钻井液和完井液

1、关于钻井液与完井液第一张，PPT共七十九页，创作于2022年6月2第一节、 钻井液的流动状态和基本概念1. 流体的流动类型 稳 定 流： 流场中任何点的流动参量不随时间改变，但不同点的流动参量可以不同的流动。 特 点： 稳定流动是连续性的。不稳定流：流场中任何点的流动参量不但随位置不同而变，而且随时间不同也在改变的流动。 特 点：旧的流动条件刚改变到新的流动稳定条件建立之间的流动。 如：流体刚开始流动时；管道横断面变宽、变窄处。第二张，PPT共七十九页，创作于2022年6月3稳定流动类型的变化 塞流 Plug Flow-流体象塞子一样流动，流速为常数.稳定流 层流 Laminar Flow-流

2、体分层运动。任意流层与相邻流 层方向相 同，流速不同。 紊流 Turbulent Flow-流体内形成无数小旋涡。任一定 点的流速，其大小、方向都在进行着不规则的、连续的变化。塞 流层 流紊 流第三张，PPT共七十九页，创作于2022年6月42. 基本概念（预备知识） 剪切速率 Shear Rate同义名称：速梯、剪率、切变率，流速梯度。常用符号：、D、dv/dr定 义： = dv/dr = 垂直于流动方向上单位距离内的 流速增量。意 义： dv/dr 增大，液流各层间的速度变化大；反之则小。单 位： = 速度/距离 = cm/s/cm = 1/s = s-1钻井液循环系统中各部位剪切速率范围

3、为: 沉砂罐处：1020s-1 环形空间：50250s-1 钻杆内部：1001000s-1 钻头水眼：10007000s-1第四张，PPT共七十九页，创作于2022年6月5 剪切应力 Shear Stress同义名称：剪应力、切应力。常用符号：定 义： = F/A = 液层单位面积上的剪切力。意 义： 越大，液流各层所受的作用力越大；反之，越小。剪切应力 内摩擦力单 位： = F/A = dyn/cm2；Pa。 1Pa =1N/m2= 10dyn/cm2第五张，PPT共七十九页，创作于2022年6月6 流变曲线 Consistency Curve定 义：速梯与切应力关系曲线。表示方法：三种表示

4、法。000Q；V；nP；P；第六张，PPT共七十九页，创作于2022年6月7 粘度 Viscosity同义名称：有效粘度、视粘度。常用符号：定 义： = / (单位剪切速率的剪切应力)。单 位： = / = dyn/cm2/s-1 = dyn.s/cm2 = 泊 1泊 = 100cp = 100mPa.s = 1dyn.s/cm2=0.1Pa.s第七张，PPT共七十九页，创作于2022年6月8几何意义A.流变曲线上某点与原点相连直线斜率的倒数A = 1/tg = A / A 越大，越小图中： A B0AB210AB21第八张，PPT共七十九页，创作于2022年6月9漏斗粘度 Funnel Vi

5、scosity定 义：定体积泄流时间。单 位：秒；s类 型： 马氏漏斗粘度 Marsh Funnel Viscosity定义：1500ml 流出946ml 的时间。标准：清水测量值：260.5s 中国漏斗粘度定义：700ml流出500ml的时间。标准：清水测量值：150.5s第九张，PPT共七十九页，创作于2022年6月10漏斗粘度反映流变性的优缺点优点：简单易行缺点：测定过程中流速梯度在变化没有考虑流体密度的影响第十张，PPT共七十九页，创作于2022年6月11剪切稀释性 钻井液的有效粘度随剪切速率增加而降低的现象。特点：剪切速率是变量；粘度是变量。 可用YP/PV ,n, Im等来表征。第

6、十一张，PPT共七十九页，创作于2022年6月12第二节、 基本流型及其分析一、流体分类 根据“应力 应变（流动）（ ）”关系，将流体分为：第十二张，PPT共七十九页，创作于2022年6月13二、流体分析 对流体研究对象的基本假设： 连续介质 均质性 不可压缩性 层流第十三张，PPT共七十九页，创作于2022年6月141、牛顿内摩擦定律与牛顿流体 牛顿内摩擦定律=F/A=(dv/dr) 表征流体粘性的比例系数，简称牛顿粘度。 F 内摩擦力。 牛顿流体 流变性符合牛顿内摩擦定律的流体。类型举例：水、甘油、单相液体等。流变曲线：通过原点的直线。 特点： = / =C（常数） Frdvdrr0稠液体

