泥浆工艺原理.备课讲稿

1、泥浆工艺原理.钻井液不应具有：l对钻井设备和管材造成任何腐蚀钻井液的分类液体气体气液混合物混水基泥浆泡沫充气泥浆空气天然气油基泥浆钻井液的组成l水基泥浆：固相颗粒悬浮在水中或盐水中，油可以乳化到水中，此时，水是连续相。(粘土+水+化学处理剂)l油基泥浆：固相颗粒悬浮在油中，水或盐水乳化在油中，即油是连续相。(柴油+沥青/有机搬土+处理剂)l气体：用高速气体或天然气清除钻屑粘土胶体化学分散体系分散体系的分类类型颗粒大小粗分散体系（悬浮体、乳状液）0.1m(1X10-5cm)胶体分散体系（溶胶）0.1m1mm1X10-5-1X10-7cm分子与离子分散体系1mm1X10-7cm高岭石结构高岭石的晶

2、体构造由一个硅氧四面体和一个铝氧8面体组成，硅氧四面体和铝氧八面体由共用的氧原子联结在一起。高岭石的片状结构中，一面为OH层，另一面为氧层，而OH键具有强的极性，片与片之间容易形成氢键，因而晶胞之间连接紧密，晶格底面距仅为7.2（1A=10-8 cm），故高岭石的分散度较低。这种粘土矿物是比较稳定的，晶格中的离子取代现象几乎是不存在的。水分不易进入晶层中间，为非膨胀类型的粘土矿物，水化性能差，造浆性能不好，不是配制泥浆的好材料。蒙脱石晶格结构蒙脱石的每一构造单位由两层硅氧四面体和夹在它们中间的一层铝氧八面体组成。每个四面体顶端的氧都指向构造层的中央，而与八面体所共有。四面体层中的部分Si+4可

3、被Al+3取代，八面体层中的Al+3可被Fe+2、Mg+2、Zn+2等阳离子取代。由于Al+3 Si+4和Mg+2 Al+3的取代，晶体带负电，能吸附较多的阳离子，有较强的离子交换能力。同时晶胞间靠微弱的分子间力连接，晶胞连接不紧密，水分子容易进入两个晶胞之间发生膨胀（全脱水时晶格间距为9.6A，吸水后可达21.4A），水化分散性能较好（造浆能力强），是制配泥浆的优质材料。伊利石伊利石的晶体构造和蒙脱石相类似，不同之点在于伊利石中硅氧四面体中有较多的硅被铝取代，因取代所缺的正电荷由处在相邻两个硅氧层之间的K+补偿，因K+存在于晶层之间并进入相邻氧送层的孔穴中，使各晶胞间拉得较紧，水分不易进入层

4、间，因此它是不易膨胀的粘土矿物。海泡石粘土-水界面的扩散双电层理论粘土颗粒（片体）表面的双电层高岭石粘土颗粒（片体）端部表面的双电层阳离子交换容量粘土的水化作用粘土水化作用产生的原因及其方式影响水化作用的因素粘土水胶质悬浮体的聚结作用（凝胶）泥浆的流变性剪切应力与剪切速率牛顿流体剪切速率Dv/dx切应力：dxdv宾汉塑性流型（Bingham plastic model）宾汉塑性流型（Bingham plastic model）宾汉流动曲线剪切速率 =Dv/dx切应力：0s=0+塑 静止塞流层流紊流参数计算（范式粘度计）2300600表1.703 (s-1)=0.511 (Pa) 塑=PV=60

5、0-300 (cp) 1cp=1mPa.s0=0.511(300-塑) (Pa)cp幂律流型(Power law Model)幂律流型的参数计算)(1022511. 0log32. 3600300600nnPaskn卡森流型c21212121cc:卡森动切力：极限高剪粘度卡森流型的参数计算2/12/16002/11002/12/12/16002/11002/1)()(195. 1)()6(570. 1cpPac赫巴流型nK0流变参数分析：粘度/e塑塑/ )(00e1/neK表观粘度切应力剪切速率abccccbbbaaa/结构粘度结构塑塑塑/ )(00e剪切稀释特性塑表/0漏斗粘度静切力、动切力

6、触变性对钻井液流变性的一般要求流变参数的调整流变参数的调整岩屑携带问题平板型层流携岩原理sPA0平板层流的优点：)(/324)(/0200dDvdDd塑塑78.460.3)()/(20cpcmdyenes塑实现平板型层流的方法岩屑在环形空间内的上升速度岩屑在环形空间内的上升速度21)(363. 0fDpVpsVs：岩屑的沉降速度m/s Dp：岩屑的直径cmp：岩屑的密度g/cm3：钻井液密度g/cm3f：阻力系数岩屑的最低上返速度%50asaVVVK井壁稳定理论在地壳里，三个可能的应力图S-Pf=131S-Pf=31S-Pf=32激动压力泥浆的失水和造壁性失水过程失水过程泥浆失水与造饼性与钻井

7、的关系对失水和泥饼的要求：失水和造壁性的调节钻井液体系的分类分散钻井液体系分散钻井液体系钙处理泥浆钙处理泥浆盐水钻井液盐水钻井液钾基钻井液体系不分散聚合物钻井液体系不分散聚合物钻井液体系聚合物的主要作用机理聚合物的主要作用机理聚合物的主要作用机理聚合物的主要作用机理典型的聚合物泥浆体系两性复合离子聚合物两性复合离子聚合物两性复合离子聚合物主要用作：聚合物的失水控制聚合物的提粘剂聚合物的防塌作用聚合物的絮凝作用泥浆组成和性能对钻速的影响泥浆组成和性能对钻速的影响泥浆组成和性能对钻速的影响泥浆组成和性能对钻速的影响固相的分类有害固相对钻井所带来的不利影响清除泥浆固相的方法钻井液中的重要处理剂钻井液加重计算202)(wwwVGPH值降失水剂复杂情况处理（井漏）井漏）堵漏方法井井 塌（塌（井塌的原因）井井 塌（塌（井塌的原因）防塌措施卡钻（卡钻（卡钻的类型)卡钻（卡钻（解决措施