钻井液润滑性优秀课件
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钻井液润滑性
钻钻井井液液工工艺艺原原理理电电子子教教案案—第五第章二章
• 本章要点： • 1、掌握有关的基本概念； • 2、钻井液润滑的特点、影响因素、常
见润滑剂及其作用机理； • 3、了解钻井液润滑性与钻井的关系
前言
钻井液的润滑性能通常包括泥饼的润滑性能和钻井液这 种流体自身的润滑 性两方面。钻井液和泥饼的摩阻系数， 是评价钻井液润滑性能的两个主要技术指 标。钻井液的润 滑性对钻井工作影响很大。特别是钻超深井、大斜度井、水 平井和丛式井时，钻柱的旋转阻力和提拉阻力会大幅度提高。 由于影响钻井扭矩和阻力以及钻具磨损的主要可调节因素是 钻井液的润滑性能，因此钻井液的润滑性能对减少卡钻等井 下复杂情况，保证安全、快速钻进起着至关重要的作用。
钻井液润滑性好，可以减少钻头、钻具及其它配件的磨损，延长使用 寿命，同时防止粘附卡钻、减少泥包钻头，易于处理井下事故等。在钻井 过程中，由于动力设备有固定功率，钻柱的抗拉、抗扭能力以及井壁稳定 性都有极限。若钻井液的润滑性能不好，会造成钻具回转阻力增大，起下 钻困难，甚至发生粘附卡钻和断钻具事故；当钻具回转阻力过大时，会导 致钻具振动，从而有可能引起钻具断裂和井壁失稳。
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钻井液工钻艺原井理液电的子润教滑案性能 第二章
从提高钻井经济技术指标来讲，润滑性能良好的钻井液有以下优点： (1)减小钻具的扭矩、磨损和疲劳，延长钻头轴承的寿命； (2)减小钻柱的摩擦阻力，缩短起下钻时间； (3)能用较小的动力来转动钻具； (4)能防粘附卡钻，防止钻头泥包。
钻井液钻工井艺液原润理滑电性子的教影案响因素第二章
(2)干摩擦(无润滑摩擦)：又称为障碍摩擦， 如空气钻井中钻具与岩石的摩 擦，或井壁极 不规则情况下，钻具直接与部分井壁岩石接触 时的摩擦。
(3)流体Biblioteka Baidu擦：由两接触面间流体的粘滞性引 起的摩擦。
钻井作业中的摩擦现象较为复杂，摩擦是混合摩擦，即 部分接触面为边界摩擦，另一 部分为流体摩擦。在高负 荷边界面上，塑性表面的边界摩擦更为突出。在钻井作业 中，摩擦系数是两个滑动或静止表面间的相互作用以及润 滑剂所起作用的综合体现。
对大多数水基钻井液来说，摩阻系数维持在0.20左右时可认为是合格 的。 但这个标准并不能满足水平井的要求，对水平井则要求钻井液的摩阻 系数应尽 可能保持在0.08～0.10范围内，以保持较好的摩阻控制。因此，除 油基钻井液外，其它类型钻井液的润滑性能很难满足水平井钻井的需要，但 可以选用有效的润滑剂改善其润滑性能，以满足实际需要。近年来开发出的 一些新型水基仿油性钻井液，其摩阻系数可小于0.10，很接近油基钻井液， 其润滑性能可满足水平井钻井的需要。
钻井液润滑性的影响因素
(2)滤失性、岩石条件、地下水和滤液pH值的影响 致密、表面光滑、薄的泥饼具有良好的润滑性能。降滤失剂和其
它改进泥饼质量的处理剂(比如磺化沥青)主要是通过改善泥饼质量来改 善钻井液的防磨损和润滑性能。
在钻井液条件相同的情况下，岩石主要是通过影响所形成泥饼的质 量以及井壁与钻柱之间接触表面粗糙度而起作用的。比如说页岩，在钻 井过程中可能会出现锯齿状井眼或糖葫芦井眼，这种井眼的突出部分， 形成的泥饼质量一般较差，与钻柱的接触面积比较小，所以摩擦力就比 较大，而对于渗透性低、均匀程度好的地层，泥饼在井壁表面厚度均匀， 且比较薄，所以润滑性良好。
钻井液钻工井艺液原润理滑电性子的教影案响因素第二章
1．钻井作业中摩擦现象的特点
随着密封轴承的出现，改善钻井液润滑性能的目的主要是为了降低钻井 过程中钻柱的扭矩和阻力。在钻井过程中，按摩擦副表面润滑情况，摩擦可 分为以下三种情况：
(1)边界摩擦：两接触面间有一层 极薄的润滑膜，摩擦和磨损不取决润滑 剂的粘度，而是与两表面和润滑剂的特 性有关，如润滑膜的厚度和强度、粗糙 表面的相互作用以及液体中固相颗粒间 的相互作用。有钻井液的情况下，钻铤 在井眼中的运动等属边界摩擦。