7、稀液体第十四张，PPT共七十九页，创作于2022年6月152. 非牛顿流体 剪切应力与剪切速率不呈线形关系的流体。（1）流变特性与时间无关的非牛顿流体特点： 与呈单值对应关系。 塑性流体 Plastic Fluids数学模型： = 0 +s 流变曲线：有截距的直线。流变参数： 动切应力 Yield Stress同意名称：屈服值、屈服点。定 义：流体开始呈现层流流动时所需要的剪切应力。常用符号： 0；YP单 位：dyn/cm2、Pa几何意义：直线截距的切应力值。 0s0塑性体第十五张，PPT共七十九页，创作于2022年6月16 塑性粘度 Plastic Viscosity定 义：塑性流体与其结构

8、强弱无关的粘度。常用符号： s、PV单 位：公制：dyn.s/cm2、泊、厘泊。 国际：Pa.s、mPa.s模式讨论 - 0 = s 或者 = s+ 0/ 优点： 0， 0 能够反映多数钻井液具有内部结构情况。 ， 能够反映多数钻井液的剪切稀释性。 ， s 能够反映出钻井液的极限粘度。缺点： 低剪切速率下： 实 宾 表明模型拟合实际曲线有较大偏差.第十六张，PPT共七十九页，创作于2022年6月17真实泥浆与不同流型的比较r00s钻井液宾汉流体假塑性流体第十七张，PPT共七十九页，创作于2022年6月18假塑性流体 Pseudoplastic Fluids流变模式： = Kn流变曲线：过原点凸

9、向切应力轴的曲线。流变参数： 稠度系数 K意义：反映流体的粘滞性。K越大，流体越难流动。单位：dyn.sn/cm2 流型指数 n意义：偏离牛顿流体的程度。模式讨论 = Kn 或者 = Kn-1 0， 0 不符合大多数钻井液具有屈服应力的特点。 ， 能够反映钻井液的剪切稀释性。， 0 无极限粘度，不符合钻井液情况。 0rn1n1第十八张，PPT共七十九页，创作于2022年6月19 卡森流体casson fluid流变模型：1/2 = c1/2 + 1/2 1/2流变曲线： 1/2 1/2 作图，为一条直线。 作图，为直线与曲线之和。模式讨论 1/2 = c1/2 + 1/2 1/2 0， c 能

10、够反映多数钻井液具有内 部结构情况。 ， 能够反映多数钻井液的剪切 稀释性。， 能够反映出钻井液的极限粘度。c00 1/2 c1/2r1/2r第十九张，PPT共七十九页，创作于2022年6月20赫巴流型流变模式说明对于动切力较高的聚合物钻井液，特别是在环空较低剪切速率下，它往往比宾汉模式和幂律模式更接近于钻井液的流变性。因其为三参数方程，参数计算较复杂。参数计算第二十张，PPT共七十九页，创作于2022年6月21(2) 流变特性与时间有关的非牛顿流体特点： =f (，t ） 触变性流体 Thixotropy 实验现象：流体摇动并静止后形成凝胶，再次摇动后恢复到原有状态。 通俗定义：恒温恒压下，

11、流体搅拌后变稀，静止后变稠的特性。 一般定义： 在一定速梯下，剪切应力随作用时间 增加而减小的特性。 胶化定义：等温情况下，流体状态发生 凝胶溶胶凝胶可逆转变 的特性。0t牛顿体震凝体触变体第二十一张，PPT共七十九页，创作于2022年6月22 触变性机理 流体内部的粘土粒子因其物化原因易形成网架结构。静止后：粒子为了满足表面静电饱和，在自由能最小部位自行排列而形成凝胶 结构。搅拌时：网架结构逐步被拆散。显然，凝胶结构 = f ( 固含、固相类型、温度、时间、剪切过程、处理剂类型）触变性的两个特点：A. 形成结构到拆散结构，或反之，在等温情况下是可逆的，可重复的。B. 结构的变化与时间紧密相关

