钻井液性能与钻井的关系

1、钻井液性能与钻井的关系 钻井液性能与钻井的关系钻井液性能与钻井的关系 n钻井液是在钻井过程中用来悬浮岩屑、清洗井底的一种流体。大多数钻井液是由水、粘土、化学处理剂及一些固体物质等组成，属溶胶悬浮体。搞好钻井液不仅可以提高钻井效率减少井下事故，而且对于油田开发、以及发现新油藏都有着密切的关系。因为钻井液是在钻井过程中不停的运动或变化，其性能也在不停的演变。钻井液各方面的性能不是孤立的，而是互相联系和互相影响的，粘土是钻井液中常用的主要固相成分，在钻井液中加入化学处理剂的主要目的是调节钻井液的理化性能，保持钻井液各项性能的优良稳定，以适应钻井工艺的需要。 一、钻井液的密度一、钻井液的密度n钻井液的

2、密度在钻井过程中是一项很重要的指标，因此，在钻井过程中应根据地层情况选择适当的钻井液密度。n钻井液密度的定义n钻井液的重量于同体积水的重量之比，单位：g/cm3。 n钻井液的密度与钻井的关系钻井液的密度与钻井的关系n合理的钻井液密度可以平衡地层压力。通常在保证井下正常的前提下，钻井液的密度应尽量低，这样可有利于钻井液的稳定、提高机械钻速、保护油气产层，若密度过高，则往往粘度也高、流动性差，消耗循环设备功率大，影响钻速，并损害油气产层。钻遇高压油气层时，钻井液密度应根据其压力大小适当提高，否则，其液柱压力不能和油气层压力保持平衡。油、气、水易侵入钻井液，从而引起井喷、井塌、卡钻等复杂事故。钻遇高

3、压盐水层时，如无油气可采用高密度钻井液，使其液柱压力将盐水层压死；钻遇一般油气层时，钻井液密度应根据“压而不死、活而不喷”的原则确定。钻遇低压油气层时，钻井液密度应尽量低，尤其在探区钻井更应如此。所以说我们对钻井液密度的要求是不能忽视的。 n钻井液密度的处理方法钻井液密度的处理方法n 提高钻井液密度的常用办法：na. 利用惰性固体，如重晶石、石灰石等加重剂；nb. 利用可溶性盐类溶液，如NaCl、CaCl2等。n 降低钻井液密度的常用办法：na.机械除砂；nb.利用气体；nc.利用化学处理剂，如加入一定的絮凝剂，使钻井液中的粘土颗粒聚沉，以降低其密度；nd.清水稀释。 二、二、 钻井液的粘度及

4、切力钻井液的粘度及切力n在钻井过程中钻井液的粘度与切力也是一项非常重要的性能之一；所以钻井液的粘度、切力的高低应根据井下情况具体而定，通常在保证岩屑携带正常的前提下，钻井液的粘度应尽量低。 钻井液粘度的定义钻井液粘度的定义n钻井液在流动时，内部分子之间产生一种抵抗流动的力，这个力称为内摩擦力，即用粘度表示，单位：毫帕秒(mPas)。n 表观粘度：钻井液在固定剪切速率下的粘度，它是塑性粘度和屈服点的函数，对于牛顿液体在数值上等于塑性粘度。n 塑性粘度：钻井液在流动时，对其内部流动阻力的测量称为塑性粘度，这种内部流动阻力与钻井液中所含固相的类型、数量多少有关。钻井液的粘度与钻井的关系钻井液的粘度与

5、钻井的关系 n在钻井过程中，若钻井液粘度太高，则会造成流动性差、泵压高、排量低、钻速低。其次除气困难，易泥包钻头，起下钻时易发生抽吸或压力激动，以至引起喷、漏、塌、卡等复杂事故，钻井时，钻井液的排量较小，若钻井液的粘度太低，则携带岩屑困难。在易漏地层(区)，粘度低了不利防漏，因此，钻井液的粘度的高低要根据具体情况而定，在保证携带岩屑的前提下，钻井液的粘度应尽量低。 钻井液的切力与钻井液的关系钻井液的切力与钻井液的关系 n切力是钻井液的胶结力，既是钻井液悬浮固相颗粒的能力。在钻井过程中，钻井液的切力应当适当，若钻井液的切力太大流动阻力就大，泵压高，易蹩漏地层，岩屑不易沉淀，影响净化，密度也高；若

