@钻井液性能解析

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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
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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)
钻井液性能
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
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密度和压力平衡
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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 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
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幂律流型(Power law Model)
n 3.32 log
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
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。
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相关概念
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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，Baidu Nhomakorabea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
Yield point (YP) Pa
0
s：塑性粘度(PV)
Plastic viscosity ：剪切速率(s-1) (cp)
s
剪切速率
=Dv/dx
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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)
– 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。
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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。
表
600 300 cp 2
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幂律流型(Power law Model)
• 基本方程：=kn
– k ：稠度系数 – n：流性指数
600 n 3.32 log 300 0.511 600
k
n 1022
• 流动特性分析
( Pasn )
– 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。
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
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流变性能
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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
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
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切应力：
宾汉塑性流型
• Bingham Plastic Model
• 模型：
切应力：
=0+s
0 ：动切力（屈服值）
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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 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。
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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。
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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。
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测量仪器
加压比重计
普通比重计
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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
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钻井液密度下降可能因素