3.4-鉆井液濾失量和泥餅粘附系數(shù)的測(cè)定解析課件

1、3.4 鉆井液濾失量和泥餅粘附系數(shù)的測(cè)定樊路軍 李鵬世學(xué)習(xí)目標(biāo) 1 會(huì)安全測(cè)定鉆井液API和HTHP濾失量； 2 能夠根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的工藝要求采取有效措施降低鉆井液濾失量； 3 能夠測(cè)量鉆井液濾餅的厚度和粘附系數(shù)。一 濾失的相關(guān)概念 1 濾失：流體中的自由水在壓差的作用下過(guò)濾滲透到地層中去這種現(xiàn)象。濾失的多少稱(chēng)為濾失量，過(guò)濾介質(zhì)稱(chēng)為泥餅。 2 濾失性：指鉆井液是否易于濾失進(jìn)地層的性質(zhì)。 3 衡量濾失性的指標(biāo)：指濾失量的大小和泥餅的質(zhì)量。4 濾失的分類(lèi)靜濾失:鉆井液在井內(nèi)靜止條件下的濾失作用。動(dòng)濾失:鉆井液在井內(nèi)循環(huán)條件下，即泥餅形成和破壞達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí)的濾失作用。在一定剪切速率下測(cè)定的濾失量，稱(chēng)為動(dòng)

2、濾失量(動(dòng)失水量)。瞬時(shí)濾失:在鉆井過(guò)程中，地層被鉆開(kāi)，泥餅在未形成之前，鉆井液中的大量水分在短時(shí)間內(nèi)迅速滲入地層，這種情況下的濾失作用稱(chēng)為瞬時(shí)濾失。（1）靜濾失 特點(diǎn)： A 泥餅逐漸增厚，滲透率逐漸降低，前期厚度增加的速率大于后期。 B 濾失量逐漸降低。 動(dòng)濾失 特點(diǎn)： A 泥餅 在形成和流體沖蝕的兩個(gè)相反過(guò)程中，泥餅由薄逐漸增厚直至穩(wěn)定-單位時(shí)間內(nèi)形成和失去的速率相等，也是滲透率由大到小直至穩(wěn)定的過(guò)程。 B 濾失量濾失速率有大到小直至穩(wěn)定（3） 瞬時(shí)濾失 特點(diǎn)： 無(wú)泥餅、濾失速率高，固、液同時(shí)失去，所以，瞬時(shí)濾失有時(shí)是渾濁的液體，有細(xì)小的固相顆粒被失去。 動(dòng)、靜濾失的區(qū)別 A 泥餅-動(dòng)薄而

3、靜厚。 B 滲透率-靜小而動(dòng)大。 C 濾失量-靜小而動(dòng)大。5 泥餅 定義：因液柱與地層的壓差作用，在濾失的同時(shí)，粘土顆粒在井壁上形成一層粘土與處理劑的堆積物，此堆積物叫泥餅。測(cè)濾失時(shí)，濾紙上附著一層泥餅，其標(biāo)準(zhǔn)以厚薄來(lái)衡量，用符號(hào)“K”表示，單位“mm”。 泥餅質(zhì)量要求：薄、韌（性）、致密（滲透率低）、潤(rùn)滑性好。 過(guò)濾介質(zhì)：2層，地層和泥餅；初期地層起作用，后期泥餅起作用（泥餅滲透率更低）。形成優(yōu)質(zhì)泥餅的條件 合理的粒子級(jí)配；粒子具有較厚的水化膜并具有很好變形性；高分子的使用會(huì)給粒子帶來(lái)較厚的水化膜并利用自身封堵孔隙，同時(shí)，多點(diǎn)聯(lián)接，增加泥餅的韌性。 泥餅形成過(guò)程 在濾失過(guò)程中，鉆井液中的固體

