泥浆基础知识

2020/6/151钻井液基础知识2007.6.30.2020/6/152（一）钻井液2020/6/153（1）钻井液概述2020/6/154（1.1）钻井中与泥浆相关的问题1）卡钻2）成本3）转矩和拉力（遇阻遇卡）4）井壁不稳5）固井质量6）测井困难7）钻速8）井漏9）井涌井喷10）打捞作业2020/6/155（1.2）泥浆的功用1）从井内清除钻屑和塌块2）润滑钻头和钻柱3）用相对不渗透的泥饼涂敷井壁4）控制井下地层压力5）悬浮钻屑和加重材料6）在地面释放出无用固相7）悬浮一部分钻柱和套管的重量8）防止地层污染9）确保对所钻地层的评估10）传递水力清洗能力到钻头11）支持和保护井眼井壁12）防护钻柱和套管过分腐蚀2020/6/156（1.2.1）从井内清除钻屑和塌块1)钻头水眼的水力喷射从井底释放钻屑2）泥浆从钻头下除去钻屑3）环空泥浆将钻屑和塌块升举到地面4）以下因素影响泥浆的携带能力：a,环空流动速度b,钻井液密度c,钻井液粘度2020/6/157（1.2.2）润滑钻头和钻柱钻头和钻柱与地层的摩擦产生热；循环的泥浆使热消散；如果有研磨作用的固体颗粒极少时泥浆能起到润滑剂的作用。2020/6/158（1.2.3）用相对难渗透的泥饼涂敷井壁1）目的是达到可接受的滤饼；2）滤饼阻塞泥浆进入渗透性地层的通道；3）膨润土、降滤失剂、胶体稳定剂等影响滤饼质量和滤失量。2020/6/159（1.2.4）控制井下地层压力1）钻井液的密度起到控制地层压力的作用；2）正常的地层压力梯度是0.465psi/ft；3)异常的地层压力要求泥浆加入加重材料；4）井内的静液柱压力可以如下计算：P(psi)=D(ft)×W(lb/gal)×0.0522020/6/1510(1.2.5)悬浮钻屑和加重材料与(1.2.6)在地面释放出无用固相1）固相颗粒由于钻井液的静切力而悬浮；2）钻井液的流动特性是很重要的：特别是屈服值使钻井液在流动中携带钻屑；3）必须利用固控设备有效地清除固相，钻井液的粘度和剪切稀释性影响固控设备的清除固相效果。2020/6/1511（1.2.7）悬浮一部分钻柱和套管的重量1）悬挂在地面的钻柱和套管的重量减少相当于井内排出的泥浆重量；2）钻井液的悬浮力等于所排出的钻井液体积的重量。2020/6/1512（1.2.8）防止地层污染与（1.2.9）确保对所钻地层的评估1）最大限度减少对潜在储层的损害；2）使测井顺利；提高对地层的评价效果；3）维持井眼的完整性；4）要求的最佳泥浆性能，避免对电测得干扰。2020/6/1513(1.2.10)传递水力清洗能力到钻头1)传递到钻头的水力和水马力尽量大；2）增大泥浆泵功率3）减少循环系统沿途的压力损失。2020/6/1514（1.2.11）支持和保护井眼井壁1）作用到井壁上的钻井液静液柱压力有助于维持井眼的稳定；2）有些地层（盐层）的塑性流动可能得到阻止；3）钻井液的抑制性能可能能够稳定敏感性的地层（页岩层）；4）在水敏性地层尽量降低滤失量。2020/6/1515（1.2.12）防护钻柱和套管过分腐蚀1）金属会受到硫化氢、氧和二氧化碳的腐蚀；2）细菌的腐蚀也必须尽量减轻；3）适当的密度平衡地层气体的入侵；4）添加清除剂和缓蚀剂。2020/6/1516泥浆的主要功能携带、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32020/6/1517（2）钻井液的组成2020/6/1518(2.1）粘土-水基钻井液的组成多相分散体系1）水（淡水或盐水）2）活性固体颗粒（膨润土和泥页岩钻屑）3）惰性固体颗粒（加重材料和砂岩钻屑）4）化学药品（处理剂）2020/6/1519（2.1.1）水的优点1）通常大量和易于获得；2）高温稳定；高沸点；3）温度升高时粘度下降；4）极好的溶剂；促进其它化学药品的电离。2020/6/1520（2.1.2）活性固体颗粒1）商品粘土－膨润土、搬土；2）可水化的钻屑－泥岩、泥页岩、含粘土的钻屑。