钻井液滤失量和泥饼粘附系数的测定

钻井液滤失量和泥饼粘附系数的测定学习目标

1会安全测定钻井液API和HTHP滤失量；

2能够根据现场的工艺要求采取有效措施降低钻井液滤失量；

3能够测量钻井液滤饼的厚度和粘附系数。第2页,共35页，2024年2月25日，星期天一滤失的相关概念

1滤失：流体中的自由水在压差的作用下过滤渗透到地层中去这种现象。滤失的多少称为滤失量，过滤介质称为泥饼。

2滤失性：指钻井液是否易于滤失进地层的性质。

3衡量滤失性的指标：指滤失量的大小和泥饼的质量。第3页,共35页，2024年2月25日，星期天4滤失的分类①静滤失:钻井液在井内静止条件下的滤失作用。②动滤失:钻井液在井内循环条件下，即泥饼形成和破坏达到动态平衡时的滤失作用。在一定剪切速率下测定的滤失量，称为动滤失量(动失水量)。③瞬时滤失:在钻井过程中，地层被钻开，泥饼在未形成之前，钻井液中的大量水分在短时间内迅速渗入地层，这种情况下的滤失作用称为瞬时滤失。第4页,共35页，2024年2月25日，星期天（1）静滤失

特点：

A泥饼——逐渐增厚，渗透率逐渐降低，前期厚度增加的速率大于后期。B滤失量——逐渐降低。第5页,共35页，2024年2月25日，星期天⑵动滤失特点：

A泥饼——在形成和流体冲蚀的两个相反过程中，泥饼由薄逐渐增厚直至稳定---单位时间内形成和失去的速率相等，也是渗透率由大到小直至稳定的过程。

B滤失量——滤失速率有大到小直至稳定第6页,共35页，2024年2月25日，星期天（3）瞬时滤失

特点：无泥饼、滤失速率高，固、液同时失去，所以，瞬时滤失有时是浑浊的液体，有细小的固相颗粒被失去。第7页,共35页，2024年2月25日，星期天⑷动、静滤失的区别

A泥饼----动薄而静厚。

B渗透率---静小而动大。

C滤失量---静小而动大。第8页,共35页，2024年2月25日，星期天5泥饼

⑴定义：因液柱与地层的压差作用，在滤失的同时，粘土颗粒在井壁上形成一层粘土与处理剂的堆积物，此堆积物叫泥饼。测滤失时，滤纸上附着一层泥饼，其标准以厚薄来衡量，用符号“K”表示，单位“mm”。

⑵泥饼质量要求：薄、韧（性）、致密（渗透率低）、润滑性好。

⑶过滤介质：2层，地层和泥饼；初期地层起作用，后期泥饼起作用（泥饼渗透率更低）。第9页,共35页，2024年2月25日，星期天⑷形成优质泥饼的条件

合理的粒子级配；粒子具有较厚的水化膜并具有很好变形性；高分子的使用会给粒子带来较厚的水化膜并利用自身封堵孔隙，同时，多点联接，增加泥饼的韧性。⑸泥饼形成过程在滤失过程中，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25～30mm；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；井壁表面形成具有一定渗透性的外泥饼。第10页,共35页，2024年2月25日，星期天6.泥饼的摩擦系数钻井液形成的泥饼表面上有一定的粘滞性，当一物体在其表面产生相对运动时，会受到一定的摩擦阻力，这个摩擦阻力称为泥饼的摩擦系数第11页,共35页，2024年2月25日，星期天7.API滤失仪和HTHP滤失仪结构

第12页,共35页，2024年2月25日，星期天二滤失性与钻井的关系

1渗滤压力与滤失量的关系

由方程看，Vf∝P0.5但其前提条件是K不发生变化，而实际中，由于使用优质搬土配浆，K随P的增加而降低，因此，压力对滤失量无影响或影响较小。第13页,共35页，2024年2月25日，星期天2滤液粘度及温度对滤失量的影响

Vf∝1/μ0.5，凡是有利于增加液相粘度的都有利于降低滤失量，如高分子处理剂可提高液相粘度。温度不单影响液相粘度，还会出现某些高温现象（高温解吸附、高温分散等），这些现象，对包括滤失量在内的流变性会产生巨大的影响，因此，一种新型体系的钻井液必须要经过高温检测，确定其抗温性能。第14页,共35页，2024年2月25日，星期天3滤失性与钻井工作的关系？滤失性泥饼厚滤失量大接触面积大、摩擦阻力大、功率消耗大或卡钻井径降低，下钻遇阻、压力激动，坍塌井壁吸水膨胀，缩径卡钻破碎性地层，掉块卡钻储层渗透率下降泥饼：薄、磨阻小泥饼：致密、韧第15页,共35页，2024年2月25日，星期天4确定滤失量指标时的原则

