钻井液滤失造壁性测定
滤失量测定
滤失量测定文稿归稿存档编号：[KKUY-KKIO69-OTM243-OLUI129-G00I-FDQS58-3 滤失量测定3.1 概述3.1.1 钻井液的滤失性能和造壁性能的测定与滤液的性能，如油、水或乳状液含量的测定一样，对钻井液的控制和处理是重要的。
3.1.2 这些性能受到钻井液中的固相类型和含量以及它们之间的物理和化学作用的影响，而这些物理和化学作用又受到温度和压力的影响。
因此，在低温低压和高温高压两种条件下进行试验，而各自需要不同的仪器和技术。
3.2 低温低压试验3.2.1 低温低压试验用仪器a)滤失仪：主体是一个内径为76.2mm，高度至少为64.0mm的筒状钻井液杯。
此杯石油耐强碱溶液的材料制成，并被装配成加压介质可方便地从其顶部进入和放掉。
装配时在钻井液杯下部底座上放一张直径为90mm的滤纸。
过滤面积为（4580±60）mm2。
在底座下部安装由一个排出管，用来排放滤液至量筒内。
用密封圈密封后，将整个装置放置在一个支撑架上。
压力可用任何无危险的流体介质来施加，气体或液体均可。
加压器上应装上压力调节器，以便由便携式气瓶、小型气弹或液压装置等来提供压力。
为获得相关性好的结果，必须使用一张直径为90mm的Whatman No.50或S&S No.576或相当的滤纸。
注：使用小型或过滤面积为一半的滤失仪所得结果与使用标准尺寸滤失仪所得结果不会有直接的相关关系。
b)计时器：时间间隔为30 min。
c)量筒：10cm3 或25cm3。
3.2.2 低温低压滤失量测定程序3.2..2.1 要确保钻井液杯各部件，尤其是滤网清洁干燥，也要保证密封垫圈未变形或损坏，将钻井液注入钻井液杯中，使其液面距顶部至少13mm（以减少二氧化碳对滤液的污染），而后放好滤纸并安装好仪器。
±35KPa）。
在加压的同时开始计时。
3为单位记录滤液的体积（精确到0.1cm3）,以作为API滤失量，同时记录钻井液的初始温度，保留滤液用来进行化学分析。
钻井液高温高压滤失性测定08
实验8 钻井液高温高压滤失性测定一、实验目的1．掌握钻井液高温高压滤失的测量方法；2．了解温度压力对钻井液造壁性的影响.二、实验仪器设备及药品42型高温高压失水仪，高速搅拌器，高压气源（氮气或空气），秒表，钢板尺，高温高压滤纸，20ml量筒，钻井液200ml。
三、实验步骤1．打开仪器箱取出失水仪，接好减压阀管线并与气源相连，将金属温度表插入加热套，接同电源，调节好控温旋纽，预热加热套。
2．将被测钻井液在高速搅拌器上搅拌1分钟。
3．向钻井液杯内装钻井液。
松开钻井液杯上的固定螺钉，取出钻井液杯盖，拧紧钻井液杯盖上的连通阀杆，按顺序放入密封圈、滤纸、过滤筛网、密封圈，然后装上钻井液杯盖，用内六角扳手拧紧固定螺钉，将搅拌好的钻井液倒入杯中，不宜太多，大约离密封圈20毫米左右，以免钻井液在加热时因体积膨胀堵死钻井液杯盖小孔。
放入密封圈、滤纸、过滤筛网、密封圈、盖上钻井液杯盖，并拧紧固定螺钉。
关闭上下阀杆。
4．将钻井液杯放入加热器内，转动钻井液杯，插入加热套内的固定销子，同时把金属温度计插入到杯内。
观察温度上升情况，在加热钻井液的同时，把减压阀组件和回压接收器组件装到钻井液杯的上下阀杆上。
插入锁紧插销，关闭防气阀及排水阀。
5．打开气瓶，顺时针转动减压阀手柄，使输出压力为0.7MPa，顺时针转动回压接受器减压阀手柄，输出压力为0.7MPa，将上连通阀杆逆时针转动1/4圈，打开进气阀.(注意：下连通阀杆不用打开)。
6．观察温度表是否已到实验温度，若已到，增加工作压力到4.2 MPa，回压压力仍为0.7 MPa，顺时针方向转动下连通阀杆1/4圈，排水处放一量筒，启动秒表记时，此时回压压力慢慢会上升，如果压力过高，打开排放阀卸压(注意：回压压力不应超过 1 Mpa)。
测量30分钟后，测得的滤失量再乘以2，就是该钻井液的滤失量。
7．实验结束后，关闭上下阀杆，退出减压阀及回压接受器减压阀手柄，打开放空阀把剩余的压力放掉。
第四章钻井液的滤失性
第二节钻井液滤失量的测定及其影响因素
一、滤失量的测定
