第四章 钻井液的滤失和润滑性能.ppt

1、1,2020/10/15,第四章 钻井液的滤失和润滑性能,本章要求： 1. 掌握三个（瞬、静、动）失水概念。 2. 熟悉七个影响因素。 3. 钻井液润滑性及其评价。,2,2020/10/15,钻井液的滤失性能主要是指钻井液滤失量的大小和所形成泥饼的质量。润滑性能：包括钻井液自身的润滑性能和所形成的泥饼的润滑性能。钻井液的滤失性能和润滑性能控制不好对钻井和地质工作产生多方面的不利影响。 主要讨论钻井液滤失量的影响因素，滤失量的测量与控制方法以及钻井液润滑性能的影响因素和测量方法。,3,2020/10/15,一、钻井液的滤失与造壁性,钻井液的滤失与造壁性是钻井液的重要性能，对松散、破碎和遇水失稳地

2、层(如水化膨胀性地层)的井壁稳定有十分重要的影响。 1.钻井液滤失和造壁性的概念 水基钻井液中水以三种形态存在，化学结合水、吸附水以及自由水。在压差作用下，钻井液中的自由水向井壁岩石的裂缝或孔隙中渗透，称为钻井液的滤失作用，通常采用滤失量或失水量表示滤失性的强弱。钻井液滤失的两个前提条件是：存在压力差和存在裂隙或孔隙性岩石。,4,2020/10/15,在滤失过程中、随钻井液的自由水进入岩层，钻井液中固相颗粒附着在井壁上形成泥饼(细小颗粒也可能渗入岩层至一定深度)，这是钻井液的造壁性，井壁上形成泥饼后，渗透性减小，阻止或减慢了钻井液继续侵入地层。,5,2020/10/15,钻井液中细粘土颗粒多，

3、而粗颗粒少。形成的泥饼薄而致密，钻井液滤失量小。粗粒多而细颗粒少，形成的泥饼厚疏松，钻井液的滤失量大。钻井液的滤失量和压差、井下温度及岩石有关。不同井位和层位，岩层的孔隙度和渗透率是不同的，同一种组成具有相同性能的钻井液，在不同岩层的滤失量不同，在井壁上形成的泥饼厚度不一样的。在渗透性大的砂岩、砾岩、裂缝发育的灰岩井壁形成的泥饼较厚；在渗透性小的页岩、泥岩、石灰岩和其它致密岩石的井壁上形成较薄的泥饼，甚至不形成泥饼。,6,2020/10/15,泥饼形成示意图,7,2020/10/15,2.井内钻井液滤失的全过程,钻井液在井内发生滤失的全过程由瞬时滤失、动滤失和静滤失三个阶段组成，与此相对应的三

4、种滤失量分别称为瞬时滤失量、动滤失量和静滤失量。 （1）瞬时滤失 从钻头破碎井底岩石，形成新的自由面的瞬间开始，钻井液开始接触新的自由面，钻井液中的自由水向岩石孔隙中渗透，直到钻井液中的固相颗粒及高聚物在井壁上开始出现泥饼，这段时间的滤失称为瞬时滤失。,8,2020/10/15,瞬时滤失特点： 时间短（t 2秒) 、井底岩石表面尚无泥饼，滤失速率很高，亦称初滤失。主要是向井底失水。 时间短而量大，伴有少量泥浆渗失。存在于整个钻井过程中。,9,2020/10/15,动滤失： 紧接着瞬时滤失，在井内钻井液循环的情况下滤失继续进行并开始形成泥饼，随着滤失过程的进行，泥饼不断增厚，直至泥饼的增厚速度与

5、泥饼被冲刷的速度相等，即达到动平衡。此后钻井液在循环下继续滤失但泥饼不再增厚。这段时间的滤失量称为动滤失量。,10,2020/10/15,特点：泥饼形成、增厚与冲蚀处于动平衡。 失水速率大、失水量大 向井壁失水失水速度由大到小逐渐恒定（高渗 透率 低渗透率 = C） 存在于整个循环过程中，时间长，累积失水量大。,11,2020/10/15,静滤失： 在起下钻或其它原因停止钻进时，钻井液停止循环，液流的冲刷作用消失，此时压力差为静液往压力和地层压力之差。随着滤失的进行，泥饼逐渐增厚，单位时间的滤失量逐渐减小。 特点： 失水速率小、失水量较小。 泥饼厚（无冲蚀作用）。 同时向井壁井底失水，以井壁为

