钻井液参数测定及维护

流变参数的调整
1、调整粘度的方法 （1）条件。当井壁出现垮塌或沉砂过 多，造成起钻遇卡、下钻不到底，井下有 较多的堆积物时，要考虑适当地提高粘度； 堵漏有时也要提高粘度。 钻进泥页岩层；配加重钻井液；钻井 液受可溶性盐类的侵污会使钻井液粘度、 切力上升，导致钻井液流动性变差，洗井 效果差，钻头易泥包，影响钻速，需要降 粘度。
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τ 0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）。
• 测定方法
• 参数计算
1 600 (m Pa S ) 2 PV 600 300 (m Pa S ) AV
0 0.511 ( 300 s )
( Pa)
稠度系数(K值) (Consistency index) 流性指数(n值) (Flow behavior index) • 检测仪器 • 测定方法 • 参数计算 600 n 3.322lg( ) 300 0.511 300 n K ( Pa S ) n 511
可见，钻井液粘度、切力低，机械钻 速高，但钻井液的悬浮、携带岩屑的能力 下降，井内沉砂快，同时钻井液对井壁的 冲刷严重，易造成井壁剥落坍塌、井漏等 严重后果。钻井液的粘度、切力大，有利 于悬浮、携带岩屑，但粘度、切力过大， 给钻井工作带来下列后果：
（1）钻井液流动阻力大，开泵困难，泵压易升高， 发生蹩泵甚至蹩漏地层，严重影响钻井速度。 （2）钻头易泥包，起下钻易产生抽吸作用或压力激 动以至于引起井漏、井喷、井塌等复杂情况。 （3）岩屑、砂子沉降困难，净化不良，井底洗井效 果差，同时密度上升很快，钻速下降，并摩损钻 具设备和钻井液泵配件。 （4）除气困难，气侵严重时，钻井液密度下降，易 引起井下复杂情况。 （5）岩屑易在井壁形成假泥饼，引起井下遇阻遇卡。 （6）固井时水泥易窜槽，影响固井质量。
钻井液密度是用一种专门设计的钻井 液比重秤（Mud Balance）测得的。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 中央。此时游码左侧的刻度即表示所测量 钻井液的密度。
1、密度与钻井的关系
（1）平衡地层压力和井壁侧压力。 • 在钻井作业中，钻井液的功能之一是利 用钻井液质量产生的液柱压力来平衡地层 压力和井壁侧压力，防止井喷、井漏和井 壁垮塌；同时防止高压层中的油、气、水 进入钻井液中破坏钻井液的性能，引起井 下复杂情况。
• 钻井过程中，钻井液的密度过小，钻井液的液柱 压力过小，一方面不足以平衡地层压力，低层中 的油、气、水可以进入钻井液，破坏钻井液性能， 同时造成钻井液密度下降，引起井喷事故的发生； 另一方面液柱压力过小，不足以提供足够的支撑 力来平衡井壁侧压力，易使井壁垮塌。密度过大， 钻井液的液柱压力过大，当液柱压力大于地层压 力，钻井液进入地层中去，对油气层造成破坏； 当钻井液的液柱压力大于地层破裂压力时，压漏 地层，产生井漏。
切力(Gel Strength)
• 有初切和终切之分 • 检测仪器(旋转粘度计、切力计) (Rheometer、Shearometer) • 测定方法
塑性粘度ηS(PV - Plastic Viscosity) 动切应力τO(屈服值)(YP - Yield Point)
• 检测仪器:旋转粘度计(Rheometer)
通过钻井液密度的变化，可调节钻井液在井 筒内的静液柱压力，以平衡地层孔隙压力。有时 亦用于平衡地层构造应力，以避免井塌的发生。 如果密度过高，将引起钻井液过度增稠、易漏失、 钻速下降、对油气层损害加剧和钻井液成本增加 等一系列问题；而密度过低则容易发生井涌甚至 井喷，还会造成井塌、井径缩小和携屑能力下降。 因此，在一口井的设计中，必须准确、合理地确 定不同井段钻井液的密度范围，并在钻进过程中 随时进行检测和调整。
7．触变性 • 钻井液的触变性是指钻井液搅拌后变稀， 静止后变稠的性质。一般用钻井液的终切 与初切的差值来表示，其差值越大，触变 性就越强；差值越小，触变性越弱。
8．n值和k值 • n值称为钻井液的流性指数，是钻井液结构力和剪 切稀释性的一种表示。钻井液的n值一般小于1。n 值越小，钻井液的非牛顿性、剪切稀释性和结构
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。
–流变曲线 •①牛顿液(Newtonian Fluid) •②指数液(Power-law Fluid) τ •③塑性液(Bingham Fluid) •④膨胀液(Swell Fluid)
4
τO
τS
5 2 1
3
γ
–钻井液的触变性
