泥漿基礎(chǔ)知識(shí)課件

鉆井液基礎(chǔ)知識(shí)

2007.6.30.12/24/20221

（一）鉆井液

12/24/20222

（1）鉆井液概述12/24/20223（1.2）泥漿的功用

1）從井內(nèi)清除鉆屑和塌塊

2）潤滑鉆頭和鉆柱

3）用相對(duì)不滲透的泥餅涂敷井壁

4）控制井下地層壓力

5）懸浮鉆屑和加重材料

6）在地面釋放出無用固相

7）懸浮一部分鉆柱和套管的重量

8）防止地層污染

9）確保對(duì)所鉆地層的評(píng)估

10）傳遞水力清洗能力到鉆頭

11）支持和保護(hù)井眼井壁

12）防護(hù)鉆柱和套管過分腐蝕12/24/20225（1.2.1）從井內(nèi)清除鉆屑和塌塊

1)鉆頭水眼的水力噴射從井底釋放鉆屑

2）泥漿從鉆頭下除去鉆屑

3）環(huán)空泥漿將鉆屑和塌塊升舉到地面

4）以下因素影響泥漿的攜帶能力：

a,環(huán)空流動(dòng)速度

b,鉆井液密度

c,鉆井液粘度

12/24/20226（1.2.2）潤滑鉆頭和鉆柱

鉆頭和鉆柱與地層的摩擦產(chǎn)生熱；

循環(huán)的泥漿使熱消散；

如果有研磨作用的固體顆粒極少時(shí)泥漿能起到潤滑

劑的作用。

12/24/20227（1.2.3）用相對(duì)難滲透的泥餅涂敷井壁

1）目的是達(dá)到可接受的濾餅；2）濾餅阻塞泥漿進(jìn)入滲透性地層的通道；3）膨潤土、降濾失劑、膠體穩(wěn)定劑等影響濾餅質(zhì)量和濾失量。

12/24/20228

(1.2.5)懸浮鉆屑和加重材料

與

(1.2.6)在地面釋放出無用固相

1）固相顆粒由于鉆井液的靜切力而懸??；

2）鉆井液的流動(dòng)特性是很重要的：特別是

屈服值使鉆井液在流動(dòng)中攜帶鉆屑；

3）必須利用固控設(shè)備有效地清除固相，鉆井液的粘度和剪切稀釋性影響固控設(shè)備的清除固相效果。12/24/202210（1.2.8）防止地層污染

與

（1.2.9）確保對(duì)所鉆地層的評(píng)估

1）最大限度減少對(duì)潛在儲(chǔ)層的損害；

2）使測井順利；提高對(duì)地層的評(píng)價(jià)效果；

3）維持井眼的完整性；

4）要求的最佳泥漿性能，避免對(duì)電測得干擾。12/24/202212（1.2.11）支持和保護(hù)井眼井壁

1）作用到井壁上的鉆井液靜液柱壓力有助于

維持井眼的穩(wěn)定；

2）有些地層（鹽層）的塑性流動(dòng)可能得到阻

止；

3）鉆井液的抑制性能可能能夠穩(wěn)定敏感性的

地層（頁巖層）；

4）在水敏性地層盡量降低濾失量。12/24/202214（1.2.12）防護(hù)鉆柱和套管過分腐蝕

1）金屬會(huì)受到硫化氫、氧和二氧化碳的腐蝕；

2）細(xì)菌的腐蝕也必須盡量減輕；

3）適當(dāng)?shù)拿芏绕胶獾貙託怏w的入侵；

4）添加清除劑和緩蝕劑。12/24/202215泥漿的主要功能攜帶、懸浮巖屑控制壓力形成泥餅破巖、清巖保護(hù)油氣層傳遞水功率312/24/202216

（2）鉆井液的組成

12/24/202217(2.1）粘土-水基鉆井液的組成

多相分散體系

1）水（淡水或鹽水）

2）活性固體顆粒（膨潤土和泥頁巖鉆屑）

3）惰性固體顆粒（加重材料和砂巖鉆屑）

4）化學(xué)藥品（處理劑）12/24/202218（2.1.2）活性固體顆粒

1）商品粘土－膨潤土、搬土；

2）可水化的鉆屑－泥巖、泥頁巖、含粘土的鉆屑。

12/24/202220（2.1.3）惰性固體顆粒

加重材料（重晶石等）；

非活性鉆屑固體顆粒：

1）砂巖鉆屑；

2）石灰?guī)r鉆屑；

3）黑硅石（燧石）鉆屑；

4）白云石鉆屑；

5）不含粘土成分和一般無機(jī)鹽的鉆屑。12/24/202221（2.2）油基鉆井液的組成

1）分散相水滴；

2）連續(xù)相油；

3）乳化劑；

4）潤濕劑；

5）親油固體(有機(jī)土、氧化瀝青等）；

6）石灰；

7）稀釋劑、提切劑、高溫穩(wěn)定劑、封堵劑等

7）加重材料等。12/24/202223（3）鉆井液性能

12/24/202224（3.2）鉆井液性能測定和計(jì)算項(xiàng)目密度馬氏漏斗粘度表觀粘度塑性粘度動(dòng)切力（屈服值）動(dòng)塑比切力（靜切力-初切、終切）API濾失量API濾失泥餅HTHP濾失量HTHP濾失量的泥餅含砂量pH值n值(流型指數(shù)）K值（稠度系數(shù)）浮筒切力礦化度濾液、水總硬度泥漿潤滑性泥餅粘附系數(shù)砂床濾失性Pf(濾液酚酞堿度)Pm(泥漿酚酞堿度)Mf（濾液甲基橙堿度）固相含量/含油量/含水量亞甲基蘭吸附容量（膨潤土含量）高密度固相含量低密度固相含量巖屑含量CL-含量K+含量Mg2+含量Ca2+含量硫酸根含量碳酸鹽含量鉆井液電阻率油基泥漿電穩(wěn)定性油基泥漿堿度油基泥漿油水比油基泥漿水相活度12/24/202226（3.3)鉆井液密度

鉆井液密度是指單位體積鉆井液的質(zhì)量。其單位可用g/cm3或kg/m3來表示（英制用Ib/gal，即磅/加侖，1g/cm3=8.33Ib/gal

）。12/24/202227（3.3.1）鉆井液密度的意義

1）提供充足的液柱壓力，平衡地層流體壓力，避免地層流體污染泥漿，防噴；平衡地層構(gòu)造應(yīng)力，有利于井眼穩(wěn)定；

2）密度不能高至壓裂地層而引起井漏，密度高會(huì)降低鉆速；

3）密度降低有利于阻止井漏，提高鉆速，減少壓差卡鉆幾率，有利于儲(chǔ)層保護(hù)，但容易引發(fā)井涌井噴；

4）井內(nèi)靜液柱壓力可以如下計(jì)算：

P(psi)=D(ft)×W(lb/gal)×0.052

0.052是換算常數(shù)

12/24/202228（3.3.3）密度過低的不利影響

1）易井涌井噴；

2）易井塌，井眼不穩(wěn)定；

3）易縮徑；

4）泥漿攜帶鉆屑能力下降。12/24/202230（3.3.4）密度的設(shè)計(jì)與控制

1）根據(jù)地層的空隙壓力、破裂壓力及鉆井液的流變參數(shù)確定密度；

2）正常下，密度設(shè)計(jì)附加值為：

氣層：3-5MPa;

油層：1.5-3.5MPa；

3）通常用重晶石加重（可加重至2.5SG左右）；

4）對(duì)于非酸敏性又要酸化的產(chǎn)層用酸溶性加重劑如石灰石（加重至1.4SG以內(nèi)），鐵礦粉或鈦鐵礦粉（可加重到1.4SG以上）；

5）加重前的泥漿低密度固相含量必須控制，所需密度愈高加重前的固相含量就要愈低，粘度亦應(yīng)愈低；

6）加重時(shí)不能太猛，每循環(huán)周增加0.10SG為適當(dāng)。12/24/202231（3.3.5）密度測定的要點(diǎn)