6、主。 泥饼在动失水的基础上随时间增长而增厚。 失水速度随静止时间的增长而减少。 静失水量动失水量,12,2020/10/15,起下钻结束后，又继续钻进，钻井液重新循环，于是滤失过程由静滤失转为动滤失。此时的动滤失是在经历一段静滤失后的动滤失，开始时泥饼被冲蚀掉一部分，随滤失的进行，直至稳定(泥饼再变薄或增厚)。这一阶段的动滤失比前一次动滤失要小一些。此后停钻又开始静滤失，这是新水平上的静滤失。,13,2020/10/15,通过对井内钻井液发生滤失的全过程进行分析，可以看出；瞬时滤失时间很短，但滤失速率最大；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。滤失速率是指单位时间内滤失液

7、体的体积。 井内钻井掖的滤失作用是在不同温度和不同压力差下向岩层渗透的。,14,2020/10/15,温度和压力差对钻井液滤失量有很大影响。可分低温低压滤失量(或称为API滤失量)和高温高压滤失量。 滤失量的评价，国内外通常采用API滤失量，在规定的压力差下以通过一定的渗滤断面(通常用滤纸作为渗滤介质）30min内的滤失量来衡量，单位为m130min。,15,2020/10/15,1. 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。,16,2020/10/1

8、5,3.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：10 15 ml/ 30 min； 对于水敏地层：API失水 5 ml/30 min。,17,2020/10/15,向井壁的失水有害 易造成井塌和缩径 阻、卡、划 易损害油气层：阻、堵、水锁、沉淀 向井底的失水有利 降低井底岩石强度，增加可钻性，有利钻速提高。 消除压持效应，避免重复切削，有利钻速提高。 瞬失失水越大，钻速越高。,18,2020/10/15,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。,11,1

9、9,2020/10/15,三、影响钻井液滤失量的因素,1.静滤失 （1）钻井液静滤失方程：,单位渗滤面积的滤失量与泥饼的渗透率、固体含量因素、渗滤压差、渗滤时间的平方根成正比；与滤液粘度的平方根成反比。,20,2020/10/15,（2）滤失时间对滤失量的影响 理想状态下，滤失量与时间的平方根成正比，不考虑瞬时滤失，7.5min的滤失量将是30min滤失量的一半，通常用7.5min的滤失量乘以2作为API滤失量。由于存在瞬时滤失，对于滤失量较小的钻井液，测量时间应取30min,如果用7.5min的滤失量乘以2来推导，30min滤失量将带来较大的误差。 V30 = 2V7.5- Vsp,21,2

10、020/10/15,(3)压差对滤失量的影响： 静滤失方程中滤失量与压力差的平方根成正比。钻井液滤失量不一定与压差成平方根关系。钻井液的组成不同，滤失时形成泥饼的压缩性不相同。随压差增大，渗透量减小的程度有差异，滤失量与压力的关系也不同。,22,2020/10/15,通常可表示为Vf ，钻井液不同指数x不同，但小于0.5。在低压差时，不同钻井液所测得的滤失量相近，但高压差下可能有较大的差别。在深井和对滤失量要求严格的井段钻进前，最好进行高压差滤失实验。 油基钻井液滤失液(一般为柴油)的粘度随压力的增加而增加，根据滤失方程可随粘度增加滤失量是减小的。,23,2020/10/15,（4）滤液的粘度

11、、温度对滤失量的影响 根据静滤失方程，钻井液滤失量与滤液粘度的平方根成反比。滤液粘度越小，钻井液的滤失量越大。滤液的粘度与有机处理剂的加入量有关，有机处理剂如CMC，HPAM等加入量越大，滤液的粘度越大。可以通过提高滤液粘度降低滤失量。,24,2020/10/15,温度升高导致滤失量增加： 1）温度升高，溶液液的粘度降低，滤失量越大。 2）温度改变钻井液中粘土颗粒的分散程度、水化程度、粘土颗粒对处理剂的吸附以及改变处理剂特性等。随着温度上升，水分子热运动加剧，粘土颗粒对水分子和处理剂的吸附减弱，解吸附的趋势加强，使粘土颗粒聚结和去水化，影响泥饼的渗透性。造成滤失量上升。,25,2020/10/

