钻井液性能及其测试

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1、钻井液性能及其测试蔡记华钻井液常规性能包括：密度、流变性（漏斗粘度、表观粘度、塑性粘度、动切力、静切力等）、滤失造壁性（滤失量、滤饼厚度、滤饼性能等）、pH值、含砂量、固相含量等。一、钻井液密度1.钻井液密度与安全密度窗口钻井液的密度是指每单位体积钻井液的质量，常用g/cm3(或kg/m3)表示。在钻井工程上，钻井液密度和泥浆比重(Mudweight)是两个等同的术语。其英制单位通常为lbm/ga1(即磅/加仑，或写做ppg)，1g/cm3等于8.331bm/ga1。钻井液密度是确保安全、快速钻井和保护油气层的一个十分重要的参数。通过钻井液密度的变化，可调节钻井液在井筒内

2、的静液柱压力，以平衡地层孔隙压力时亦用于平衡地层构造应力，以避免井塌的发生。安全密度窗口（△P）井漏井喷复杂情况坍塌钻具厚泥饼卡钻安全密度窗口：安全钻进时的泥浆密度范围坍塌压力P塌和泥浆压力P泥井眼形成后，地应力在井壁上的二次分布所产生的指向井内引起井壁岩石向井内移动的应力，称为井壁（地层）坍塌应力P塌。P塌一旦产生（P塌≥0），井壁岩石必然逐渐掉（挤）入井中（垮塌）。钻井过程中P塌可以（也只能）用井内泥浆液柱压力来有效地平衡，P泥≥P塌时则井壁保持稳定；P泥＜P塌时，则发生井塌。泥浆压力P泥和破裂压力P破除了P塌之外，裸眼井段还有地层流体压力（P地）和地层破裂压力P破（

3、P漏）等两个地层压力。钻进过程中，我们人为施加的是泥浆压力P泥。当P泥＞P破（P漏）则发生井漏；P泥＜P地时，则发生井涌或井喷。安全密度窗口问题分析常规地层井口易漏，低P破P泥P泥低压地层高压地层易喷地层，高P地常规地层P塌、P地P泥P破(P漏)安全密度窗口△P=P破－P地（P塌）2.钻井液密度的测量钻井液密度是用一种专门设计的钻井液比重秤(MudBalancer）测得的，比重秤的外观如下图所示。测定时，首先在泥浆杯中盛满钻井液，盖上计量盖，然后用棉纱布擦净从计量盖小孔溢出的钻井液。再将比重秤刀口放置在底座的刀垫上，不断移动游码，直至水平泡位居两条线的小央。此时游码左侧的

4、到度即表示所测量钻井液的密度。用清水校正用淡水注满洁净、干燥的样品杯，盖上杯盖并擦干样品杯外部，把密度计的刀口放在刀垫上，将游码左侧边线对准刻度1.00g/cm3处，观察密度计是否平衡（平衡时水平泡位于中央），如不平衡，在平衡圆柱上加上或取下一些铅粒，使之平衡。3.钻井液密度的调整加入重晶石等加重材料是提高钻井液密度最常用的方法。在加重前，应调整好钻井液的各种性能，特别要严格控制低密度固相的含量。一般情况下，所需钻井液密度越高，则加重前钻井液的固相含量及粘度、切力应控制得越低。加入可溶性无机盐也是提高密度较常用的方法。如在保护油气层的清洁盐水钻井液中，通过加入NaCl，可

5、将钻井液密度提高至1.20g/cm3左右。常用的加重剂重晶石（BaSO4）(ρ=4.2～4.6)石灰石（CaCO3）(ρ=2.7～2.9)菱铁矿（FeCO3）(ρ=3.7～3.9)用作钻井液的加重材料方铅矿（PbS）(ρ=7.5～7.6)CaCO3可作暂堵剂钛铁矿（FeTiO3）或[TiO2·Fe2O3](ρ>3.0)铁矿粉（Fe2O3）(ρ=4.9～5.3)为实现平衡压力钻井或欠平衡压力钻井，有时需要适当降低钻井液的密度。通常降低密度的方法有以下几种：最主要的方法是用机械和化学絮凝的方法清除无用固相，降低钻井液的固相含量。加水稀释。但往往会增加处理剂用量和钻井液费用。混

6、油。但有时会影响地质录井和测井解释；钻低压油气层时可选用充气钻井液等。二、钻井液流变性钻井液的流变性(RheologicalProPertiesofDrillingF1uids)是指钻井液流动和变形的特性。该特性通常是由不同的流变模式及其参数来表征的，最常用的流变模式为宾汉和幂律模式。其中宾汉模式的参数为塑性粘度(PlasticViscosity)和动切力(YieldPoint)；幂律模式的参数为流性指数(FLowBehaviorIndex)和稠度系数(ConsistencyIndex)。此外，漏斗粘度(FunnelViscosity、表观粘度(ApparentVisco

7、sity)和静切力(GelStrength)等也是钻井液的重要流变参数由于钻井液的流变性与携岩、井壁稳定、提高机械钻速和环空水力参数计算等一系列钻井工作密切相关，因此它是钻井液最重要的性能之一。有关内容将在后面的教学工作中重点阐述。钻井液流变性的测量马氏漏斗ZMN型马式漏斗粘度计由锥体马式漏斗、孔径1.6mm的滤网和946ml量杯组成。锥体上口直径152mm，锥体下口直径与导流管直径4.76mm，锥体长度305mm，漏斗总长356mm，筛底以下的漏斗容积1500ml。苏式漏斗粘度计该粘度计由漏斗和量筒组成。构造如图3。量筒由隔