4、顆粒在井壁巖層中的堆積一般形成三個(gè)過(guò)濾層，即瞬時(shí)濾失滲入層，瞬時(shí)濾失時(shí)細(xì)顆粒滲入深度可達(dá)2530 mm；架橋?qū)?，較粗的顆粒在巖層孔隙內(nèi)部架橋而減小巖層的孔隙度，或稱(chēng)為內(nèi)泥餅；井壁表面形成具有一定滲透性的外泥餅。6.泥餅的摩擦系數(shù)鉆井液形成的泥餅表面上有一定的粘滯性，當(dāng)一物體在其表面產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，會(huì)受到一定的摩擦阻力，這個(gè)摩擦阻力稱(chēng)為泥餅的摩擦系數(shù)7.API濾失儀和HTHP濾失儀結(jié)構(gòu) 二 濾失性與鉆井的關(guān)系 1 滲濾壓力與濾失量的關(guān)系 由方程看，VfP0.5但其前提條件是 K 不發(fā)生變化，而實(shí)際中，由于使用優(yōu)質(zhì)搬土配漿，K隨P的增加而降低，因此，壓力對(duì)濾失量無(wú)影響或影響較小。2 濾液粘度及溫度

5、對(duì)濾失量的影響 Vf1/0.5，凡是有利于增加液相粘度的都有利于降低濾失量，如高分子處理劑可提高液相粘度。 溫度不單影響液相粘度，還會(huì)出現(xiàn)某些高溫現(xiàn)象（高溫解吸附、高溫分散等），這些現(xiàn)象，對(duì)包括濾失量在內(nèi)的流變性會(huì)產(chǎn)生巨大的影響，因此，一種新型體系的鉆井液必須要經(jīng)過(guò)高溫檢測(cè)，確定其抗溫性能。3 濾失性與鉆井工作的關(guān)系？濾失性泥餅厚濾失量大接觸面積大、摩擦阻力大、功率消耗大或卡鉆井徑降低，下鉆遇阻、壓力激動(dòng)，坍塌井壁吸水膨脹，縮徑卡鉆破碎性地層，掉塊卡鉆儲(chǔ)層滲透率下降泥餅：薄、磨阻小泥餅：致密、韌4 確定濾失量指標(biāo)時(shí)的原則 A 井淺時(shí)可放寬，井深時(shí)應(yīng)從嚴(yán) B 鉆裸眼時(shí)間短時(shí)可放寬，鉆裸眼時(shí)間長(zhǎng)須

6、從嚴(yán) C 使用不分散性處理劑時(shí)可適當(dāng)放寬，使用分散性處理劑時(shí)要從嚴(yán) D 鉆井液礦化度高者可放寬，鉆井液礦化度小應(yīng)從嚴(yán)。 5 對(duì)濾失性的一般要求在鉆開(kāi)油氣層時(shí)，應(yīng)盡力控制濾失量，以減輕對(duì)油氣層的損害。 鉆遇易坍塌地層時(shí)，濾失量需嚴(yán)格控制，API濾失量最好不大干5ml。對(duì)一般地層，API濾失量應(yīng)盡量控制在10m1以?xún)?nèi)。 要注意提高濾餅質(zhì)量，盡可能形成薄、韌、致密及潤(rùn)滑性好的濾餅，以利于固壁和避免壓差卡鉆。加強(qiáng)對(duì)鉆井液濾失性能的檢測(cè)，常規(guī)測(cè)試4h一次。問(wèn)題探究：1.鉆井工藝對(duì)濾失量和泥餅質(zhì)量有哪些基本要求？泥餅質(zhì)量高，具有潤(rùn)滑作用，有利于防止粘附卡鉆，有利于井壁穩(wěn)定，防止地層坍塌與剝蝕掉塊。鉆井液濾

7、失量過(guò)大，泥餅厚而虛，會(huì)引起一系列問(wèn)題。如： 易造成地層孔隙堵塞損壞油氣層，濾液大量進(jìn)入油氣層，會(huì)引起油氣層的滲透率等物性變化，降低產(chǎn)能； 泥餅在井壁堆積太厚，環(huán)空間隙變小，泵壓升高； 易引起泥包鉆頭，下鉆遇阻、遇卡或堵死水眼； 在高滲透地層易造成較厚的泥餅而引起阻卡，甚至發(fā)生壓差卡鉆； 電測(cè)不順利，并且由于鉆井液濾液進(jìn)入地層較深，水侵半徑增大，若超過(guò)測(cè)井儀所測(cè)范圍，2 鉆井對(duì)鉆井液濾餅?zāi)Σ料禂?shù)有哪些基本要求 摩擦系數(shù)太大，將對(duì)鉆具產(chǎn)生較大摩擦阻力，且易粘附卡鉆，起下鉆遇阻，對(duì)鉆具磨損嚴(yán)重。因此，濾餅?zāi)Σ料禂?shù)越小對(duì)鉆井越有利。為降低濾餅?zāi)Σ料禂?shù)可加入潤(rùn)滑劑，如鉆井液中混入一定量原油、加入高分子