12、15,3）高温还会引起钻井液中粘土颗粒的去水化和处理剂的脱附，使液相粘度降低，以及处理剂本身特性改变，导致滤失量增大。在高温的作用下，钻井液中的某些处理剂会发生不同程度的降解，并且会随着温度升高降解程度加剧，最后失去维持滤失性能的作用。,26,2020/10/15,（5）固相含量和类型对滤失量的影响 根据静滤失方程，钻井液的滤失量与(fsc/fsm)-1成正比，钻井液中的固相含量越高，泥饼中的固相含量越小，钻井液的滤失量越小。钻井液中的固相含量增大，机械钻速降低，泥饼增厚，通过增大钻井液中的固相含量来降低滤失量是不可取。通常的办法是减少泥饼中的固相含量，降低泥饼中固相含量的办法是采用优质土造浆

13、和用有机处理剂。,27,2020/10/15,（6）岩层的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。岩层有一定的孔隙性，钻井液在压差作用下，产生滤失形成泥饼。岩层的孔隙性和渗透性，在瞬时滤失阶段和泥饼开始形成时，对滤失起重要作用。在形成第二过滤介质泥饼之后，岩层的孔隙性和渗透性对钻井液的滤失不起主要作用，这是由于泥饼的渗透性一般远远小于岩层的渗透性。,28,2020/10/15,在滤失过程中，钻井液中的固体颗粒在井壁岩层中的堆积一般形成三个过滤层，即瞬时滤失渗入层，瞬时滤失时细颗粒渗入深度可达2530mm；架桥层，较粗的颗粒在岩层孔隙内部架桥而减小岩层的孔隙度，或称为内泥饼

14、；井壁表面形成具有一定渗透性的外泥饼。,29,2020/10/15,（7）泥饼的压实性和渗透性 滤失量测定的结果往往是泥饼厚滤失量大，泥饼薄滤失量小，这主要是因为厚泥饼的渗透性大，薄泥饼的渗透性小。泥饼的渗透性是决定因素。泥饼的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，处理剂的种类和含量，以及过滤压差等。,30,2020/10/15,泥饼的压实性，高压差有利于泥饼的压实，影响泥饼的渗透性能。泥饼中颗粒尺寸分布同样也影响泥饼的渗透能力。颗粒尺寸均匀变化时，得到较小孔隙度，较小的颗粒致密地填充较大颗粒的孔隙之间。较大范围颗粒尺寸分布的混合物。小颗粒客要比大颗粒多形成的泥饼孔隙度小，

15、处理剂的种类和加量决定颗粒是分散、絮凝以及颗粒四周可压缩性水化膜的厚度，影响泥饼的渗透率。,31,2020/10/15,胶体种类、数量及颗粒尺寸影响泥饼渗透率。例如在淡水里膨润土悬浮液的泥饼有极低的渗透率。因为粘土是扁平小片、薄膜状特点，使这粘土能在流动的垂直方向将孔隙封死。 在钻井液加入沥青，当沥青是胶体状态时具有控制滤失的效果。油基钻井液通过使用乳化剂来形成油包水乳化液、体系中细小且稳定的水滴像可变形的固相，产生低渗透率泥饼，控制滤失量。,32,2020/10/15,(8)絮凝与聚结对泥饼渗透的影响 钻井液的絮凝使得颗粒间形成网架结构、网架结构使渗透率有一定的提高。滤失压差越高，这种结构越

16、难形成，孔隙度与渗透率随压力的增加减小。 在钻井液里添加稀释剂，稀释剂反絮凝作用使泥饼的渗透率降低。大多数的稀释剂是钠盐，钠离子可以交换粘土晶片上的多价阳离子，使聚结状态转变为分散状态，降低泥饼的渗透率。,33,2020/10/15,2、动滤失 (1)钻井液流动的影响 钻井液在循环流动中的滤失过程称为动滤失。影响动滤失的因素与静滤失类似。不同的是动滤失还与钻井液流动有关，剪切速率和钻井液流态对动滤失的影响。在动滤失条件下、泥饼的增长受到钻井液冲蚀作用的限制。当岩层的表面最初暴露时，滤失速率较高，泥饼增长较快，随着时间的推移，泥饼的增长速率减小，直到最终等于冲蚀影响的速率。泥饼厚度不再发生变化。