2020/6/1521（2.1.3）惰性固体颗粒加重材料（重晶石等）；非活性钻屑固体颗粒：1）砂岩钻屑；2）石灰岩钻屑；3）黑硅石（燧石）钻屑；4）白云石钻屑；5）不含粘土成分和一般无机盐的钻屑。2020/6/1522（2.1.4）化学药品无机物：1）磷酸盐（焦磷酸盐SAPP、四磷酸盐）；2）烧碱（氢氧化钠）；3）碳酸氢钠（小苏打）；4）碳酸钠（纯碱）5）氯化钠、氯化钾、氯化钙、溴化钙、溴化锌等。有机物：1）单宁、栲胶、淀粉、沥青等及其化学加工产品；2）木质素磺酸盐；3）褐煤（纯褐煤、碱性褐煤、化学加工褐煤等）；4）各种聚合物及其衍生物；5）各种有机盐（甲酸钾、甲酸钠、甲酸铯等等）。2020/6/1523（2.2）油基钻井液的组成1）分散相水滴；2）连续相油；3）乳化剂；4）润湿剂；5）亲油固体(有机土、氧化沥青等）；6）石灰；7）稀释剂、提切剂、高温稳定剂、封堵剂等7）加重材料等。2020/6/1524（3）钻井液性能2020/6/1525（3.1）钻井液性能分类1）密度；2）流动性；3）滤失性；4）化学成分；5）润滑性；6）其它（抑制性、抗温性、荧光度、对生物的毒性等）。2020/6/1526（3.2）钻井液性能测定和计算项目密度马氏漏斗粘度表观粘度塑性粘度动切力（屈服值）动塑比切力（静切力-初切、终切）API滤失量API滤失泥饼HTHP滤失量HTHP滤失量的泥饼含砂量pH值n值(流型指数）K值（稠度系数）浮筒切力矿化度滤液、水总硬度泥浆润滑性泥饼粘附系数砂床滤失性Pf(滤液酚酞碱度)Pm(泥浆酚酞碱度)Mf（滤液甲基橙碱度）固相含量/含油量/含水量亚甲基兰吸附容量（膨润土含量）高密度固相含量低密度固相含量岩屑含量CL-含量K+含量Mg2+含量Ca2+含量硫酸根含量碳酸盐含量钻井液电阻率油基泥浆电稳定性油基泥浆碱度油基泥浆油水比油基泥浆水相活度2020/6/1527（3.3)钻井液密度钻井液密度是指单位体积钻井液的质量。其单位可用g/cm3或kg/m3来表示（英制用Ib/gal，即磅/加仑，1g/cm3=8.33Ib/gal）。2020/6/1528（3.3.1）钻井液密度的意义1）提供充足的液柱压力，平衡地层流体压力，避免地层流体污染泥浆，防喷；平衡地层构造应力，有利于井眼稳定；2）密度不能高至压裂地层而引起井漏，密度高会降低钻速；3）密度降低有利于阻止井漏，提高钻速，减少压差卡钻几率，有利于储层保护，但容易引发井涌井喷；4）井内静液柱压力可以如下计算：P(psi)=D(ft)×W(lb/gal)×0.0520.052是换算常数2020/6/1529（3.3.2）密度过大时的不利影响1）损害储层；2）降低钻速；3）易压差卡钻；4）易憋漏地层；5）易引起过高的粘度和切力；6）多消耗材料和动力；7）泥浆的抗污染能力降低。2020/6/1530（3.3.3）密度过低的不利影响1）易井涌井喷；2）易井塌，井眼不稳定；3）易缩径；4）泥浆携带钻屑能力下降。2020/6/1531（3.3.4）密度的设计与控制1）根据地层的空隙压力、破裂压力及钻井液的流变参数确定密度；2）正常下，密度设计附加值为：气层：3-5MPa;油层：1.5-3.5MPa；3）通常用重晶石加重（可加重至2.5SG左右）；4）对于非酸敏性又要酸化的产层用酸溶性加重剂如石灰石（加重至1.4SG以内），铁矿粉或钛铁矿粉（可加重到1.4SG以上）；5）加重前的泥浆低密度固相含量必须控制，所需密度愈高加重前的固相含量就要愈低，粘度亦应愈低；6）加重时不能太猛，每循环周增加0.10SG为适当。2020/6/1532（3.3.5）密度测定的要点1）泥浆比重计基座应放置在水平台面上；2）泥浆比重计的泥浆杯和横梁应清洁干燥；3）用于测定的泥浆应当是均匀一致和有代表性的；4）泥浆比重计应当经常用清水进行校正；5）如果泥浆试样有起泡，应加消泡剂并缓慢搅拌除气，或用压力式泥浆比重计；6）泥浆试样有泡沫是密度测定的主要误差根源；7）泥浆比重计的泥浆杯和横梁不干净影响测定的准确性；8）泥浆杯磨损或腐蚀使容积增大，泥浆杯盖盖不严实或容纳气体也使测定有误差；9）泥浆杯没有装满泥浆会使测定不准确；10）比重计没有校正，支点刀口和横梁损坏将引起测定不准确。