钻井液滤失量的测定包括静滤失和动滤失，静滤失量的测定通常采 用API测试，测试装置主要有低温低压滤失仪和高温高压滤失仪两种，高 温高压滤失仪又分为42型（3.5MPa/150℃）和71型（180℃）。动滤失量 的测定仪器较多，但没有统一的评价标准，钻井液滤失量的研究与测定 主要为静滤失量。
前面讲粘土胶体化学时，我们讲过，粘土颗粒在水中分散，表面吸附
了一层水化反离子，形成了吸附溶剂化层，所以沉积过程中携带着吸附水
（水化膜）一起沉积。
所以：
f sm hmc A V f f schmc A
可以推出：
hmc
A
f smV f f sc f sm
第二节钻井液滤失量的测定及其影响因素
另外，我们认为在渗滤期间，在任何时间t 内，渗滤体积Vm 的钻井液中被过滤的固相体积等于沉积在泥饼上的固相体积（与 动滤失的区别）：
所以：
f smVm f schmc A
其中： f sm —钻井液中的固相分数；
f sc —泥饼中固相的体积分数
第二节钻井液滤失量的测定及其影响因素
反之
K
QL
APt
＝10-8cm2=达西（μm2）
第二节钻井液滤失量的测定及其影响因素
在这些假设的基础上，根据达西渗透定律，可以推导出泥饼
的滤失速率方程
其中：
dVf KAp
dt hmc
（1）
dV f dt
—滤失速率，cm3/s；Vf—滤失体积，即滤失量，cm3；t—滤
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。
钻井液工艺原理4-钻井液滤失造壁性及润滑性
The Filtration Properties of Drilling Fluids
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
1
1
一、滤失造壁性的基本概念 1. 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。
—— 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
1 7
9
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：10 15 ml/ 30 min； 对于水敏地层：API失水 < 5 ml/30 min。
1
Vf30’ = 2Vf7.5’
14
实际计算应注意考虑瞬时失水
Larsen 方程：Vf’= Vsp + C t1/2
得到： Vf Vf Vf
30 ’= 30 ’
- Vsp = c(30)1/2 Vsp = c(7.5)1/2
石油化工技术专业《钻井液静滤失量及瞬时滤失量测定实验》
石油大学〔钻进液工艺原理〕实验报告实验日期：成绩：班级：学号：姓名：教师：同组者：实验二钻井液静滤失量及瞬时滤失量测定实验一实验目的钻井液仪器的使用和校正方法。
2掌握钻井液静滤失量及瞬时滤失量测定实验。
3了解钻井液降滤失剂对钻井液滤失量的影响。
二实验原理在滤失介质两端施加一定的压力差，在压力差的作用下，钻井液通过滤失介质发生滤失。
三实验仪器型失水测定仪一台2漏斗粘度计一个3密度计一个4秒表一只、1000ml钻井液杯各一个试纸一盒量筒2个，待测钻井液1000ml—I高搅机一台四仪器使用要点型钻井液密度计将搅拌均匀的钻井液注入杯中齐杯口为止，轻轻将盖旋转盖紧，擦去外溢钻井液，然后将杠杆主刀口置于底座的刀垫上，移动游码，是水平泡与中间两根红线相切，游码左侧边线所对刻度，即为该钻井液的密度〔ρ/cm3〕校正方法：测量清水比重应为，否那么，须增减枰杆末端调节器中的铅粒。
注意：1每测完样品都要把刀口住置于刀架上，保护好刀刃。
2每测完样品都要洗净干钻井液杯。
2、ZNN型漏斗粘度计用清水刷净漏斗，用手指堵住漏斗管口，把充分搅拌的钻井液经筛网倒入漏斗，直至液面到达筛网底部〔700ml〕，放开手指，记录流满量杯〔500ml〕所需的时间，即为钻井液的粘度〔秒〕。
校正方法：2021右时，清水粘度为15±秒。
注意：1保护管嘴，不得用铁丝等硬物穿通。
2测量时，漏斗应垂直放好。
