第二章 钻井液(3)
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第二章 钻井液
第三节 钻井液的工艺性能
二、钻井液的失水造壁性能
1. 失水造壁性的基本概念
（1）水基钻井液中的水的存在状态 ①结晶水（又称化学结合水），属于粘土矿物晶体构造的组成 部分，只有温度高于300℃以上时，结晶受到破坏，这部分水 才能释放出来； ②吸附水，由粘土颗粒表面吸附的水分子所形成的水化膜组成， 这部分水随粘土颗粒一起运动，又称束缚水； ③自由水，钻井液中自由移动的水，水基分散体系的分散介质， 占总水量中的绝大部分。
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V f 1
2V f 1
按达西公式推导：
对于某种泥浆和 一定压差。
上式表明了任意时刻失水量之间的关系。如果t1 为7.5分钟，t2 为 30分钟，则：Vf30’ = 2Vf7.5’。即7.5分钟的静失水量等于30分钟静失水量 的一半。这是生产现场上经常采用7.5分钟静失水量乘以2以表示30分钟
第二章 钻井液
第三节 钻井液的工艺性能
2. 钻井液的静失水
按照API方法测定的滤失量为静失水，其大小以30分钟内在一个大 气压压差作用下，渗过一定面积的水量，单位为ml；
通常标准的API失水仪面积为45cm2，在压力为6.8at（100磅/加仑） 条件下操作。30分钟收集的滤液量称为标准失水量。
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第二章 钻井液
第三节 钻井液的工艺性能
调节、控制钻井液失水造壁性的方法和原则： 1）调节钻井液固相粒子级配，保持足够的胶体粒子含量，包括 选用优质膨润土作配浆材料，选用护胶性强的处理剂，如CMC、 SMP、XY-27等聚合物以保护粘土颗粒，阻止它们聚结，从而有利 于提高分散度，形成致密泥饼。同时，聚合物本身沉积在井壁岩 石孔隙或者泥饼孔隙上，也起到堵孔作用，使失水量降低。 2）加入惰性超细粒子（如超细碳酸钙），并加入一些能在钻井 液中生成胶体粒子的处理剂（如腐植酸与钙生成腐植酸钙胶状沉 淀）堵塞泥饼孔隙，降低泥饼渗透率k，减小失水量。 3）快速钻进，缩短井壁浸泡时间也是减小失水量的一条途径。
第二章 钻井液
第三节 钻井液的工艺性能
三、钻井液的其它性能
① 钻井液密度 ② 钻井液含砂量 ③ 钻井液PH值 ④ 钻井液固相含量和油、水含量 ⑤ 钻井液膨润土含量 ⑥ 钻井液滤液化学性质（碱度、Ca2+含量、石灰含量、 硬度、Cl-含量、盐基总量、SO42-含量等）
另外，深井钻井液的热稳定性、高密度钻井液的 润滑性、油包水乳化钻井液的乳化稳定性、防塌钻井 液的抑制性等。
第二章 钻井液
第三节 钻井液的工艺性能
（4）失水造壁性对钻井作业的影响 在钻井作业中，失水量过大会产生两个害处：①导致水敏性泥 页岩缩径、垮塌；②导致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。 泥饼过厚也至少产生两个害处：①井径缩小，引起起下钻遇阻 遇卡；②泥饼粘附卡钻。因此生产现场上要求泥饼薄、密、韧； 失水量适当（并非越小越好）。 一般来讲，遵循控制静失水量的“五严五宽”原则。五严：井 深、裸眼长、矿化度低、油气层段、易塌层段控制静失水量严； 五宽：井浅、裸眼短、矿化度高、非油气层、地层稳定井段将静 失水量放宽。 对于一般地层：API失水控制1015ml/30min范围；对于水敏性 强的地层或渗透率较高的砂岩地层，控制API失水必须小于 5ml/30min。
静失水量的道理所在。
第二章 钻井液
第三节 钻井液的工艺性能
高温高压失水仪：35at、232℃、失水仪面积为45cm2／2
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API失水，并注明是在高温高压下测定。
第二章Hale Waihona Puke Baidu钻井液
第三节 钻井液的工艺性能
3. 钻井液失水造壁性的调节与控制
