钻井液性能与控制原则

钻井液的流变性
流体的基本流型
牛顿流体：剪切应力 与剪切速率成正比。 塑性流体：宾汉流体 ，适合于水基钻井液 体系 假塑性流体：幂律流 体，适合于高分子聚 合物体系 膨胀流体
牛顿流体（Newtonian Fluid）
剪切速率 Dv/dx
dv
dx
：剪切应力dyn/cm2 dv/dx:剪切速率:s-1 :粘度（Poise、泊)
携带岩屑，保证井底清洁。 悬浮岩屑与重晶石 影响机械钻速 影响井眼规则和井下安全。
钻井液的流变性
剪切应力与剪切速率
剪 切 速 率 (shear rate)：在垂直于流动 方向上单位距离内流 速的增量(dv/dx)。 剪 切 应 力 (shear stress)：液体流动过 程中，单位面积上抵 抗流动的内摩擦力。
切应力： 0
s
剪切速率
=Dv/dx
宾汉流体
•参数计算（范氏旋转粘度计） ＝1.703 • (s-1) =0.511• (Pa)
塑=PV=600-300 (cp) 0=0.511(300-s) (Pa)
表3 00
600
2
cp
幂律流型(Power law Model)
基本方程：=kn
k ：稠度系数 n：流性指数
械钻速； 合理选择打开油气层的钻井液密度，减少钻井
液对产层的伤害。
密度和压力平衡
密度对钻速的 影响
泥浆密度越 高，产生的 液柱压力越 大，井底压 差越大，机 械钻速减小。
密度和压力平衡
钻井液密度的控制 ➢ 密度过高：增大正向压差，对储层污染加重；液柱压力
增大，增大井底岩石可钻强度并引起井底岩石的重复切 削 ➢ 密度过低：井壁不稳定，油气层压力无法控制 确定泥浆密度的原则 ➢ 根据地质资料确定，在正常情况下尽可能使用低密度 ➢ 钻开油气层尽可能近平衡钻进，既要保护油气层又要防 喷，做到“压而不死，活而不喷”；近平衡钻进要在起钻时 考虑可能存在的“抽吸作用”，增加附加密度 ➢ 钻穿高压盐水层时为了防止盐水的污染，应提高密度采 取“坚决压死”的措施 ➢ 对易缩径和易剥落掉块的地层，应适当提高泥浆的密度
切应力：
1dyn/cm2=1x10-5N/104m2=0.1Pa
1 poise=1 dynes.s/cm2=0.1 Pa.s
1cp=0.01p=0.001Pa.s=1mPa.s
宾汉塑性流型
Bingham Plastic Model
模型：
=0+s
0 ：动切力（屈服值） Yield point (YP) Pa s：塑性粘度(PV) Plastic viscosity (cp) ：剪切速率(s-1)
当量循环密度和环空密度 当量循环密度：考虑了由于泥浆流动而增加的附加压耗 环空密度：在当量循环密度基础上考虑了由于井筒内岩
屑产生的附加压耗
密度和压力平衡
钻井液密度的作用
平衡地层压力，防止井喷、井漏和钻井液受地 层流体的污染；
平衡地层压力，保持井壁稳定，防止井塌； 实现近平衡钻井技术，减少压持效应，提高机
钻井液性能和控制原则
目录
密度和压力平衡 流变性能 滤失和润滑性能 化学分析 油基钻井液性能
密度和压力平衡
密度和压力平衡
钻井液密度MW（Mud Weight)或SG (specific gravity） 通过泥浆液柱对井壁和井底产生压力，以平衡地层的
油气水压力及岩石的侧压力，防止井喷、地层流体侵入及 保护井壁。另外泥浆密度对岩屑产生浮力，增大泥浆密度 可以提高泥浆携带岩屑的能力。密度秤的正常误差为 0.01g/cm3
加入比钻井液密度低的清水； 井下油气侵； 加油； 加入较低密度的新浆或胶液； 加强固相清除； 用离心机清除（或回收）高密度固相； 降低钻井液屈服值或减少泵排量及泵压 能使井下当量循环密度下降； 充气配制成充气钻井液或使用泡沫钻井液； 钻进速度较低情况下提高泵排量有可能使井内钻井液密度 降低。
相关概念
安全密度窗口
介于地层破裂压力和地层压力之间的钻井液密度范围
流变性能
钻井液的流变性
钻井液流变性(rheological properties of DF)
在外力作用下，钻井液流动和变形的特性。如钻井液 的塑性粘度、动切力、表观粘度、有效粘度、静切力 和触变性等性能都属流变性参数。
泥浆的流变性对钻井的影响
地层压力
地层压力是指作用在岩石孔隙内流体(油气水)上的压力， 也叫地层孔隙压力。正常地层压力等于从地表到地下该地 层处的静液压力。其值大小与沉积环境有关。
地层破裂压力
在井中一定深度处的地层，其承受压力的能力是有限的， 当压力达到某一值时会使地层破裂，这个压力称为地层的 破裂压力pf。 地层破裂压力的大小取决于许多因素，如 上覆岩层压力、地层压力、岩性、地层年代、埋藏深度以 及该处岩石的应力状态。
(Pas n )
钻井液的流变性－常用流变参数
粘度(viscosity)
定义：钻井液流动时，固体颗粒之间、固体颗 粒与液体之间、以及液体分子之间的内摩擦的 总反映。
测量仪器
加压比重计 普通比重计
钻井液密度升高可能因素
加入加重材料； 钻屑累积； 快速钻进而泵排量跟不上会使井内钻井液密度升 高； 增大钻井液屈服值会使当量循环密度升高； 增大泵排量或泵压会使当量循环密度升高； 加入较多电解质（盐类）； 油基钻井液加入较高密度的盐水； 加入较高密度的新浆
钻井液密度下降可能因素
静液压力是由液柱重量引起的压力。它的大小和液体密度及 垂直高度有关，而和液柱的横向尺寸及形状无关。 通常把单位高度(或深度)增加的压力值称为压力梯度，静液 压力梯度受液体密度的影响和含盐浓度、气体的浓度以及温 度梯度的影响。
上覆岩层压力
某处地层上覆岩层压力是指覆盖在该地层以上的地层基质 (岩石)和孔隙中流体(油气水)的总重量造成的压力。 岩石密度与孔隙度的大小和埋藏的深度有关
wenku.baidu.com 流动特性分析
n 3.32 log 600 300
k 0.511 600
1022 n
(Pas n )
施加极小的切应力就发生流动，没有静切应 力，而且粘度随切应力的增加而降低。
幂律流型(Power law Model)
n 3.32 log 600 300
k 0.511 600
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