要流变参数。由于钻井液的流变性与携岩、稳定井壁、提高钻速、计算环空水力参数等一系列钻井作业密切相关，因此它是钻井液最重要的性能之一。相关内容将在接

6、下来的教学工作中予以强调。测量钻井液流变性的马氏漏斗ZMN型马漏斗粘度计由锥形马漏斗、孔径为1.6毫米的过滤网和946毫升量杯组成。锥体上口直径为152毫米，锥体下口和尾水管直径为4.76毫米，锥体长度为305毫米，漏斗总长度为356毫米，筛底以下漏斗容积为1500毫升。苏联漏斗粘度计该粘度计由漏斗和量筒组成。结构如图3所示。量筒由隔板分成两部分，大端为500毫升，小端为200毫升，漏斗下端为直径为5毫米、长度为100毫米的管子。旋转粘度计的液体放在两个同心圆筒的环形空间中。电机通过传动装置驱动外筒匀速转动，被测液体的粘度作用在内筒上，驱动与扭簧成一定角度连接的内筒。旋转角度与液体的粘度成正比

7、，因此液体粘度的测量值被转换成内筒旋转角度的测量值。6读数：600、300、200、100、6、3，通常用于计算流变参数。当剪切力以600转/分钟搅拌10秒钟时，最大读数在静置10秒钟后以3r/分钟读取和记录，然后以600转/分钟搅拌10秒钟，然后静置10分钟，最大读数以3r/分钟读取和记录。在钻井过程中，当钻头穿过渗透性地层时，由于钻井液的液柱压力总是大于地层的孔隙压力，钻井液的液体会在压差的作用下渗透到地层中，这种现象通常被称为钻井液的过滤特性。当液体渗透时，钻井液中的固体颗粒会粘附并沉积在井壁上，形成泥饼。随着泥饼的增厚及其在压差下的压实，将有效地稳定和保护裸眼井壁，这就是钻井液的所谓造

8、壁特性。由于泥饼的渗透率远小于地层的渗透率，形成的泥饼还能有效防止钻井液中的固相和滤液侵入地层。在钻井液技术中，通常使用一个重要参数(失水率或滤失率)来表征钻井液的渗透率。钻井液的过滤性能也是钻井液最重要的性能之一，这将在下面的教学工作中详细描述。ZNS泥浆失水仪该仪器测量在用惰性气体(二氧化碳、氮气或压缩空气)给泥浆加压的情况下泥浆的失水。当泥浆处于0.69兆帕的压力下时，30分钟内穿过横截面为45.60.52的过滤器表面的水量以毫升表示。同时，可以测量泥浆失水后泥饼的厚度，单位为毫米。逆时针慢慢转动排气阀5的手柄，观察压力表的指示。当压力表略有下降或听到泥杯有进气声音时，停止转动排气阀手柄

9、，微调减压阀3手柄，使压力表显示0.69兆帕，泥杯保持0.69兆帕的恒定状态，当看到第一滴滤液时，开始记录。滤饼质量评价滤饼质量评价平滑度：将滤饼放在一个平面上，用手指触摸。如果滤饼薄而光滑，它将具有良好的光滑度，而不会有砂的感觉；否则，它会有不良的平滑度。坚固性：将滤饼放入容器中，并将其放入水或柴油中24小时，观察其损坏程度4.钻井液的酸碱度1。钻井液的酸碱度通常用钻井液滤液的酸碱度来表示。由于酸碱度的强弱直接关系到钻井液中粘土颗粒的分散程度，将极大地影响钻井液的粘度、剪切力等性能参数。右图显示了预水合膨润土基泥浆(膨润土含量为57.1千克/立方米)的表观粘度随酸碱度的变化。从图中可以看出，

10、当酸碱度大于9时，表观粘度随着酸碱度的增加而急剧增加。原因是当酸碱度增加时，更多的羟基将被吸附在粘土晶体层的表面，这将进一步增强表面的电负性，从而使粘土在剪切下更容易水合和分散。宋克1井，470米井口泥浆，酸碱度6.5，失水18毫升；加入0.5%氢氧化钾后，酸碱度为10.5，失水率为14.4毫升。在实际应用中，大多数钻井液的酸碱度应控制在811之间，即应保持弱碱性环境。这主要是由于以下原因：(1)可以减少钻具的腐蚀；可防止氢脆对钻具和套管的损坏；能抑制钻井液中钙镁盐的溶解；有相当多的处理剂需要在碱性介质中才能充分发挥其作用，如单宁、褐煤和木质素磺酸盐处理剂。纯碱(工业氢氧化钠)是调整钻井液酸碱