1）泥漿比重計(jì)基座應(yīng)放置在水平臺(tái)面上；

2）泥漿比重計(jì)的泥漿杯和橫梁應(yīng)清潔干燥；

3）用于測定的泥漿應(yīng)當(dāng)是均勻一致和有代表性的；

4）泥漿比重計(jì)應(yīng)當(dāng)經(jīng)常用清水進(jìn)行校正；

5）如果泥漿試樣有起泡，應(yīng)加消泡劑并緩慢攪拌除氣，或

用壓力式泥漿比重計(jì)；

6）泥漿試樣有泡沫是密度測定的主要誤差根源；

7）泥漿比重計(jì)的泥漿杯和橫梁不干凈影響測定的準(zhǔn)確性；

8）泥漿杯磨損或腐蝕使容積增大，泥漿杯蓋蓋不嚴(yán)實(shí)或容

納氣體也使測定有誤差；

9）泥漿杯沒有裝滿泥漿會(huì)使測定不準(zhǔn)確；

10）比重計(jì)沒有校正，支點(diǎn)刀口和橫梁損壞將引起測定不

準(zhǔn)確。12/24/202232（3.3.6）密度有關(guān)的知識(shí)

1）泥漿的密度直接和固相的數(shù)量與平均比重及液相的密度有關(guān)；

2）密度的重要性在于使井內(nèi)泥漿液柱具有適當(dāng)?shù)膲毫刂频貙訅毫陀兄诜€(wěn)定井眼；

3）泥漿液柱的壓力與其垂直深度的增加而成比例的增加；

4）淡水的密度是1.0g/ml,或8.33lb/gal;

5)正常鉆進(jìn)時(shí)泥漿密度是在增加的，因?yàn)殂@屑在泥漿中不可能完全除去，會(huì)在泥漿內(nèi)累積，而鉆屑的密度一般都比在用的泥漿密度大；

6）泥漿中有目的地加入高密度的固體粉末以增加泥漿密度，最常用的是重晶石（密度4.3g/ml左右）；

7）其它不溶性加重材料是：碳酸鈣、氧化鐵、硫化鉛等；

可溶性加重材料是：氯化鈉、氯化鈣、溴化鈣、氯化鉀、溴化鋅、甲酸鈉、甲酸鉀等等。12/24/202233（3.3.7）影響密度升降的因素

1）增加密度：

添加加重劑/增大屈服值以增大當(dāng)量循環(huán)密度/泥漿除氣/灌滿井眼/增加鉆速與鉆屑累積/降低泵排量以增大鉆屑濃度/增大泵壓以增大當(dāng)量循環(huán)密度/油基泥漿添加鹽水/加入較高密度的泥漿。

2）降低密度：

加水（油）/固控設(shè)備除去固相/控制鉆速/井下油氣侵入/加入較低密度的膠液或泥漿/加強(qiáng)固控設(shè)備的固相清除能力/降低屈服值或泵排量和泵壓以降低當(dāng)量循環(huán)密度/使用泡沫鉆井液/降低鉆進(jìn)速度和增大泵排量。12/24/202234（3.3.8）密度調(diào)節(jié)計(jì)算公式

1）增加密度：

原泥漿體積×加重劑密度×（欲達(dá)密度－原密度）

加重劑用量=

（加重劑密度

－欲達(dá)密度）

2）用水降低密度：

原泥漿體積×（原密度－欲達(dá)密度）

用水量=

（欲達(dá)密度

－水的密度）

（注意單位的統(tǒng)一）

12/24/202235（3.4）鉆井液流動(dòng)性

1）流動(dòng)性能用以下術(shù)語描述；

表觀粘度AV，cp；

塑性粘度PV，cp；

屈服值（動(dòng)切力）YP，lb/100ft2；

靜切力（初切、終切）Gels，lb/100ft2；

馬氏漏斗粘度FV，s/qt；

動(dòng)/塑比YP/PV，lb/100ft2/cp或Pa/mPa.s；

流型指數(shù)n值；

稠度系數(shù)K值；

2）這些性能描述鉆井液在循環(huán)系統(tǒng)中的預(yù)期狀態(tài)，粘度反映流動(dòng)阻力的大小，切力反映結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的大小，流型系數(shù)反映流變狀態(tài)；

3）流變學(xué)是研究物體流動(dòng)和變形的科學(xué)；明白在鉆井液術(shù)語中流變學(xué)意味著什么極為重要；

5）鉆井液的流動(dòng)性嚴(yán)重地影響鉆井作業(yè)：

井眼清潔問題/重晶石的懸浮/循環(huán)壓力損失/抽汲

壓力與沖擊波動(dòng)壓力/在地面除氣和鉆屑問題/經(jīng)濟(jì)性/

鉆進(jìn)速度/井眼穩(wěn)定性/井眼沖蝕問題/泥漿漏失問題；

6）鉆井液的流變性能受制于組分和環(huán)境因素。

12/24/202236（3.4.1）影響鉆井液的流動(dòng)性的因素

1）鉆井液的成分

液體部分（電解質(zhì)種類、濃度；聚合物種類和濃度）

惰性固體顆粒（濃度和細(xì)度）

活性固體顆粒（種類、濃度和細(xì)度）

2）環(huán)境因素

溫度

剪切速率

壓力（特別是油）

12/24/202237（3.4.1.1）鉆井液的液體部分影響流動(dòng)性

1）溶解的鹽一般增大粘度；

2）增加溫度降低粘度；

3）剪切速率一般不影響液相粘度；

4）增大壓力不明顯影響水的粘度，但明顯影響油的粘度。12/24/202238（3.4.1.2）鉆井液的惰性固相影響流動(dòng)性

1）惰性固相體積百分含量的增加會(huì)使粘度按指數(shù)律增大；

2）全部固體顆粒在非常高剪切速率下傾向于表現(xiàn)為惰性固體顆粒的作用；

3）長度比寬度大得多的固相顆粒（如聚合物、某些粘土、石棉）會(huì)使液流體表現(xiàn)出剪切稀釋性能。

12/24/202239（3.4.1.3）鉆井液的活性固相影響流動(dòng)性

1）活性固相的交聯(lián)（絮凝）會(huì)引起低剪切速率粘度、屈服值和切力的增大；

2）增加溫度會(huì)促進(jìn)交聯(lián)作用；

3）木質(zhì)素磺酸鹽阻止交聯(lián)和降低低剪切速率粘度、屈服值和切力。12/24/202240（3.4.1.4）鉆井液的溫度影響流動(dòng)性

1）溫度升高一般會(huì)增大粘土晶體片的分散；

2）溫度升高有時(shí)會(huì)增大粘度片的絮凝；

12/24/202241（3.4.2）流變性能

鉆井液流變性是指它的流動(dòng)和變形特性，通常用鉆井液流變曲線、粘度(包括漏斗粘度、表觀粘度、塑性粘度)、切力(包括動(dòng)切力與靜切力)、動(dòng)塑比等參數(shù)來表示。

12/24/202242(3.4.3)流體流動(dòng)的基本概念液體和固體重要區(qū)別之一是流體具有流動(dòng)性,只要加很小的力就能使液體發(fā)生變形;力作用時(shí)間長,變形就大.12/24/202243剪切速率(ShearRate)統(tǒng)一名稱：速梯、剪率、切變率。常用符號(hào)：γ、D、dv/dx、dv/dr定義：γ=dv/dr=垂直于流動(dòng)方向上單位距離內(nèi)的流速增量。意義：dv/dr增大，液流各層間的速度變化大；反之則小。單位：γ=速度/距離=cm/s/cm=1/s=s-1

鉆井液循環(huán)系統(tǒng)中各部位剪切速率范圍為:

沉砂罐處：10~20s-1

環(huán)形空間：50~250s-1

鉆桿內(nèi)部：100~1000s-1

鉆頭水眼：1000~7000s-112/24/202244剪切應(yīng)力

ShearStress統(tǒng)一名稱：剪應(yīng)力、切應(yīng)力。常用符號(hào)：τ定義：τ=F/A=液層單位面積上的剪切力。意義：τ越大，液流各層所受的作用力越大；反之，越小。單位：τ=F/A=dyn/cm2；Pa。1Pa=10dyn/cm212/24/202245（3.4.4）粘切過大的不利影響