17、动滤量与泥饼渗透率成正比，与泥饼厚度成反比，与渗透时间成正比。,34,2020/10/15,钻井液动滤失时的泥饼厚度是剪切速率、流态以及泥饼剪切强度的函数。紊流对泥饼有很强的冲蚀作用，与层流时相比，紊流状态下形成的泥饼较薄，滤失量较大。平板型层流靠近井壁处的流速梯度较尖峰型层流大，冲蚀泥饼的力量比尖峰型层流强，泥饼比尖峰型层流薄，尖峰型层流时形成的泥饼最厚。使用低返速、高粘度的钻井液时，钻柱经常遇到阻卡，这可能是其中的原因之一。,35,2020/10/15,在API静滤失量和动滤失量之间没有对应关系以API实验来推测井下动滤失速率是不可靠的，要了解井内钻井液滤失的真实情况，必须进行接近钻井条件

18、的动滤失实验，API静滤失实验不能作为考察井内钻井液的滤失和评价不同钻井液滤失特性的惟一依据。特别是对用于深井、复杂井的钻井液，应测定动滤失量。目前普遍采用JHDS高温高压动失水仪模拟钻井条件下进行评价 。,36,2020/10/15,3.瞬时滤失 瞬时滤失时间很短。滤失量一般占总滤失量的比例不大。固相含量低、分散和水化很好的不分散低固相钻井液、瞬时滤失占的比例较大。对于相同的钻井液，如果渗滤介质不同，瞬时滤失量是不同的。,37,2020/10/15,影响瞬时滤失的因素主要有压差，岩层的渗透性，滤液的粘度，钻井液中固相颗粒的含量、尺寸和分布，水化程度以及钻井液在地层孔隙入口处能否迅速形成“桥点

19、” 。 影响瞬时失水的因素： 压差：P，瞬时失水量。 粘度：粘度，瞬时失水量。 固相颗粒大小与多少。,38,2020/10/15,瞬时滤失量的大小对机械钻速有较大的影响。瞬时滤失发生时，高的滤失速率使滤液分子迅速进到钻头破碎岩体形成的薄层岩屑底下，可协助将岩屑薄层从岩体上剥离下来并立即冲走，不会在液柱压差下压实，造成重复破碎；高的滤失速率可使破碎岩石的微裂缝扩大或者使它们不闭合。瞬时滤失量较大有利于提高机械钻速。不分散低固相钻井液的钻速高，原因之一是瞬时滤失量明显大于其它钻井液。,39,2020/10/15,在钻进到孔隙大、裂缝发育的砂岩、石灰岩或白云岩储层时，瞬时滤失会使较多的钻井液和滤液进

20、入储层，造成储层渗透率下降。对用于储层的钻井液，要求滤失量越小越好。,40,2020/10/15,一、滤失性能的评价方法,滤失性能包括滤失量和泥饼质量、静滤失量的评价。国内外通常采用API滤失量，测试装置包括低温低压和高温高压滤失仪两种。,1.API滤失量测定仪 API滤失量测定仪是最常用的低温低压条件下评价钻井液滤失量的装置。(见右图）,第二节 钻井液滤失性能的调整与控制,41,2020/10/15,渗滤面积为45.8c，实验渗滤压差p为0.689MPa，温度为室温。以30min渗滤出的滤液体积作为API滤失量标准使用直径为90mm的符合标准的滤纸。 滤失量测量结束后，倒掉钻井液并取下滤纸，

21、尽可能减少对滤饼的损坏；用缓慢水流冲洗滤纸上的滤饼；测量并记录滤饼厚度，对滤饼的外观进行描述，如硬、软、韧、致密等。用扫描电镜观察滤饼微观结构的方法用于滤饼结构的研究，费用较高，常规评价不采用。,42,2020/10/15,2.高温高压滤失量测定仪 对于深井钻井液,必须进行高温高压条件的滤失量评价。测量压差为3.5MPa，测量时间为30min。渗滤面积只有低温低压滤失仪的一半、按照API标准将30min的滤失量乘以2才是HTHP滤失量。当温度低于204时，使用一种特制的滤纸，温度高于204时，使用一种金属过滤介质或相当的穿孔过滤介质盘。,43,2020/10/15,3.动滤失量测定仪 目前普遍

