第三章钻井液.

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1、第三章第三章 钻井液钻井液第一节第一节 钻井液的定义和功用钻井液的定义和功用第二节第二节 钻井液的组成和分类钻井液的组成和分类第三节第三节 钻井液的性能钻井液的性能第四节第四节 钻井液的固相控制钻井液的固相控制第五节第五节 井塌及防塌措施井塌及防塌措施第六节第六节 油气层保护及完井液油气层保护及完井液第一节第一节 钻井液的定义和功用钻井液的定义和功用 一、钻井液的定义一、钻井液的定义 钻井时用来清洗井底并把岩屑携带到地面、维持钻井操钻井时用来清洗井底并把岩屑携带到地面、维持钻井操作正常进行的流体称为钻井液或洗井液。作正常进行的流体称为钻井液或洗井液。 二、钻井液的功用二、钻井液的功用 1 1携

2、岩携岩 2 2冷却和润滑钻头及钻柱冷却和润滑钻头及钻柱 3 3造壁性能造壁性能 4控制地层压力控制地层压力 平衡地层压力的钻井液密度：平衡地层压力的钻井液密度：式中：式中： D 井深，井深，m； 钻井液密度，钻井液密度，gcm3； 地层压力，地层压力，MPa。 再加一附加值再加一附加值 (gcm3)。 对于气层，附加值为对于气层，附加值为0.070.15gcm3；对于油层，附加值；对于油层，附加值为为0.050.10gcm3。Dppd00981. 0dpp 5循环停止时悬浮钻屑和加重材料，防止下沉（即悬循环停止时悬浮钻屑和加重材料，防止下沉（即悬浮作用）浮作用） 6从所钻地层获得资料从所钻地层

3、获得资料 7传递水力功率传递水力功率 一、钻井液的组成一、钻井液的组成 1、液相液相：液相是钻井液的连续相，可以是水或油。：液相是钻井液的连续相，可以是水或油。 2、活性固相活性固相：包括人为加入的商业膨润土、地层进：包括人为加入的商业膨润土、地层进入的造浆粘土和有机膨润土入的造浆粘土和有机膨润土(油基钻井液用油基钻井液用)。 3、惰性固相惰性固相：惰性固相是钻屑和加重材料。：惰性固相是钻屑和加重材料。 4、各种钻井液、各种钻井液添加剂添加剂。第二节第二节 钻井液的组成和分类钻井液的组成和分类 二、钻井液的分类二、钻井液的分类 1、不分散体系不分散体系。 2、分散体系分散体系。 3、钙处理体系

4、钙处理体系。含。含Ca2+ 120mg/L，用以控制易塌页岩及井眼，用以控制易塌页岩及井眼扩大。扩大。 4、聚合物体系聚合物体系。能够有效地增加粘度，降低失水和稳定。能够有效地增加粘度，降低失水和稳定性能；可以减少为维持粘度所需的膨润土用量；稳定性好；润性能；可以减少为维持粘度所需的膨润土用量；稳定性好；润滑性能好。滑性能好。 5 5、低固相体系低固相体系。总固相含量大约在。总固相含量大约在6 61010。膨润土固。膨润土固相少于相少于3 3，其固相与膨润土的比值应小于，其固相与膨润土的比值应小于2 2：1 1。可以明显地提。可以明显地提高钻速。高钻速。 6 6、饱和盐水体系饱和盐水体系。饱和

5、盐水体系具有。饱和盐水体系具有189g189gL L的氯根浓度。的氯根浓度。盐水体系具有盐水体系具有6 6189g/L189g/L的氯根含量。主要用于钻盐岩层与泥页的氯根含量。主要用于钻盐岩层与泥页岩易塌地层，具有较强的防塌能力。岩易塌地层，具有较强的防塌能力。 7 7、完井修井液体系完井修井液体系。具有抑制粘土膨胀保护储层的作用。具有抑制粘土膨胀保护储层的作用。由经高度处理的钻井液由经高度处理的钻井液( (封隔液封隔液) )和混合盐或清洁盐水组成。和混合盐或清洁盐水组成。 8 8、油基钻井液体系油基钻井液体系。 包括两种类型：包括两种类型： 反相乳化钻井液，是属油包水流体，以水为分散相，油为

6、连反相乳化钻井液，是属油包水流体，以水为分散相，油为连续相；续相； 油浆或油相钻井液，常由氧化沥青、有机酸、碱、各种药剂油浆或油相钻井液，常由氧化沥青、有机酸、碱、各种药剂和柴油混合而成。和柴油混合而成。 常用于钻开油气层或异常低压地层，以及易发生粘卡的地层。常用于钻开油气层或异常低压地层，以及易发生粘卡的地层。 9 9、空气、雾、泡沫和气体体系空气、雾、泡沫和气体体系。 常用于欠平衡压力钻井技术。常用于欠平衡压力钻井技术。 一、钻井液的密度一、钻井液的密度 钻井液的密度指单位体积钻井液的质量。钻井液的密度指单位体积钻井液的质量。 二、钻井液的流变性能二、钻井液的流变性能 液体分为牛顿液体和非

7、牛顿液体液体分为牛顿液体和非牛顿液体，非牛顿液体又分为塑，非牛顿液体又分为塑性液体、假塑性液体和膨胀型液体三种类型。性液体、假塑性液体和膨胀型液体三种类型。第三节第三节 钻井液的性能钻井液的性能 (一一)塑性流型塑性流型 1塑性流型的特点塑性流型的特点 (1)所加切应力达到某一最低值之后所加切应力达到某一最低值之后才开始流动，这个最低切应力称为静切应才开始流动，这个最低切应力称为静切应力。力。 又称凝胶强度。又称凝胶强度。 (2)当切应力继续增大，流变曲线出当切应力继续增大，流变曲线出现直现直 线段，称为动切应力或屈服值。线段，称为动切应力或屈服值。图图3-1 四种基本流型四种基本流型 2 2

8、塑性流型的流变方程塑性流型的流变方程 引入屈服值后，塑性流体的流变曲线可用下列方程描述：引入屈服值后，塑性流体的流变曲线可用下列方程描述：dxdvpvo 3塑性流型的流变参数及物理意义塑性流型的流变参数及物理意义 (1) (静切力，静切应力静切力，静切应力)：使钻井液开始流动所需的最低切应力，：使钻井液开始流动所需的最低切应力，它是钻井液静止时单位面积上所形成的连续空间网架结构强度的量度。它是钻井液静止时单位面积上所形成的连续空间网架结构强度的量度。 (2) (动切应力，屈服值动切应力，屈服值)：延长流变曲线直线段与切应力轴相交：延长流变曲线直线段与切应力轴相交得，它是一假想值，反映钻井液处于

9、层流状态时钻井液中网状结构强得，它是一假想值，反映钻井液处于层流状态时钻井液中网状结构强度的量度。度的量度。so (3) (3) 塑性粘度：塑性粘度： 塑性粘度是塑性流体流变曲线段斜率的倒数，它不随剪塑性粘度是塑性流体流变曲线段斜率的倒数，它不随剪切力而变化。切力而变化。 它是由流体在层流状态下体系中固相颗粒之间、固相颗它是由流体在层流状态下体系中固相颗粒之间、固相颗粒与周围液相间以及液相分子间的摩擦形成的。粒与周围液相间以及液相分子间的摩擦形成的。pvdxdvopv/ (4)表观粘度表观粘度 ：表观粘度又称视粘度或有效粘度。它：表观粘度又称视粘度或有效粘度。它是在某一流速梯度下剪切应力与相应

10、流速梯度的比值，见图是在某一流速梯度下剪切应力与相应流速梯度的比值，见图3-1： A点的表观粘度点的表观粘度 而而B点的表观粘度点的表观粘度 说明钻井液在不同流速梯度下的表观粘度是不同的。说明钻井液在不同流速梯度下的表观粘度是不同的。AAAvAdxdvBBAvBdxdvAv图图3-1 四种基本流型四种基本流型 对塑性流体对塑性流体 ，表观粘度为：，表观粘度为：屈服值是与层流时体系中网架结构的密度和强度有关，故屈服值是与层流时体系中网架结构的密度和强度有关，故 称为钻井液的结构粘度，故塑性流体的表观粘度称为钻井液的结构粘度，故塑性流体的表观粘度 称之动塑比，反映钻井液中结构强度和塑性粘度的比例关

11、系。它称之动塑比，反映钻井液中结构强度和塑性粘度的比例关系。它决定钻井液在环空中的流态，与钻井液携带岩屑效果密切相关。一般情决定钻井液在环空中的流态，与钻井液携带岩屑效果密切相关。一般情况下要求况下要求 0.360.48之间。之间。dxdvpvopvoAvdxdvdxdvo/结构pvAvpvopvo ndxdvk (二二)假塑性流型和膨胀流型假塑性流型和膨胀流型 n流性指数，表示假塑性流体在一定流速范围内的非牛流性指数，表示假塑性流体在一定流速范围内的非牛顿性程度，顿性程度，n1时为假塑性流体；时为假塑性流体；n1时为膨胀型流体。时为膨胀型流体。一般要求一般要求n值在值在0.70.4之间。之间