失水造壁性的调节与控制指标随钻遇的不同地层而有相 应的要求，对于油气层,要求API静失水量小于5ml,高温高压 静失水量小于15ml；对于易塌泥页岩地层，要求API静失水 量小于5ml；对于一般地层，瞬时失水量可以放宽，API静失 水量只要小于10~15ml即可。 调节、控制钻井液失水造壁性的目标参数和要求为：静 失水量Vf小；泥饼薄、密、韧。其中，最重要的是泥饼的渗 透性、致密性。致密的、渗透性小的泥饼是控制失水量的关 键，也是获得良好造壁性的基础。
第二章 钻井液
第三节 钻井液的工艺性能
（2）失水与造壁的概念 •漏失：是指钻井液的固相和液相全部进入地层的现象； •滤失：是指钻井液中只有液相进入地层的现象； •失水：钻井液在滤失过程中，其中的自由水在压差作用下向多孔性地层 滤失渗透的过程叫做失水，显然，失水是一个较为长期的过程； •失水量：一定时间间隔内，失水的多少叫做失水量（或滤失量）。 •泥饼：在失水的同时，钻井液中的固体物质和固体物质上的吸附水滞留 在井壁上形成的胶结物叫泥饼。质量好的泥饼一般薄而韧，表现出结构致 密、耐冲刷、摩阻系数小的优点。其中，泥饼厚度单位通常用mm表示。 •造壁：井壁上形成泥饼的过程叫做造壁。钻井现场上通常提到钻井液的
造壁性，它是指钻井液在井壁形成泥饼封固井壁的能力。
第二章 钻井液
第三节 钻井液的工艺性能
h－泥饼厚度
第二章 钻井液
第三节 钻井液的工艺性能
（3）井下钻井液失水过程 钻井液向地层多孔介质渗透存在三种失水：瞬时失水（Spurt Loss）、动失水（Dynamic Filtration）、静失水（Static Filtration）。 瞬时失水是泥饼尚未完全形成之前很短时间内的失水，特点是 时间短（t < 2秒）、占总失水量的比例小。 动失水是钻井液循环时的失水，特点是泥饼形成、增厚与冲蚀 处于动平衡（高渗透率泥饼减小为低渗透率泥饼，最后趋向于稳 定值）；失水速率大、失水量大。 静失水是钻井液停止循环后的失水，特点是失水速率小、失水 量较小、泥饼厚（因为无冲蚀作用）。 控制井下失水量，必须控制动失水；控制泥饼厚度必须控制静 失水。在室内，静失水则是指在指定静态条件下，采用静失水仪 器测得的失水量。
第二章 钻井液
第三节 钻井液的工艺性能
1、钻井液的密度 定义:钻井液单位体积的质量称为钻井液的密度，单位为g/cm3。 测定:钻井液密度测定用的是比重天平（又称比重称）。 作用:
第三节 钻井液的工艺性能
二、钻井液的失水造壁性能
1. 失水造壁性的基本概念
（1）水基钻井液中的水的存在状态 ①结晶水（又称化学结合水），属于粘土矿物晶体构造的组成 部分，只有温度高于300℃以上时，结晶受到破坏，这部分水 才能释放出来； ②吸附水，由粘土颗粒表面吸附的水分子所形成的水化膜组成， 这部分水随粘土颗粒一起运动，又称束缚水； ③自由水，钻井液中自由移动的水，水基分散体系的分散介质， 占总水量中的绝大部分。
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按达西公式推导：
对于某种泥浆和 一定压差。
上式表明了任意时刻失水量之间的关系。如果t1 为7.5分钟，t2 为 30分钟，则：Vf30’ = 2Vf7.5’。即7.5分钟的静失水量等于30分钟静失水量 的一半。这是生产现场上经常采用7.5分钟静失水量乘以2以表示30分钟
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第三节 钻井液的工艺性能
2. 钻井液的静失水
按照API方法测定的滤失量为静失水，其大小以30分钟内在一个大 气压压差作用下，渗过一定面积的水量，单位为ml；
通常标准的API失水仪面积为45cm2，在压力为6.8at（100磅/加仑） 条件下操作。30分钟收集的滤液量称为标准失水量。
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第三节 钻井液的工艺性能
调节、控制钻井液失水造壁性的方法和原则： 1）调节钻井液固相粒子级配，保持足够的胶体粒子含量，包括 选用优质膨润土作配浆材料，选用护胶性强的处理剂，如CMC、 SMP、XY-27等聚合物以保护粘土颗粒，阻止它们聚结，从而有利 于提高分散度，形成致密泥饼。同时，聚合物本身沉积在井壁岩 石孔隙或者泥饼孔隙上，也起到堵孔作用，使失水量降低。 2）加入惰性超细粒子（如超细碳酸钙），并加入一些能在钻井 液中生成胶体粒子的处理剂（如腐植酸与钙生成腐植酸钙胶状沉 淀）堵塞泥饼孔隙，降低泥饼渗透率k，减小失水量。 3）快速钻进，缩短井壁浸泡时间也是减小失水量的一条途径。