22、采用JHDS高温高压动失水仪模拟钻井条件下进行评价 。,44,2020/10/15,二、钻井液滤失性能与钻井工作的关系,为防止地层流体进入井筒，钻井液的静液柱压力必须大于地层孔隙内流体的压力。在压差作用下钻井液有侵入渗透性地层的趋势。为维持井眼的稳定以及减少钻井液固、液相侵入地层损害油气层，必须控制钻井液的滤失性能，有效途径是在井壁上形成薄而致密的泥饼。如果井内钻井液滤失性控制不当，滤失量过大和泥饼过厚。,45,2020/10/15,钻井液循环时，对于井壁为泥页岩的地层，滤失量过大会引起地层岩石水化膨胀、剥落，使井径扩大或缩小。井径扩大或缩小会引起卡钻、钻杆折断、降低机械效率，缩短钻头、钻具的

23、使用寿命等。对于裂隙发育的破碎性地层，滤液渗入岩层的裂隙面，减小了层面间的接触摩擦力，在钻杆的敲击下，碎岩块落入井内，常引起掉块卡钻等井内事故。而对于储层(特别是低渗和粘土含量高的储层)，滤失量过大则会引起储层渗透率的下降。,46,2020/10/15,钻井液循环时，如果在井壁上形成的泥饼过厚，会减小井的有效直径，钻具与井壁的接触面积增大，有可能引起各种钻井问题，如旋转扭矩增大、起下钻遇阻以及高的抽吸与波动压力，功率消耗增加，甚至引起井壁跨塌或造成井漏、井涌等事故。在液柱压力和地层压力作用下，厚的泥饼易引起压差卡钻事故，泥饼过厚会造成测井工具、打捞工具不能顺利下至井底；泥饼过厚影响测试结果，甚

24、至会影响发现低压生产层。,47,2020/10/15,钻井液滤液矿化度不同、对井壁岩层稳定性的影响是不同的。与淡水滤液、碱性强的滤液相比，高矿化度、碱性弱的滤液和含高聚物的滤液不易引起井壁岩层的膨胀和坍塌。井壁稳定不仅要注意滤失量的大小，还要考虑滤液的性质及其对井壁稳定的影响。 钻井液形成的泥饼一定要薄，致密、坚韧；钻井液的滤失量要控制适当，应根据岩石的特点、井深、井身结构因素来确定，同时考虑钻井液的类型。,48,2020/10/15,三、对钻井液滤失性能的要求,在确定钻井液滤失量指标时应注意以下原则： 1、井浅时可放宽、井深时应从严； 2、钻裸眼时间短时可放宽，钻裸眼时间长须从严； 3、使用

25、不分散性处理剂时可适当放宽，使用分散性处理剂时要从严； 4、钻井液矿化度高者可放宽，钻井液矿化度小应从严。 要从钻井实际出发，以井下情况是否正常为依据，适时测定并及时调整钻井液的滤失量。,49,2020/10/15,对钻井液滤失性能的一般要求： (1) 在钻开油气层时，应尽力控制滤失量，以减轻对油气层的损害。一般情况下此时的API滤失量应小于5m1，模拟井底温度的HTHP滤失量应小于15ml。 (2)钻遇易坍塌地层时，滤失量需严格控制。API滤失量最好不大于5ml。 (3)对一般地层，API滤失量应尽量控制在10ml以内，HTHP滤失量不应超过20 ml。但有时可适当放宽，如某些油基钻井液体系

26、是通过适当放宽滤失量来提高钻速的。,50,2020/10/15,(4) 要注意提高滤饼质量，尽可能形成薄、韧、致密及润滑性好的滤饼，以利于固壁和避免压差卡钻。在我国，某些油田要求，钻开储层时API滤失实验测得的滤饼厚度不得超过1mm。 (5)加强对钻井液滤失性能的检测。正常钻进时，应每4h测一次常规滤失量。对定向井、丛式井、水平井、深井和复杂井要增测HTHP滤失量和泥饼的润滑性，要求相应高一些。,51,2020/10/15,四、钻井液滤失性能的控制与调整,在影响钻井液滤失的因素中，井温和地层的渗透性是无法改变的，其余的因素可以人为控制。主要调整方法是根据钻井液类型、组成以及所钻地层的情况，选用

