第二章钻井液与油气层保护技术

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1、第二章　钻井液与油气层保护技术第一节钻井液性能对钻井的影响一、钻井液的稳定性钻井液是一种分散体系，即粘土分散在水中。钻井液中的粘土颗粒多数在悬浮体范围(O．1～O．2um)内，少数在溶胶范围(O．1um～1nm)内，所以钻井液是溶胶与悬浮体的混合物。钻井液中胶体颗粒含量的大小，对钻井液的稳定性影响很大。胶体含量的大小主要取决于粘土在钻井液中的分散状态—分散、絮凝和聚结。粘土的造浆率高，颗粒分散得细，钻井液相对来讲就稳定；若粘土造浆率低，颗粒分散得粗，钻井液相对来讲就不稳定，易呈絮凝或聚结状态。因此，钻井液稳定的首要条件是钻井液中粘土颗粒要细，即

2、从粘土在水中的稳定角度来看，分散得越细越好(胶体含量越高越好)。这种稳定性称为沉降稳定性。然而，即使很细的颗粒，因它具有极大的表面积和很高的表面能，根据表面能自发减小的原理，其发展趋势必然是小颗粒自行聚结变大，最后下沉。由于某种原因分散相颗粒具有对抗小颗粒自行粘结变大所具有的性质称为聚结稳定性。沉降稳定性和聚结稳定性是互相联系的。只有保持聚结稳定性，使小颗粒不聚结为大颗粒，钻井液才能有沉降稳定性，才不至于因聚结而下沉。所以，聚结稳定性是矛盾的主要方面。二、钻井液几个重要的流变参数(1)动切应力(屈服值)。动切应力(rn)反映钻井液在层流流态时，

3、粘土颗粒之间及高聚物分子之间的相互作用力(形成空间网架结构之力)。影响动切应力的因素有钻井液的固相含量、固体分散度、粘土的水化程度、粘土吸附处理剂的情况及聚合物的使用等。(2)表观粘度。又称有效粘度或视粘度。它的定义是在某一速度梯度下，用流速梯度去除相应的切应力所得的商。表观粘度不仅与流体本身性质有关，还受测定仪器的几何形状和尺寸、速度梯度的变化及测量方法的影响。(3)塑性粘度。塑性粘度是指钻井液在层流时，钻井液中的固体颗粒与固体颗粒之间，固体颗粒与液体分子之间，液体分子与液体分子之间三种内摩擦力的总和。(4)触变性。钻井液的触变性是指搅拌后变

4、稀(切力降低)，静置后变稠(切力升高)的特性。或者说，钻井液的切力是随搅拌后静置时间的增长而增大的特性。由于钻井液有触变性，静止时间不同，则切力不同。通常测两个静止时间的切力值。高速搅拌的钻井液静止1min后测得的切力为初切力，静止10min后测得的切力为终切力；初切力与终切力的差值，即表示触变性的大小。差值越大，则触变性越大。(5)剪切稀释特性。表观粘度随速度梯度的增大而降低的特性，称为剪切稀释特性。即当钻井液从钻头水眼喷出时有较低的粘度，有利于钻头破碎岩石、清洗井底，而在环形空间又具有较高粘度，有利于携带岩屑，该特性对于提高钻速有利。第二节

5、油气层损害与保护油气层损害是指在油井完井及生产阶段，在储层中造成的减少油气层产能或降低注气、注液效果的各种阻碍。根据多孔介质中流体渗透理论，油气从地层流向井底，进而形成产能。在控制油井产能的众多因素中，岩石渗透性属于油层的自身特性。当油层受到损害时，宏观上表现为油层渗透率下降。因此，保护油层的核心问题就是保护油层的渗透率。一、油气层损害机理油气层损害机理是指在油气井作业过程中导致储集层渗流阻力增加和渗透率降低的原因，以及所经历的物理、化学变化过程。对于不同的油气层，由于储集特征和导致损害的外部环境不同，其损害机理也不尽相同。1．油气层损害机理的

6、研究概况1)国外研究概况国外自20世纪50年代开始油气层损害机理的研究。但前20多年，工作进展缓慢。自20世纪70年代中期，由于能源危机，西方一些国家开始重视防止油气层损害、最大限度地提高油气井产能，油气层损害机理的研究工作开始向深度和广度发展。80年代，随着新的测试技术的发展以及对油气层损害机理认识的不断加深，开始了系统化的研究。特别是80年代末到90年代初，又开始了应用数学模拟方法进行机理研究，从而对油气层损害机理的认识更为深入。国外对油气层损害机理的研究大致可概括为三个阶段。(1)定性分析阶段。根据岩类学分析、化学分析、基础物性分析结果及

7、一些油井资料可初步定性分析油井可能发生或已经发生了什么损害。(2)应用统计分析对损害因素排列次序阶段。随着损害机理研究的不断深入，人们逐渐能够对不同条件下损害因素的主次进行排序。(3)物理模型与数学模型研究阶段。研究多偏重于微粒运移对储层的损害方面。应用数学模型研究油气层损害机理的优点是不必花费大量的时间和经费进行各种试验，便可以把各种因素对油气层的损害程度进行定量的预测，这种方法使机理研究工作进入了一个新的阶段。总之，国外经过40余年的研究，已在机理研究的许多方面取得了重要的进展，从而为我国研究工作的开展提供了许多可借鉴的资料。2)国内研究概

8、况我国的油气层损害机理研究工作始于20世纪80年代初期，通过多年的研究工作已取得可喜的进展，1986年被正式列于“七五"国家重点科技攻关项目“保护油层