钻井液性能符号
名称
符号
单位
密度
ρ
g/cm3
漏斗粘度(马FL
ml
(中压)滤饼
K
mm
切力
初切
G1
Pa
终切
G2
Pa
pH值(酸碱度)
PH
——
塑性粘度
PV
mPa.s
动切力
YP
Pa
表观粘度
AV
mPa.s
固相含量
Vs
%
油含量
Vo
%
液相含量
Vw
%
膨润土含量(亚甲蓝吸附量)
MBC
Kg/m3
含砂量
Cs
%
高温高压失水量
HTHP-FL
ml
高温高压滤饼
HTHP-K
mm
泥饼摩阻系数
Kf45min
——
瞬时失水:钻井液刚受到压差作用,过滤介质的孔隙还未被封堵,没有完全形成泥饼的滤失量(包括液体及悬浮固体),以1分钟内流出的体积(ml)为瞬时失水量。
初失水:7.5分钟时,钻井液受压差作用到泥饼初步形成时间内的滤失量(包括瞬时失水量)。
终失水:遵守达西定律30分钟测定的失水量为终失水。
钻井液参数测定及维护
钻井液流变模式
钻井液流变性与钻井的关系
1、流变性与悬浮携带岩屑和净化井眼的关 系。钻井液粘度的作用是将井底的钻屑有 效地携带到地面,这是关系到能否安全快 速钻井的问题。实践表明:钻井液粘度、 切力越大,钻井液悬浮和携带岩屑的能力 越强,井眼的净化效果越好。反之钻井液 粘度、切力降低,钻井液悬浮和携带岩屑 的能力变差,井眼的净化效果差。
3.动切力
• 钻井液的动切应力反映的是钻井液在层流 时,粘土颗粒之间及高聚物分子之间相互 作用力的大小,即钻井液内部形成的网状 结构能力的强弱。用YP或者τ0表示,单位 是Pa(帕)。
4.表观粘度
• 钻井液的表观粘度又称有效粘度或视粘度, 是钻井液在某一速度梯度下,剪切应力与 速度梯度的比值,用AV表示,单位是 mPa·S(毫帕·秒)。
2、钻井液流变性与机械钻速的关系。实践 表明:在钻井过程中,钻井液粘度、切力 升高,钻速下降。原因是:一钻井液粘度、 切力大,流动阻力大,消耗的功率也大, 在泵功率一定的情况下,钻井液泵的排量 相应降低,降低了钻井速度。二是钻井液 粘度大,钻头在破碎岩石时,高粘度钻井 液在井底形成一个粘性垫层,粘性垫层缓 和了钻头牙齿对井底岩石的冲击切削作用, 使机械钻速降低。
钻井液流变性是钻井液的一项基本性能, 它在解决下列钻井问题是起着十分重要的作用: (1)携带岩屑,保证井底和井眼的清洁; (2)悬浮岩屑; (3)提高机械钻速; (4)保持井眼的规则和保证井下安全。
钻井液的流变性对钻井工作的影响主要体 现在悬浮岩屑、护壁、减阻、提高钻速和冷却钻 具5个方面。
液体的基本流型通过实验研究,归纳 为四种基本流型:牛顿流型、塑性流型、 假塑性流型和膨胀流型。一般钻井液属于 塑性流型。
按照API推荐的钻井液 性能测试标准, 需检测的钻井液常规性能包括:密度、漏 斗粘度、塑性粘度、动切力、静切力、API 滤失量、HTHP滤失量、pH值、碱度、含砂 量、固相含量、膨润土含量和滤液中各种 离子的质量浓度等。
Chapter 2-钻井液流变性能
钻井液常用流型:
① 牛顿流体(Newtonian Fluids) ② 宾汉流体(Bingham Plastic Flow) ③ 幂律流体(Power law flow) ④ 卡森流体(Casson flow)
1、牛顿流体
①
这类流体有如下特点:当τ>O时,γ>0,因此只要对牛顿流体施 加一个外力,即使此力很小,也可以产生一定的剪切速率,即 开始流动。 其粘度不随剪切速率的增减而变化。
为了确定内摩擦力与哪些因素有关,牛顿通过大量实 验研究提出了液体内摩擦定律,通常称为牛顿内摩擦定律。 其内容为:液体流动时,液体层与层之间的内摩擦力(F)的 大小与液体的性质及温度有关,并与液层间的接触面积(S) . 和剪切速率( )成正比,即:
F S
μ –viscosity, the frictional resistance ;
典型牛顿流体流变图分析
不同物质有不同粘度。
牛顿流体流变图,其流变曲线均为通过原点O的一条直线,
但粘度越高(如甘油,在15℃时为2.33Pa· s),其斜率越大,
即流变曲线与x轴的夹角越大。粘度越低(如空气,在 15℃时为0.0182╳10-3Pa· s),其斜率越小。
水的动力粘度,15℃时为1.1405×10-3 Pa· s,20℃时为
是指在外力作用下,钻井液发生流动和变形的特性。
该特性通常用钻井液的流变公式、流变曲线和流变参数,如
塑性粘度(Plastic Viscosity)、动切力(Yield Point)、 静切力(Gel Strength)、表观粘度(Apparent Viscosity) 等来进行描述的。
流变参数是流变方程的常数。
用前,应用清水进行校正。该仪器测量清水 的粘度为15±0.5秒。若误差在±1秒以内,可用下 式计算泥浆的实际粘度。
钻井液性能及其测试
8
.
二、钻井液的流变性
钻井液的流变性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模式和幂律模式 宾汉模式的参数: 塑性粘度(Plastic Viscosity)和动切力(Yield Point) 幂律模式的参数: 流性指数(FLow Behavior Index)和稠度系数 (Consistency Index)
19
.
降低钻井液含砂量量有效的方法:
充分利用振动筛、除砂器、除泥器等设备 ,对钻井液的固相含量进行有效的控制
20
.
六、钻井液的固相含量
钻井液中全部固相的体积占钻井液总体积 的百分数
固相的组成: 膨润土,石英、长石、重品石,造浆率极 低的粘土 固相含量的高低以及这些因相颗粒的类型 、尺寸和性质均对钻井时的井下安全、钻井 速度及油气层损害程度等有直接的影响
钻井液性能及其测试
1
.
钻井液常规性能包括: 密度、pH值、含砂量、固相含量 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) ……
2
.
一、钻井液密度 1.钻井液密度及其在钻井作业中的重要性
1.1 密度(Density) 单位体积钻井液的质量 最常用符号:ρ 最常用单位:g/cm3 1.2 泥浆比重(Mud Weight) 在钻井工程上,钻井液密度 = 泥浆比重
10
.
钻井液流变性的测量
11
.
三、钻井液的滤失造壁性
1 钻井液的滤失性 钻井过程中,当钻头钻过渗透性地层时,由于钻井液 的液柱压力一般总是大于地层孔隙压力,在压差作用下 ,钻井液的液体便会渗入地层,这种特性常称为…… 2 钻井液的造壁性 在液体发生渗滤的同时,钻井液中的固相颗粒会附着 沉积在井壁上形成一层泥饼(Mud cake);随着泥饼的逐 渐加厚以及在压差作用下被压实,会对裸眼井壁有效地 起到稳定和保护作用,这就是……
钻井液基本知识
钻井液基本知识钻井液是用于钻井的流体,在钻井中的功用:1、清洗井底,悬浮携带岩屑,保持井眼清洁。
2、平衡地层压力,稳定井壁、防止井塌、井喷、井漏。
3、传递水功率、以帮助钻头破碎岩石。
4、为井下动力钻具传递动力,5、冷却钻头、钻具。
6、利用钻井液进行地质、气测录井。
钻井液常规性能对钻井工作有很大的影响。
1)常2P=(PP----式中:P地----地层压力MPaH-----井深mPe-----附加密度、油层附加0.05—0.1气层附加0.07—0.15由于起钻时可能产生抽吸或液面下降,另外,气体进入井内,也会引起液柱压力降低,因此钻井液密度要有附加值。
3、钻井液密度与钻井工作的关系:在钻井作业中,钻井液密度的作用是通过钻井液柱对井底和井壁产生压力,以平衡地层中油、气压力和岩石侧压力、防止井喷、保护井壁,同时防止高压油气水侵入钻井液,以免破坏钻井液的性能引起井下复杂情况,在实际工作中,应根据具体情况,选择恰为了1, 2、速。
(2)(3)(5)岩屑在井壁形成假泥饼,易引起阻卡。
(6)固井时水泥浆易串槽,影响固井质量。
因此、钻井液黏度的高低应根据具体情况而定,通常在保证携带岩屑的前提下,黏度应低,井深时泵压高,泵排量受限制,井眼情况一般比浅井复杂,为了有效的携带岩屑和悬浮岩屑,黏度易大些,当井眼出现垮塌,沉砂较多或出现轻度漏失时,为消除井下复杂情况,黏度也适当增大。
从提高钻速的角度出发,对钻井液的黏度提出新的要求,既钻井液的黏度要随流速梯度上升而下降,这就是剪切降粘的特性。
当钻井液从钻头水眼喷出时有较低的黏度,有利于钻头破碎岩屑。
清洗井底,而在环形空间上返时又具有较高黏度,有利于携带岩屑,这个特性对提高钻速有利,除清水外多数钻井液具有剪切降粘的特性。
三、钻井液切力1、钻井液切力概念:由于钻井渡中粘土颗粒的形状很不规则,表面性质也极不均匀,颗粒之间容易部分粘结,形成絮凝网架结构,当颗粒浓度足够大时,能够形成布满整个有较容积的连续空间网大,,厘米22、数值,液密度降低,导至井喷。
钻井液名称代号
防卡润滑剂
WDN-5
玻璃微珠
GR-1
塑料小球
塑料大球
钻井液用高效
HLA
固体润滑剂 低荧光润滑剂
RH--102 JN-30
无荧光润滑剂
XRH
抗盐抗高温耐磨润滑剂
RH-220
油溶性润滑剂
YRH-1D
九、油气层保护剂
油气井用储层保护剂
RPA-3
储层保护剂
ZD-111
裂缝暂堵剂
LF-1
裂缝暂堵剂
LF-2
无渗透降滤失剂
QD-10
库存
材料名称
代号
库存
SRD80
单向压力封闭剂
DF-1
酸溶性防漏剂 酸溶性防漏剂
FD2 FRD-1
酸溶性堵漏剂
FRD2
酸溶性堵漏剂
SRD2
酸溶性堵漏剂
SRD3
酸溶性堵漏剂
SRD5
酸溶性堵漏剂
SD1
酸溶性堵漏剂
QP1
十三、解卡剂
固体解卡剂
快T
解卡剂
SR--301
十四、增粘剂
黄胞胶
XC
羧甲基纤维素-高粘
氯化钾 氯化钙 氢氧化钠
KCL CaCL2 NaOH
硫酸铝
AL2(SO4)3
RPA-3
七、页岩抑制剂
磺化沥青
HL-2
防塌润滑剂
60.3
粘土稳定剂(小阳离子)
WD-5
粘土稳定剂(小阳离子)
CPCS
聚合醇
WDN-7
材料名称
代号
水玻璃
防塌降虑失剂
HLA-1
八、润滑剂
防塌润滑剂
FT-342
防卡润滑剂
泥浆技术员应知应会基础知识与试题
(1)控制固相,清除岩屑和劣质粘土等到有害固相,使膨润土含量保持在一定范围内。
(2)钻井液受污染后,加电解质清除污染,恢复粘土良好的水化分散状态。
(3)加入降滤失剂,依靠高分子化合物的保护作用和增加滤液粘度来降低滤失量。
(6)易泡垮地层,形成不规则井眼,引起井漏等
4、滤失量的确定原则
钻井液的滤失量并不是越小越好
(1)浅时可放宽,井深时要从严
(2)裸眼时间短时放宽,裸眼时间长要从严
(3)使用不分散剂时可放宽,使用分散剂时要从严
(4)矿化度高者可放宽,矿化度低者要从严
(5)在油气层中钻进,尤其是在高温高压时,滤失量应在10-15ml
(6)在易塌地层钻进,API滤失量小于5ml
(7)一般地层API滤失量小于10ml,高温高压滤失量小于20ml
