钻井液性能及其测试(共33张PPT)

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,11/7/2009,#,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,钻井液性能及其测试,第一页，共33页。,一、密度,二、流变性,（漏斗粘度、表观粘度、塑性粘度、,动切力、静切力等）,三、滤失造壁性,（滤失量、滤饼厚度、滤饼性能等）,四、,pH,值,五、含砂量,六、固相含量等。,本节课程内容,钻井液常规性能,第二页，共33页。,钻井液的密度是指,每单位体积钻井液的质量,，常用,g/cm,3,(,或,kg/m,3,),表示。在钻井工程上，钻井液密度和泥浆比重,(Mud weight),是两个等同的术语。其英制单位通常为,lbm/ga1(,即磅,/,加仑，或写做,ppg),，,1 g/cm,3,等于,8.331bm/ga1,。,钻井液密度是确保安全、快速钻井和保护油气层的一个十分重要的参数。通过钻井液密度的变化，可调节钻井液在井筒内的,静液柱压力,，以,平衡地层孔隙压力,时亦用于,平衡地层构造应力，以避免井塌的发生,。,1.,钻井液密度与安全密度窗口,一 钻井液密度,第三页，共33页。,安全密度窗口（,P,）,井漏,井喷,复杂情况,坍塌,钻具,厚泥饼,卡钻,安全密度窗口：,安全钻进时的 泥浆密度范围,1.,钻井液密度与安全密度窗口,一 钻井液密度,第四页，共33页。,坍塌压力,P,塌,和泥浆压力,P,泥,井眼形成后，,地应力在井壁上的二次分布所产生的指向井内引起井壁岩石向井内移动的应力,，称为,井壁（地层）坍塌应力,P,塌,。,P,塌,一旦产生（,P,塌,0,），井壁岩石必然逐渐掉（挤）入井中（垮塌）。,钻井过程中,P,塌,可以（也只能）用井内泥浆液柱压力来有效地平衡，,P,泥,P,塌,时则井壁保持稳定；,P,泥,P,塌,时，则发生井塌。,1.,钻井液密度与安全密度窗口,一 钻井液密度,第五页，共33页。,泥浆压力,P,泥,和破裂压力,P,破,除了,P,塌,之外，裸眼井段还有地层流体压力（,P,地,）和地层破裂压力,P,破,（,P,漏,）等两个地层压力。钻进过程中，我们人为施加的是泥浆压力,P,泥。,当,P,泥,P,破,（,P,漏,）则发生井漏；,P,泥,P,地,时，则发生井涌或井喷。,1.,钻井液密度与安全密度窗口,一 钻井液密度,第六页，共33页。,安全密度窗口问题分析,P,塌、,P,地,P,泥,P,破,(,P,漏,),安全密度窗口,P=P,破,P,地,（,P,塌,）,一 钻井液密度,常规地层,井口,易漏，低,P,破,P,泥,P,泥,低压地层,高压地层,易喷地层，高,P,地,常规地层,第七页，共33页。,钻井液密度是用一种专门设计的钻井液比重秤,(Mud Balancer,）测得的，比重秤的外观如下图所示。测定时，首先在泥浆杯中盛满钻井液，盖上计量盖，然后用棉纱布擦净从计量盖小孔溢出的钻井液。再将比重秤刀口放置在底座的刀垫上，不断移动游码，直至水平泡位居两条线的小央。此时游码左侧的到度即表示所测量钻井液的密度。,2.,钻井液密度的测量,一 钻井液密度,第八页，共33页。,加入,重晶石,等加重材料,是提高钻井液密度最常用的方法。,在加重前，应调整好钻井液的各种性能，特别要严格控制低密度固相的含量。一般情况下，所需钻井液密度越高，则,加重前钻井液的固相含量及粘度、切力应控制得越低,。,加入可溶性无机盐也是提高密度较常用的方法。如在保护油气层的清洁盐水钻井液中，通过加入,NaCl,，可将钻井液密度提高至,1.20 g/cm,3,左右。,3.,钻井液密度的调整,一 钻井液密度,第九页，共33页。,为实现平衡压力钻井或欠平衡压力钻井，有时需要适当降低钻井液的密度。通常降低密度的方法有以下几种：,最主要的方法是用,机械和化学絮凝,的方法清除无用固相，降低钻井液的固相含量。