钻井液性能解析.pptx
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1、 目录密度和压力平衡流变性能滤失和润滑性能化学分析油基钻井液性能第1页/共64页密度和压力平衡第2页/共64页u钻井液密度MWMW(Mud Weight)Mud Weight)或SG(specific SG(specific gravitygravity)通过泥浆液柱对井壁和井底产生压力,以平衡地层的油气水压力及岩石的侧压力,防止井喷、地层流体侵入及保护井壁。另外泥浆密度对岩屑产生浮力,增大泥浆密度可以提高泥浆携带岩屑的能力。密度秤的正常误差为0.01g/cm0.01g/cm3 3u当量循环密度和环空密度 当量循环密度:考虑了由于泥浆流动而增加的附加压耗 环空密度:在当量循环密度基础上考虑了由
2、于井筒内岩屑产生的附加压耗密度和压力平衡第3页/共64页钻井液密度的作用平衡地层压力,防止井喷、井漏和钻井液受地层流体的污染;平衡地层压力,保持井壁稳定,防止井塌;实现近平衡钻井技术,减少压持效应,提高机械钻速;合理选择打开油气层的钻井液密度,减少钻井液对产层的伤害。密度和压力平衡第4页/共64页密度对钻速的影响泥浆密度越高,产生的液柱压力越大,井底压差越大,机械钻速减小。密度和压力平衡第5页/共64页钻井液密度的控制密度过高:增大正向压差,对储层污染加重;液柱压力增大,增大井底岩石可钻强度并引起井底岩石的重复切削密度过低:井壁不稳定,油气层压力无法控制确定泥浆密度的原则根据地质资料确定,在正
3、常情况下尽可能使用低密度钻开油气层尽可能近平衡钻进,既要保护油气层又要防喷,做到“压而不死,活而不喷”;近平衡钻进要在起钻时考虑可能存在的“抽吸作用”,增加附加密度钻穿高压盐水层时为了防止盐水的污染,应提高密度采取“坚决压死”的措施对易缩径和易剥落掉块的地层,应适当提高泥浆的密度密度和压力平衡第6页/共64页测量仪器加压比重计普通比重计第7页/共64页钻井液密度升高可能因素加入加重材料;钻屑累积;快速钻进而泵排量跟不上会使井内钻井液密度升高;增大钻井液屈服值会使当量循环密度升高;增大泵排量或泵压会使当量循环密度升高;加入较多电解质(盐类);油基钻井液加入较高密度的盐水;加入较高密度的新浆第8页
4、/共64页钻井液密度下降可能因素加入比钻井液密度低的清水;井下油气侵;加油;加入较低密度的新浆或胶液;加强固相清除;用离心机清除(或回收)高密度固相;降低钻井液屈服值或减少泵排量及泵压能使井下当量循环密度下降;充气配制成充气钻井液或使用泡沫钻井液;钻进速度较低情况下提高泵排量有可能使井内钻井液密度降低。第9页/共64页相关概念静液压力静液压力静液压力是由液柱重量引起的压力。它的大小和液体密度及垂直高度有关,而和液柱的横向尺寸及形状无关。通常把单位高度(或深度)增加的压力值称为压力梯度,静液压力梯度受液体密度的影响和含盐浓度、气体的浓度以及温度梯度的影响。上覆岩层压力上覆岩层压力某某处处地地层层
5、上上覆覆岩岩层层压压力力是是指指覆覆盖盖在在该该地地层层以以上上的的地地层层基基质质(岩石岩石)和孔隙中流体和孔隙中流体(油气水油气水)的总重量造成的压力的总重量造成的压力。岩石密度岩石密度与孔隙度的大小和埋藏的深度有关与孔隙度的大小和埋藏的深度有关第10页/共64页地层压力地层压力地地层层压压力力是是指指作作用用在在岩岩石石孔孔隙隙内内流流体体(油油气气水水)上上的的压压力力,也也叫叫地地层层孔孔隙隙压压力力。正正常常地地层层压压力力等等于于从从地地表表到到地地下下该该地地层处的静液压力层处的静液压力。其值大小与沉积环境有关。其值大小与沉积环境有关。地层破裂压力地层破裂压力在在井井中中一一定
6、定深深度度处处的的地地层层,其其承承受受压压力力的的能能力力是是有有限限的的,当当压压力力达达到到某某一一值值时时会会使使地地层层破破裂裂,这这个个压压力力称称为为地地层层的的破破裂裂压压力力pfpf。地地层层破破裂裂压压力力的的大大小小取取决决于于许许多多因因素素,如如上上覆覆岩岩层层压压力力、地地层层压压力力、岩岩性性、地地层层年年代代、埋埋藏藏深深度度以以及该处岩石的应力状态。及该处岩石的应力状态。安全密度窗口安全密度窗口介于地层破裂压力和地层压力之间的钻井液密度范围第11页/共64页流变性能第12页/共64页钻井液的流变性钻井液流变性(rheological properties of
