钻井液性能对钻井的影响

钻井液性能对钻井的影响

一、钻井液的稳定性

钻井液是一种分散体系，即粘土分散在水中。钻井液中的粘土颗粒多数在悬浮体范围（0.1～0.2µm）内,少数在溶液范围(0.1µm～1nm)内,所以钻井液是溶胶与悬浮体的混合物。

钻井液中胶体颗粒含量的大小，对钻井液的稳定性影响很大。胶体含量的大小主要取决于粘土在钻井液中的分散状态——分散、絮凝和聚结。

粘土的造浆率高，颗粒分散得细，钻井液相对来讲就稳定；若泥土造浆率低，颗粒分散得粗，钻井液相对来讲就不稳定，易呈絮凝或聚结状态。因此，钻井液稳定的首要条件是钻井液中粘土颗粒要细，即从粘土在水中的稳定角度来看，分散得越细越好（胶体含量越高越好）。这种稳定性称为沉降稳定性。然而，即使很细的颗粒，因它具有极大的表面积和很高的表面能，根据表面能自发减少的原理，其发展趋势必然是小颗粒自行聚结变大，最后下沉。由于某种原因分散相颗粒具有对抗小颗粒自行粘结变大所具有的性质称为聚结稳定性。

沉降稳定性和聚结稳定性是互相联系的。只有保持聚结稳定性，使小颗粒不聚结为大颗粒，钻井液才能有沉降稳定性，才不至于因聚结而下沉。所以，聚结稳定性是矛盾的主要方面。

二、钻井液几个重要的流变参数τ

⑴动切应力(屈服值)。动切力（τ。）反映钻井液在层流流态时，粘土颗粒之间及高聚物分子之间的相互作用力（形成空间网架结构之力）。影响动切应力的因素有钻井业的固相含量、固体分散度、粘土的水化程度、粘土吸附处理剂的情况及聚合物的使用等。

⑵表观粘度。又称有效粘度或视粘度。它的定义是在某一速度梯度下，用流速梯度去除相应的切应力所得的商。表面粘度不仅与流体本身性质有关，还受测定仪器的几何形状和尺寸、速度梯度的变化及测量方法的影响。

⑶塑性粘度。塑性粘度是指钻井液在层流时，钻井液中的固体颗粒与固体颗粒之间，固体颗粒与液体分子之间，液体分子与液体分子之间三种内摩擦力的总和。

⑷触变性。钻井液的触变性是指搅拌后变稀（切力降低），静置后变稠（切力升高）的特性。或者说，钻井液的切力是随搅拌后静置时间的增长而增大的特性。

由于钻井液有触变性，静止时间不同，则切力不同。通常测两个静止时间的切力值。高速搅拌的钻井液静止1min后测得的切力为初切力，静止10min后测得的切力为终切力；初切力与终切力的差值，即表示触变性的大小。差值越大，则触变性越大。

⑸剪切稀释特性。表观粘度随着速度梯度的增大而降低的特性，称为剪切稀释特性。即当钻井液从睡眼喷出时有较低的粘度，有利于钻头破碎演示、清洗井底，而在环形空间又具有较高粘度，有利携带岩屑，该特性对于提高钻速有利。

油气层的损害与保护

一、油气层的损害

在钻开油气、注水层、射孔试油、酸化与压裂、采油、注水、修井等施工过程中都会不同程度的破坏油气层原有的物理、化学平衡状态，都可能给油气层带来损害。

1、钻井过程中的损害

1）钻井液固相的损害。钻井液中所含各种悬浮物质（粘土、眼斜、加重材料和堵漏剂等）都有可能对储层造成损害。当他们进入储层时，便可能逐步充填

油气藏岩石孔隙。在随后进行生产或注入时，这些物质很可能桥堵在孔隙喉道德进快出，严重的降低井眼附近地带的渗透率。一般情况下，此类损害仅限于井眼周围76cm内，但最终的渗透率降低值却可达90%。

2）钻井液滤液的损害。钻井液是最先接触油气层的外来流涕。在一定的压差下，钻井液滤液会渗入地层，特别是在滤饼形成之前，滤液的渗入是不可避免的。如果钻井液的滤失量太大，将会携带大量的固相颗粒进入储层，产生堵塞而造成损害；同时，进入储层的滤液若与储层不配伍，则会引起粘土水化膨胀、水锁，形成化学沉淀和胶体乳化等，而导致油气层的损害。

3）影响钻井液损害的因素。

⑴压差。压差是指井筒内液柱压力与地层孔隙压力之差。压差越大，钻井液滤液及固相颗粒越易进入地层，影响越大。

⑵浸泡时间。钻井液浸泡地层的时间越长，滤液的侵入量越多，损害程度也越大。

⑶钻井液循环时的剪切速率。钻井液在环空循环时的剪切速率过大，会严重地冲蚀井壁，破坏滤饼，从而使滤液及固相颗粒易于进入储层。此外，剪切速率过大还会造成井径扩大，影响固井质量。

⑷起下钻速度。快速起钻的抽吸作用会降低钻井液液柱压力，破坏滤饼及已形成的桥堵；而快速下钻的锤击效应则使钻井液液柱压力增大，从而增大压差，促使钻井液侵入地层，加重对储层的损害。

⑸钻具对井壁的刮削作用。井眼不规则或钻具弯曲，钻具就可能对井壁产生刮削作用，破坏井壁上已形成的滤饼或桥堵物，使钻井液易于侵入地层。此外，钻具对井壁的涂抹作用，则会使滤饼中的固相颗粒嵌入地层孔隙或裂缝

中，造成渗透率下降。

总之，钻井过程中的油气层损害主要是由于钻井液滤液及固相侵入引起的。只有尽可能地减少两者的侵入量，并使钻井液滤液在物理、化学性质上与地层矿物及流体相配伍，才能将损害减少到最低限度。

2)注水泥过程中造成的损害

⑴水泥浆的损害。注水泥过程中水泥浆对油气层的损害往往来自两个方面：一方面是水泥浆滤液侵入地层；另一方面是水泥固体颗粒侵入地层。

在正常情况下，由于井壁泥饼对地层的保护作用及水泥中的固相颗粒直径较大，所以水泥中固相颗粒侵入地层不是损害的重要因素。但水泥浆一般滤失量较大，注水泥时的压差又很大，其滤液能透过滤饼，进入储层一定的深度。进入储层的滤液可能有以下几方面原因造成损害。

①滤液与地层矿物不配伍，造成粘土膨胀分散。

②水泥的水化作用使氢氧化物过饱和而重结晶，沉淀在空袭中。

③滤液中的氢氧化物与地层中的硅起反应，生成硅质熟石灰成为粘结性化合物。

④滤液与富含钙的原生水相接触，易生成碳酸钙或硅酸钙水合物沉淀。

⑤水泥浆滤液有性对高的批pH值，它进一步促进地层中的粘土矿物发生水化膨胀。

固井过程中水泥浆对储层的损害一般小于钻井液对储层的损害。这一方面是由于在水泥浆进入地层之前，钻井液滤液已进去了一部分，从而使水泥浆滤液不像钻井液滤液那样容易进入；另一方面是由于水泥浆凝固前在井下的时间短，故与储层的接触时间也是有限的。