钻井流体概念
钻井液工艺学-第三章
第二节
数学表达式：
钻井液的基本流型及特点
y
第二节
钻井液的基本流型及特点
流型判断（作图法）
（1）多点测试（τ，γ ） （2）分别以τ和γ为坐标轴绘图 （3）结合标准流变曲线进行判断
第三节
流变参数测量与计算
一.测量仪器及原理
1、漏斗粘度计
漏斗粘度 Funnel Viscosity 定 单 类 义：定体积泄流时间。 位：秒；s 型：
第四节 钻井液流变性与钻井作业的关系
三.钻井液流变性与井壁稳定的关系
流态对井壁稳定的影响：层流比紊流有利于井壁稳定。
第四节 钻井液流变性与钻井作业的关系
四.钻井液流变性与钻速的关系
第四节 钻井液流变性与钻井作业的关系
五.钻井液流变性与井内压力激动的关系
下钻: 当钻头在井内向下运动时，钻井液被推动着向上流动。这时钻头 处的压力等于钻头以上钻井液的流动阻力与该段钻井液的静液柱压力 。超出静液柱压力的部分被称为“激动压力”。这是造成井漏的原因之 一。 起钻:相反，当钻头在井内向上运动时，钻井液向下流动。这时钻头处 的压力等于钻头以上钻井液的静液柱压力减去该段钻井液的流动阻力 。低于静液柱压力的部分被称为“抽吸压力”。这是诱发井喷、井塌的 原因之一。 主要控制措施： 控制起下钻速度； 降低钻井液粘切。
μ a=τ/γ ，mPa· s
第三节
流变参数测量与计算
某一剪切速率下的表观粘度可用下式表示：
μ a=（300ѲN）/N
N—表示转速，单位为r/min； ѲN—表示转速为N时的刻度盘读数。 在评价钻井液的性能时，为便于比较，如果没有特别注明某一剪切速率， 一般是指测定600r/min时的表观粘度，即：
μp
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。
钻井液复习资料
钻井液复习资料1、钻井液概念：油气钻井过程中以其多种功能满足钻井工作需要的各种循环流体的总称。
2、钻井液功能：（1）携带和悬浮岩屑（2）稳定井壁和平衡地层压力（3）冷却和润滑钻头、钻具（4）传递水压力（5）获取井下信息（6）保护油气层3、钻井液类型：（1）分散钻井液（2）钙处理剂钻井液（3）盐水钻井液（4）饱和盐水钻井液（5）聚合物钻井液4、黏土矿物有哪三种：高岭石、蒙脱石、伊利石5、晶格取代的概念：在其结构中某些原子被其他化合价不同的原子取代而晶体骨架保持不变的作用6、黏土晶体的电荷分为哪三种：永久荷载、可变荷载、正电荷7、交换型阳离子的概念：黏土一般带负电，为了保持电中性，黏土必然从分散介质中吸附等电量的阳离子，这些被黏土吸附的阳离子，可以被分散介质中其他阳离子所交换。
8、黏土阳离子交换容量：在分散介质PH=7的条件下，黏土所能交换阳离子的总量。
9、黏土水化膨胀受哪三种力的制约：表面水化力、渗透水化力、毛细管作用。
10、表面水化、渗透水化的概念：表面水化是由黏土晶体表面吸附水分子与交换性阳离子水化而引起的；渗透水化是当黏土表面吸附的阳离子浓度高于介质中的浓度，便产生渗透压，从而引起水分向黏土晶层扩散的现象。
11、分散介质和分散项的概念：被分散的物质叫分散相。
包围分散相的另一相称为分散介质。
12、吸附作用及其分类：物质在俩相界面上自动浓集（界面浓度大于内部浓度）的现象。
吸附分为物理吸附和化学吸附。
13、电动电位、热力学电位的概念：滑动面到均匀液相内的电位称为电动电位。
从固相表面到均匀液相内的电位称为热力学电位。
14、动力稳定性、聚结稳定性的概念：动力稳定性是指在重力作用下分散相粒子是否容易下沉的性质。
聚结稳定性是指分散相粒子是否容易自动的聚结变大的性质15、黏土矿物的俩种基本构造是：硅氧八面体、铝氧四面体。
16、钻井液流变性的概念：在外力作用下，钻井液发生流变和变形的特性17、钻井液粘度的物理意义：产生单位剪切速率所需要的剪切应力。
钻井工程专业名词解释
钻井工程专业名词解释一、名词解释：1、钻井进尺工作时间：与进尺有关的钻井作业时间，包括存进尺、接单根、扩划眼、换钻头、循环钻井液、起下钻、定向测量及定向作业等。
2、钻井工程质量：主要是指井身质量、取芯质量和固井质量。
3、碰压：固井过程替水泥浆时胶塞到达阻流位置时压力突然升高的过程。
4、联顶接：从钻台面要将生产套管送到地面规定高度的连接套管。
5、鱼头：钻井作业中一般将井内由于处理事故过程余留的钻具、套管以及其他工具叫井内落鱼，最上部顶端位置叫鱼头。
6、狗腿：将钻进过程中井斜变化较大的地方称为“狗腿".7、迟到时间：钻头破碎地层后，岩屑随钻井液由井底上返至振动筛所需要的时间称作迟到时间。
8、钻井液柱压力：由钻井液柱的重力所引起的压力。
9、岩石可钻性：岩石可钻性是岩石抗破碎的能力。
可以理解为在一定钻头规格、类型及钻井工艺条件下岩石抵抗钻头破碎的能力。
10、钻井液失水：在压力差作用下，钻井液中的自由水向井壁岩石的裂缝或空隙中渗漏，称为钻井液的滤失。
11、地层破裂压力：在井下一定深度裸露的地层，承受流体压力的能力是有限的，当流体压力达到一点数值时会使地层破裂，这个液体压力称为地层破裂压力。
12、井喷：是地层中的流体喷出地面或流入其他地层的现象。
13、溢流：地层流体进入井筒内，使返出的钻井液量大于泵入量，停泵后井口自动外溢的现象。
14、井控：是指对油、气井地层压力的控制。
15、压力梯度：单位深的压力增量。
16、压井：向失去2压力平衡的井筒内，泵入高密度钻井液，以恢复和重建压力平衡的作业。
17、平衡压力钻井：是指井底压力等于或大于地层压力情况下的钻井。
18、关井：发生溢流和井涌后，关闭封井器和节流关汇，阻止地层流体继续侵入井筒的过程。
19、循环周：钻井液从井口泵入至井底再从井底返到地面的时间。
20、静液压力：由静止液柱的重力引起的压力。
21、地层压力：地下岩石孔隙内流体的压力。
22、抽吸压力：上提钻柱时，由于钻井液粘滞作用产生的使井底压力减小的瞬间附加压力。
钻头水眼压降计算
钻头水眼压降计算首先，需要了解几个基本的概念和参数。
在钻井过程中，流体(钻井液)通过钻井管道从地面泵入水眼，并通过钻头进入井底，然后沿着钻孔周围的空隙上升到地面，形成一个“环形”流动路径。
这个循环系统中的压力降低主要发生在水眼处。
水眼是钻头和钻杆之间的缝隙，它是钻头的出口，流体从这里进入井底。
1.流体力学方法：流体力学方法计算钻头水眼压降主要基于流体动力学原理，通过考虑流体的速度、密度、粘度等参数，来计算水眼处压力的减少量。
这种方法需要进行复杂的流体流动分析，包括雷诺数、管道阻力系数等参数的计算。
这种方法的计算相对复杂，需要较多的输入参数和计算工具。
2.经验公式方法：经验公式方法是一种更简单且实用的计算方法，通过基于实地试验数据和经验总结，以及一些基本的流体力学原理，来估算钻头水眼压降。
这种方法常用的经验公式主要包括威丁顿、佩南、里维石油工程、Vannuyts公式等。
这些公式主要基于参数如流量、流速、管道长度、井眼尺寸、钻井液性质和斜度等来进行计算。
在实际应用中，经验公式方法比较常见，由于其计算较为简便，适合于现场快速估算。