7、 DF)在外力作用下,钻井液流动和变形的特性。如钻井液的塑性粘度、动切力、表观粘度、有效粘度、静切力和触变性等性能都属流变性参数。泥浆的流变性对钻井的影响携带岩屑,保证井底清洁。悬浮岩屑与重晶石影响机械钻速影响井眼规则和井下安全。第13页/共64页钻井液的流变性钻井液的流变性剪切应力与剪切速率剪切应力与剪切速率剪剪 切切 速速 率率(shear(shear rate)rate):在在垂垂直直于于流流动动方方向向上上单单位位距距离离内内流流速的增量速的增量(dv/dx)(dv/dx)。剪剪 切切 应应 力力(shear(shear stress)stress):液液体体流流动动过过程程中中,单单
8、位位面面积积上上抵抵抗流动的内摩擦力。抗流动的内摩擦力。第14页/共64页钻井液的流变性钻井液的流变性流体的基本流型流体的基本流型牛牛顿顿流流体体:剪剪切切应应力力与与剪剪切切速速率率成成正正比比。塑塑性性流流体体:宾宾汉汉流流体体,适适合合于于水水基基钻钻井井液液体体系系假假塑塑性性流流体体:幂幂律律流流体体,适适合合于于高高分分子子聚聚合物体系合物体系膨胀流体膨胀流体第15页/共64页牛顿流体(Newtonian Fluid):剪切应力dyn/cm2dv/dx:剪切速率:s-1:粘度(Poise、泊)剪切速率剪切速率Dv/dx切应力:切应力:1dyn/cm2=1x10-5N/10-4m2=
9、0.1Pa1 poise=1 dynes.s/cm2=0.1 Pa.s1cp=0.01p=0.001Pa.s=1mPa.s第16页/共64页宾汉塑性流型Bingham Plastic Model模型:=0+s 0:动切力(屈服值)Yield point (YP)Pas:塑性粘度(PV)Plastic viscosity (cp):剪切速率(s-1)剪切速率 =Dv/dx切应力:切应力:0 s第17页/共64页参数计算(范氏旋转粘度计)1.703 (s-1)=0.511 (Pa)塑=PV=600-300(cp)0=0.511(300-s)(Pa)cp宾汉流体宾汉流体第18页/共64页幂律流型(P
10、ower law Model)基本方程:=knk:稠度系数n:流性指数流动特性分析施加极小的切应力就发生流动,没有静切应力,而且粘度随切应力的增加而降低。第19页/共64页幂律流型幂律流型(Power law Model)(Power law Model)第20页/共64页粘度(viscosity)定义:钻井液流动时,固体颗粒之间、固体颗粒与液体之间、以及液体分子之间的内摩擦的总反映。影响泥浆粘度的基本因素粘土含量(含量大,粘度大)土粒的分散度(增加塑性粘度)土粒的聚结稳定状况或絮凝强度(结构粘度)高分子处理剂的性质、分子量和浓度钻井液的流变性常用流变参数第21页/共64页漏斗粘度定义:用漏斗
11、粘度计测得的一定体积流体(700ml)流出500ml所经历的时间。单位为秒。漏斗粘度与泥浆的塑性粘度、屈服值、以及仪器的尺寸和形状有关。钻井液的流变性常用流变参数现用马氏漏斗现用马氏漏斗:1500ml流出流出946ml第22页/共64页结构粘度定义:分散相颗粒之间的相互作用或空间网架结构给流动增加的摩擦力,与泥浆的屈服值(0)紧密相关。钻井液的流变性常用流变参数钻井液的流变性常用流变参数第23页/共64页剪切稀释性定义:表观粘度随剪切速率增大而降低的现象对于宾汉流体,塑越低,0越高,即 0 塑比值越大,剪切稀释能力越高。在实际钻井井眼的各个部位处(如钻杆内、钻头水眼处、环空等),其剪切速率各不
12、相同,导致各处的有效粘度各不相同。0/塑比值大者,剪切稀释能力强,有利于高压喷射钻井;同时在低剪切速率下会显著增稠,有利于带砂。钻井液的流变性常用流变参数钻井液的流变性常用流变参数第24页/共64页静切力、动切力钻井液的切力是指静切力,其胶体化学的实质是凝胶强度,凝胶强度取决于单位体积中结构链环的数目和单个链环的强度。钻井液的动切力:反映层流流动时,粘土颗粒之间及高聚物分子之间的相互作用力(形成空间网架结构的能力)。触变性(thixotropy)定义:搅拌后泥浆变稀(切力降低),静置后泥浆变稠(切力升高)的特性。表示方法:触变性的表示:10秒钟切力(初切)、10分终切力(终切)钻井工艺要求钻井
13、液具有良好的触变性,在泥浆停止循环时,切力能较快地增大到某个适当的数值,即有利于钻屑的悬浮,又不致于静置后开泵泵压过高。钻井液的流变性常用流变参数钻井液的流变性常用流变参数第25页/共64页对钻井液流变性的一般要求对于非加重钻井液塑性粘度(PV):5-12mPa.s动切力(YP):1.4-14.4PaYP/PV=0.48Pa/mPa.s流型指数:0.4-0.7卡森动切力 c:0.6-3Pa极限高剪粘度::2-6mPa.s第26页/共64页流变参数的调整降低PV:通过合理使用固控设备、加水稀释或化学絮凝等方法,尽量减小固相含量。提高PV:加入低造浆率的粘土、混入原油;增加聚合物的浓度使钻井液的滤
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