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(1)粘度、密度和固相的影响 随着钻井液固相含量、密度增加，通常其粘度、切力等也会相应增大。
这种情况下，钻井液的润滑性能也会相应变差。这时其润滑性能主要取决 于固相的类型及含量。砂岩和各种加重剂的颗粒具有特别高的研磨性能。
钻井液中固相含量对其润滑性影响很大。随着钻井液固相含量增加， 除使泥饼粘附性增大外，还会使泥饼增厚，易产生压差粘附卡钻。另外， 固相颗粒尺寸的影响也不可忽视。研究结果表明，钻井液在一定时间内通 过不断剪切循环，其固相颗粒尺寸随剪切时间增加而减小，其结果是双重 性的：钻井液滤失有所减小， 从而钻柱摩阻力也有所降低；颗粒分散得更 细微，使比表面积增大，从而造成摩 阻力增大。可见，严格控制钻井液粘 土含量，搞好固相控制和净化，尽量用低固相钻井液，是改善和提高钻井 液润滑性能的最重要的措施之一。
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钻井液工钻艺原井理液电的子润教滑案性能 第二章
空气与油处于润滑性的两个极端位置，而水基钻井液的润滑性处于其 间。用Baroid公司生 产的钻井液极压润滑仪测定了三种基础流体的摩阻系 数(钻井液摩阻系数相当 于物理学中的摩擦系数)，空气为0.5，清水为0.35， 柴 油 为 0.07 。 在 配 制 的 三 类 钻 井 液 中 ， 大 部 分 油 基 钻 井 液 的 摩 阻 系 数 在 0.08～0.09之间，各种水基钻井液的摩阻系数在0.20～0.35之间，如加有油晶 或各类润滑剂，则可降到0.10以下。这就是我们在定向井、大位移井或复杂 井中经常混油的原因。
钻井液钻工井艺液原润理滑电性子的教影案响因素第二章
2.钻井液润滑性的主要影响因素
摩阻力的大小不仅与钻井液的润滑性能有关，其影响因素还 涉及到钻柱、套管、地层、井壁泥饼表面的粗糙度；接触表面的 塑性；接触表面所承受的负荷；流体粘度与润滑性；流体内固相 颗粒的含量和大小；井壁表面泥饼润滑性；井斜角；钻柱重量； 静态与动态滤失效应等。在这些众多的影响因素中，钻井液的润 滑性能是主要的可调节因素。
钻钻井井液液工工艺艺原原理理电电子子教教案案—第五第章二章
• 本章要点： • 1、掌握有关的基本概念； • 2、钻井液润滑的特点、影响因素、常
见润滑剂及其作用机理； • 3、了解钻井液润滑性与钻井的关系
前言
钻井液的润滑性能通常包括泥饼的润滑性能和钻井液这 种流体自身的润滑 性两方面。钻井液和泥饼的摩阻系数， 是评价钻井液润滑性能的两个主要技术指 标。钻井液的润 滑性对钻井工作影响很大。特别是钻超深井、大斜度井、水 平井和丛式井时，钻柱的旋转阻力和提拉阻力会大幅度提高。 由于影响钻井扭矩和阻力以及钻具磨损的主要可调节因素是 钻井液的润滑性能，因此钻井液的润滑性能对减少卡钻等井 下复杂情况，保证安全、快速钻进起着至关重要的作用。
钻井液润滑性好，可以减少钻头、钻具及其它配件的磨损，延长使用 寿命，同时防止粘附卡钻、减少泥包钻头，易于处理井下事故等。在钻井 过程中，由于动力设备有固定功率，钻柱的抗拉、抗扭能力以及井壁稳定 性都有极限。若钻井液的润滑性能不好，会造成钻具回转阻力增大，起下 钻困难，甚至发生粘附卡钻和断钻具事故；当钻具回转阻力过大时，会导 致钻具振动，从而有可能引起钻具断裂和井壁失稳。
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钻井液工钻艺原井理液电的子润教滑案性能 第二章
从提高钻井经济技术指标来讲，润滑性能良好的钻井液有以下优点： (1)减小钻具的扭矩、磨损和疲劳，延长钻头轴承的寿命； (2)减小钻柱的摩擦阻力，缩短起下钻时间； (3)能用较小的动力来转动钻具； (4)能防粘附卡钻，防止钻头泥包。
钻井液钻工井艺液原润理滑电性子的教影案响因素第二章
(2)干摩擦(无润滑摩擦)：又称为障碍摩擦， 如空气钻井中钻具与岩石的摩 擦，或井壁极 不规则情况下，钻具直接与部分井壁岩石接触 时的摩擦。
(3)流体Biblioteka Baidu擦：由两接触面间流体的粘滞性引 起的摩擦。