A井浅时可放宽，井深时应从严

B钻裸眼时间短时可放宽，钻裸眼时间长须从严

C使用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

D钻井液矿化度高者可放宽，钻井液矿化度小应从严。

第16页,共35页，2024年2月25日，星期天5对滤失性的一般要求⑴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。⑵钻遇易坍塌地层时，滤失量需严格控制，API滤失量最好不大干5ml。⑶对一般地层，API滤失量应尽量控制在10m1以内。⑷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。⑸加强对钻井液滤失性能的检测，常规测试4h一次。第17页,共35页，2024年2月25日，星期天问题探究：1.钻井工艺对滤失量和泥饼质量有哪些基本要求？泥饼质量高，具有润滑作用，有利于防止粘附卡钻，有利于井壁稳定，防止地层坍塌与剥蚀掉块。钻井液滤失量过大，泥饼厚而虚，会引起一系列问题。如：①易造成地层孔隙堵塞损坏油气层，滤液大量进入油气层，会引起油气层的渗透率等物性变化，降低产能；②泥饼在井壁堆积太厚，环空间隙变小，泵压升高；③易引起泥包钻头，下钻遇阻、遇卡或堵死水眼；④在高渗透地层易造成较厚的泥饼而引起阻卡，甚至发生压差卡钻；⑤电测不顺利，并且由于钻井液滤液进入地层较深，水侵半径增大，若超过测井仪所测范围，第18页,共35页，2024年2月25日，星期天2钻井对钻井液滤饼摩擦系数有哪些基本要求

摩擦系数太大，将对钻具产生较大摩擦阻力，且易粘附卡钻，起下钻遇阻，对钻具磨损严重。因此，滤饼摩擦系数越小对钻井越有利。为降低滤饼摩擦系数可加入润滑剂，如钻井液中混入一定量原油、加入高分子聚合物(如聚丙烯酰胺)等。第19页,共35页，2024年2月25日，星期天3在钻进过程中如何降低失水量？

在钻达生产层、易垮塌及易吸水膨胀的地层，或渗透性较好、滤饼较厚及易产生滤饼卡钻的井段，需要严格控制钻井液的失水量。①加入降滤失剂（降失水剂）。现场一般用混合漏斗将降滤失剂直接加入钻井液或在钻井液槽撒入钻井液。为了提高处理剂的抗温能力，还可把Na—CMC与某些表面活性剂混合使用。②混油（加入原油、柴油或原油与柴油混合物）。第20页,共35页，2024年2月25日，星期天4.在混油工艺中需要注意哪些要点？

①先将基浆处理好再混油。基浆的粘度以低一些为宜，基浆中应含有一定数量的处理剂(如煤碱液、CMC、铁铬盐等)。②混油量(原油或原油与柴油混合)以10％～20％为宜，有时高达30％。原油宜选用粘度较小，杂质、水分及可溶性盐类较少者。③混油时要逐步加入，尤其是重钻井液混油应该注意严防因密度突然下降而发生井下事故。④混油过程中应保侍较大的泵排量，充分循环使混入的油类混合均匀。第21页,共35页，2024年2月25日，星期天拓展知识：1.降滤失剂(1).低粘度和中粘度羧甲基纤维素(CMCLV，CMCMV)(2).改性淀粉(Starch—M)(3).预胶化淀粉(Starch—PG)(4).羧甲基淀粉(Starch—CM)(5).羟丙基淀粉(Starch—HP)(6).磺甲基酚醛树脂(SMP)(7).磺化酚醛树脂一磺化褐煤(SPNH)

第22页,共35页，2024年2月25日，星期天(8).磺甲基褐煤(SMC)(9).聚丙烯腈铵盐(NH4一HPAN)(10).腐殖酸钾(KHm)(11).HMPa(12).JT-888(13).RSTF(14).CAT-FL

第23页,共35页，2024年2月25日，星期天二常用的润滑剂

1惰性固体润滑剂由滑动摩擦变成滚动摩擦，减小接触面积。如玻璃小球、塑料小球、石墨、沥青（降摩阻系数等）。

2液体润滑剂矿物油、植物油、表面活性剂第24页,共35页，2024年2月25日，星期天2.润滑剂(1)Lub-1

它是由一些烷烃化合物和一些表面活性剂配成的淡黄色油类液体，作为油基类润滑剂用于所有的水基钻井液。它是一种有效的润滑剂，可大幅度降低钻柱的上提拉力和扭矩。它可直接加入钻井液，其用量范围为1.0％～3.0％。(2)Lub-2

它是一种醇胺类化合物，用于水基钻井液的无环境污染、无荧光的润滑剂。它可生物降解，对环境安全。琥珀色清亮液体。其用量范围为1.0％～3.0％。(3)Lub-3

它是一种矿物油和金属盐类的混合物。用量范围为1.0％～3.0％。(4)Lub-JY

它是烷烃油类与表面活性剂配制的混合物。用做水基钻井液的极压润滑剂。它是一种白至浅黄色的油类产品。其用量为2.0％～3.0％。(5)Lub-PB

它是苯乙烯一二乙烯苯的小微珠，用做水基钻井液的固体润滑剂以降低井筒的提升阻力和扭矩。商业产品分为粗、中、细三种。这种塑性固体微珠具有很高的抗压和抗撞击强度，并具有化学惰性，不与水及钻井液添加剂反应。其颜色为微白至微黄。使用相应目数的振动筛筛布可将其回收。其用量范围为5.0％～8.0％。第25页,共35页，2024年2月25日，星期天(6)Lub-GB