11、度的主要添加剂，有时也使用纯碱和石灰。在常温下，它们的水溶液的酸碱度如下：10%氢氧化钠溶液，酸碱度12.9；10%碳酸钠溶液，pH11.1；饱和氢氧化钙溶液，pH12.1。通常，pH试纸用于测量钻井液的pH值。如果要求的精度很高，可以使用酸度计。钻井液含砂量，钻井液含砂量是指粒度大于74微米的砂粒在钻井液总体积中不能通过200目筛的百分比。在现场应用中，数值越小越好，一般要求控制在0.5以下。这是因为过多的砂含量会对钻井过程造成以下危害：(1)增加钻井液密度不利于提高钻速；泥饼松软，导致滤失量增加，不利于井壁稳定，影响固井质量；泥饼中高含量的中间砂会增加泥饼的摩擦系数，容易造成压差卡钻；增加

12、钻头和钻具的磨损，缩短其使用寿命。降低钻井液含砂量的有效途径是充分利用振动筛、除砂器、除泥器等设备，有效控制钻井液的固含量。6.钻井液的固含量，通常用钻井液中所有固相体积占钻井液总体积的百分比来表示。固相含量的高低以及这些相颗粒的类型、大小和性质直接影响钻井过程中的井下安全、钻井速度和油气藏的损害程度。因此，在钻井过程中必须对其进行有效控制。1、钻井液中固相的类型一般来说，钻井液中有各种不同成分、性质和粒度的固相。钻井液中的固相根据其性质不同，可分为两种类型，即活性固相(活性SO1)和惰性固相(惰性SO1)。那些在液相中容易水合或与某些组分反应的物质称为活性固相，反之，它们称为惰性固相。前者主

13、要指膨润土，而后者包括应时、长石、重石和制浆率极低的粘土。除重晶石外，其他惰性固相被认为是有害固相，需要尽可能将其去除。080305 15:35，2。钻井液固含量与井下安全的关系使得钻井液的流变性能不稳定，粘度和剪切力偏高，流动性和携岩效果变差。井壁上形成厚泥饼，质地疏松，摩擦系数大，起下钻时容易堵塞，容易造成卡钻。泥饼质量差会增加钻井液的滤失量，经常导致井筒水化和膨胀此外，钻井液对钻速的影响还与固相类型、固相颗粒大小和钻井液类型有关。根据100口井的统计数据，钻井进尺、钻头数、钻井天数与钻井液固含量的关系曲线如下图所示。虽然这些曲线不能用来预测井的渗透率，但它们可以显示固体含量对渗透率影响的

14、总趋势。关于固相类型对渗透率的影响，一般认为重晶石、砂等惰性固体对渗透率的影响较小，而造浆率低的岩屑和贫土对渗透率的影响中等，造浆率高的膨润土对渗透率的影响最大。4.钻井液中固体含量的测定钻井液中固体、油和水的含量可以通过蒸馏快速测定。测试步骤：向蒸馏器注入20 m1钻井液，用加热棒将套管连接到蒸馏器上。将蒸馏器的排放管插入冷凝器的孔中，然后将量筒放在排放喷嘴下方，以接收冷凝的油和水，打开电源，并使蒸馏器开始工作，直到不再有液体从冷凝器的排放喷嘴流出。这个时间通常需要20到30分钟。蒸馏器和加热棒完全冷却后，取出它们。用刮刀刮去蒸馏器和加热棒上的干燥固体。用天平称固体的质量，分别读出水和油的体积。钻井液的固含量通常用固相的体积分数来表示。需要注意的是，对于含盐量为1的淡水钻井液，根据实验结果很容易计算出钻井液中固相的体积分数；然而，对于高含盐量的盐水钻井液，蒸发盐和固相在蒸馏器中共存。