1）流動(dòng)阻力大，能量消耗高；

2）鉆速慢；

3）凈化不良（除氣除砂不良）；

4）易泥包；

5）壓力激動(dòng)大；

6）易引起卡、噴、漏、塌等事故；

7）易氣侵，影響氣測；12/24/202246（3.4.5）粘切過低的不利影響

1）洗井不良，井眼凈化差，易引起井下事故；

2）沖刷井壁，加劇井塌；

3）巖屑過細(xì)影響錄井。

12/24/202247（3.4.6）流動(dòng)性基本認(rèn)識(shí)

1）泥漿在循環(huán)系統(tǒng)的不同地點(diǎn)流動(dòng)狀態(tài)是不同的：

在鉆柱內(nèi)和鉆頭水眼處流動(dòng)很快，是紊流

在鉆柱和井筒之間的環(huán)形空間流動(dòng)可能是絮流或?qū)恿?，?jīng)常為層流；

2）為了確定在不同流動(dòng)速度下的流動(dòng)狀態(tài)，需要研究在循環(huán)系統(tǒng)的這一地點(diǎn)流動(dòng)速度下的剪切應(yīng)力-剪切速率關(guān)系；

3）流體可以分為牛頓流體或非牛頓流體；

4）牛頓流體（如純水和礦物油）的粘度不受剪切速率的影響（在鉆頭水眼處和在環(huán)形空間都是一樣的）；

5）不具有恒定的粘度的流體稱為非牛頓流體，幾乎所有泥漿都是非牛頓流體；馬氏漏斗粘度12/24/202248（3.4.7）流動(dòng)性基本認(rèn)識(shí)

1)非牛頓流體的粘度不但是流體而且是其剪切速率的函數(shù)；

2）非牛頓流體的粘度可以由如下確定：

剪切應(yīng)力/剪切速率

由此計(jì)算的粘度是隨剪切速率的改變而改變的；

3）通常表觀粘度是指在旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)轉(zhuǎn)速為600RPM時(shí)的剪切速率下的粘度；

12/24/202249（3.4.8）塑性粘度

1）塑性粘度是反映在高剪切速率下泥漿的粘度；

2）塑性粘度是由機(jī)械摩擦引起的對(duì)流動(dòng)的阻力；

2）這阻力由以下方式產(chǎn)生：

鉆井液內(nèi)固相之間的運(yùn)動(dòng)；

固相與液相之間的運(yùn)動(dòng)；

液相本身的剪切。

3）塑性粘度主要取決于固相的濃度、顆粒大小和形狀、固相的類型和液相的粘度；

4）塑性粘度的控制主要用固相清除和沖?。凰苄哉扯瓤梢酝ㄟ^如下方法改變：

加水稀釋/泥漿轉(zhuǎn)動(dòng)篩除固相/除砂器除固相/除泥器除泥/離心機(jī)除粘土顆粒；

5）塑性粘度計(jì)算PV（mPa.s)=Ф600-Φ300。12/24/202250（3.4.9）屈服值

1）屈服值反映在低剪切速率下固體顆粒之間的吸引力；

2）屈服值是鉆井液內(nèi)的電化學(xué)力，即吸引力引起

的流動(dòng)阻力；這個(gè)吸引力是在動(dòng)態(tài)即流動(dòng)狀態(tài)下測量；

3）屈服值取決于：

固相顆粒的類型和表面性質(zhì)；

固相的體積濃度與分散情況；

固相所在的液相中電解質(zhì)的類型和它的濃度；

污染的程度；

溫度；

反絮凝劑的濃度；

4）高屈服值由以下引起：

固相體積濃度的增加；固相顆粒密集堆積增大化學(xué)力；水化

性地層粘土；鉆屑粘土活性固相進(jìn)入鉆井液體系中；過分使

用商品粘土；溶解的污染物如鹽、水泥、石膏引起絮凝；化

學(xué)藥品處理不當(dāng)。

5）屈服值的控制主要使用反絮凝劑。

提高屈服值：活性固相的絮凝/泥漿受到污染/惰性固相濃度很大；

降低屈服值：加化學(xué)反絮凝劑/處理好污染/調(diào)整堿度/調(diào)整pH值/加

水沖稀。12/24/202251（3.4.10）靜切力

1）靜切力表示液體開始流動(dòng)所需要的剪切應(yīng)力；

2）靜切力（膠凝）反映靜止?fàn)顟B(tài)下固體顆粒之間的吸引力；

3）當(dāng)帶電固體顆粒連接在一起形成剛性的結(jié)構(gòu)時(shí)

就產(chǎn)生靜切力；

4）靜切力在靜止即非流動(dòng)狀態(tài)下測量,分為初切（靜止10秒鐘）和終切（靜止10分鐘）；

5）初切與終切一起反映了膠凝程度在靜止?fàn)顟B(tài)下變稠趨向，一般可分為增強(qiáng)型（初切低而終切高）和脆性型（初切高而終切稍微增高）；

5）靜切力主要用反絮凝劑控制；

6）凝膠強(qiáng)度（靜切力）由如下因素而定：

泥漿中的粘土反絮凝劑/固體顆粒的數(shù)量及類型/污染的程度/溫度。12/24/202252（3.4.11）靜切力類型

1）增強(qiáng)型（初切低而終切高）

特點(diǎn)：開始循環(huán)泥漿時(shí)要求增加泵壓

原因：反絮凝劑（化學(xué)處理劑）不足

活性固相（粘土）濃度太大；

2）脆性型（初切高而終切稍微增高）

特點(diǎn)：較低泵壓就能恢復(fù)循環(huán)泥漿

原因：泥漿受污染

鹽水泥漿

非分散性泥漿；

3）一般范圍：初切0-5lb/100ft2；終切5-30lb/100ft212/24/202253（3.4.12）表觀粘度

1）通常表觀粘度是指在旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)轉(zhuǎn)速為600RPM時(shí)的剪切速率下的粘度：

表觀粘度(cp):AV=Ф600/2；

2）利用表觀粘度難于確定泥漿流動(dòng)性能變動(dòng)的原因；

3）漏斗粘度也是一種表觀粘度；12/24/202254（3.4.13）動(dòng)塑比

1）在環(huán)形空間，流動(dòng)剖面平板化的程度（流核直徑的大小）與動(dòng)塑比及上返速度有關(guān)；

2）動(dòng)塑比值越大，平板化程度越大；動(dòng)塑比值過小會(huì)導(dǎo)致尖峰型層流；

3）對(duì)于絮凝的泥漿：YP/PV可以最大為3/1；

4）對(duì)于反絮凝的（分散的）泥漿：YP/PV可以最小為0.25/1;

5）減小n值如同提高動(dòng)塑比，也可使環(huán)空液流轉(zhuǎn)變?yōu)槠桨鍖恿鳎?/p>

6）一般情況下，比較適宜的范圍是：

動(dòng)塑比控制在0.36-0.48（Pa/mPa.s)

或動(dòng)塑比控制在0.75-1（lb/100ft2/cp）

或n值保持在0.4-0.7。12/24/202255（3.4.14）平板型層流的優(yōu)點(diǎn)

1）可使選用環(huán)空返速較低的泥漿（如：低固相泥漿保持在0.5-0.6m/s)有效地?cái)y帶巖屑，因而泵壓可較低又能降低壓力損失，使水力功率得到充分利用；

2）解決了低粘度泥漿的有效攜帶巖屑的問題，只要保證動(dòng)塑比較高，再加上有一定的環(huán)空返速，就能有效攜帶巖屑，保持井眼清潔；

3）避免紊流對(duì)井壁的沖刷，有利于保持井壁穩(wěn)定。12/24/202256（3.4.15）使動(dòng)塑比達(dá)到要求范圍的措施

1）選用XC生物聚合物、HEC、PHP、FA367等高分子聚合物為主要處理劑并保持足夠的濃度；

2）有效地使用固控設(shè)備除去無用固相，降低固體顆粒濃度；

3）在保證泥漿性能穩(wěn)定的情況下，適當(dāng)加入石灰、石膏、氯化鈣或食鹽等電解質(zhì)，以增強(qiáng)固體顆粒形成網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的能力；

4）如果環(huán)空液流處于紊流狀態(tài)，則應(yīng)先考慮降低環(huán)空返速或同時(shí)提高粘度、切力，使泥漿轉(zhuǎn)變?yōu)閷恿鳡顟B(tài)，然后再控制動(dòng)塑比以達(dá)到平板型層流。12/24/202257（3.4.16）漏斗粘度