(8)要求滤饼薄而坚韧,以利于保护井壁,避免压差卡钻
(9)加强对钻井液滤失性能的监测
(10)根椐钻井液类型,及具体情况选择适当的降滤失剂
总之,要根椐钻井实际情况,以井下情况正常为原则,正确制定并及时调整钻井液滤失量,既要快速节省,又要保证井下安全、不损害油气层。
② 提高粘土颗粒分散度
③ 加入适当电解质(如NaCl、KCl、CaCl2)
④ 加入水溶性高分子化合物
(2)降低切力
① 加水或低浓度处理剂溶液,增大颗粒间距离,降低粘土含量
② 加稀释剂
四、钻井液的滤失量和滤饼
1、滤失量与滤饼之间隔的关系
同一钻井液:滤失量愈大,滤饼愈厚。不同钻井液:滤失量相同滤饼厚度不一定相同,致密而坚韧的滤饼能控制滤失量较小。在其它条件相同的情况下,压差对滤失也有影响,不同的钻井液存在三种不同的情况:
符号:θ
石油钻井液性能基础
钻井液性能 4) 钻井液滤液碱度两种测定方法对比
缺 点
优 点
方 法
a) Mf 滴定中有干扰 b) 通常碳酸氢根测定结果偏高
a) 传统的方法 b) 用一个样品滴定二次
Pf/Mf
a) 用三个样品滴定三次 b) 碱的测定很关键 c) 使用有毒物质(BaCl2)
a)消除Mf滴定中的干扰
P1/P2
钻井液性能 15、氯离子浓度(Chloride Concentration) 测定方法:以铬酸钾溶液为指示剂,用硝酸银标准溶液(0.0282mol/l)滴定一定量的滤液至溶液颜色由黄色变为橙红色并能保持30s即为滴定终点。 计算: CCl-= CNaCl=1.65 CCl- 式中: CCl- -滤液中的Cl-浓度,mg/l; CNaCl -滤液中的NaCl含量,mg/l; VAgNO -滴定所消耗的硝酸银溶液体积,ml; V -滤液样品体积,ml。 注:若滤液中的氯离子浓度超过10,000mg/l,可使用每毫升相当于0.01g氯离子的硝酸银溶液(0.282mol/l),此时,把上式中的系数1000改为10000。
钻井液性能 5、动切力(Yield Point) 钻井液在层流条件下,剪切应力与剪切速率成线性关系时的结构强度,用直读式粘度计测定,用YP表示,单位为Pa。 动切力的计算: YP = AV-PV 或 YP = (300 -PV) 英制单位为lb/100ft2,Pa = 0.5 lb/100ft2。
1 b━ lg
钻井液性能 (5) 低密度固相、加重材料和悬浮固相浓度的计算: Clg = 9.96lgVlg Cb = 9.96bVb Css = Clg + Cb 式中:Clg -低密度固相浓度,kg/m3; Cb -加重材料浓度, kg/m3 ; Css-悬浮固相浓度, kg/m3 。
3钻井液性能及其测试
右图表示经预水化的膨润土 基浆(其中膨润土含量为 57.1kg/m3) 的 表 现 粘 度 随 pH 值的变化。由图可知,当pH 值 大 于 9 时 , 表 现 粘 度 随 pH 值升高而剧增。其原因是当 pH 值 升 高 时 , 会 有 更 多 OH被吸附在粘土晶层的表而,
➢ 可减轻对钻具的腐蚀;中钙、镁盐的溶解;
➢ 有相当多的处理剂需要在碱性介质个才能充分发 挥其效能.如丹宁类、褐煤类和木质素磺酸盐类 处理剂。
烧碱(即工业用NaOH)是调节钻井液pH值 的主要添加剂,有时也使用纯碱和石灰。 在常温下,它们的水溶液具有如下的pH值: ➢ 10% NaOH 溶液,pH=12.9; ➢ 10% Na2CO3 溶液,pH=11.1; ➢ 饱和Ca(OH)2溶液,pH=12.1。 通常使用pH试纸测量钻井液的pH值,如要 求的精度较高时,可使用pH计。
以毫米表示.
