钻井液的性能
2016-11-08 14:25阅读：
钻井液的性能
一、钻井液的密度
钻井液的密度指单位体积钻井液的质量。
加重剂：碳酸钙、重晶石、钛铁矿粉。
二、钻井液的流变性能
粘度和切力随流速变化的性能。包括静切力、动切力、表观粘度、塑性粘度、流性指数、稠度系数等参数。
（一）液体的基本流型
流速梯度（剪切速率）— 钻井液在钻柱和环空内流动时，速度分布 不均匀，中心处流速大，向外流速减小。
单位距离内流速的增量称为流速梯度。
根据液体流动时剪应力与流速梯度的关系，将液体流动分为四种流型：
1．塑性流型的特点
(1)所加切应力达到某一最低τs之后才开始流动，这个最低切应力 称为静切应力。又称凝胶强度。
它代表了钻井液静止时单位面积上所形成的连续空间网架结构强度。
(2)当切应力继续增大，流变曲线出现直线段，延长该直线与切应力轴相交于τ0 ，
称为动切应力或屈服值。
是钻井液处于层流状态时钻井液中网状结构强度的量度。
（二）塑性流型的流变参数及调整
1. 静切力（静切应力）
使钻井液开始流动所需的最低切应力，它是钻井液静止时单位面积上所形成的连续空间网架结构强度的量度。它反映了钻井液触变性的好坏。
调整方法：无机盐（改变粘土颗粒间静电力）、降粘剂或增粘剂。
2. 动切应力（屈服值）
流变曲线直线段的延长线与
切应力轴交点的应力大小。
反映在层流状态下粘土颗粒之间
及高聚物分子之间的相互作用力（形
成空间网状结构 之力）的大小。
调整方法同静切力。
3. 塑性粘度 μpv
塑性粘度是塑性流体流变曲线直线段斜率的倒数，
它是钻井液流动时固相颗粒之间、固相颗粒与周围液相间以及液相分子间的内摩擦作用的总反映。它反映了液体粘滞力的大小。
调整方法：降低固相含量、加稀释剂降粘；
加高聚物增粘剂等提粘。
4. 表观粘度（视粘度或有效粘度）
它是在某一流速梯度下剪切应力与相应流速梯度的比值，
表观粘度
等于塑性粘度与结构粘度之和，它反映两者的总的粘滞作用，是“总粘度”的意思。
5、动塑比
动切力与塑性粘度之比，反映了钻井液结构强度与塑性粘度的比例关系。动塑比大，流动过水断面较平缓，剪切稀释能力强，但流动阻力大，泵压高。
理想值： =
0.36~0.48。
（三）假塑性流型和膨胀流型的流变参数
1. 流性指数n
表示流体在一定流速范围内的非牛顿性程度。
n＜1，假塑性流体，随剪切速率增加而变稀（剪切稀释特性）
n＞1，膨胀型流体，随剪切速率增加而变稠。
n值影响钻井液的携岩效果和剪切稀释特性。理想值：n=0.4~0.7
2. 稠度系数k
为流体在 1s－1流速梯度下的粘度。k值越大，粘度越大。
（四）流变参数的测定
仪器：六速旋转粘度计
1．静切力
初切力（10s切力）：将钻井液在600r／min下搅拌10s，静置10s后测得3r／min下的表盘读数，该读数乘以0．511即得初切力(Pa)。
终切力（10min切力）：将钻井液在600r／min下搅拌10s，静置10min后再测得3r／min下的表盘读数，该读数乘以0．511，即得终切力(Pa)。
2. 动切力(屈服值)：
3. 粘度、流性指数及粘度系数
三、钻井液的造壁性能及滤失量
（一）滤失和造壁过程
钻井液中的液体(刚开始也有钻井液)在压差的作用下向地层内渗滤的过程称为钻井液的滤失。
钻井液中的固相颗粒附着在井壁上形成滤饼的过程称为造壁过程。
（二）几种不同的滤失情况
1. 瞬时滤失
在钻头破碎岩石形成新的井眼而滤饼尚未形成的一段时间内，钻井液迅速向地层渗滤，此时的滤失称为瞬时滤失。瞬时滤失量有利于提高钻速，但严重损害油气层。
2. 动滤失
在已形成的井眼内，随着钻井液的渗滤，在井壁上形成一层滤饼，并不断增厚、密实。同时，形成的滤饼又受到钻井液的冲刷和钻柱的碰撞、刮挤而遭到破坏。最终，滤饼形成速度等于破坏速度而达到平衡，此时滤饼厚度不变，滤失速率也保持不变。
这种钻井液在井内循环流动时的滤失过程称为动滤失。
3．静滤失
钻井液在停止循环时的滤失过程称为静滤失。随着滤失过程的进行，滤饼逐渐增厚，滤失阻力逐渐增大，滤失速率逐渐减小。
影响滤失量的因素：
滤失时间、压差、温度、固相含量及类型、滤饼渗透率。
（三）滤失量的测量和要求
1. 静滤失量（API滤失量）
用API滤失量仪在常温、0.7MPa压差下测量30min所得的滤 液体（mL）。
要求：上部地层和坚固地层，滤失量可放宽；
水敏性易坍塌地层，滤失量要低；
油气层，滤失量不能高于5mL。
2. 高温高压滤失量
在150℃温度、3.5MPa压差下测量30min所得的滤失量乘以2，
即得高温高压滤失量。
在钻油气层时，高温高压滤失量不大于15mL。
（四）滤失量的控制
控制滤失量的最好方法——用降滤失剂降低滤饼的渗透性。
1、常用降滤失剂：
Na-CMC（羧甲基纤维素钠盐）
SMP（磺化酚醛树脂）
NH4（Na、C
a）HPAN（水解聚丙烯睛胺、钠、钙盐）
2、降滤失剂作用机理：
(1)护胶作用
一方面能吸附在粘土颗粒表面形成吸附层，以阻止粘土颗粒絮凝变粗；
另一方面能把在钻井液循环搅拌作用下所拆散的细颗粒吸附在分子链上，不再粘结成大颗粒，而形成薄而韧的泥饼，称之为降滤失剂的护胶作用。
(2)增加钻井液中粘土颗粒的水化膜厚度，降低滤失量
降滤失剂吸附于钻井液中的粘土颗粒上，使粘土颗粒周围的水化膜增厚，形成的滤饼在压差作用下容易变形，滤饼的渗透率降低。
(3)提高滤液粘度，降低滤失量
滤失量与滤液粘度的二分之一次方成正比。
(4)降滤失剂分子本身的堵孔作用