1）馬氏漏斗粘度計(jì)是測定從馬氏漏斗下端出口流出1夸脫泥漿所需要的秒數(shù)（有時(shí)也測定流出1000ml泥漿所需要的秒數(shù)，必須注明）；

2）漏斗粘度計(jì)只用于監(jiān)測泥漿粘度變化的趨勢，是否在預(yù)定設(shè)計(jì)范圍的一種簡便儀器；直觀反映泥漿可泵送的情況；

3）不能用于確定泥漿的剪切應(yīng)力-剪切速率關(guān)系，無法與其他流變參數(shù)進(jìn)行換算；

4）不能用于確定粘度波動(dòng)變化的原因，也不能作為泥漿處理的依據(jù)；

5）泥漿在測定時(shí)間內(nèi)的流出速度是變化著的，先快后慢；

6）漏斗粘度受溫度、密度、固體大顆粒沒有篩除、泥漿含有氣泡和測定時(shí)間長短的影響；

7）對(duì)于沒有加重的泥漿馬氏漏斗粘度一般應(yīng)在30-45秒，加重的泥漿則在45-60秒，高粘土含量的稠泥漿將達(dá)75-120秒。12/24/202258（3.4.17）馬氏漏斗粘度測定要點(diǎn)

1）馬氏漏斗粘度計(jì)應(yīng)當(dāng)清潔無損；

2）用于測定的泥漿應(yīng)當(dāng)是均勻一致和有代表性的；

3）測定結(jié)果單位為秒/夸脫，泥漿的溫度也應(yīng)記錄；

4）漏斗粘度計(jì)在測定前不干凈會(huì)產(chǎn)生誤差；

5）泥漿樣品沒有通過漏斗上的篩可能會(huì)引起測定不準(zhǔn)確；

6）漏斗的泥漿出口管擴(kuò)大或被干泥漿部分堵塞將使測定不準(zhǔn)確；

7）計(jì)時(shí)秒表不準(zhǔn)確也使測定不準(zhǔn)確；

8）馬氏漏斗應(yīng)經(jīng)常用清水進(jìn)行校正（21±3℃的淡水流出時(shí)間為26±0.5秒）。12/24/202259（3.4.18）流動(dòng)性不良的原因與處理

1）過高粘度、屈服值和切力的一般原因

固相被污染物絮凝/反絮凝劑加量不足/高固相堆積/惰性固相在被研磨到極細(xì)顆粒時(shí)也會(huì)明顯增大粘度；

2）過高粘度、屈服值和切力的一般處理方法

加水/加反絮凝劑/轉(zhuǎn)換為易于對(duì)付污染的泥漿體系/強(qiáng)化固控設(shè)備的使用效果；

3）過低粘度、屈服值和切力的一般原因：

加入太多稀釋水/地層水大量侵入/搬土濃度不足/聚合物加量不夠；

4）過低粘度、屈服值和切力的一般處理方法：

加入搬土或高粘度聚合物/減少離心機(jī)處理時(shí)間/加入少量絮凝劑/增大泥漿密度以阻止地層水的侵入/降低稀釋水用量；12/24/202260（3.4.19）流動(dòng)性的要求

1）表明鉆井液在鉆井中清洗井眼、攜帶鉆屑能力及流動(dòng)阻力的大小，直接關(guān)系鉆井的快慢和安全；

2）盡可能用較低的粘切（不同密度有不同的最佳范圍）；

3）低固相泥漿的動(dòng)/塑比一般應(yīng)為0.48（Pa/mPa.s)；

4）n值一般保持0.5-0.7；12/24/2022612(3.5)鉆井液的濾失性能12/24/202262（3.5.1）鉆井液濾失類型、控制目標(biāo)

1）濾失類型：

靜濾失-泥漿在靜止?fàn)顟B(tài)

動(dòng)濾失-泥漿在運(yùn)動(dòng)著

瞬時(shí)失水-濾餅尚未完全形成之前很短時(shí)間內(nèi)的失水量

；

2）濾失控制的目標(biāo)：

薄的泥餅

低失水12/24/202263(1)水基鉆井液中的水水基鉆井液=固相+水+處理劑鉆井液中的水由三部分組成：結(jié)晶水（化學(xué)結(jié)合水）——粘土礦物晶體構(gòu)造的組成部分。吸附水（束縛水）——由固相顆粒分子間力吸附的水化膜。自由水——鉆井液中自由移動(dòng)的水，分散介質(zhì)。特點(diǎn)：占總水量中的絕大部分。水在泥漿中所呈狀態(tài)吸附水結(jié)晶水自由水2(3.5.2)濾失造壁性的基本概念12/24/202264(3.5.3)失水與造壁的概念

為了防止地層流體進(jìn)入井內(nèi)，鉆井液液柱的壓力必須大于地層流體的壓力，于是，鉆井液總是趨向于向地層漏失或?yàn)V失。漏失——鉆井液的固相和液相全部進(jìn)入地層的現(xiàn)象。濾失——鉆井液中只有液相進(jìn)入地層的現(xiàn)象。失水——鉆井液中的自由水在壓差作用下向井壁巖石的裂隙或孔隙中滲透。泥餅——鉆井液濾失過程中留在井壁或者濾膜上的物質(zhì)。造壁性——在濾失過程中，隨著鉆井液中的自由水進(jìn)入巖層，鉆井液中的固相顆粒便附著在井壁形成泥餅。512/24/20226512/24/202266(3.5.4)瞬時(shí)失水SpurtLoss——濾餅尚未完全形成之前很短時(shí)間內(nèi)的失水量。特點(diǎn)：時(shí)間短（t<2秒)；比例小。712/24/202267(3.5.5)動(dòng)失水DynamicFiltration——鉆井液循環(huán)時(shí)的失水量。特點(diǎn)：泥餅形成、增厚與沖蝕處于動(dòng)平衡。（高滲透率低滲透率=C）失水速率大、失水量大。812/24/202268（3.5.6）泥漿動(dòng)濾失差所帶來的問題

1）地層評(píng)價(jià)問題；

2）地層損害。12/24/202269(3.5.7)靜失水StaticFiltration——井下：鉆井液停止循環(huán)后的失水。——室內(nèi)：指定靜態(tài)條件下，靜失水儀器測得的失水。特點(diǎn)：

失水速率小、失水量較小。泥餅厚（無沖蝕作用）。912/24/202270（3.5.8）泥漿靜濾失差所帶來的問題

1）縮徑；

2）壓差卡鉆；

3）地層評(píng)價(jià)效果不好；

4）固井時(shí)水泥置換作用不好。12/24/202271（3.5.9）鉆井液的動(dòng)濾失量影響動(dòng)失水的因素：①影響靜失水的因素同樣影響動(dòng)失水。②環(huán)空返速·紊流：返速高，沖蝕大，動(dòng)失水大?！恿鳎悍邓俚停瑳_蝕小，動(dòng)失水小?！て桨逍蛯恿鳎悍邓俚停瑳_蝕小，動(dòng)失水小。③泥餅強(qiáng)度：強(qiáng)度高，不易沖蝕，動(dòng)失水小。12/24/202272（3.5.10）各種因素對(duì)靜濾失的影響

因素泥餅厚度濾失量

滲透率增大增厚增大；

時(shí)間延長增厚增大；

壓差增大增厚增大；

泥漿固相增多增厚下降；

濾液粘度增加減簿下降。12/24/202273(3.5.11)鉆井液的靜失水

StaticFiltration1.靜失水方程假設(shè)條件：泥餅厚度h<<井眼直徑；濾失過程為線性關(guān)系——K=C；濾失為恒溫恒壓過程。靜失水方程推導(dǎo)：

利用達(dá)西滲濾公式：

(1)

式中，vf——濾失量，cm3；t——濾失時(shí)間，s；k——泥餅滲透率，darcy;P——濾失壓力,kg/cm2;——濾液粘度，mPa.s；h——泥餅厚度，cm；A——濾失面積，cm2。1212/24/202274

如果一定體積的鉆井液Vm全部濾失完，則在Vm當(dāng)中，有Vf的濾液體積從Vm中擠壓出去，剩下Vc的泥餅體積擠不出去，于是可以得到：Vm=Vf+Vc=Ah+Vf(2)Vc/Vf=R=常數(shù)(3)將（2）、（3）式代入達(dá)西公式（1）中，得到：(4)