按逆时针方向缓缓旋转放 空阀5手柄,同时观察压力 表指示。当压力表稍有下
降或听见泥浆杯有进气声
响时,即停止旋转放空阀 手柄,微调减压阀3手柄, 使压力表指示为0.69MPa ,泥浆杯内保持0.69MPa 的恒定状态,当见到第一 滴滤液开始记时。
滤饼质量评价
滤饼质量评价
光滑性:将滤饼放在一平面上,用手指触摸 ,如果滤饼薄而光滑,并无有砂子的感觉则 光滑性好,否则,光滑性不好。
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(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。
石油钻井液性能基础
是钻井液直观流动性的表现。钻井液中的固相含量越高,
颗粒越小,K值越大。K值小,有利于提高机械钻速,
但不利于井眼清洁。
钻井液性能
定流变性时,n、K值的计算:
600 n=3.32 log 300 K= 300 2511n
K值的常用习惯单位为dyne· sn/cm2,英制单位为 lb· sn/100ft2,这几种单位之间的换算关系为: Pa· sn=10dyne· sn/cm2=2 lb· sn/100ft2。
泥浆性能 基础
CNPC
钻井液性能
1、钻井液密度(Drilling Fluid Density) 单位体积钻井液所含物质的质量,用钻井液密度计测定, 用D表示,单位为g/cm3。 常用英制单位:ppg(lb/gal) pcf(lb/ft3) 梯度 (lb/in2/1000ft) 钻井液密度单位换算: g/cm3 = 0.12ppg
钻井液在层流条件下,剪切应力与剪切速率成线性关 系时的结构强度,用直读式粘度计测定,用YP表示, 单位为Pa。
动切力的计算:
YP = AV-PV 或 YP = 1 (300 -PV) 2
英制单位为lb/100ft2,Pa = 0.5 lb/100ft2。
钻井液性能
6、静切力(Gel Strength)
钻井液性能
8、滤失量(Fluid Loss或Filtration)
在规定的试验条件下,钻井液通过过滤介质在30min内 滤出的滤液量,用滤失仪测定,用FL表示,单位为
ml/30min。 API FL:室温,压力为690kPa。 HTHP FL:测试温度取决于井底温度,压差为3.45MPa。 9、滤饼(Filtrate Cake)
g/cm3 = 0.016pcf
钻井液工艺原理3-钻井液流变性
• PV与YP是塑性型钻井液的两个重要流变参数,它们直
接影响流阻、压降、水力功率的大小及井眼净化的程
度。
• 测量方法:用旋转粘度仪测φ600、φ300读值。
PV=φ600-φ300
mPa· s
1
36
4. 假塑性体的 n、k
1
1
第一节
钻井液的流动类型和基本概念
1. 流动类型
塞流 层流 紊流
Plug Flow Laminar Flow Turbulent Flow
1
2
塞流:流体象塞子一样流动,流速为常数。 层流:流体分层运动。任意流层与相邻流层方向相 同,流速不同。 紊流:流体内形成无数小旋涡。任一定点的流速,其大小、方向都 在进行着不规则的、连续的变化。
τs =1000 d(岩- 浆)/6 = 1000 d ( 岩- 浆)/ 6 =1000×0.01×(4.2-1.2) / 6 2 = 5 (mg/cm )
1
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2. 动切应力τ0(YP)
定义:钻井液开始作层流流动时,必须要的最小剪切应力。 实质:层流流动时,流体内部结构一部分被拆散,另一部分 重新恢复。当拆散与恢复速度相等时,保留的那部分 内部结构所产生的剪切阻力。 τ0与τs的区别: τ0为塑性流体特有的性质,反映钻井液作层流流动时, 粘土颗粒之间及高聚物分子之间的相互作用力 τo是 常量,不随速度梯度变化,体系定它则定 τs为静止条件下固体颗粒之间吸引力的量度 影响因素(类似于静切力)
②最终切力要适当(防止开泵阻力大,压力激动)
1
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1
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第三节
1. 静切力τs
钻井液流变参数
定义: 钻井液静止后形成的凝胶结构强度。
钻井液从静止到开始塞流流动所需要的最小剪切应力。