,加水稀释。但往往会增加处理剂用量和钻井液费用。,混油。但有时会影响地质录井和测井解释；,钻低压油气层时可选用,充气钻井液,等。,3.,钻井液密度的调整,一 钻井液密度,第十页，共33页。,钻井液的流变性,(Rheological ProPerties of Drilling F1uids),是指钻井液,流动和变形,的特性。,该特性通常是由不同的流变模式及其参数来表征的，最常用的流变模式为宾汉和幂律模式。其中,宾汉模式的参数为塑性粘度,(Plastic Viscosity),和动切力,(Yield Point),；,幂律模式的参数为流性指数,(FLow Behavior Index),和稠度系数,(Consistency Index),。此外，,漏斗粘度,(Funnel Viscosity,、,表观粘度,(Apparent Viscosity),和,静切力,(Gel Strength),等也是钻井液的重要流变参数。,二 钻井液流变性,第十一页，共33页。,由于钻井液的流变性与携岩、井壁稳定、提高机械钻速和环空水力参数计算等一系列钻井工作密切相关，因此它是钻井液最重要的性能之一。,二 钻井液流变性,钻井液流变性的测量,第十二页，共33页。,常用流变参数计算,关于切力,在,600r/min,下搅拌,10s,，静止,10s,后在,3r/min,下读取并记录最大读数值,再在,600r/min,下搅拌,10s,，静止,10min,后在,3r/min,下读取并记录最大读数值。,二 钻井液流变性,第十三页，共33页。,钻井过程中，当钻头钻过渗透性地层时，由于钻井液的液柱压力一般总是大于地层孔隙压力，在压差作用下，钻井液的液体便会渗入地层，这种特性常称为,钻井液的滤失性,(Filtration Properties,of,Drilling F1uids),。在液体发生渗滤的同时，钻井液中的固相颗粒会附着沉积在井壁上形成一层泥饼,(Mud cake),。随着泥饼的逐渐加厚以及在压差作用下被压实，会对裸眼井壁有效地起到稳定和保护作用，这就是钻井液的所谓,造壁性,。由于泥饼的渗透率远远小于地层的渗透宰，因而形成的泥饼还可有效地阻止钻井液中的固相和滤液继续侵入地层。,三、钻井液的滤失造壁性,第十四页，共33页。,滤饼质量评价,三、钻井液的滤失造壁性,第十五页，共33页。,滤饼质量评价,光滑性,：将滤饼放在一平面上，用手指触摸，如果滤饼薄而光滑，并无有砂子的感觉则光滑性好，否则，光滑性不好。,三、钻井液的滤失造壁性,第十六页，共33页。,其原因是当pH值升高时，会有更多OH-被吸附在粘土晶层的表而，进一步增强表面所带的负电性，从而在剪切作用下使粘土更容易水化分散。,为实现平衡压力钻井或欠平衡压力钻井，有时需要适当降低钻井液的密度。,钻进过程中，我们人为施加的是泥浆压力P泥。,第二十八页，共33页。,在加重前，应调整好钻井液的各种性能，特别要严格控制低密度固相的含量。,松科1井，470m处井口泥浆，pH为6.,但对于含盐量较高的盐水钻并液，被蒸干的盐和固相会共存于蒸馏器中。,在常温下，它们的水溶液具有如下的pH值：,由于钻井液的流变性与携岩、井壁稳定、提高机械钻速和环空水力参数计算等一系列钻井工作密切相关，因此它是钻井液最重要的性能之一。,有相当多的处理剂需要在碱性介质个才能充分发挥其效能。,钻井液密度是用一种专门设计的钻井液比重秤(Mud Balancer）测得的，比重秤的外观如下图所示。,除了P塌之外，裸眼井段还有地层流体压力（P地）和地层破裂压力P破（P漏）等两个地层压力。,四、钻井液的pH值和碱度,凡是容易发生水化作用或易与液相中某些组分发生反应的称为活性固相，反之则称为惰性固相。