8、聚合物(如聚丙烯酰胺)等。3 在鉆進(jìn)過(guò)程中如何降低失水量？ 在鉆達(dá)生產(chǎn)層、易垮塌及易吸水膨脹的地層，或滲透性較好、濾餅較厚及易產(chǎn)生濾餅卡鉆的井段，需要嚴(yán)格控制鉆井液的失水量。 加入降濾失劑（降失水劑）?，F(xiàn)場(chǎng)一般用混合漏斗將降濾失劑直接加入鉆井液或在鉆井液槽撒入鉆井液。為了提高處理劑的抗溫能力，還可把NaCMC與某些表面活性劑混合使用。 混油（加入原油、柴油或原油與柴油混合物）。4.在混油工藝中需要注意哪些要點(diǎn)？先將基漿處理好再混油。基漿的粘度以低一些為宜，基漿中應(yīng)含有一定數(shù)量的處理劑(如煤堿液、CMC、鐵鉻鹽等)。 混油量(原油或原油與柴油混合)以1020為宜，有時(shí)高達(dá)30。原油宜選用粘度較小

9、，雜質(zhì)、水分及可溶性鹽類(lèi)較少者。 混油時(shí)要逐步加入，尤其是重鉆井液混油應(yīng)該注意嚴(yán)防因密度突然下降而發(fā)生井下事故。混油過(guò)程中應(yīng)保侍較大的泵排量，充分循環(huán)使混入的油類(lèi)混合均勻。拓展知識(shí)：1. 降濾失劑(1).低粘度和中粘度羧甲基纖維素(CMCLV，CMCMV)(2).改性淀粉(StarchM)(3).預(yù)膠化淀粉(StarchPG) (4).羧甲基淀粉(StarchCM)(5).羥丙基淀粉(StarchHP) (6).磺甲基酚醛樹(shù)脂(SMP) (7).磺化酚醛樹(shù)脂一磺化褐煤(SPNH) (8).磺甲基褐煤(SMC) (9).聚丙烯腈銨鹽(NH4一HPAN) (10).腐殖酸鉀(KHm) (11).

10、HMPa (12). JT-888 (13). RSTF (14). CAT-FL 二 常用的潤(rùn)滑劑 1 惰性固體潤(rùn)滑劑 由滑動(dòng)摩擦變成滾動(dòng)摩擦，減小接觸面積。如玻璃小球、塑料小球、石墨、瀝青（降摩阻系數(shù)等）。 2 液體潤(rùn)滑劑 礦物油、植物油、表面活性劑2.潤(rùn)滑劑(1) Lub-1 它是由一些烷烴化合物和一些表面活性劑配成的淡黃色油類(lèi)液體，作為油基類(lèi)潤(rùn)滑劑用于所有的水基鉆井液。它是一種有效的潤(rùn)滑劑，可大幅度降低鉆柱的上提拉力和扭矩。它可直接加入鉆井液，其用量范圍為1.03.0。(2) Lub-2 它是一種醇胺類(lèi)化合物，用于水基鉆井液的無(wú)環(huán)境污染、無(wú)熒光的潤(rùn)滑劑。它可生物降解，對(duì)環(huán)境安全。琥珀色

11、清亮液體。其用量范圍為1.03.0。(3) Lub-3 它是一種礦物油和金屬鹽類(lèi)的混合物。用量范圍為1.03.0。(4)Lub-JY 它是烷烴油類(lèi)與表面活性劑配制的混合物。用做水基鉆井液的極壓潤(rùn)滑劑。它是一種白至淺黃色的油類(lèi)產(chǎn)品。其用量為2.03.0。(5) Lub-PB 它是苯乙烯一二乙烯苯的小微珠，用做水基鉆井液的固體潤(rùn)滑劑以降低井筒的提升阻力和扭矩。商業(yè)產(chǎn)品分為粗、中、細(xì)三種。這種塑性固體微珠具有很高的抗壓和抗撞擊強(qiáng)度，并具有化學(xué)惰性，不與水及鉆井液添加劑反應(yīng)。其顏色為微白至微黃。使用相應(yīng)目數(shù)的振動(dòng)篩篩布可將其回收。其用量范圍為5.08.0。(6) Lub-GB 它是一種玻璃微珠，用做鉆