12、。静置静置搅拌搅拌第二十二张，PPT共七十九页，创作于2022年6月23 触变性的表示和测量表示原理：用流体恢复内部网架结构所需时间和最终的静切应力大小表示。表示方法： 触变性 = 初切力/终切力（旋转粘度计或浮筒切力计） 触变环面积大小.具体表示： 低密度钻井液：触变性 = 初切力/终切力 =1分钟静切力/10分钟静切力 即：触变性 = 1 / 10 = G1/G10高密度钻井液：触变性 = 10秒钟静切力/10分钟静切力=10“/ 10 = G10”/G10较快的强凝胶较慢的强凝胶较快的弱凝胶较慢的弱凝胶sstt平坦型凝胶递增型凝胶良好型凝胶脆弱型凝胶第二十三张，PPT共七十九页，创作于2

13、022年6月24第三节、 钻井液流变参数的胶体化学性质学习意义： 分散介质间吸引力。流变性=f(流动阻力） 分散相与介质粘附力。 反映钻井液自身结构强弱 分散相之间吸力、斥力。 （可通过化学处理改变）即：化学处理改变体系内部结构（胶化性质）改变流动阻力 改变钻井液流变性因此，通过钻井液流变性变化，可以分析： 化学处理剂作用后，钻井液体系中分散相结构的微观变化。 钻井液体系的稳定性。 寻求符合生产实际所需要的钻井液配方，满足钻井工程的需要。第二十四张，PPT共七十九页，创作于2022年6月25一、钻井液的静切应力和动切应力1. 静切力s定义： 钻井液静止后形成的凝胶结构强度。 钻井液从静止到开始

14、塞流流动所需要的最小剪切应力。影响因素： 单个链环的强度 颗粒间引力 电位、水化膜厚度。 结构链环数目/单位体积（结构密度） 颗粒浓度、分散度。调整方法： 升s 提高 c 、分散度，降低 、水化膜厚度。 降s 与上相反。第二十五张，PPT共七十九页，创作于2022年6月26静切力的实际应用（1）悬浮岩屑和加重材料悬浮岩屑（球形）所需静切力为： s（dyn/cm2) = 980d(岩- 浆）/6 d-颗粒直径，cm经验数据：初切力 =26 Pa时，可达到良好的悬浮能力。终切力 =2初切力，属于良好型触变体。终切力 =5初切力，属于递增型触变体。此时，会造成泵压过高，易压漏地层。（2） 影响井内液

15、柱压力激动（阅读）。G =重力-浮力s第二十六张，PPT共七十九页，创作于2022年6月272. 动切应力0（YP）定义：钻井液开始作层流流动时，必须要的最小剪切应力。实质：层流流动时，流体内部结构一部分被拆散，另一部分重新恢复。当拆散 与恢复速度相等时，保留的那部分内部结构所产生的剪切阻力。0与s的区别： 0为层流流动条件下固体颗粒之间吸引力的量度； s为静止条件下固体颗粒之间吸引力的量度；第二十七张，PPT共七十九页，创作于2022年6月28影响因素（类似于静切力）： 单个链环的强度 颗粒间引力 电位、水化膜厚度。 结构链环数目/单位体积（结构密度） 颗粒浓度、分散度。调整方法： 升o 提

16、高 c、分散度，降低 、水化膜厚度，加增粘剂。 降o 冲稀、加降粘剂拆结构。第二十八张，PPT共七十九页，创作于2022年6月29二、钻井液的粘度1. 有效粘度（视粘度）定义： = / 意义：钻井液作层流流动时，有效粘度等于以下四部分内摩擦力的微观统计结果： 固 固颗粒间内摩擦阻力； 固 液相分子间内摩擦阻力； 液 液分子间内摩擦阻力； 固相结构 液相分子间内摩擦阻力；几种流体（模式）表示的有效粘度： 宾 汉 体：= s+ 0/ 假塑性体：= K()n-1 卡 森 体：= ()1/2 +(0/ ）1/22第二十九张，PPT共七十九页，创作于2022年6月302. 宾汉体的塑性粘度s定义：层流流

17、动时，流体内部网状结构的破坏与恢复处于动态平衡时，以下三 部分内摩擦力的微观统计结果： 固 固颗粒间内摩擦阻力； 固 液相分子间内摩擦阻力； 液 液分子间内摩擦阻力；特点： s不随dv/dr变化而变化。影响因素： 固相含量：固含 s ； 分散度：分散度 s ； 液相粘度：液相粘度 s ；调整s 的方法： 根据影响因素升、降s 。第三十张，PPT共七十九页，创作于2022年6月313. 假塑性体的 n、k稠度系数 k：k =f (液相、固相含量及其性质）流性指数 n：n= f (内部结构强弱） n反映了流体的非牛顿性强弱，n越小，流体非牛顿性越强。降 k值方法（提 k方法相反）： 降低固体含量；