,其中宾汉模式的参数为塑性粘度(Plastic Viscosity)和动切力(Yield Point)；,四、钻井液的pH值和碱度,坚实性,：将滤饼放在一容器里，并装入水或柴油，放置,24,小时，观察其破坏滤饼的程度，如果滤饼经过浸泡而松散或消失，证明坚实性较差，否则，则好。,三、钻井液的滤失造壁性,第十七页，共33页。,韧,性,：将滤饼放在一立方形物品,(,桌面,),边缘，向下折,90,，如果滤饼无明显断裂，证明韧性较好，否则较差。,三、钻井液的滤失造壁性,第十八页，共33页。,通常用,钻井液滤液的,pH,值,表示钻井液的酸碱性。由于酸碱性的强弱直接与钻井液中粘土颗粒的分散程度有关，因此会在很大程度上影响钻井液的粘度、切力和其它性能参数。,四、,钻井液的,pH,值和碱度,第十九页，共33页。,右图表示经预水化的膨润土基浆,(,其中膨润土含量为,57.1kg/m,3,),的表现粘度随,pH,值的变化。由图可知，当,pH,值大于,9,时，表现粘度随,pH,值升高而剧增。其原因是当,pH,值升高时，会有更多,OH,-,被吸附在粘土晶层的表而，进一步增强表面所带的负电性，从而在剪切作用下使粘土更容易水化分散。,松科,1,井，,470m,处井口泥浆，,pH,为,6.5,，失水量为,18ml,；加入,0.5%KOH,后，,pH,为,10.5,，失水量为,14.4ml,。,四、,钻井液的,pH,值和碱度,第二十页，共33页。,在实际应用中，大多数钻井液的,pH,值要求控制在,8,11,之间，即维持一个较弱的碱性环境。这主要是由于有以下几方面的原因：,可减轻对钻具的腐蚀；,可预防因氢脆而引起的钻具和套管的损坏；,可抑制钻井液中钙、镁盐的溶解；,有相当多的处理剂需要在碱性介质个才能充分发挥其效能。,如丹宁类、褐煤类和木质素磺酸盐类处理剂。,四、,钻井液的,pH,值和碱度,第二十一页，共33页。,烧碱（即工业用,NaOH,）是调节钻井液,pH,值的主要添加剂，有时也使用纯碱和石灰。,在常温下，它们的水溶液具有如下的,pH,值：,10%,NaOH,溶液，,pH,12.9,；,10%,Na,2,CO,3,溶液，,pH,11.1,；,饱和,Ca(OH)2,溶液，,pH,12.1,。,通常使用,pH,试纸测量钻井液的,pH,值，如要求的精度较高时，可使用,pH,计。,四、,钻井液的,pH,值和碱度,第二十二页，共33页。,钻井液含砂量是指钻井液中,不能通过,200,目筛网，即粒径大于,74,微米,的砂粒占钻井液总体积的百分数。在现场应用中，该数值越小越好，一般要求控制在,0.5,以下。这是由于含砂量过大会对钻井过程造成以下危害：,使钻井液密度增大，对提高钻速不利；,使形成的泥饼松软，导致滤失量增大，不利于井壁稳定，并影响固井质量；,五、,钻井液含砂率,第二十三页，共33页。,泥饼中砂粒含量过高会使泥饼的摩擦系数增大，容易造成压差卡钻；,增加对钻头和钻具的磨损，缩短其使用寿命。,降低钻井液含砂量量有效的方法，是充分利用振动筛、除砂器、除泥器等设备，对钻井液的固相含量进行有效的控制。,五、,钻井液含砂率,第二十四页，共33页。,含砂量的测量,五、,钻井液含砂率,第二十五页，共33页。,钻井液固相含量通常用钻井液中,全部固相的体积,占钻井液总体积的百分数来表示，固相含量的高低以及这些固相颗粒的类型、尺寸和性质均对钻井时的井下安全、钻井速度及油气层损害程度等有直接的影响。因此，在钻井过程中必须对其进行有效的控制。,六、,钻井液的固相含量,第二十六页，共33页。,一般情况下，钻井液中存在着各种不同组分、不同性质和不同颗粒尺寸的固相。根据其性质的不同，可将钻井液中的固相分为两种类型，即,活性固相,(Active,So1ids),和,惰性固相,(Inert So1ids),。凡是,容易发生水化作用或易与液相中某些组分发生反应,的称为活性固相，反之则称为惰性固相。前者主要指,膨润土,，后者包括石英、长石、重晶石以及造浆率极低的粘土等。除重晶石外，其余的惰性固相均被认为是有害固相，是