6、钻井液的切力太小，则携带和悬浮岩屑效果不好，停泵时易下沉，造成积砂，通常在保证岩屑悬浮能力良好的情况下，切力应尽量低。 漏斗粘度漏斗粘度 n在测量漏斗粘度时由于漏斗中液体水平面起变化，从漏斗出来的流速变化很大。这就导致结果对非牛顿流体无定义，非牛顿流体在给定管子尺寸下，在不同流速条件下出现出不同视粘度。遗憾的是，大多数钻井液都呈现为非牛顿液体状态。因此，在漏斗粘度计测出的钻井液稠度不标准时，在处理钻井液之前，做好小型试验。 粘度和切力的处理办法粘度和切力的处理办法 n 提高粘度和切力的办法：n常用增加固相含量及固相分散度、加入增稠或降滤失剂等办法。n 降低钻井液粘度、切力的办法：n常采用增加钻

7、井液的自由水、减少固相含量、加入稀释剂等办法。n 通过离子交换、调节PH值、水化分散、絮凝沉淀、溶胶等作用。调节钻井液的粘度和切力。几乎所有的钻井液处理剂都能调节钻井液的粘度和切力。n 表面活性剂也能改善钻井液的流动性。 三、三、 钻井液的滤失量与滤饼钻井液的滤失量与滤饼n定义定义n在钻井液受到压差的作用下，通过可渗透性地层，部分液体渗入地层的现象称为滤失。失去液体的多少称为滤失量。在滤失的同时井壁表面形成一层固体颗粒的胶结物称为滤饼(泥饼)，它们都是一个相对值。 动滤失与静滤失动滤失与静滤失 n动滤失：钻井液在钻进或循环(动态)过程中产生的滤失。n静滤失：钻井液在静止(停钻、起下钻)时产生的

8、滤失。 n动滤失与静滤失的不同点，在于钻井液沿着井壁流动时会冲掉滤失过程中形成的滤饼，当形成速度大于冲掉速度时才慢慢形成。当滤饼达到固定厚度时，滤失率便慢慢减小，成为常数。这与静滤失不同，在静滤失中滤饼随时间不断增厚，滤失率便慢慢下降。在同样的一段时间里，静滤失的滤饼比动滤失的滤饼厚，而静滤失速率比动滤失的速率低。因此，为了控制渗入地层的滤失量，必须控制动滤失。如果要防止形成渗入地层的滤失量，必须控制动滤失。如果要防止形成厚滤饼，就应该控制静滤失。n当地层具有渗透性，既具有液体通过地层之间的孔隙时，钻井液中的液体(通常是水)渗入地层。如果缝隙大些，钻井液很快会流入井壁缝隙。然后，当更少的液体漏

9、失时，钻井液中的固体在井壁上形成滤饼，此滤失量才慢慢下降。滤饼有钻井液中的固体颗粒组成，包括裸眼井段得到的天然固体和加入到钻井液的各类固体。 控制滤失不当会产生的问题控制滤失不当会产生的问题 n缩径造成阻卡；n厚滤饼引起的泥页岩地层膨胀，产生井塌。n由于滤失量太大易损害油气产层。 影响滤失量的主要原因影响滤失量的主要原因 n（1） 时间对滤失量的影响n 在井壁内随着时间的增长，滤失量会慢慢的下降。时间与滤失量的关系，简化或最简单的数学式为：n Q1Q2T2/T1n式中：Q2时间T2的未知滤失量；n Q1时间T1的已知滤失量n（2） 压差对滤失量的影响n 压差是影响滤失量的另一个因素。如果滤失介