18、 稀释或者除砂；调整 n值方法：降 n 加入活性膨润土、无机盐、高分子聚合物等；提 n 加入清水、降粘剂等；第三十一张，PPT共七十九页，创作于2022年6月32第四节、 钻井液流变参数的确定一、旋转粘度计原理和基本计算公式1. 内、外筒式旋转粘度计原理 内外筒之间充满被测钻井液，当外筒旋转时，通过流体的粘性带动同轴内筒转动，使扭力弹簧扭转一定角度至平衡为止，由此反应不同流体的剪切应力大小。 因为内、外筒尺寸和外筒转速确定了内筒外表面的剪切速率，而读值大小反映内筒外表面的剪切应力，所以，可根据测得的“”关系计算钻井液的流变参数。R1drR2R1RLh第三十二张，PPT共七十九页，创作于2022

19、年6月332. 旋转粘度计基本计算公式 将线速度梯度代入牛顿内摩擦定律，并考虑内筒外表面切应力，可推得以下旋转粘度计的基本公式： =M / ( 2R12h ) =2R22 / (R22 - R12) = R22n / 15 (R22 - R12) 式中， 外筒旋转角速度； n 外筒每分钟转速； R1 、 R2 内、外筒半径; M 维持外筒旋转的力矩.第三十三张，PPT共七十九页，创作于2022年6月34二、钻井液流变参数的确定1. 仪器参数的确定常用仪器：Fan-35型旋转粘度计。仪器参数： R2 R1 R2/R1 h k cm cm cm 格 dyn.cm/格 1.8415 1.7245 1

20、.0678 3.8 300 380 将仪器参数代入 =R22n / 15 (R22 - R12) 中，得到：=1.703 n利用该式，可以计算出不同转速下的剪切速率。 r/min 600 300 200 100 6 3 r.s-1 1022 511 340.7 170.3 10.22 5.11 第三十四张，PPT共七十九页，创作于2022年6月35又根据测定扭距 M = k，得到仪器最大测定扭距：Mmax = 300 380 = 114000 dyn.cm将其代入 =M / ( 2R12h )，得：max = 1533 dyn/cm2由此，可得到仪器扭簧系数：C = / = 1533/300

21、= 5.11 dyn/cm2/格综上可见，我们已经得到了如下公式： = C = 5.11 =1.703 n 流变参数精确计算公式（根据直线的两点法则推得）因此，可以利用这些公式导出钻井液流变参数的直读计算公式。第三十五张，PPT共七十九页，创作于2022年6月362. 不同流体的流变参数直读公式牛顿流体 Newtonian Fluids： = 300 = 600/2 mPa.s宾汉塑性流体 Bingham Model s =600- 300 mPa.s =600/2 mPa.s 0 = 0.511(300- s) Pa 假塑性体 Power Law Model n = 3.322 lg(600

22、 /300) K = 0.511300 /511n Pa.sn卡森流体 Casson Model = 1.43 (6001/2 - 1001/2) 2 mPa.s c = 0.24 (2.45100 1/2-6001/2 )2 Pa第三十六张，PPT共七十九页，创作于2022年6月37第五节、 钻井液流变性能与钻井工程的关系 钻井液流变性能与钻井工程的关系主要体现在下列几个方面： 影响钻井速度； 影响环空携带岩屑能力； 影响井壁稳定； 影响岩屑和加重物质的悬浮； 影响井内压力激动； 影响钻进泵压和排量； 影响固井质量。第三十七张，PPT共七十九页，创作于2022年6月381. 影响钻井速度 E

23、ckel指出，在其它因素不变时，钻速与钻头处雷诺数的0.5次方成正比：Vm = f(Ne)1/2 设有两种钻井液，钻速的表达式为：Vm2 = Vm1(Ne2/Ne1)1/2 因为其它因素不变时，雷诺数与钻井液粘度成正比：Ne dv/ 对于宾汉塑性体： Ne dv/s 所以： Vm2 = Vm1(s1 / s2 )1/2 该式说明了钻井液的流变参数对钻速的影响关系。第三十八张，PPT共七十九页，创作于2022年6月39举例 某钻井液的塑性粘度s为32mPa.s，平均钻速为6米/小时，在不改变其它因素时，降低s到8mPa.s，则钻速变化为：Vm2 = 6(32/8)1/2 = 12 米/小时 钻速