27、适合的降滤失剂和封堵剂。获得致密性与渗透性小的泥饼的一般方法是： (1)使用膨润土造浆。膨润土是常用的配浆材料，也是控制滤失量和建立良好造壁性的基本处理剂。 (2)加入适量纯碱、烧碱或有机分散剂(如煤碱液等)，提高粘土颗粒的电位、水化程度和分散度。,52,2020/10/15,(3)加入CMC或其它聚合物以保护粘土颗粒，阻止聚结，有利于提高分散度。同时，CMC和其它聚合物沉积在泥饼上起堵孔作用，降低滤失量。,(4)加入一些极细的胶体粒子(如腐植酸钙胶状沉淀)堵塞泥饼孔隙，降低泥饼的渗透性，抗剪切能力提高。,53,2020/10/15,第三节 钻井液润滑性能,钻井液的润滑性能通常包括泥饼的润滑性

28、能和钻井液这种流体自身的润滑性。钻井液和泥饼的摩阻系数是评价钻井液润滑性能的两个主要技术指标。钻井液的润滑性对钻井工作影响很大。特别是钻超深井、大斜度井、水平井和丛式井时、钻柱的旋转阻力和提拉阻力大幅度提高。影响钻井扭矩和阻力以及钻具磨损的主要是钻井液的润滑性能，钻井液的润滑性能对减少卡钻等井下复杂情况，保证安全、快速钻进起着至关重要的作用。,54,2020/10/15,润滑性能良好的钻井液具有以下优点： (1)减小钻具的扭距、磨损和疲劳，延长钻头轴承的寿命； (2)减小钻柱的摩擦阻力，缩短起下钻时间； (3)能用较小的动力来转动钻具； (4)能防粘卡，防止钻头泥包。,一、钻井液润滑性能,55

29、,2020/10/15,钻井液润滑性好，可以减少钻头、钻具及其它配件的磨损，延长使用寿命，同时防止粘附卡钻、减少泥包钻头，易于处理井下事故等。在钻井过程中，动力设备有固定功率，钻柱的抗拉、抗扭能力以及井壁稳定性有极限。钻井液的润滑性能不好，会造成钻具回转阻力增大，起下钻困难，甚至发生粘附卡钻和断钻具事故；钻具回转阻力过大，会导致钻具振动，有可能引起钻具断裂和井壁失稳。,56,2020/10/15,表征量有三个,钻井液的润滑系数：越小越好。 钻井液作用下金属间的摩擦系数。 泥饼摩擦系数Kf越小越好。 指泥饼与光滑金属面间的摩擦系数。 极压膜强度：越高越好。 指吸附于钻具表面的润滑膜的极限强度。,

30、57,2020/10/15,评价方法,润滑系数用极压润滑仪测定 泥饼摩擦系数用泥饼摩擦系数测定仪测定 极压膜强度用极压润滑仪测定,注：钻井液的润滑性在大斜度井、水平井、开窗侧钻、丛式井钻井中尤为重要。,58,2020/10/15,EP润滑仪,粘滞系数测定仪,59,2020/10/15,1.钻井作业中摩擦现象的特点,随着密封轴承的出现，改善钻井液润滑性能的目的主要是为了降低钻井过程中钻柱的扭矩和阻力。在钻井过程中，按摩擦副表面润滑情况，摩擦可分为三种情况(见图4-11)：,二、钻井液润滑性的影响因素,60,2020/10/15,(1)边界摩擦： 两接触面间有一层极薄的润滑膜，摩擦和磨损不取决润滑

31、剂的粘度，而是与两表面和润滑剂的特性有关，如润滑膜的厚度和强度、粗糙表面的相互作用以及液体中固相颗粒间的相互作用。有钻井液的情况下，钻铤在井眼中的运动等属边界摩擦。,(2)干摩擦(无润滑摩擦)： 又称为障碍摩擦，如空气钻井中钻具与岩石的摩擦，或井壁极不规则情况下，钻具直接与部分井壁岩石接触时的摩擦。,61,2020/10/15,(3)流体摩擦：由两接触面间流体的粘滞性引起的摩擦。 钻进过程中的摩擦是混合摩擦。在钻井作业中，摩擦系数是两个滑动或静止表面间的相互作用以及润滑剂所起作用的综合体现。,62,2020/10/15,钻井作业中摩阻力不仅与钻井液的润滑性能有关，也与钻柱、套管、地层、井壁泥饼