下面以威丁顿公式为例来介绍经验公式方法的使用步骤：1.计算流量(Q)：流量是指单位时间内通过水眼的液体体积，通常以桶/分钟或立方米/小时来表示。
可以根据泵功图或流量计来获得。
2.计算流速(V)：流速是指流体通过水眼的速度，通常以米/秒来表示。
可以通过流量Q和水眼面积A的关系公式来计算：V=Q/A。
3.计算里维石油工程公式中的压降(H)：里维石油工程公式是常用的经验公式之一，其计算公式为：H=K*V²/2其中，K是一个修正系数，其值根据井眼尺寸、钻头形状以及流体性质来选择。
4.将单位转换为所需的压力单位：通常情况下，钻井液的压力单位为帕斯卡(Pa)或psi。
需要注意的是，钻头水眼压降的计算只是估算值，实际压降受到许多因素的影响，如斜度、管道弯曲、钻井液性质、摩擦、管道损失等。
钻井液工艺原理3-钻井液流变性
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卡森流体
流变模型：τ1/2 = τc1/2 + η1/2 γ1/2
r1/2
流变曲线：
• γ1/2-τ1/2 作图，为一条直线。
• γ -τ作图，为直线与曲线之和。
模式讨论 τ1/2 = τc1/2 + η1/2 γ1/2
0
τ
1/2 c
τ 1/2
γ 0， τ τc 能够反映多数钻井液具有 r
国际：Pa.s、mPa.s 模式讨论 τ- τ0 = ηp γ 或者 η= ηp + τ0/ γ
γ 0， τ τ0 能够反映多数钻井液具有内部结构情况。 γ ，η 能够反映多数钻井液的剪切稀释性。 γ， η ηp 能够反映出钻井液的极限粘度。
低剪切速率下： τ实> τ宾 表明模型拟合实际曲线有较大偏差.
• 作用：衡量钻井液的宏观流动性。
• 测量方法：用旋转粘度仪。
• 现场习惯用600转数据的1/2值表示， AV=φ600/2。
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宾汉体的塑性粘度ηp
定义：层流流动时，流体内部网状结构的破坏与 恢复处于动态平衡时，以下三部分内摩擦力 的微观统计结果： 固 -固颗粒间内摩擦阻力； 固 -液相分子间内摩擦阻力； 液 -液分子间内摩擦阻力；
体系受剪切稀释明显。 显然：只要能形成结构的钻井液，均有剪切稀释性。
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作用：
(1)判断携屑能力：强者—好，有利低速带砂。
(2)估计钻头水眼处的粘度大小：强者—小，有利 水力喷射钻井。
即 环形空间：γ低，ηa大，有利于携带钻屑 钻头水眼：γ大，ηa小，有利于水力破岩
一般要求钻井液的剪切稀释能力强。
1Pa = 10dyn/cm2
钻井工程的180个术语
钻井工程的180个术语钻井工程的一些术语1、井：以勘探开发石油和天然气为目的的，在地层中钻出的具有一定深度的圆柱形孔眼。
2、井口：井的开口端。
3、井底：井的底端。
4、裸眼：未下套管部分的井段。
5、井深：从转盘补心面至井底的深度。
6、井壁：井眼的圆柱形表面。
7、环空：井中下有管柱时，井壁与管柱或管柱与管柱之间的圆环形截面的柱状空间。
8、井眼轴线：井眼的中心线。
9、井身结构：指的是钻头钻深、相应井段的钻头直径、下入的套管层数、直径及深度、各层套管外的水泥返高以及人工井底等。
10、人工井底：设计的最下部油层下的阻流环或水泥塞面。
(注：该定义不全面，人工井底是可变的)11、井的类别：按一定依据划分的井的总类。
按钻井的目的可分为探井和开发井等；按完钻后的井深可分为浅井(<1200m)、中深井(1200～3000m)、深井(3000～5000m)和超深井(>5000m)；按井眼轴线形状可分为直井和定向井。
12、探井：指以了解地层的时代、岩性、厚度、生储盖的组合和区域地质构造，地质剖面局部构造为目的，或在确定的有利圈闭上和已发现油气的圈闭上，以发现油气藏、进一步探明含油气边界和储量以及了解油气层结构为目的所钻的各种井，包括地层探井、预探井、详探井和地质浅井。
13、开发井：指为开发油气田所钻的各种采油采气井、注水注气井，或在已开发油气田内，为保持一定的产量并研究开发过程中地下情况的变化所钻的调整井、补充井、扩边井、检查资料井等。
14、直井：井眼轴线大体沿铅垂方向，其井斜角、井底水平位移和全角变化率均在限定范围内的井。
15、定向井：沿着预先设计的井眼轨道，按既定的方向偏离井口垂线一定距离，钻达目标的井。
16、丛式井：在一个井场上或一个钻井平台上，有计划地钻出两口或两口以上的定向井(可含一口直井)。
17、救援井：为抢救某一口井喷、着火的井而设计、施工的定向井。
18、多底井：一个井口下面有两个或两个以上井底的定向井。
钻井液的流变性—流体流动的基本流型
知识点2：非牛顿流体的基本流型
假塑性流体
某些钻井液、高分子化合物的水溶液以及乳状液均属 于假塑性流体。其流变曲线通过原点凸向剪切应力轴的曲线。 流动特点是施加极小的剪切应力就能产生流动，不存在静切 力，黏度随剪切应力增大而降低。
K n
K——稠度系数， Pa·sn； n——流性指数，n<1。
上式为假塑性流体的流变模式，也成为幂律公式。
μ——粘滞系数，黏度，Pa·s。
dx
知识点1：流体流动的基本概念
在实际应用中一般用mPa·s表示液体黏度， 1Pa·s=1000 mPa·s，例如20℃，水的黏度是 1.0087mPa·s。
上式为牛顿内摩擦力数学表达式；遵循牛顿内摩 擦定律的流体为牛顿流体；不遵守牛顿内摩擦定律流 体为非牛顿流体。大多数钻井液属于非牛顿流体。
知识点3：钻井液流变参数
3、塑性粘度和动切力的控制 影响塑性粘度的因素主要有钻井液固相含量，钻井
液中粘土的分散程度，高分子处理剂的使用等。可通过 降低钻井液的固相含量、加水稀释或化学絮凝等方法降 低塑性粘度；可以加入粘土、重晶石、混入原油或适当 提高pH值提高塑性粘度；也可以通过增加聚合物处理 剂的浓度提高塑性粘度，同时可以提高动切。
（2）塑性粘度（ηp或PV）
钻井液的塑性粘度是塑性流体的性质，不随剪切速率变化，反映 了在层流情况下，钻井液中网架结构的破坏与恢复处于动态平衡时， 悬浮颗粒之间、固相颗粒与液相之间以及连续相内部的摩擦作用的强 弱。在钻井的过程中合理控制好塑性粘度，利于安全、优质、快速、 低耗地进行钻井。
知识点3：钻井液流变参数
知识点3：钻井液流变参数
2、 钻井液的黏度和剪切稀释性
1）钻井液的粘度 （1）漏斗黏度
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1.钻井流体概念：通过认为控制，使得用于油气钻井作业的流体具有一定的性能，来实现钻
井和地质目的的这种特定性能的流体。
2.钻井流体触变性：触变性是指一些流体在剪切作用下，体系结构产生变化，当去除外力后
体系结构又得以恢复的一种流变学现象。
3.钻井液密度：钻井工作流体的密度是指每单位体积钻井工作流体的质量，常用g/3
cm (或
kg/3m )表示。
1g/3cm =8.33lb/gal.
4.储备碱度及用途：主要是指未溶石灰构成的碱度。
一方面可为钙处理钻井工作流体不断提
供 2Ca ，另一方面有利于使钻井工作流体的pH 值保持稳定。
5.钻井液污染：钻井过程中，常有来自地层的各种污染物进入钻井液中，使其性能发生不符
合施工要求的变化的现象。
6.碱度及评价方法：指溶液或悬浮体对酸的中和能力。
7.钻井液的阳离子交换容量：每100mL 钻井液所能吸附亚甲基蓝的毫摩尔数。
8.钻井流体的抑制性：指钻井液具有抑制地层和钻屑造浆的特性，更准确的说，就是对泥页
岩地层中的粘土有抑制其水化、膨胀及分散的作用。
9.钻井流体的分离点：
10.钻井流体的剪切稀释性：
11.粘土矿物：是细分散的含水的层状硅酸盐和含水的非晶质硅酸盐矿物的总称。
12.晶格取代：指在其结构中某些原子被其他化合价不同的原子所取代而晶体骨架保持不变
的作用。
13.滤失作用：在压差作用下，钻井液中的自由水向井壁岩石裂缝或孔隙中渗透的现象。
14.絮凝剂：是带有正电（负）性的基团中和一些水中带有负（正）电性难于分离的一些粒
子或者颗粒，降低其电势，使其处于不稳定状态，并利用其聚合性质使得这些颗粒集中，并通过物理或者化学方法分离出来的药剂。
15.破乳电压：使乳状液破乳所需的最低电压称为破乳电压。
16.造浆率：
17.漏斗黏度：把1500mL 钻井液流出1夸托（946mL ）所用的时间（s ）称为漏斗黏度。
18.细分散钻井液：由淡水、配浆膨润土和各种对粘土、钻屑起分散作业的处理剂配制而成
的水基钻井液。
19.聚合物钻井液：将聚合物作为主处理剂或主要用聚合物调控性能的钻井液。
20.钻井液的不分散作用：一是指组成钻井液的粘土颗粒尽量维持在1~30μm 范围内，不要
向小于1μm 的亚微米的方向发展；二是指混入这种钻井液体系的钻屑不容易分散变细。
21.包被作用：当高分子链吸附在一个颗粒上，并将其覆盖包裹时，称为包被作用。
22.桥联作用：当一个高分子同时吸附在几个颗粒上，而一个颗粒又可同时吸附几个高分子
时，就会形成网络结构，聚合物的这种作用称为桥联作用。
23.护胶作用：
24.岩屑回收率：指将一定量一定目数的风干岩屑样品装入盛有试液的老化罐中，在一定温
度下在滚子炉中滚动16h ，冷却至室温，将试液与岩屑样的混合物倒在一定目数的标准筛内，在自来水中分筛1min ，将筛余物烘干，可计算得到该目数下的岩屑回收率。
25.甲酸盐钻井液：利用甲酸钠、甲酸钾、甲酸铯等甲酸盐配制而成的水基钻井液成为甲酸
盐钻井液。
26.油包水乳化钻井液：以柴油、矿物油或合成基液为外相，以水为内相，并添加适量的乳
化剂、润湿剂、亲油胶体和加重剂等所形成的稳定的乳状液体系。
27.有机土：由膨润土经季铵盐类阳离子表面活性剂处理而成的亲油膨润土。
28.预制性泡沫钻井液：
29.急性毒性实验：指在高浓度、短时期待测物能引起一定数量的受试生物死亡或产生其他
效应的毒性试验。
30.井漏：是在钻井、固井、测试等各种井下作业过程中，包括钻井液、水泥浆、完井液或
其他工作流体，在压差作用下进入地层的现象。
31.井喷：是指地层流体失去控制，喷出地面，或是窜流至其他地层里的现象。
32.卡钻及种类：钻井过程中，钻具在井下既不能转动又不能上下活动而被卡死的现象。
分
为压差卡钻、沉沙卡钻、井塌卡钻、砂桥卡钻、掉块卡钻、缩径卡钻、泥包卡钻和键槽卡钻。
33.生物降解及主要方法：指有机物被生物降解的可能性。
方法有BOD、COD比值评定法、
利用脱氢酶活性的测定和三磷酸腺苷量的测定、生化呼吸闲评定法、目标物浓度变化等方法。
34.当量静态密度：。