12、井液的固體潤(rùn)滑劑，但易碎，造成對(duì)設(shè)備的研磨。其用量為3.05.0。(7)聚合醇類(lèi)(Polyglycol and Polyalcohols) 聚合醇類(lèi)是聚乙二醇和聚合醇類(lèi)化合物，主要用于聚合醇鉆井液體系，也可有效地提高其他鉆井液體系的潤(rùn)滑性能和井壁穩(wěn)定性。聚合醇的濁點(diǎn)是指一特定溫度，當(dāng)溫度低于此溫度時(shí)，此產(chǎn)品能以任意比例溶于水中；而在高于這個(gè)溫度時(shí)，它將在水中呈不溶解狀態(tài)，以小微珠的形態(tài)分布在整個(gè)體系中。它在濁點(diǎn)以下溫度為透明的類(lèi)似油狀的液態(tài)。聚合醇類(lèi)對(duì)環(huán)境和人體無(wú)害。在聚合醇鉆井液中，其使用的濃度應(yīng)根據(jù)室內(nèi)試驗(yàn)確定，在其他鉆井液中作為潤(rùn)滑劑的用量范圍為3.05.0。(8)石墨粉(Lub-G)

13、它是一種改性石墨粉，用于改善鉆井液和泥餅的潤(rùn)滑性，其加量范圍為2.03.0。.測(cè)定鉆井液API濾失量（二）操作步驟 1 把支架平穩(wěn)地放在工作臺(tái)上，然后把減壓閥部分插入并緊固在支架上。 2 將調(diào)壓手柄旋入閥體上，將手柄調(diào)至自由位置，順時(shí)針?lè)较蛐o放氣閥桿，關(guān)閉外界通道。 3 將氣源調(diào)節(jié)閥連接在氣瓶上，調(diào)節(jié)手柄至自由位置，將高壓膠管兩端連接在氣瓶調(diào)節(jié)閥及濾失儀高壓閥上。 4 取出濾失儀液杯，用手指堵住液杯小孔，將充分?jǐn)嚢璧你@井液注入液杯內(nèi)至刻度線(xiàn)處(注入量為240 mL)，裝入“O”形密封圈、濾紙，蓋好杯蓋，旋緊后將液杯輸氣頭裝入閥體輸出端，卡緊。 5 將量筒掛架卡在液杯蓋上，再把干燥、潔凈的量筒

14、卡在量筒掛架上。打開(kāi)氣瓶手柄，調(diào)節(jié)減壓閥，使壓力預(yù)達(dá)0.6 MPa。6 迅速將防空閥退回三圈，調(diào)節(jié)減壓閥，使壓力達(dá)到并保持O.7 MPa,待第一滴液體流出時(shí)，啟動(dòng)秒表開(kāi)始計(jì)時(shí)。7 待濾失時(shí)間達(dá)到7.5min時(shí)，取下量筒，讀取濾失量。8 將氣瓶上的手柄關(guān)閉，調(diào)壓閥手柄逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)至自由位置，同時(shí)逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)濾失儀調(diào)壓閥，使之呈自由狀態(tài)。9 順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)放氣閥桿，排出液杯內(nèi)余氣，取下液杯，打開(kāi)杯蓋取出濾紙，用鋼板尺測(cè)出濾餅厚度再乘以2，即為所測(cè)濾餅厚度。10 將氣瓶調(diào)節(jié)閥順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)后，再將濾失儀調(diào)壓閥順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)，使余氣進(jìn)入高壓室，然后逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)放氣閥桿，將高壓室內(nèi)余氣排出。11

15、將兩調(diào)壓闊手柄逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)至自由狀態(tài)，拆掉連接部分，清洗鉆井液杯等部件并擦干待用。三）技術(shù)要求 1 鉆井液杯內(nèi)鉆井液注入量為240mL左右。 2 測(cè)定用氣多用二氧化碳、氮?dú)饣蚩諝?，禁用氧氣和氫氣?3 測(cè)定時(shí)要嚴(yán)格按操作順序，測(cè)完后應(yīng)先關(guān)閉氣源排掉余氣，然后再拆卸儀器。 4 測(cè)定時(shí)間為7.5 min時(shí)，讀取的濾失體積和量取的濾餅厚度都要乘以2作為測(cè)量結(jié)果。若測(cè)定時(shí)間為30min，讀取的濾失體積和量取的濾餅厚度就是所測(cè)鉆井液的濾失量和濾餅厚度。二.測(cè)定鉆井液高溫高壓濾失量HTHP濾失的測(cè)定（一）定義 為模擬井下溫度和壓力條件下測(cè)定濾失，更能反映鉆井液在井下的真實(shí)情況而引出高溫高壓濾失，其定義是