24、提高2倍。如果钻进1000米井段，用32mPa.s的钻井液要用100小时，则用8mPa.s的钻井液只需要50小时，第三十九张，PPT共七十九页，创作于2022年6月402. 影响环空岩屑携带 对岩屑输送比的影响 岩屑输送比： Rt = (V-Vs) / V = 1-Vs / V 井眼净化良好的条件： Rt 0.5 即：V 2Vs 式中，Rt 岩屑输送比； V 钻井液平均上返速度；V = 12.7Q / ( D22-D12 ) Vs 岩屑颗粒沉降速度；Vs与颗粒雷诺数Re相关。 当Re 3时， Vs = 326800ds2 ( s- f ) / 当 3 Re 300 时， Vs = 2.95 d

25、s ( s- f ) / f 1/2 由此可见，井眼净化与钻井液流变性能中的有效粘度紧密相关。第四十张，PPT共七十九页，创作于2022年6月41第四十一张，PPT共七十九页，创作于2022年6月42 影响层流条件下岩屑携带 层流携带岩屑的特点：岩屑翻转上升。 层流携带岩屑缺陷的实质：力矩效应。 改进方法：将尖峰形改为平板形层流。 平板形层流携岩原理： 流核直径：由上式可见， 0 / s ， d0 钻井液流速剖面变平坦 翻转力矩效应减小。F2F1Ld0dD第四十二张，PPT共七十九页，创作于2022年6月43第四十三张，PPT共七十九页，创作于2022年6月44钻井液有效地携带岩屑的流变参数取

26、值范围：对于宾汉流体： 0 / s = 3.6 4.78 dyn/cm2/mPa.s 0 / s = 0.36 0.478 Pa/mPa.s 0 =1.5 3 Pa对于假塑性体： 根据600 /300 = 1022 n/511n =2n，得到动塑比与流型指数的关系： 0 / s= 0.5（ 300 - s ）/ （600 -300 ）=（1-2n-1）/ (2 n-1) 因此， n = 0.4 0.7对于卡森流体： c =1.0 2.5 Pa 注意：提高0 / s 的关键是降低塑性粘度 s 。 第四十四张，PPT共七十九页，创作于2022年6月453. 影响井壁稳定 钻井液流变性对井壁稳定的影

27、响主要是指对井壁的冲蚀作用。Walker定义用侵蚀指数EI表示： 层流时： EI = 0+12 sV/ (D2 -D1) +0.5 0 EI = s 0 / s +12 V/ (D2 -D1) +0.5 0 / s EI值越大，冲蚀性越强。由上面公式可见钻井液流变参数对其影响关系。第四十五张，PPT共七十九页，创作于2022年6月464. 影响岩屑和加重物质的悬浮 在牛顿流体中的颗粒只要其密度大于流体密度，就必然会以一定速度下沉。但是，岩屑颗粒在钻井液中的情况却不同。由于静切力和动切力的存在，即使颗粒密度大于钻井液密度，颗粒也不会发生沉降。只有当颗粒与流体满足一定条件时，颗粒才会下沉。因此，颗

28、粒除了自然沉降外，还具有一种切应力悬浮状态。 流体静止状态下的静应力悬浮状态 悬浮岩屑（球形）所需静切力为： s（dyn/cm2) = 980d(岩- 浆）/6 由上式可以计算静止状态下，悬浮岩屑颗粒所需要的静切应力。G =重力-浮力s第四十六张，PPT共七十九页，创作于2022年6月47流体运动状态下的动切应力悬浮 （阅读）岩屑颗粒在钻井液中的沉降速度为：Vs = d s 0.0702g d s ( s - f ) - 0 若颗粒处于临界状态，有0.0702g d s ( s - f ) - 0 =0即颗粒悬浮的临界条件为： s / f =14.25 0 / ( g d s f) +1颗粒悬