6．切力 • 钻井液的切力是指钻井液的静切力，其胶体化学 的实质是胶凝强度，即表示钻井液在静止状态下 形成的空间网状结构力的强弱。其物理意义是： 当钻井液静止时，破坏钻井液内部单位面积上网 状结构所需的剪切力。用表示τ S，单位是Pa （帕）。通常用初切力和终切力来表示静切力的 相对值。 • 初切力是钻井液在经过充分搅拌后，静止10s测得 的静切力值，用τ 10s表示；终切力是钻井液经过 充分搅拌后，静止10min测得的静切力的值，用 τ 10min表示。
确定钻井液粘度的原则是：一是在保 证有效悬浮和携带岩屑的情况下，粘度、 切力应尽可能的低；二是井深时，由于泵 压高，排量受限制，为了有效地悬浮和携 带岩屑，粘度、切力应大些；三是当井眼 出现垮塌、沉砂较多或出现井漏时，为消 除井下复杂情况，钻井液粘度应适当增大； 四是要求钻井液从钻头水眼处喷出时粘度 要低，钻井液在环形空间时粘度要高，即 钻井液要具有良好的剪切稀释性。
钻井液性能及其测试
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。
一、钻井液密度
钻井液密度
钻井液密度（density）是指每单位体 积钻井液的质量，常用符号“ρ ”表示，单 位是：g/cm3（kg/m3）。在钻井工程中，钻 井液密度和泥浆比重是两个等同的术语。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。
力越强；反之，n值越大，钻井液的非牛顿性、剪
切稀释性和结构力越弱。流性指数是一个无量纲 量，没有单位。降低n值，有利于携带岩屑和清洁 井眼。
• k值是钻井液的稠度系数，表示钻井液的可
泵性或直观流动性，即反映钻井液的稀稠
程度。k值越大，钻井液越稠，开泵时泵压
越大；k值越小，钻井液越稀，对携带岩屑
不利，有利于提高钻速。它的单位是Pa·Sn。
漏斗粘度(Funnel Viscosity)
• 检测仪器：漏斗粘度计 –(马氏漏斗)(Marsh funnel) • 测定方法 –在马氏漏斗装入 1500ml 泥浆 , 记录自然流出 1 夸脱（ 946ml ）所 用的时间(秒)
2．塑性粘度
• 塑性粘度。钻井液在层流时，钻井液中固 体颗粒之间、固体颗粒和液体分子之间、 液体分子之间各种内摩擦力之和称为钻井 液的塑性粘度。用PV表示，单位为cP（厘 泊）或mPa·S（毫帕·秒），其中 1cP=1mPa·S。
二、钻井液的流变参数
钻井液的流变性概述

钻井液流变性（Rheological Properties of Drilling Fluids ）是指在外力作用下，钻井液 发生流动和变形的特性，其中流动是主要的方面。 该特性通常用钻井液的流变曲线和塑性粘度 （Plastic Viscosity）、动切力（Yield Point）、静切力（Gel Strength）、表观粘度 （Apparent Viscosity）等流变参数来进行描述 的。
（2）钻井液密度与钻速的关系 • 一般而言：钻井液密度越大，机械钻速越低； 钻井液密度越小，机械钻速越高。原因在于：第 一，钻井液密度大，钻井液产生的液柱压力达， 钻具在井内转动时要克服的摩擦力越大，动力消 耗越大，钻头研磨地层的动力下降，机械钻速下 降；第二，钻井液的密度大，液柱压力达，对井 底产生压持效应，使钻屑不能及时脱离开岩石母 体，造成钻头对破碎岩石的重复切削，降低机械 钻速；第三，钻井液的密度大，造成井内正压差 增大，使井底岩石的可钻强度增加，钻度降低。 反之，密度下降，钻速提高。
（2）调整塑性粘度的方法。A.降低塑性粘 度的方法是通过合理使用固相控制设备、
加水稀释或化学絮凝的方法，降低固相含
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
2、提高钻井液密度方法
（1）加重的条件 • 钻进高压盐水层或高压油气层之前，要对钻 井液进行加重。 （2）加重的方法 • a 加入重晶石粉等加重材料；b 加入可溶性 无机盐如NaCl、KCl等，可溶性有机盐如甲酸钠、 甲酸钾、甲酸铯等；c 钻井液中有气泡室，通过 对钻井液进行排气，也可以提高钻井液密度。 （除气器、消泡剂） 其中，在钻井液中加入加重剂是最常用的提 高密度的方法。
3、降低钻井液密度
（1）降低的条件 • 钻进低压油气层、实现平衡钻井或欠平衡钻 井时，常常碰到要降低钻井液密度的问题，处理 井漏时液需要降低密度。 （2）降低密度的方法 • a 减少钻井液中固相含量，如用机械和化学 除砂的方法，清除钻井液中的 钻屑、砂子等有害 固相；b 加入大量清水稀释；加入一定数量的发 泡剂，利用气体充入钻井液降低钻井液的密度；c 混油；d 钻进低压油气层时选用气体钻井液。