2020/6/1533（3.3.6）密度有关的知识1）泥浆的密度直接和固相的数量与平均比重及液相的密度有关；2）密度的重要性在于使井内泥浆液柱具有适当的压力控制地层压力和有助于稳定井眼；3）泥浆液柱的压力与其垂直深度的增加而成比例的增加；4）淡水的密度是1.0g/ml,或8.33lb/gal;5)正常钻进时泥浆密度是在增加的，因为钻屑在泥浆中不可能完全除去，会在泥浆内累积，而钻屑的密度一般都比在用的泥浆密度大；6）泥浆中有目的地加入高密度的固体粉末以增加泥浆密度，最常用的是重晶石（密度4.3g/ml左右）；7）其它不溶性加重材料是：碳酸钙、氧化铁、硫化铅等；可溶性加重材料是：氯化钠、氯化钙、溴化钙、氯化钾、溴化锌、甲酸钠、甲酸钾等等。2020/6/1534（3.3.7）影响密度升降的因素1）增加密度：添加加重剂/增大屈服值以增大当量循环密度/泥浆除气/灌满井眼/增加钻速与钻屑累积/降低泵排量以增大钻屑浓度/增大泵压以增大当量循环密度/油基泥浆添加盐水/加入较高密度的泥浆。2）降低密度：加水（油）/固控设备除去固相/控制钻速/井下油气侵入/加入较低密度的胶液或泥浆/加强固控设备的固相清除能力/降低屈服值或泵排量和泵压以降低当量循环密度/使用泡沫钻井液/降低钻进速度和增大泵排量。2020/6/1535（3.3.8）密度调节计算公式1）增加密度：原泥浆体积×加重剂密度×（欲达密度－原密度）加重剂用量=（加重剂密度－欲达密度）2）用水降低密度：原泥浆体积×（原密度－欲达密度）用水量=（欲达密度－水的密度）（注意单位的统一）2020/6/1536（3.4）钻井液流动性1）流动性能用以下术语描述；表观粘度AV，cp；塑性粘度PV，cp；屈服值（动切力）YP，lb/100ft2；静切力（初切、终切）Gels，lb/100ft2；马氏漏斗粘度FV，s/qt；动/塑比YP/PV，lb/100ft2/cp或Pa/mPa.s；流型指数n值；稠度系数K值；2）这些性能描述钻井液在循环系统中的预期状态，粘度反映流动阻力的大小，切力反映结构强度的大小，流型系数反映流变状态；3）流变学是研究物体流动和变形的科学；明白在钻井液术语中流变学意味着什么极为重要；5）钻井液的流动性严重地影响钻井作业：井眼清洁问题/重晶石的悬浮/循环压力损失/抽汲压力与冲击波动压力/在地面除气和钻屑问题/经济性/钻进速度/井眼稳定性/井眼冲蚀问题/泥浆漏失问题；6）钻井液的流变性能受制于组分和环境因素。2020/6/1537（3.4.1）影响钻井液的流动性的因素1）钻井液的成分液体部分（电解质种类、浓度；聚合物种类和浓度）惰性固体颗粒（浓度和细度）活性固体颗粒（种类、浓度和细度）2）环境因素温度剪切速率压力（特别是油）2020/6/1538（3.4.1.1）钻井液的液体部分影响流动性1）溶解的盐一般增大粘度；2）增加温度降低粘度；3）剪切速率一般不影响液相粘度；4）增大压力不明显影响水的粘度，但明显影响油的粘度。2020/6/1539（3.4.1.2）钻井液的惰性固相影响流动性1）惰性固相体积百分含量的增加会使粘度按指数律增大；2）全部固体颗粒在非常高剪切速率下倾向于表现为惰性固体颗粒的作用；3）长度比宽度大得多的固相颗粒（如聚合物、某些粘土、石棉）会使液流体表现出剪切稀释性能。2020/6/1540（3.4.1.3）钻井液的活性固相影响流动性1）活性固相的交联（絮凝）会引起低剪切速率粘度、屈服值和切力的增大；2）增加温度会促进交联作用；3）木质素磺酸盐阻止交联和降低低剪切速率粘度、屈服值和切力。2020/6/1541（3.4.1.4）钻井液的温度影响流动性1）温度升高一般会增大粘土晶体片的分散；2）温度升高有时会增大粘度片的絮凝；2020/6