29、浮的判别准则为： s / f 14.25 0 / ( g d s f) +1 在钻井工程中，尤其是在水平井的施工中，动切应力的悬浮作用对于避免岩屑沉积是非常有益的。第四十七张，PPT共七十九页，创作于2022年6月48习题4、8第四十八张，PPT共七十九页，创作于2022年6月49第四章、钻井液滤失和润滑性能The Filtration Properties and Lubricity of Drilling Fluids 本章要求： 1. 掌握三个（瞬、静、动）失水概念。 2. 掌握五个公式。 3. 熟悉七个影响因素。 4. 了解失水造壁性与钻井工程的关系。 5. 了解钻井液润滑性参数及测定

30、方法。第四十九张，PPT共七十九页，创作于2022年6月50一、失水造壁性的基本概念1. 水基钻井液中的水水基钻井液 = 固相+水+处理剂 钻井液中的水由三部分组成： 结晶水（化学结合水） 粘土矿物晶体构造的组成部分。吸附水（束缚水） 由固相颗粒吸附的水化膜。 自由水 钻井液中自由移动的水，分散介质。特点：占总水量中的绝大部分。吸附水结晶水自由水第五十张，PPT共七十九页，创作于2022年6月51携带、悬浮岩屑控制压力形成泥饼破岩、清岩保护油气层传递水功率第五十一张，PPT共七十九页，创作于2022年6月52第五十二张，PPT共七十九页，创作于2022年6月532. 失水与造壁的概念 为了防止

31、地层流体进入井内，钻井液液柱的压力必须大于地层流体的压力，于是，钻井液总是趋向于向地层漏失或滤失。漏失 钻井液的固相和液相全部进入地层的现象。滤失 钻井液中只有液相进入地层的现象。失水 钻井液中的自由水在压差作用下向地层或 滤膜滤失渗透的过程。泥饼 钻井液滤失过程中留在井壁或者滤膜上的 物质。造壁性 钻井液在井壁形成泥饼封护井壁的能力。第五十三张，PPT共七十九页，创作于2022年6月543. 井下失水过程时间累计失水量T oT 1T 2T 3T 4T 5T 6 V 瞬 V 动 V 静h=0hh=chhh=c第五十四张，PPT共七十九页，创作于2022年6月55 瞬时失水 Spurt Loss

32、 滤饼尚未完全形成之前很短时间内的失水量。特点：时间短（t 2秒)；比例小;大小与钻井液中固相级配、含量、压差、地层渗透率、孔隙度等有关第五十五张，PPT共七十九页，创作于2022年6月56 动失水 Dynamic Filtration 钻井液循环时的失水量。特点： 泥饼形成、增厚与冲蚀处于动平衡。 （高渗透率 低渗透率 = C） （低渗透率高渗透率= C ） 失水速率大、失水量大。第五十六张，PPT共七十九页，创作于2022年6月57 静失水 Static Filtration 井下：钻井液停止循环后的失水。 室内：指定静态条件下，静失水仪器测得的失水。特点：失水速率小；失水量占总失水的比例

33、较小；泥饼逐渐增厚（无冲蚀作用）。第五十七张，PPT共七十九页，创作于2022年6月58二、失水造壁性与钻井工作的关系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。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。第五十八张，PPT共七十九页，创作于2022年6月594. 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

34、、易塌层段；五宽：井浅、裸眼短、矿化度高、非油气层、稳定井段。第五十九张，PPT共七十九页，创作于2022年6月60三、钻井液的静失水 Static Filtration1. 静失水方程假设条件： 泥饼厚度 h 井眼直径； 滤失过程为线性关系 K = C； 滤失为恒温恒压过程。静失水方程推导： 利用达西渗滤公式： (1) 式中， vf 滤失量，cm3； t 滤失时间，s； k 泥饼渗透率，darcy; P 滤失压力,kg/cm2; 滤液粘度，mPa.s； h 泥饼厚度，cm； A 滤失面积，cm2。第六十张，PPT共七十九页，创作于2022年6月61 如果一定体积的钻井液Vm全部滤失完，则在V

35、m当中，有Vf的滤液体积从Vm中挤压出去，剩下Vc的泥饼体积挤不出去，于是可以得到： Vm = Vf + Vc = Ah + Vf (2) Vc / Vf = R = 常数 (3) 将（2）、（3）式代入达西公式（1）中，得到： (4) 对（4）式两边积分，得： (5)第六十一张，PPT共七十九页，创作于2022年6月62 根据假设可知，泥饼中干固体体积等于泥饼体积与泥饼中固相体积分数的乘积。即： Vs =hACc 钻井液中固相体积百分数为：Cm=Vs /Vm= hACc/ (hA+Vf) 联立解以上两式，得： (6) 将（5）式代入达西公式（1）中，并积分得： (7) 比较（7）式与（5）式