3打气筒失水仪1松开减压阀，关死放空阀，打气使气筒压力答达10M V30= 2V7.5−V sp V15=V sp+C√15V7.5=V sp+C√7.5V15=V sp+C√15V7.5=V sp+C√7.518=V sp+C√1514=V sp+C√7.5V sp= 4.44(ml)C=3.53V t=4.44+3.53√t l2、计算基浆降滤失剂数据如下：以下方程来自于静虑失方程推导V15=V sp+C√15V7.5=V sp+C√7.5将基浆数据代入上述方程11=V sp+C√158.5=V sp+C√7.5解得V sp=2.48(ml)C=2.2可知V t=2.48+2.2√t基浆降滤失剂静滤失量为 ml二、绘图将以上两条静虑失曲线绘制于同一坐标系下可得图一如下：图一实验静虑失曲线三、计算API失水量以下按公式：V30=2V7.5−V sp计算API失水量V30=2V7.5−V sp=2∗14−4.44=23.56(ml)基浆=2V7.5−V sp=2∗8.5−2.48=14.52(ml)V30增粘剂与图一30分钟坐标处读图结果十分一致。
钻井液的滤失和润滑性—钻井液的滤失与造壁性
知识点2：影响钻井液滤失量的因素
低压差不同钻井液滤失 量相近，高压差相差较大； 在深井和对滤失量要求严格 井段钻进前需进行高压差滤 失实验，来选择配浆黏土和 处理剂。
知识点2：影响钻井液滤失量的因素
滤液粘度越小，钻井液 滤失量越大。有机处理剂入 CMC、PHP加入量越大， 滤液粘度越大。可提高滤液 粘度来降低滤失量。油基钻 井液滤失液粘度随压力增加 而增加，滤失量随压力增加 而减小。
V30 2(V7.5 Vsp ) Vsp
若7.5min滤失量小于8mL，2V7.5 与V30相差较大，对 于滤失量小的钻井液，滤失时间应取30min。
知识点2：影响钻井液滤失量的因素
（2）压差和滤液粘度对滤失量的影响 假设条件下滤失量Vf与渗透压差ΔP的平方根成正
比，实际钻井液组成不同，滤失形成的泥饼压缩性也不 同。不同造浆土、不同处理剂，滤失量随压差变化规律 如下图：
知识点2：影响钻井液滤失量的因素
（5）孔隙度和渗透性对滤失量的影响
岩层的孔隙和裂缝是钻井液滤失的天然通道，不同井位、 层位和岩层，钻井液滤失量不同，泥饼厚度也不同。
知识点2：影响钻井液滤失量的因素
渗透性大的砂岩、砾岩、裂 缝发育的石灰岩井壁形成较厚泥 饼；渗透性小的页岩、泥岩、石 灰岩和其他致密岩石井壁上形成 的泥饼较薄，甚至不形成泥饼。
知识点1：钻井液的滤失过程
2、动滤失
瞬时滤失后，泥饼不断增厚，循环的钻井液对新出现的 泥饼产生冲刷作用，泥饼增厚速度与泥饼被冲刷速度相等时， 厚度不再变化，达到动态平衡，此为动滤失。
特点：压差较大（静液柱压力与环空压力降之和与地层 压力之差），泥饼较薄，滤失速率逐渐减小稳定在某数值。
知识点1：钻井液的滤失过程
钻井液的滤失与造壁性和润滑性
2、钻井液的滤失及滤饼的形成
在钻井过程中钻井液的滤液损失是必然的，通 过滤失可形成滤饼保护井壁。但是钻井液滤失量 过大，易引起泥岩、页岩膨胀和坍塌，造成井壁 不稳定。此外，滤失量增大的同时滤饼增厚，其 危害是使井径缩小，给旋转的钻具造成较大的扭 矩，起下钻时引起抽吸和压力波动，易造成压差 卡钻。因此，适当地控制滤失量是钻井液的重要 性能之一。
由静滤失方程可知，单位面积上滤失量的 大小与滤饼的渗透率、滤饼两侧的压差、 渗滤时间、滤液粘度以及钻井液中固相的 类型和数量等因素有关。其中渗滤时间和 压差是与滤饼本身性质无关的操作条件因 素。提高滤液粘度虽可降低滤失量，但这 与钻井液流变性要求是矛盾的。因此，可 以说调整钻井液滤失量大小的主要途径是 调整滤液的渗透率。
这一使钻井液中的颗粒在井壁和地层中形 成以下三种分布。
①井壁上的外滤饼；
②进入地层的颗粒形成的内滤饼；
③钻井液瞬时滤失时形成的初损侵入带， 这些颗粒经过运移将阻塞地层孔隙伤害产 层。
因此，要形成低渗透率、滤失量小的滤饼， 在钻井液配制时必须具备两个条件：
（a）合理的多级分散的颗粒分布：
⑵滤饼形成过程
在现场是利用滤失量测定仪来测定滤失量的。测定中， 在浆杯中的钻井液经过滤纸而流出。在滤饼形成前滤液 流出的速度较快，1～2秒钟后，滤液流出的速度渐渐变 慢，经过一定趋于匀速。滤饼形成前经过滤纸的滤失称 为瞬时滤失（也称初损），此间的滤失量称为瞬时滤失 量。在钻经渗透性的地层时也存在这一过程。为减少瞬 时滤失量，钻井液中需要含有适当大的固相颗粒来桥堵 岩石孔隙，当这些较大的颗粒在岩石孔隙喉处形成桥堵 后，较小的颗粒再堵塞在较大颗粒之间所形成的孔隙中， 一直进行下去，直至小的溶胶颗粒将滤饼的小孔隙堵死， 这时只有水分才能渗入地层。
