钻井液性能与钻井关系.pptx

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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。第1页/共33页一、钻井液的密度钻井液的密度在钻井过程中是一项很重要的指

2、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。钻井液密度的定义钻井液的重量于同体积水的重量之比，单位：g/cm3。第2页/共33页钻井液的密度与钻井的关系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。钻遇高压盐水层时，如无油气可采用高密度钻井液，使其液柱压

3、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。第3页/共33页钻井液密度的处理方法提高钻井液密度的常用办法：a.利用惰性固体，如重晶石、石灰石等加重剂；b.利 用 可 溶 性 盐 类 溶 液，如 NaCl、CaCl2等。降低钻井液密度的常用办法：a.机械除砂；b.利用气体；c.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；d.清水稀释。第4页/共33页二、钻井液的粘度及切力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

4、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。第5页/共33页钻井液粘度的定义钻井液在流动时，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)。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。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。第6页/共33页钻井液的粘度与钻井的关系在钻井过程中，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

5、，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。第7页/共33页钻井液的切力与钻井液的关系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

6、。第8页/共33页漏斗粘度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。第9页/共33页粘度和切力的处理办法提高粘度和切力的办法：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。降低钻井液粘度、切力的办法：常采用增加钻井液的自由水、减少固相含量、加入稀释剂等办法。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

7、有的钻井液处理剂都能调节钻井液的粘度和切力。表面活性剂也能改善钻井液的流动性。第10页/共33页三、钻井液的滤失量与滤饼定义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。第11页/共33页动滤失与静滤失动滤失：钻井液在钻进或循环(动态)过程中产生的滤失。静滤失：钻井液在静止(停钻、起下钻)时产生的滤失。第12页/共33页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

8、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。第13页/共33页当地层具有渗透性，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

9、固体。第14页/共33页控制滤失不当会产生的问题缩径造成阻卡；厚滤饼引起的泥页岩地层膨胀，产生井塌。由于滤失量太大易损害油气产层。第15页/共33页影响滤失量的主要原因（1）时间对滤失量的影响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：Q1Q2T2/T1式中：Q2时间T2的未知滤失量；Q1时间T1的已知滤失量第16页/共33页（2）压差对滤失量的影响压差是影响滤失量的另一个因素。如果滤失介质恒定，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。第17页/共33页（

10、3）温度对滤失量的影响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。第18页/共33页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。第19页/共33页（4）滤饼的渗透性对滤失量的影响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

11、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。第20页/共33页（5）分散作用对滤饼的影响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，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

12、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。第21页/共33页控制滤失量的办法通过离子交换、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。第22页/共33页四、滤饼的粘滞性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。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，并且取得了明显的效果。第23页/共33页防止滤饼粘滞性大的办法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。第24页/共

13、33页五、钻井液的含砂量钻井过程中，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。第25页/共33页钻井液的含砂量对钻井的关系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。第26页/共33页处理办法凡絮凝、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。机械除砂是最理想的办法。第27页/共33页六、酸碱值(PH值)钻井液的PH值表示钻井液中酸和碱的程

14、度。定义表示水溶液中氢离子的浓度。PHlgH+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-KwH+OH-=1.010-14第28页/共33页对于纯水，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。第29页/共33页钻井液的PH值对钻井液有多方面的影响，如粘土颗粒的亲水性和分散度，有机和无机处理剂的溶解度和处理剂的效果。井壁、泥岩和泥页岩、钻屑和水化膨胀和分散，钻井液对钻具的腐蚀性等。不论那种钻井液，几乎都有自己最适当的PH值范围。但钻井液的PH值在使用过程中由于种种侵污会发生变化，只要能改变H+或OH-浓度的物质都能改变PH值。第30页/共33页处理办法：调节PH值不限于酸或碱，某些无机盐亦可起相同的作用，如烧碱、纯碱、多磷酸钠可提高PH值。氯化钠、氯化钙、氯化铝等可降低PH值。第31页/共33页第32页/共33页感谢您的观看！第33页/共33页