钻井作业中的摩擦现象较为复杂，摩擦是混合摩擦，即 部分接触面为边界摩擦，另一 部分为流体摩擦。在高负 荷边界面上，塑性表面的边界摩擦更为突出。在钻井作业 中，摩擦系数是两个滑动或静止表面间的相互作用以及润 滑剂所起作用的综合体现。
对大多数水基钻井液来说，摩阻系数维持在0.20左右时可认为是合格 的。 但这个标准并不能满足水平井的要求，对水平井则要求钻井液的摩阻 系数应尽 可能保持在0.08～0.10范围内，以保持较好的摩阻控制。因此，除 油基钻井液外，其它类型钻井液的润滑性能很难满足水平井钻井的需要，但 可以选用有效的润滑剂改善其润滑性能，以满足实际需要。近年来开发出的 一些新型水基仿油性钻井液，其摩阻系数可小于0.10，很接近油基钻井液， 其润滑性能可满足水平井钻井的需要。
钻井液润滑性的影响因素
(2)滤失性、岩石条件、地下水和滤液pH值的影响 致密、表面光滑、薄的泥饼具有良好的润滑性能。降滤失剂和其
它改进泥饼质量的处理剂(比如磺化沥青)主要是通过改善泥饼质量来改 善钻井液的防磨损和润滑性能。
在钻井液条件相同的情况下，岩石主要是通过影响所形成泥饼的质 量以及井壁与钻柱之间接触表面粗糙度而起作用的。比如说页岩，在钻 井过程中可能会出现锯齿状井眼或糖葫芦井眼，这种井眼的突出部分， 形成的泥饼质量一般较差，与钻柱的接触面积比较小，所以摩擦力就比 较大，而对于渗透性低、均匀程度好的地层，泥饼在井壁表面厚度均匀， 且比较薄，所以润滑性良好。
钻井液钻工井艺液原润理滑电性子的教影案响因素第二章
1．钻井作业中摩擦现象的特点
随着密封轴承的出现，改善钻井液润滑性能的目的主要是为了降低钻井 过程中钻柱的扭矩和阻力。在钻井过程中，按摩擦副表面润滑情况，摩擦可 分为以下三种情况：
(1)边界摩擦：两接触面间有一层 极薄的润滑膜，摩擦和磨损不取决润滑 剂的粘度，而是与两表面和润滑剂的特 性有关，如润滑膜的厚度和强度、粗糙 表面的相互作用以及液体中固相颗粒间 的相互作用。有钻井液的情况下，钻铤 在井眼中的运动等属边界摩擦。
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(1)粘度、密度和固相的影响 随着钻井液固相含量、密度增加，通常其粘度、切力等也会相应增大。
这种情况下，钻井液的润滑性能也会相应变差。这时其润滑性能主要取决 于固相的类型及含量。砂岩和各种加重剂的颗粒具有特别高的研磨性能。
钻井液中固相含量对其润滑性影响很大。随着钻井液固相含量增加， 除使泥饼粘附性增大外，还会使泥饼增厚，易产生压差粘附卡钻。另外， 固相颗粒尺寸的影响也不可忽视。研究结果表明，钻井液在一定时间内通 过不断剪切循环，其固相颗粒尺寸随剪切时间增加而减小，其结果是双重 性的：钻井液滤失有所减小， 从而钻柱摩阻力也有所降低；颗粒分散得更 细微，使比表面积增大，从而造成摩 阻力增大。可见，严格控制钻井液粘 土含量，搞好固相控制和净化，尽量用低固相钻井液，是改善和提高钻井 液润滑性能的最重要的措施之一。
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空气与油处于润滑性的两个极端位置，而水基钻井液的润滑性处于其 间。用Baroid公司生 产的钻井液极压润滑仪测定了三种基础流体的摩阻系 数(钻井液摩阻系数相当 于物理学中的摩擦系数)，空气为0.5，清水为0.35， 柴 油 为 0.07 。 在 配 制 的 三 类 钻 井 液 中 ， 大 部 分 油 基 钻 井 液 的 摩 阻 系 数 在 0.08～0.09之间，各种水基钻井液的摩阻系数在0.20～0.35之间，如加有油晶 或各类润滑剂，则可降到0.10以下。这就是我们在定向井、大位移井或复杂 井中经常混油的原因。
钻井液钻工井艺液原润理滑电性子的教影案响因素第二章
2.钻井液润滑性的主要影响因素
摩阻力的大小不仅与钻井液的润滑性能有关，其影响因素还 涉及到钻柱、套管、地层、井壁泥饼表面的粗糙度；接触表面的 塑性；接触表面所承受的负荷；流体粘度与润滑性；流体内固相 颗粒的含量和大小；井壁表面泥饼润滑性；井斜角；钻柱重量； 静态与动态滤失效应等。在这些众多的影响因素中，钻井液的润 滑性能是主要的可调节因素。