它是一种玻璃微珠，用做钻井液的固体润滑剂，但易碎，造成对设备的研磨。其用量为3.0％～5.0％。(7)聚合醇类(PolyglycolandPolyalcohols)

聚合醇类是聚乙二醇和聚合醇类化合物，主要用于聚合醇钻井液体系，也可有效地提高其他钻井液体系的润滑性能和井壁稳定性。聚合醇的浊点是指一特定温度，当温度低于此温度时，此产品能以任意比例溶于水中；而在高于这个温度时，它将在水中呈不溶解状态，以小微珠的形态分布在整个体系中。它在浊点以下温度为透明的类似油状的液态。聚合醇类对环境和人体无害。在聚合醇钻井液中，其使用的浓度应根据室内试验确定，在其他钻井液中作为润滑剂的用量范围为3.0％～5.0％。(8)石墨粉(Lub-G)

它是一种改性石墨粉，用于改善钻井液和泥饼的润滑性，其加量范围为2.0％～3.0％。第26页,共35页，2024年2月25日，星期天.测定钻井液API滤失量（二）操作步骤

1把支架平稳地放在工作台上，然后把减压阀部分插入并紧固在支架上。

2将调压手柄旋入阀体上，将手柄调至自由位置，顺时针方向旋紧放气阀杆，关闭外界通道。

3将气源调节阀连接在气瓶上，调节手柄至自由位置，将高压胶管两端连接在气瓶调节阀及滤失仪高压阀上。

4取出滤失仪液杯，用手指堵住液杯小孔，将充分搅拌的钻井液注入液杯内至刻度线处(注入量为240mL)，装入“O”形密封圈、滤纸，盖好杯盖，旋紧后将液杯输气头装入阀体输出端，卡紧。第27页,共35页，2024年2月25日，星期天5将量筒挂架卡在液杯盖上，再把干燥、洁净的量筒卡在量筒挂架上。打开气瓶手柄，调节减压阀，使压力预达0.6MPa。6迅速将防空阀退回三圈，调节减压阀，使压力达到并保持O.7MPa,待第一滴液体流出时，启动秒表开始计时。7待滤失时间达到7.5min时，取下量筒，读取滤失量。8将气瓶上的手柄关闭，调压阀手柄逆时针方向旋转至自由位置，同时逆时针方向旋转滤失仪调压阀，使之呈自由状态。第28页,共35页，2024年2月25日，星期天9顺时针方向旋转放气阀杆，排出液杯内余气，取下液杯，打开杯盖取出滤纸，用钢板尺测出滤饼厚度再乘以2，即为所测滤饼厚度。10将气瓶调节阀顺时针方向旋转后，再将滤失仪调压阀顺时针方向旋转，使余气进入高压室，然后逆时针方向旋转放气阀杆，将高压室内余气排出。11将两调压阔手柄逆时针方向旋转至自由状态，拆掉连接部分，清洗钻井液杯等部件并擦干待用。第29页,共35页，2024年2月25日，星期天三）技术要求

1钻井液杯内钻井液注入量为240mL左右。

2测定用气多用二氧化碳、氮气或空气，禁用氧气和氢气。

3测定时要严格按操作顺序，测完后应先关闭气源排掉余气，然后再拆卸仪器。

4测定时间为7.5min时，读取的滤失体积和量取的滤饼厚度都要乘以2作为测量结果。若测定时间为30min，读取的滤失体积和量取的滤饼厚度就是所测钻井液的滤失量和滤饼厚度。第30页,共35页，2024年2月25日，星期天二.测定钻井液高温高压滤失量HTHP滤失的测定（一）定义

为模拟井下温度和压力条件下测定滤失，更能反映钻井液在井下的真实情况而引出高温高压滤失，其定义是：钻井液在高温(API标准300oF≈150℃)、高压(API标准为500lb/in2≈3.5MPa)作用下，30min内，透过直径为75mm(高温高压滤失测定仪过滤面积的直径为53mm，故测定结果乘以2)的过滤面积所滤失的水量叫高温高压滤失量，习惯称高温高压滤失，用“HTHP”表示，单位是“mL”。第31页,共35页，2024年2月25日，星期天二）操作步骤

1接通电源，将恒温器调至中等温度范围半小时左右，将温度计插入测试孔，预热加温杯至155℃，调整恒温器保持恒温。

2松开钻井液杯上的紧固螺钉，取下钻井液杯盖，拧紧钻井液杯及钻井液杯盖上的连通阀杆，将搅拌好的待测钻井液倒人钻井液杯至刻度线处。

3将滤纸仔细平放在钻井液杯的“0”形圈上，依次把钻井液杯盖装上并用紧固螺钉紧固。

4检查上下连通阀是否旋紧，将钻井液杯倒置于加热杯内(由定位销定位)。第32页,共35页，2024