第二章 钻井液
第三节 钻井液的工艺性能
三、钻井液的其它性能
① 钻井液密度 ② 钻井液含砂量 ③ 钻井液PH值 ④ 钻井液固相含量和油、水含量 ⑤ 钻井液膨润土含量 ⑥ 钻井液滤液化学性质（碱度、Ca2+含量、石灰含量、 硬度、Cl-含量、盐基总量、SO42-含量等）
另外，深井钻井液的热稳定性、高密度钻井液的 润滑性、油包水乳化钻井液的乳化稳定性、防塌钻井 液的抑制性等。
第二章 钻井液
第三节 钻井液的工艺性能
（4）失水造壁性对钻井作业的影响 在钻井作业中，失水量过大会产生两个害处：①导致水敏性泥 页岩缩径、垮塌；②导致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。 泥饼过厚也至少产生两个害处：①井径缩小，引起起下钻遇阻 遇卡；②泥饼粘附卡钻。因此生产现场上要求泥饼薄、密、韧； 失水量适当（并非越小越好）。 一般来讲，遵循控制静失水量的“五严五宽”原则。五严：井 深、裸眼长、矿化度低、油气层段、易塌层段控制静失水量严； 五宽：井浅、裸眼短、矿化度高、非油气层、地层稳定井段将静 失水量放宽。 对于一般地层：API失水控制1015ml/30min范围；对于水敏性 强的地层或渗透率较高的砂岩地层，控制API失水必须小于 5ml/30min。
静失水量的道理所在。
第二章 钻井液
第三节 钻井液的工艺性能
高温高压失水仪：35at、232℃、失水仪面积为45cm2／2
Vf 2
t2 t1
V f 1
4V f 1
API失水，并注明是在高温高压下测定。
第二章Hale Waihona Puke Baidu钻井液
第三节 钻井液的工艺性能
3. 钻井液失水造壁性的调节与控制
失水造壁性的调节与控制指标随钻遇的不同地层而有相 应的要求，对于油气层,要求API静失水量小于5ml,高温高压 静失水量小于15ml；对于易塌泥页岩地层，要求API静失水 量小于5ml；对于一般地层，瞬时失水量可以放宽，API静失 水量只要小于10~15ml即可。 调节、控制钻井液失水造壁性的目标参数和要求为：静 失水量Vf小；泥饼薄、密、韧。其中，最重要的是泥饼的渗 透性、致密性。致密的、渗透性小的泥饼是控制失水量的关 键，也是获得良好造壁性的基础。
第二章 钻井液
第三节 钻井液的工艺性能
（2）失水与造壁的概念 •漏失：是指钻井液的固相和液相全部进入地层的现象； •滤失：是指钻井液中只有液相进入地层的现象； •失水：钻井液在滤失过程中，其中的自由水在压差作用下向多孔性地层 滤失渗透的过程叫做失水，显然，失水是一个较为长期的过程； •失水量：一定时间间隔内，失水的多少叫做失水量（或滤失量）。 •泥饼：在失水的同时，钻井液中的固体物质和固体物质上的吸附水滞留 在井壁上形成的胶结物叫泥饼。质量好的泥饼一般薄而韧，表现出结构致 密、耐冲刷、摩阻系数小的优点。其中，泥饼厚度单位通常用mm表示。 •造壁：井壁上形成泥饼的过程叫做造壁。钻井现场上通常提到钻井液的
造壁性，它是指钻井液在井壁形成泥饼封固井壁的能力。
第二章 钻井液
第三节 钻井液的工艺性能
h－泥饼厚度
第二章 钻井液
第三节 钻井液的工艺性能
（3）井下钻井液失水过程 钻井液向地层多孔介质渗透存在三种失水：瞬时失水（Spurt Loss）、动失水（Dynamic Filtration）、静失水（Static Filtration）。 瞬时失水是泥饼尚未完全形成之前很短时间内的失水，特点是 时间短（t < 2秒）、占总失水量的比例小。 动失水是钻井液循环时的失水，特点是泥饼形成、增厚与冲蚀 处于动平衡（高渗透率泥饼减小为低渗透率泥饼，最后趋向于稳 定值）；失水速率大、失水量大。 静失水是钻井液停止循环后的失水，特点是失水速率小、失水 量较小、泥饼厚（因为无冲蚀作用）。 控制井下失水量，必须控制动失水；控制泥饼厚度必须控制静 失水。在室内，静失水则是指在指定静态条件下，采用静失水仪 器测得的失水量。
第二章 钻井液
第三节 钻井液的工艺性能
1、钻井液的密度 定义:钻井液单位体积的质量称为钻井液的密度，单位为g/cm3。 测定:钻井液密度测定用的是比重天平（又称比重称）。 作用: