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时间:2018-10-06
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1、11第四章钻井液的滤失造壁和润滑性能本章要求:1.静滤失方程3.影响滤失的因素4.钻井液润滑性及其评价TheFiltrationPropertiesofDrillingFluids12一、滤失造壁性的基本概念水基钻井液中的水水基钻井液组成: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)——由固相颗粒分子间力吸附的水化膜。自由水——钻井液中自由移动的水,分散介质。占总水量中的绝大部分13失水与造壁为了防止地层流体进入井内,钻井液液柱的压力必
2、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井壁岩石的裂隙或孔隙中渗透。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——在滤失过程中,随着钻井液中的自由水进入岩层,钻井液中的固相颗粒便附着在井壁形成泥饼。5143.井下失水过程时间累计失水量ToT1T2T3T4T5T6V瞬V动V静h=0hh=chhh=c615瞬时失水SpurtLoss——钻井液
3、泥饼尚未完全形成之前很短时间内的失水。特点:时间短(t<2秒);比例小。主要是向井底失水。时间短而量大,伴有少量泥浆渗失。716动失水DynamicFiltration——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。失水速率大、失水量大。向井壁失水失水速度由大到小逐渐恒定(高渗透率低渗透率=C)存在于整个循环过程中,时间长,累积失水量大。817静失水StaticFiltration——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
4、水量较小。泥饼厚(无冲蚀作用)。·同时向井壁井底失水,以井壁为主。·泥饼在动失水的基础上随时间增长而增厚。·失水速度随静止时间的增长而减少。·静失水量<动失水量918二、失水造壁性与钻井的关系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:1015ml/30min;对于水敏地
5、层:API失水<5ml/30min。1019向井壁的失水有害①易造成井塌和缩径、阻、卡②易损害油气层:阻、堵、水锁、沉淀向井底的失水有利①降低井底岩石强度,增加可钻性,有利钻速提高。②消除压持效应,避免重复切削,有利钻速提高。显然:瞬失失水越大,钻速越高。1104.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、易塌层段。五宽:井浅、裸眼短、矿化度高、非油气层、稳定井段。11111三、钻井液的静失水StaticFiltration1.静失水方程假设条件:泥饼厚度h<<井眼直径;滤失
6、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。12112如果一定体积的钻井液Vm全部滤失完,则在Vm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
7、,得到(4):对(4)式两边积分,得(5):113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:Vc=hACc钻井液中固相体积百分数为:Cm=Vc/Vf=hACc/(hA+Vf)联立解以上两式,得:(6)将(6)式代入达西公式(1)中,并积分得:(7)比较(7)式与(5)式,可以看到:Cc/Cm-1=Vf/Vc1142.影响静失水的因素Vf与t的关系RelationshipBetweenFiltrationandTime在直角坐标上任取两点,可以得到:该式实际上表明了任意
8、时刻失水量之间的关系如果:t1=7.5分钟;t2=30分钟;则:Vf30’=2Vf7.5’115实际计算应注意考虑瞬时失水Larsen方程:Vf’=Vsp+Ct1/2得到:Vf30’-Vsp=c(30)1/2Vf7.5’-Vsp=c(7.5)1/2联立解之,得到:Vf30’=2Vf7.5’-Vspt1/2VfVsPVf与t的关系16116Vf与P的关系RelationshipBetweenPressureandFiltrationVolume理论上:L
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