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中国石油大学钻井液工艺原理实验报告
实验日期：2012.03.26 成绩：
班级：班学号：姓名：教师：
同组者：
实验二钻井液滤失造壁性测定
一．实验目的
1.掌握常用API钻井液仪器的使用和校正方法。
2.掌握钻井液静滤失量及瞬时滤失量测定实验。
3.了解钻井液降滤失剂对钻井液滤失量的影响。
二．实验原理
在滤失介质两端施加一定的压力差，在压力差的作用下，泥浆通过滤失介质发生滤失。
三．实验仪器
1.ZNS型打气筒失水仪一台
2.马氏漏斗粘度计一个
3.ZNB型泥浆密度计一个
4. 高搅机一台
5. 秒表一只
6. 钢板尺一个
7. PH试纸一盒
8. 20ml量筒1个
9. 滤纸
10.待测泥浆约2000ml
11.降滤失剂500g
四．仪器使用要点
①松开减压阀，关死放空阀，打气使气筒压力达1MPa 左右，然后顺时针旋转减压阀，直到压力表读数为0.7MPa 。
②用手指堵住泥浆杯气接头小孔，倒入适量的泥浆，使液面与泥浆杯内刻度线平齐，放好干燥的密封圈，铺一张干燥的滤纸，将干燥的泥浆杯盖盖好旋紧。
然后装入三通接头并卡好，放好量筒。
① 逆时针旋转放空阀，当压力表指针开始下降或有进气声时，开始计时并及时打气使压力保持为0.7MPa 。
② 分别记录7.5分钟和15分钟后（或其它时间点）的滤失量，取开量筒，顺时针转放空阀，把泥浆杯中余气放尽后，取下泥浆杯。
打开泥浆杯，取下滤纸，放置在平整的桌面上，用钢板尺测量滤纸上泥饼的厚度。
⑤假设瞬时滤失量为零，量筒中滤液体积的2倍即为API 滤失量。
若瞬时滤
失量不为零，应先按下列方程组求出瞬时滤失量，然后按 计算
API 滤失量。
③ 分别记录7.5分钟和15分钟后（或其它时间点）的滤失量，取开量筒，顺时针转放空阀，把泥浆杯中余气放尽后，取下泥浆杯。
打开泥浆杯，取下滤纸，放置在平整的桌面上，用钢板尺测量滤纸上泥饼的厚度。
⑤假设瞬时滤失量为零，量筒中滤液体积的2倍即为API 滤失量。
若瞬时滤
失量不为零，应先按下列方程组求出瞬时滤失量，然后按 计算
API 滤失量。
五、实验步骤
1.用高速搅拌器高速搅拌泥浆10分钟。
2.测量泥浆的API 滤失量、泥饼厚度和pH 值
3.在钻井液中加入降滤失剂，重新测定钻井液的性能。
sp V V V -=5.7302sp V V V -=5.73025
.75.71515c sp sp V V c V V +=+
=
六、数据记录
表一 实验记录表
已知
对于基浆来说有如下方程组 ⎪⎩⎪⎨⎧+=+=5
.74.17154.23c V c V sp sp 解得：
ml c ml
V sp 289.5915.2==
则泥浆常规滤失量为
API 滤失量为ml V V V sp 885.31915.224.1725.730=-⨯=-=。
同理对于基浆+降滤失剂来说有如下方程组：
⎪⎩⎪⎨⎧+=+=5
.74.5150.7c V c V sp sp 解得：
ml c ml
V sp 41.1537.1==
对于基浆+降滤失剂常规滤失量为
API 滤失量为ml V V V sp 263.9537.124.525.730=-⨯=-=
实验现象：刚开始时液滴渗出较快且较为浑浊，随着时间的增长，液滴渗出变缓且变得清澈。
实验结论：通过对以上计算可以看到基浆以及基浆+降滤失剂的API 滤失量、泥5
.75.71515c
sp sp V V c V V +=+=
饼厚度加入降滤失剂后，泥浆的滤失量以及形成的泥饼厚度均减小，说明加入的降滤失剂发挥了降低滤失量以及形成薄而致密的泥饼的作用。
七、实验小结
通过本次试验，我掌握了常用API钻井液仪器的使用和校正方法，掌握了滤失量的测量及瞬时滤失量测定方法，了解钻井液降滤失剂对钻井液滤失量的影响。
，让我对油田化学课堂上讲的性能有了进一步的认识。
实验中需加高压，这要求我们要谨慎认真。
这次试验不仅让我们对理论知识有了直观的认识，还让我们懂得做事要仔细认真，对以后的实验奠定了基础。
最后，感谢老师的悉心指导！。