32、表面的粗糙度有关；接触表面的塑性、所承受的负荷；流体粘度与润滑性；流体内固相颗粒的含量和大小；井壁表面泥饼润滑性，井斜角；钻柱重量；静态与动态滤失效应等。在这些的影响因素中、钻井液的润滑性能是主要可调节因素。,63,2020/10/15,2.钻井液润滑性的主要影响因素,（1)粘度、密度和固相的影响 钻井液固相含量、密度增加，钻井液的润滑性能变差。随着钻井液固相含量增加，泥饼粘附性增大，泥饼增厚、易产生压差粘附卡钻。 钻井液在一定时间内不断剪切循环，固相颗粒尺寸随剪切时间增加减小，一方面钻柱摩阻力降低；另一方面比表面积增大，摩阻力增大。严格控制钻井液粘土含量，搞好固相控制，尽量用低固相钻井液是改

33、善和提高钻井液润滑性能的最重要的措施之一。,64,2020/10/15,(2)滤失性、岩石条件、地下水和滤液PH值的影响 a）致密、光滑、薄的泥饼润滑性能良好。降滤失剂和其它改进泥饼质量的处理剂(如磺化沥青)主要是通过改善泥饼质量来改善钻井液的防摩损和润滑性能。 b）岩石的条件是通过影响所形成泥饼的质量以及井壁与钻柱之间接触表面粗超度而起作用的。 c）井底温度、压差、地下水和滤液的pH值等因素影响润滑剂和其它处理剂的作用效能，影响泥饼的质量，对钻井液的润滑性能产生影响。,65,2020/10/15,(3)有机高分子处理剂的影响 许多高分子处理剂都有良好的降滤失、改善泥饼质量、减少钻柱摩阻力的作

34、用。有机高分子处理剂能提高钻井液的润滑性能，还与其在钻柱和井壁上的吸附能力有关。吸附膜的形成，有利于降低井壁与钻柱之间的摩阻力。某些处理剂，如聚阴离子纤维素、磺化酚醛树脂等具有提高钻井液润滑性的作用。,66,2020/10/15,钻井液润滑剂品种一般可分为两大类，即液体类和固体类。1）前者如矿物油、植物油、表面活性剂等；2）后者如石墨、塑料小球、玻璃小球等。,(4)润滑剂 清水摩擦阻力较大，加入千分之一至千分之几的润滑剂(主要是阴离子表面活性剂)后，润滑性能得到明显改善。使用润滑剂是改善钻井液润滑性能、降低摩擦阻力的主要途径。正确地使用润滑剂可以大幅度提高钻井液的防磨损和润滑性能。,67,20

35、20/10/15,近年来钻井液润滑剂品种发展最快的是惰性固体类润滑剂，液体润滑剂中主要发展了高负荷下起作用的极压润滑剂及有利于环境保护的无毒润滑剂；由于环境保护的原因沥青类润滑剂的用量正逐年减少。 目前，常用的改善钻井液润滑性能的方法，主要是通过合理使用润滑剂降低摩阻系数，以及通过改善泥饼质量来增强泥饼的润滑性。,68,2020/10/15,三、用于钻井液的润滑剂,国内外对润滑剂的研究范围较广，其中有各种表面活性剂、高分子脂肪酸及其衍生物等。 钻井液润滑剂的选择应满足下列基本要求： (1)润滑剂必须能润滑金属表面，并在金属表面形成边界膜和次生结构。 (2)应与基浆有良好的配伍性，对钻井液的流变性和滤失性不产生不良影响。 (3)不降低岩石破碎的效率。 (4)具有良好的热稳定性和耐寒稳定性。 (5)不腐蚀金属，不损坏密封材料。 (6)具有较好的环境友好性，经济。,1.对钻井液润滑剂的要求,69,2020/10/15,钻井液润滑剂除了主要提高钻具的寿命及其工作指标外，还应不影响对地层资料的分析和评价，润滑剂应具有低荧光或无荧光性质。润滑剂基础材料的选择应注意尽量不用含苯环，特别是多芳香烃的有机构质。原油，尤其是重溜分、釜残物、沥青等含荧光物质较多，应尽量少用。,70,2020/10/15,一般植物油类无荧光和毒性。易于生