36、，可以看到：Cc /Cm-1 = Vf /Vc 第六十二张，PPT共七十九页，创作于2022年6月632. 影响静失水的因素 Vf 与t的关系 Relationship Between Filtration and Time理论关系：在直角坐标上任取两点，可以得到：t1/20Vft1 1/2Vf1t2 1/2Vf2该式实际上表明了任意时刻失水量之间的关系。如果：t1 =7.5分钟；t2 =30分钟；则： Vf30 = 2Vf7.5第六十三张，PPT共七十九页，创作于2022年6月64实际关系 实验发现，在直角坐标上的直线存在截距 正截距和负截距。原因分析： 正截距：泥饼未形成之前钻井液喷失量较

37、大。 负截距：喷失量很小，不足以充满滤纸和仪器排出管。Larsen 方程： Vf = Vsp + A(ct)1/2根据： Vf 30 = 2Vf 7.5得到： Vf 30 - Vsp = A(c30)1/2 Vf 7.5 - Vsp = A(c7.5)1/2联立解之，得到： Vf 30 = 2 Vf 7.5- Vsp Vf 30 = 2 Vf 7.5 + Vsp 式中： Vf 考虑了瞬时失水的静失水量； Vf 未考虑瞬时失水的静失水量。t1/2VfVsP第六十四张，PPT共七十九页，创作于2022年6月65 Vf 与 P的关系 Relationship Between Pressure and

38、 Filtration Volume理论上： LgVf = 1/2 LgP +1/2 LgC即： Vf P1/2 条件：k = 常数。实际上： Vf Px 原因：k 常数。指数 x 的实质： 反映压力对泥饼可压缩性，x 越小，泥饼可压缩性越好，k 越小。 x 是直线斜率，一般小于0.5。 x 与固相粒子形状和大小有关。一般：粘土：x = 0.205页岩：x = 0.084膨润土：x = 0LgP0LgV第六十五张，PPT共七十九页，创作于2022年6月66Vf 与 的关系 Relationship Between Viscosity and Filtrate Volume由静失水方程可知： V

39、f -1/2 ； 而： 1/ 温度T所以： Vf = f (T)影响规律： T升高， 降低， Vf 增大 例如：用纯水配制的钻井液，在20 0C与100 0C比较。T升高， 粘土聚结和絮凝状态改变 k 改变 ， Vf 增大 ； T升高，粘土去水化，吸附水减少， 自由水 增多， Vf 增大 。 T升高，降失水剂要降解，若超过处理剂的抗温能力，失水量急剧 增加。第六十六张，PPT共七十九页，创作于2022年6月67Vf 与固相含量及类型的关系Vf (Cc/Cm -1)1/2 显然，若要降低失水量Vf ，可以采取的方法为： 提高钻井液中的固相含量Cm . 存在问题：固含增加，将导致钻井液流变性变差，

40、同时，钻进速度降低。 降低泥饼中的固相含量Cc 。 优点：泥饼中土少水多（束缚水多），水化膜厚，在压力作用下易变形，可压缩性大。结论：宜选用优质土配制钻井液。第六十七张，PPT共七十九页，创作于2022年6月68泥饼厚度h与vf 的关系 Relatiionship Between Cake Thickness and Filtration影响规律：a. Vf 增大， h 增厚； b. Cc / Cm 升高， h 减薄， Vf 越大； 该项影响规律说明钻井液应该优选优质土。C. 当固含Cm一定时，孔隙度 增大， 泥饼疏松 ， h 增大。实验发现： 固相粒度分布越宽 ， 越小， h 越小； 小粒子越多 ， 越小， h 越小 。 第六十八张，PPT共七十九页，创作于2022年6月69泥饼薄、密、韧条件： Cc 低 （土的膨胀性好）。 粒度分布宽。 细小粒子多。第六十九张，PPT共七十九页，创作于2022年6月70Vf 与 k 的关系 Relationship Between The Permeability of the Filter Cake( a.) K 与 vf 的关系式 由： 得到： （1）式中单位： h cm； Vf cm3 ； mPa.s ； t s ； P kg/cm2 ； A cm2 ； Vc cm3