10、质恒定，滤失将随着压差的平方根成正比变化。在有滤饼的情况下则非如此。因为滤饼容易压缩，并且物质将不断沉积到滤饼上，因此其孔隙度和渗透性也会变化。n（3） 温度对滤失量的影响n钻井液的温度随着钻井深度的加深，温度(一般为2.73/1000m)也随着上升，使滤失量增大，如果其它因素不变，温度会使液相的粘度降低，这也将滤失量增加。所有其它因素不变时，滤失量将随着液相粘度的平方根而变化，也就是说滤失量Q1比滤失量Q2等于液相粘度Vis2的平方根比液相粘度Vis1的平方根。 Q2Q1Vis1/ Vis2式中：Q2粘度为Vis2时的未知滤失量； Q1粘度为Vis1时的已知滤失量。（4） 滤饼的渗透性对滤失

11、量的影响n 一般控制滤失量的方法是控制滤饼的渗透性。固相颗粒的大小、形状和压差下的变形能力都是控制渗透性的重要因素。小颗粒形成滤饼的渗透性比大颗粒形成滤饼的渗透性低。因此小于1微米的小颗粒作为滤失量的控制剂最好。薄而扁平的颗粒比球形式不规则的颗粒更有效。因为它可以形成致密的滤饼。如果颗粒受压后能变形，滤饼就会变的致密，粘土颗粒很小，形状扁而薄，也可以形成压缩的滤饼使滤失量降低。（5） 分散作用对滤饼的影响分散作用对滤饼的影响n 适当地分散钻井液中的粘土颗粒对控制滤失量也很重要。颗粒密集并有良好的滤失性能，絮凝钻井液可以清楚的表明为什么滤失量增大，因为液体很容易从聚结体之间流过，所以滤失量增大，

12、再适当的分散就会使滤失量降低。加入化学分散剂，除分散固相外，还可以形成坚韧的滤饼，从而有利于降低滤失量。在某些情况下，将水加入到钻井液体系中滤失率可以降低，因为加水后产生较好的分散性，从而降低滤失量。控制滤失量的办法控制滤失量的办法 n通过离子交换、调节PH值、水分散、絮凝、沉淀、络合、溶胶等都能控制钻井液的滤失量。四、滤饼的粘滞性四、滤饼的粘滞性 n滤饼的粘滞性是指钻具、套管沿滤饼表面移动时其摩擦力的大小。它也是主要的钻井液性能之一。n滤饼的粘滞性太大对钻具、套管的粘附力就大，容易产生粘附卡钻。给钻井工程带来人力、物力上的损失。近年来在我国各油田引起了重视，都做了大量的工作，并且取得了明显的

13、效果。 n防止滤饼粘滞性大的办法n在钻井液中加入减阻剂，防止粘附卡钻和起溶胶作用的化学处理剂，能增加滤饼强度和润滑性。 五、钻井液的含砂量五、钻井液的含砂量 n钻井过程中，对地层的破碎，是钻井液循环把它带出来的，但有些小颗粒没有分离出来，仍然悬浮在钻井液中，对钻井速度影响很大。钻井液的含砂量是指不能通过200目的分离筛，即直径大于0.74毫米的固相颗粒所占钻井液的体积百分数。 钻井液的含砂量对钻井的关系钻井液的含砂量对钻井的关系n钻井液的含砂量不得超过1。钻井液的含砂量高易磨损钻具、造成沉砂卡钻、密度升高、粘度升高、切力增大、滤饼质量差、降低钻速等。 n处理办法处理办法n凡絮凝、溶胶、络合和胶凝作用的化学处理剂均能在钻井液中起到沉砂作用。n 机械除砂是最理想的办法。 六、酸碱值六、酸碱值(PH值值) n钻井液的PH值表示钻井液中酸和碱的程度。n定义n表示水溶液中氢离子的浓度。PHlgH+n式中：H+为氢离子的浓度，以摩尔/升为单位。在室内温度条件下的离子产量不变，K值为1.010-14摩尔/升。因此，对水H2OH+OH-nKwH+OH-=1.010-14 n对于纯水，H+=OH-=1.010-7，PH7，因为在任何水溶液中产生的H+OH-数都必须保持不变，若H+增加则OH-相应减少。溶液中的H+OH-时称之为酸性，溶液中的OH-H+时称之为碱性。 n钻井液的PH值对钻井液有多