對(duì)（4）式兩邊積分，得：(5)1312/24/202275根據(jù)假設(shè)可知，泥餅中干固體體積等于泥餅體積與泥餅中固相體積分?jǐn)?shù)的乘積。即：Vc=hACc鉆井液中固相體積百分?jǐn)?shù)為：Vc/Vf=hACc//(hA+Vf)

聯(lián)立解以上兩式，得：(6)

將（5）式代入達(dá)西公式（1）中，并積分得：(7)

比較（7）式與（5）式，可以看到：Cc/Cm-1=Vf/Vc

1412/24/2022762.影響靜失水的因素

Vf與t的關(guān)系RelationshipBetweenFiltrationandTime理論關(guān)系：在直角坐標(biāo)上任取兩點(diǎn)，可以得到：Vf與t的關(guān)系t1/20Vft1

1/2Vf1t2

1/2Vf2該式實(shí)際上表明了任意時(shí)刻失水量之間的關(guān)系。如果：t1=7.5分鐘；t2=30分鐘；則：Vf30’=2Vf7.5’1512/24/202277實(shí)際關(guān)系實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在直角坐標(biāo)上的直線存在截距——正截距和負(fù)截距。原因分析：正截距：泥餅未形成之前鉆井液濾失量較大。負(fù)截距：濾失量很小，不足以充滿濾紙和儀器排出管。Larsen方程：Vf’=Vsp+A(ct)1/2根據(jù)：

Vf30’=2Vf7.5’得到：

Vf30’-Vsp=A(c30’)1/2Vf7.5’-Vsp=A(c7.5’)1/2聯(lián)立解之，得到：Vf30’=2Vf7.5’-VspVf30’=2Vf7.5

+Vsp

式中：Vf’——考慮了瞬時(shí)失水的靜失水量；

Vf——未考慮瞬時(shí)失水的靜失水量。t1/2VfVsPVf與t的關(guān)系1612/24/202278Vf

與P的關(guān)系

RelationshipBetweenPressureandFiltrationVolume理論上：LgVf=1/2LgP+1/2LgC即：Vf

P1/2

條件：k=常數(shù)。實(shí)際上：Vf

Px

原因：k≠常數(shù)。指數(shù)x的實(shí)質(zhì)：反映壓力對(duì)泥餅可壓縮性，x越小，泥餅可壓縮性越好，k越小。x是直線斜率，一般小于0.5。x與固相粒子形狀和大小有關(guān)。一般：粘土：x=0.205頁巖：x=0.084膨潤土：x=0LgP0LgVVf

與P的關(guān)系1712/24/202279Vf與的關(guān)系RelationshipBetweenViscosityandFiltrateVolume由靜失水方程可知：Vf

-1/2；而：1/溫度T所以：Vf=f(T)影響規(guī)律：

T↑→↓→Vf↑

例如：用純水配制的鉆井液，在200C與1000C比較。

T↑粘土聚結(jié)和絮凝狀態(tài)改變→k↑→Vf↑；

粘土去水化，吸附水↓→自由水↑→Vf↑。T↑，降失水劑要降解，若超過處理劑的抗溫能力，失水量急劇增加。1812/24/202280Vf與固相含量及類型的關(guān)系Vf

(Cc/Cm-1)1/2

顯然，若要降低失水量Vf，可以采取的方法為：提高鉆井液中的固相含量Cm.

存在問題：固含增加，將導(dǎo)致鉆井液流變性變差，同時(shí)，鉆進(jìn)速度降低。

降低泥餅中的固相含量Cc。

優(yōu)點(diǎn)：泥餅中土少水多（束縛水多），水化膜厚，在壓力作用下易變形，可壓縮性大。結(jié)論：宜選用優(yōu)質(zhì)土配制鉆井液。1912/24/202281泥餅厚度h與vf的關(guān)系

RelatiionshipBetweenCakeThicknessandFiltration影響規(guī)律：a.Vf

↓

→h↓。b.Cc/Cm

↑→h↓；然而，當(dāng)鉆井液固含Cm≈Cc，h↑↑?！擁?xiàng)影響規(guī)律說明鉆井液應(yīng)該優(yōu)選優(yōu)質(zhì)土。C.當(dāng)固含Cm一定時(shí)，孔隙度↑→泥餅疏松→h↑。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：

固相粒度分布越寬

→

↓

→h↓；

小粒子越多

→

↓

→h↓。

2012/24/202282Vf與k的關(guān)系RelationshipBetweenThePermeabilityoftheFilterCake(a)K與vf的關(guān)系式由：

得到：（1）式中單位：h——cm；Vf——cm3；——mPa.s；t——s；P——kg/cm2；A——cm2；Vc——cm3；k——darcy(1d=103md)；12/24/202283將上式（1）換為現(xiàn)場通用單位：代入：k(d)→103k(md)；t(s)→60t(min)。得到：（2）再代入：h=Vc/A；h=0.1mm（3）最后代入測定靜失水的API標(biāo)準(zhǔn)條件：A=45cm2；P=6.8kg/cm2；t=30min。由（2）式得實(shí)驗(yàn)室計(jì)算滲透率k的公式：k=1.99910-5VfVc（4）由（3）式得現(xiàn)場計(jì)算k的公式：k=9.03810-5Vfh（5）2312/24/202284(b)K——降失水的關(guān)鍵因素

粒度和粒度分布對(duì)k的影響規(guī)律：細(xì)粒子越多，平均粒徑越小，k越小；粒度分布越寬，k越小。膠體粒子濃度（含量）對(duì)k的影響規(guī)律：k完全取決于鉆井液中膠體粒子（d<10-5

m）的比例和含量。例如，某種鉆井液中：如果膠粒濃度高,k=(0.31-1.5)10-3md如果膠粒濃度趨于零,k（高得不能測定）2412/24/202285（3.5.12）影響濾失的因素

1）滲透性；

2）時(shí)間；

3）壓差；

4）泥漿固相；

5）濾液粘度。12/24/202286(3.5.13)泥餅薄、密、韌條件：

泥漿固含低（土的膨脹性好）。粒度分布寬。細(xì)小粒子多。2112/24/202287（3.5.14）各種固相顆粒對(duì)泥餅滲透率的影響

1）大顆粒、不規(guī)則顆粒、球型的顆粒、絮凝的顆粒和聚結(jié)的顆粒都會(huì)使泥餅滲透率增大；

2）小顆粒、膠體顆粒、扁平的顆粒、水化的顆粒、可變形的顆粒和可壓縮的顆粒都能使泥餅滲透率降低。12/24/202288（3.5.15）水基泥漿濾失降低的“劑”

1）搬土；

2）反絮凝劑；

3）褐煤；

4）聚合物；

5）瀝青；

6）乳化的油。12/24/202289（3.5.16）降濾失的主要聚合物

1）改性淀粉

適合所有的鹽水泥漿

抗鈣和鎂

普通預(yù)膠化谷物淀粉能抗溫達(dá)到200℉

改性淀粉能抗溫達(dá)到250-275℉

2）CMC

在淡水泥漿中最好

能用于海水泥漿中

抗溫達(dá)到275℉

3）聚陰離子纖維素

在全部鹽水泥漿中適用

在硬度達(dá)到1000mg/L以內(nèi)的水質(zhì)中適用

抗溫達(dá)到275℉

最好和淀粉搭配使用（淀粉：聚陰離子纖維素=4：1）12/24/202290（3.5.17）在水-粘土泥漿中的乳化油

1）油分散成細(xì)液滴；

2）油必須乳化到足以發(fā)揮作用的狀態(tài)；

3）在壓力作用下膠體液滴會(huì)變形；

4）乳化油滴在泥漿中作為固相僅僅在不得已時(shí)使用。12/24/202291（3.5.18）對(duì)濾失性的基本認(rèn)識(shí)點(diǎn)