16、：鉆井液在高溫(API標(biāo)準(zhǔn)300oF150)、高壓(API標(biāo)準(zhǔn)為500lb/in23.5 MPa)作用下，30min內(nèi)，透過(guò)直徑為75mm(高溫高壓濾失測(cè)定儀過(guò)濾面積的直徑為53mm，故測(cè)定結(jié)果乘以2)的過(guò)濾面積所濾失的水量叫高溫高壓濾失量，習(xí)慣稱(chēng)高溫高壓濾失，用“HTHP”表示，單位是“mL”。二）操作步驟 1 接通電源，將恒溫器調(diào)至中等溫度范圍半小時(shí)左右，將溫度計(jì)插入測(cè)試孔，預(yù)熱加溫杯至155，調(diào)整恒溫器保持恒溫。 2 松開(kāi)鉆井液杯上的緊固螺釘，取下鉆井液杯蓋，擰緊鉆井液杯及鉆井液杯蓋上的連通閥桿，將攪拌好的待測(cè)鉆井液倒人鉆井液杯至刻度線(xiàn)處。 3 將濾紙仔細(xì)平放在鉆井液杯的“0”形圈上，依

17、次把鉆井液杯蓋裝上并用緊固螺釘緊固。 4 檢查上下連通閥是否旋緊，將鉆井液杯倒置于加熱杯內(nèi)(由定位銷(xiāo)定位)。5 將另一只溫度計(jì)插入鉆井液杯插孔內(nèi)，使溫度保持150恒溫。6 將增壓器裝入連通閥桿上端，并插入固定銷(xiāo)定位。7 將回壓器裝入下連通閥桿下端，插入固定銷(xiāo)。8 以氣瓶為壓力氣源，將增壓器及回壓器接通。9 調(diào)整增壓器及回壓器手柄使其指示0.7 MPa壓力值。10 打開(kāi)頂閥，此時(shí)0.7 MPa壓力進(jìn)入鉆井液杯作用于鉆井液上。高溫高壓濾失測(cè)定儀結(jié)構(gòu)圖11 當(dāng)鉆井液杯恒定在1502時(shí)，打開(kāi)底閥，形成背壓，同時(shí)迅速將增壓器送至4.2MPa，并計(jì)時(shí)。12 濾失時(shí)間30 min，維持溫度1502，若回壓高

18、于0.7 MPa，可采取收集一部分濾液的辦法，泄放壓力，使回壓器恒定于0.7 MPa。13 測(cè)量30min取下量筒，切斷電源，關(guān)閉上下連通閥桿，將增壓器“T”型調(diào)壓手柄按逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)，使其在自由位置。14 打開(kāi)增壓器放氣閥，泄掉管匯壓力，拉出固定銷(xiāo)，取下增壓器。15 將回壓”T”型調(diào)壓手柄按逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)，使其在自由位置，并通過(guò)安全閥手柄將接收器中的壓力放掉。拉出固定銷(xiāo)，取下回壓器。16 從加溫器中取出鉆井液杯，使之自然冷卻或水冷。將鉆井液杯蓋朝下，松開(kāi)連通閥桿，釋放杯中壓力。17 松開(kāi)鉆井液杯蓋上的緊固螺釘，取下蓋子，取出濾紙。18 洗凈并擦干儀器備用。19 結(jié)果處理：測(cè)定30 min的濾失量乘以2即為高溫高壓濾失量。三）技術(shù)要求1 鉆井液必須在高速下充分?jǐn)嚢?。加量要控制在鉆井液杯上刻度線(xiàn)處，距頂端約16 mm，當(dāng)溫度在150以上時(shí)，鉆井液要裝到鉆井液杯下刻度線(xiàn)處，距頂端約20mm，取樣鉆井液也可在攪拌時(shí)預(yù)熱至5055。2 頂部和底部壓力調(diào)至0.7 MPa，才能打開(kāi)頂部的閥桿，待溫度恒定到1502后，才能將頂部壓力調(diào)至4.2 MPa，并計(jì)時(shí)。3 注意檢查放氣閥是否關(guān)閉。4 當(dāng)鉆井液杯從加溫器中取