1）控制濾失性能是很重要的，關(guān)系到：

地層損害/滲透率損害/影響電測評(píng)價(jià)/厚的井壁泥餅/井眼保護(hù)；

2）濾失速度取決于：

組成泥餅的物質(zhì)類型和數(shù)量/壓力（有時(shí)）/有機(jī)處理劑的濃度/固相顆粒絮凝的程度/地層的滲透性/溫度/水相的組成；

3）濾失量與時(shí)間的關(guān)系：其中最常使用的是7.5分鐘的濾失量非常接近30分鐘的濾失量；

4）濾餅是在泥漿通過滲透性介質(zhì)時(shí)固相被阻而形成的類似固體的物質(zhì)；濾失測定時(shí)泥餅厚度單位為mm(英制單位是1/32in)；

5）高濾失量的主要原因：

污染物進(jìn)入泥漿體系引起固相絮凝

用水或鹽水過分沖稀

離心機(jī)除去膠體固相過多

泥漿中固相顆粒大小分布不好

缺少控制濾失的處理劑，如搬土和聚合物降濾失劑

聚合物降濾失劑高溫降解

泥漿沒有得到應(yīng)有的反絮凝處理。

12/24/202292（3.5.19）濾失性的測定

1）失水儀是用于測定鉆井液造壁和濾失特性的一種方法；

2）儀器類型：

常溫失水儀（API失水儀）

高溫高壓失水儀

3）注意濾餅質(zhì)量是非常重要的；

4）濾失儀測定濾失性能受三個(gè)因素影響：

過濾介質(zhì)（濾紙與濾餅）的滲透性

過濾壓差

過濾時(shí)間；

5）用常溫失水儀在室溫和100psi壓差下測定30分鐘是API失水；

6）用高溫高壓失水儀在150℃和500psi壓差下測定30分鐘是HTHP濾失量。

12/24/202293（3.5.20）濾失性測定要點(diǎn)

1）務(wù)必失水儀的泥漿杯和全部部件包括墊圈都干凈和正常；

2）利用一個(gè)經(jīng)過校正的能容納全部濾液的量筒；

3）一定要進(jìn)行準(zhǔn)確的30分鐘測定；

4）要報(bào)告試樣開始試驗(yàn)時(shí)的溫度；

5）不要重復(fù)使用濾紙；

6）拆除泥漿杯時(shí)一定要小心釋放掉壓力；

7）將泥漿裝入泥漿杯內(nèi)之前要充分?jǐn)嚢枘酀{；

8）小心取出濾紙，盡量不要損傷濾紙上的濾餅；

9）用柔和的水流沖洗濾餅，油基泥漿的濾餅用柴油沖洗；

10）測定泥餅厚度并加以文字描述；從量筒液面彎月面底部讀

取濾液體積數(shù)；

11）做油基泥漿濾失試驗(yàn)時(shí)要用耐油墊圈。12/24/202294（3.5.21）濾餅質(zhì)量的描述

1）極薄：

泥餅很硬并且表面平滑（像濕軟牛皮），用中等壓力手指擠壓時(shí)不會(huì)擠出原有范圍；

2）很?。?/p>

泥餅硬并且表面比較平滑，用中等壓力手指擠壓時(shí)很慢才能擠出原有范圍；

3）薄：

泥餅較硬，可能有粒狀或上部表面有軟表層，下面一層用中等壓力手指擠壓時(shí)很慢才能擠出原有范圍；

4）軟：

泥餅較軟，用中等壓力手指擠壓時(shí)比較容易擠出原有范圍；

5）非常軟：

泥餅非常軟（幾乎像果凍），用中等壓力手指擠壓時(shí)很容易擠出原有范圍；

12/24/202295（3.5.22）濾餅質(zhì)量判斷泥漿情況

1）厚度（高失水、惰性固相或鉆屑含量高使泥餅厚度大）；

2）硬度（低粘土含量、高含鹽、高鉀鹽或高鈣鹽含量使泥餅硬度大）；

3）堅(jiān)固性（高粘土含量、高有機(jī)物（木質(zhì)素磺酸鹽，褐煤等）含量使泥餅堅(jiān)固）；

4）脆性（高鉆屑含量、低商品粘土含量使泥餅脆性大）；

5）光滑度（高搬土含量、高聚合物含量、高pH值、加潤滑劑使泥餅較光滑）。

12/24/202296（3.5.23）濾失測定的誤差原因

1）試驗(yàn)沒有按照30分鐘準(zhǔn)確進(jìn)行；

2）HTHP濾失試驗(yàn)結(jié)果沒有乘2；

3）收集濾液的量筒沒有經(jīng)過準(zhǔn)確校正；

4）濾液體積測定不正確；

5）濾失儀有故障：如泄漏、氣閥門開關(guān)不良，等等；

6）溫度和壓力控制很差。12/24/202297(3.5.24)鉆井液HTHP濾失性1）標(biāo)準(zhǔn)的測定條件：使用APIHTHP濾失儀，壓差：500psi,溫度300℉（150℃）高溫高壓濾失量與API濾失量沒有直接的相關(guān)關(guān)系；高溫高壓濾失量的變化能反映溫度對(duì)濾失作用的影響和濾餅的課；壓縮性能；對(duì)于高溫深井作業(yè)，要求測定高溫高壓濾失性能12/24/202298（3.5.25）抗溫降濾失劑

1）瀝青制品；

2）褐煤產(chǎn)品；

3）改性褐煤；

4）抗溫聚合物。12/24/202299（3.5.26）高溫高壓濾失測定的特別告誡

1）如果用過濾面積為3.5平方英寸的濾失儀，試驗(yàn)結(jié)果的濾失量務(wù)必乘以2；

2）報(bào)告試驗(yàn)結(jié)果時(shí)，一定要同時(shí)注明溫度、壓力和測定時(shí)間；

3）在拆除泥漿漿杯之前，應(yīng)當(dāng)先冷卻至室溫；

4）對(duì)于在300℉-400℉區(qū)間試驗(yàn)時(shí)，泥漿杯內(nèi)泥漿面以上要留有至少1.5英寸的空間以便泥漿膨脹；在拆除泥漿漿杯之前，應(yīng)當(dāng)保持泥漿杯直立狀態(tài)并冷卻至室溫；

5）高于400℉試驗(yàn)時(shí)，每一次試驗(yàn)都要用一個(gè)新的帶有孔隙的不銹鋼圓盤；

6）API失水和HTHP失水之間沒有直接的相關(guān)性;

7)HTHP濾失試驗(yàn)的濾液不能用于化學(xué)分析。

12/24/2022100(3.5.27).鉆井液失水造壁性的調(diào)節(jié)與控制調(diào)節(jié)、控制目標(biāo)：Vf?。籬薄、密韌?？刂埔蛩兀簁(粒子級(jí)配、膠粒含量）P(降低鉆井液當(dāng)量循環(huán)密度）

(加入高分子聚合物）t(縮短浸泡時(shí)間）固含(降低Cm)控制方法：（閱讀）控制指標(biāo)：油氣層：API<5ml；HTHP<15ml.易塌層：API<5ml.一般地層：VsP放寬，API<10ml。2512/24/2022101（3.5.28）濾失性能的維護(hù)

1）利用泥漿稀釋劑改進(jìn)泥漿的反絮凝；

2）加入改性淀粉、CMC、褐煤等天然化合物；

3）添加搬土；

4）加入合成聚合物；

5）沉淀污染性陽離子；

6）將泥漿轉(zhuǎn)換成抗污染的泥漿體系；

7）控制稀釋水的用量和控制離心機(jī)使用的時(shí)間。12/24/2022102（3.5.29）海水泥漿中的濾失

1）鈉、鈣、鎂離子使搬土水化不良；

2）鈣、鎂離子引起粘土聚結(jié)；

3）沉淀鈣、鎂離子可以減小問題。12/24/2022103（3.5.30）油基泥漿的降濾失劑

1）乳化的水；

2）胺處理的褐煤；

3）氧化瀝青。12/24/2022104(3.5.31)失水造壁性與鉆井工作的關(guān)系1.失水量過大兩個(gè)害處：導(dǎo)致水敏性泥頁巖縮徑、垮塌。油氣層內(nèi)粘土水化膨脹使產(chǎn)層滲透率下降，從而損害油氣層。2.泥餅過厚兩個(gè)害處：井徑縮小——易引起起下鉆遇阻遇卡。泥餅粘附卡鉆。3.現(xiàn)場要求泥餅——薄、密、韌。失水量——適當(dāng)（并非越小越好）。對(duì)于一般地層：API失水：1015ml/30min；

對(duì)于水敏地層：API失水<5ml/30min。1012/24/2022105（3.5.32)控制失水量五嚴(yán)五寬五嚴(yán)：井深、裸眼長、礦化度低、油氣層段、易塌層段。五寬：井淺、裸眼短、礦化度高、非油氣層、穩(wěn)定井段。1112/24/2022106（3.5.33）總結(jié)：降濾失作用的要點(diǎn)

1）主要目的：形成低滲透率的泥餅；

2）實(shí)現(xiàn)目標(biāo)：薄泥餅，低濾失；

3）減少增大滲透率的固相：

鉆屑/絮凝固體顆粒；

4）添加能減少滲透率的固體顆粒：

搬土（水化的和反絮凝的）

在較高溫度時(shí)使用褐煤

淀粉和CMC

淀粉與聚陰離子纖維素（4：1）。12/24/2022107（3.6）鉆井液化學(xué)成分分析

1）液相：

溶解的物質(zhì)

部分溶解的物質(zhì)（如石灰）

2）化學(xué)分析：

氯化物

堿度和石灰含量

總硬度

鈣離子、鎂離子

陽離子交換容量

其他（未溶解硫酸鈣與總硫酸鈣、硫酸鹽定性、硫酸

根、硫化物、碳酸鹽、甲醛、鉀離子）12/24/2022108（3.6.1）鉆井液濾液分析鉆井液中含有可溶性鹽類，采用測定濾液中各種離子含量來確定。通常測定鉆井液濾液中鉀、鈣、鎂等陽離子和氯、硫酸根、碳酸氫根、碳酸氫根、氫氧根等陰離子。12/24/2022109（3.6.2）泥漿抑制性

1）抑制性泥漿的濾液含有抑制粘土膨脹和分散的化學(xué)成分：如石灰、石膏、氯化鉀等；

2）為了這些抑制性泥漿保持抑制性必須維持準(zhǔn)確的燒堿、氯化鉀、石灰或石膏的含量；

3）通過濾液化學(xué)分析確定所加以上化學(xué)劑的數(shù)量；12/24/2022110（3.6.3）濾液化學(xué)成分

1）燒堿控制pH、Pf和Mf堿度、鈣和鎂；

2）熟石灰維持石灰泥漿中的石灰含量；

3）氯化鉀提供抑制頁巖的鉀離子；

4）鹽維持飽和度；

5）硫酸鈣維持石膏泥漿中的鈣離子濃度；

6）小蘇打或酸式焦磷酸鈉降低水泥侵泥漿的pH值；

7）各種各樣的化學(xué)物：硫酸鈉、磷酸銨、硝酸鹽；12/24/2022111（3.6.4）氯化物（氯根-氯離子）

1）濾液中氯離子濃度的單位：

PPM

mg/L

2）氯化物來自各種不同的可溶性鹽：

氯化鈉/氯化鈣/氯化鉀/氯化鎂；

3）氯化物來自地層、地層水、配漿水、處理劑和材料；

3）氯離子濃度≤10000PPM為淡水

氯離子濃度10000-30000為咸水（或海水）

氯化鈉飽和鹽水的氯離子濃度為186000PPM

氯化鈣飽和鹽水的氯離子濃度為270000PPM；

4）PPM×1.65=氯化鈉，PPM

PPM×1.56=氯化鈣，PPM

PPM×2.10=氯化鉀，PPM12/24/2022112（3.6.5）氯離子濃度的測定

1）用硝酸銀滴定法測定濾液的氯離子含量；

2）使用鉻酸鉀水溶液作指示劑，生成橘紅色的鉻酸銀沉淀指示終點(diǎn)；

3）為了計(jì)算方便，硝酸銀標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度用0.0282M；

4）氯離子含量（mg/l)=1000×硝酸銀溶液體積（ml）

（式中的硝酸銀溶液體積（ml）是指滴定1ml濾液所用的）；

5）如果氯離子都是氯化鈉電離產(chǎn)生的，則濾液中的氯化鈉含量為：

氯化鈉含量（mg./l）=1650×硝酸銀溶液體積（ml）

（式中的硝酸銀溶液體積（ml）是指滴定1ml濾液所用的）。12/24/2022113（3.6.6）總硬度（濾液或配漿水）

1）對(duì)濾液或水總硬度的最主要根源是鈣，只有在pH低于9.5時(shí)鎂也是根源之一；

2）通常以鈣含量表示泥漿的總硬度；

3）鈣的來源：

配漿水/地層水/海水/石膏-硬石膏/水泥/熟石灰/地層/氯化鈣；

4）降低鈣的方法：

稀釋/pH＜9.5時(shí)用純堿沉淀/pH＞9.5時(shí)用小蘇打沉淀/在低pH泥漿中用磷酸鹽/用醋酸或草酸等弱酸/由粘土吸附；12/24/2022114（3.6.7）水或?yàn)V液總硬度的測定

1）通常采用EDTA絡(luò)合滴定法；

2）用硬度指示劑，當(dāng)含有鈣和/或鎂離子時(shí)顯示酒紅色，滴定時(shí)顏色由紅變藍(lán)色，繼續(xù)加入EDTA溶液而不再出現(xiàn)由紅變藍(lán)的顏色變化即為終點(diǎn)；

400×EDTA溶液體積（ml）

3）以鈣離子表示總硬度（mg/l）=

試樣體積（ml）；

4）。12/24/2022115（3.6.8）鈣、鎂離子

1）鈣、鎂離子都是二價(jià)陽離子，與一價(jià)的鈉離子相比，在相同濃度下它們對(duì)鉆井液的穩(wěn)定性和性能會(huì)有更大的影響；

2）除鈣處理泥漿外，在其它泥漿中都應(yīng)盡可能清除鈣污染；

3）鈣、鎂離子主要來自配漿水（硬水或海水）、鉆遇石膏或鹽膏地層、鉆水泥塞；

4）。12/24/2022116（3.6.9）鈣、鎂離子的測定

1）通常采用EDTA絡(luò)合滴定法；

2）EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度為0.02N（0.04M）；

3）指示劑為鈣指示劑，與鈣生成粉紅至酒紅色的絡(luò)合物，滴定時(shí)顏色由紅變?yōu)樗{(lán)色，繼續(xù)加入EDTA溶液而不再出現(xiàn)由紅變藍(lán)的顏色變化即為終點(diǎn)；

400×EDTA溶液體積（ml）

4）鈣離子濃度（mg/l）=

試樣體積（ml）；

5）鎂離子濃度（mg/l）=0.6×（以鈣離子表示的總硬度－鈣離子濃度）12/24/2022117（3.7）其它性能

1）堿度與pH值

2）含砂量

3）固相、水、油含量

4）潤滑性

5）腐蝕性

6）抑制性

7）抗溫性

8）熒光性

9）毒性12/24/2022118（3.7.1）pH值顧念一、pH值概念pH值表示氫離子濃度(克離子濃度)的負(fù)對(duì)數(shù)值。若水溶液在24℃時(shí)的氫離子濃度10-7克分子/升，則該溶液pH值＝7。泥漿pH值的大小表示泥漿酸堿性的強(qiáng)弱。pH＝7時(shí)，泥漿為中性。pH<7時(shí)，泥漿呈酸性；pH值越小，酸性越強(qiáng)。pH>7時(shí)，泥漿為堿性；pH值越大，堿性越強(qiáng)。二、測定方法測定泥漿pH值的方法有兩種：一是用pH值試紙的比色法；另一種是用玻璃電極pH計(jì)。假如泥漿中含鹽量較高，試紙比色法可能不精確。用玻璃電極pH計(jì)準(zhǔn)確可靠，且使用高質(zhì)量電極和設(shè)計(jì)合適的儀器還可排除一些干擾。使用一種自動(dòng)溫度補(bǔ)償梯度的pH計(jì)比手調(diào)式pH計(jì)更好些。12/24/2022119（3.7.2）pH值基本常識(shí)

1）pH值的范圍是0-14，中性時(shí)是7，低于7為酸性，高于7為堿性；

2）pH值是泥漿酸堿性的量度，是泥漿中氫離子濃度的負(fù)對(duì)數(shù)；

3）泥漿酸堿性的強(qiáng)弱直接與粘土的分散程度有關(guān)，影響泥漿的粘度、切力和其他性能參數(shù)；

4）大多數(shù)泥漿的pH值控制在8-11之間，目的在于：

減輕對(duì)鉆具的腐蝕/預(yù)防因氫脆而引起的鉆具損壞/抑制地層鈣、鎂鹽的溶解/有利于處理劑充分發(fā)揮效能/預(yù)防遇到硫化氫對(duì)人員中毒的危險(xiǎn)；

5）一般情況下，分散型鉆井液pH值在10以上；石灰鉆井液pH值在11-12；石膏鉆井液的pH值在9.5-10.5；聚合物鉆井液pH值在7.5-9；

6）調(diào)節(jié)pH值一般用燒堿，有時(shí)也用純堿和石灰，在常溫下，10%的氫氧化鈉溶液的pH值為12.9；10%的碳酸鈉溶液的pH值為11.1；石灰的飽和溶液的pH值為12.1。12/24/2022120（3.7.3）pH值的測定

1）通常用pH試紙測量，有精密試紙和廣泛試紙；

2）要求精度較高時(shí)，可使用pH計(jì)測定；

3）pH計(jì)的電極必須用己知pH值得液體校正或緩沖；必須考慮溫度；高氯化物或高鈣含量影響讀值；

4）在高度處理過的泥漿用pH試紙較難測定；在高氯化物泥漿中也較難測準(zhǔn)；

5）pH試紙應(yīng)防護(hù)因天氣變壞影響試紙質(zhì)量和測定結(jié)果。12/24/2022121（3.7.4）可以引起pH值改變的因素

1）化學(xué)劑的加入，如有機(jī)酸類稀釋劑；

2）加入水沖?。?/p>

3）地層水侵入；

4）與鉆開的地層反應(yīng)，特別是活性粘土；

5）與地層中可溶性鹽反應(yīng)，如氯化鈉，硫酸鈣；

6）鉆遇硫化氫；

7）遇到二氧化碳?xì)怏w；

8）加入碳酸鈉；

9）加入碳酸氫鈉；

10）遇到水泥污染；

11）加入石灰；

12）加入氫氧化鉀或氫氧化鈉。

12/24/2022122（3.7.5）水基體系堿度的概念

1）堿度表示泥漿的酸堿性，是泥漿對(duì)酸的中和能力的程度（氫氧根離子、碳酸氫根離子、碳酸根離子都能與硫酸反應(yīng)）。

2）堿度可以計(jì)算確定泥漿濾液中氫氧根離子、碳酸氫根離子、碳酸根離子的含量，判斷泥漿堿性的來源；

3）堿度也可以用于計(jì)算確定泥漿中懸浮石灰的量；

2）能夠使pH值降至8.3（酚酞由紅色變?yōu)闊o色）所需酸量稱為酚酞堿度（Pm和Pf)；

3）能夠使pH值降至4.3（甲基橙由黃色變?yōu)槌燃t色）所需酸量稱為甲基橙堿度（Mf);

4)堿度的單位是ml，是滴定1ml樣品（泥漿或?yàn)V液）所需0.02N（0.01M)硫酸的毫升數(shù)。12/24/2022123（3.7.6）水基體系堿度的基本常識(shí)

1）在鉆井液中碳酸氫根離子和碳酸根離子均為有害離子，會(huì)破壞流變和濾失性能；

2）Mf/Pf=3時(shí)，表明碳酸根濃度較高，即出現(xiàn)推算根污染；Mf/Pf≥5時(shí)，表明碳酸根污染嚴(yán)重；

3）pH＞11.3時(shí)，碳酸氫根幾乎不存在；pH＜8.3時(shí)，則只存在碳酸氫根；pH在8.3-11.3時(shí)，碳酸氫根離子和碳酸根離子可以共存；

4）一般泥漿的Pf最好在1.3-1.5ml；飽和鹽水泥漿的Pf在1ml以上；海水泥漿的Pf應(yīng)控制在1.3-1.5ml；

5）深井抗高溫泥漿應(yīng)嚴(yán)格控制碳酸根的含量，一般應(yīng)控制Mf/Pf＜3。12/24/2022124（3.7.7）水基體系產(chǎn)生堿度的根源

1）可能產(chǎn)生堿度的泥漿組分：

氫氧化物（鈉、鈣、鎂等等）

碳酸鹽

硅酸鹽、磷酸鹽、硼酸鹽

有機(jī)物（褐煤堿液、木質(zhì)素磺酸鹽）

2）泥漿中碳酸鹽的來源：

加入碳酸鈉處理泥漿/地層二氧化碳/空氣中的二氧化碳；

3）二氧化碳侵入對(duì)泥漿的影響：

降低pH值/對(duì)流動(dòng)性能不利的影響：膠溶作用和影響稀釋劑的吸附；12/24/2022125（3.7.8）水基鉆井液堿度的測定

1）采用化學(xué)分析滴定方法進(jìn)行測定；

2）使用0.02N的硫酸標(biāo)準(zhǔn)溶液；

3）用酚酞及甲基橙指示劑；

4）堿度單位是：ml/ml或ml

5）代號(hào)為Pf-濾液酚酞堿度

Pm-泥漿酚酞堿度

Mf-濾液甲基橙堿度。12/24/2022126（3.7.9）含砂量1.含砂量概念泥漿的含砂量是指大于0.074mm的顆粒在泥漿中所占的體積百分?jǐn)?shù)。2.測試儀器使用含砂量測定儀進(jìn)行測定。，該儀器包括：(1)直徑為63.5mm、孔徑為0.074mm（200目）的篩子。(2)與篩子配套的漏斗。(3)標(biāo)有應(yīng)加入泥漿樣品體積刻度線的玻璃測量管。為直接讀出含砂百分?jǐn)?shù)，此玻璃管標(biāo)有0至20的百分?jǐn)?shù)刻度線。12/24/2022127（3.7.10）含砂量大的不利影響

1）鉆井液增大密度；

2）磨蝕循環(huán)系統(tǒng)中的金屬和橡膠部件；

3）影響泥餅質(zhì)量：高滲透性和厚度大，不結(jié)實(shí)；

4）影響濾失量，特別是HTHP濾失量增大。12/24/2022128（3.7.11）含砂量測定的要點(diǎn)

1）由于含砂量測定所用泥漿樣很少，取樣應(yīng)很小心；

2）確保儀器的篩子是干凈的；

3）在洗砂返回玻璃管內(nèi)時(shí)，保持玻璃管盡可能垂直以便均勻平穩(wěn)沉砂；

4）油基泥漿的測定必須用柴油代替水；

5）在振動(dòng)篩下取泥漿試驗(yàn)樣品；或在試驗(yàn)前泥漿樣品通過馬氏漏斗上的篩后再做含砂量測定；

6）含有重晶石、堵漏材料以及褐煤的泥漿，需要經(jīng)驗(yàn)加以判斷和校正：重晶石會(huì)先沉在玻璃管的底部，或從沉淀物的顏色及質(zhì)地的不同，以及堵漏材料和褐煤一般沉在上部等現(xiàn)象加以識(shí)別；

7）有時(shí)可以利用一個(gè)100目的篩子再進(jìn)行分層測定。12/24/2022129（3.7.12）含砂量測定誤差的原因

1）泥漿樣品體積不準(zhǔn)確；

2）砂沒有徹底沖洗進(jìn)玻璃管中；

3）泥漿樣品中含有比砂粗得多的物質(zhì)；

4）泥漿樣品在試驗(yàn)前沒有攪拌過。12/24/2022130（3.7.13）含砂量的控制

1）改變振動(dòng)篩的篩網(wǎng)細(xì)度；

2）加強(qiáng)除砂器的使用效果；

3）降低沉砂池泥漿粘度；

4）降低鉆進(jìn)速度；

5）含砂量正常保持在0.5%以下；

6）檢測振動(dòng)篩處和上水池的泥漿含砂量以比較除砂效率。12/24/2022131（3.7.14）固相測定的意義

1）鉆屑、膨潤土、重晶石的含量可通過4種測定試驗(yàn)并計(jì)算出來；

2）即密度、蒸餾試驗(yàn)、陽離子交換容量和氯離子濃度測定；

3）現(xiàn)場了解故鄉(xiāng)含量的變化確實(shí)比測定及計(jì)算的固相含量數(shù)值更重要（誤差可能達(dá)到2%）；

4）對(duì)泥漿的問題應(yīng)考慮固相含量的情況結(jié)合流變性進(jìn)行分析判斷；