第四章钻井液滤失造壁课件.ppt
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1、第四章第四章 钻井液滤失造壁性与润滑性钻井液滤失造壁性与润滑性钻井液工艺原理 讲义滤失造壁性:滤失造壁性:钻井液的滤失造壁性能主要是指钻井液滤钻井液的滤失造壁性能主要是指钻井液滤失量的大小和所形成的泥饼的质量。失量的大小和所形成的泥饼的质量。与钻井液滤失有关的钻井问题:与钻井液滤失有关的钻井问题:1、井壁稳定2、油气层保护3、钻井速度4、井下安全第一节第一节 基本概念基本概念一、滤失:一、滤失:在压差作用下,钻井液中的自由水向井壁裂缝或孔隙渗透的现象。二、造壁性:二、造壁性:在滤失过程中,随着钻井液中的自由水进入岩层,钻井液中的固相颗粒便附着在井壁上形成泥饼。降低滤失量 保护井壁泥饼的作用泥饼
2、的作用第一节第一节 基本概念基本概念钻井液中粘土颗粒越多、分散越细、胶体体系越稳定(没有被盐、钙或钻井液中粘土颗粒越多、分散越细、胶体体系越稳定(没有被盐、钙或其他因素所破坏),形成的泥饼就会薄而致密,钻井液滤失量小,而且其他因素所破坏),形成的泥饼就会薄而致密,钻井液滤失量小,而且井壁越稳定,井下复杂事故越少。如果固相颗粒分散较粗,细颗粒少,井壁越稳定,井下复杂事故越少。如果固相颗粒分散较粗,细颗粒少,形成的泥饼就会厚而发虚,钻井液滤失量大,容易造成井壁不稳定,泥形成的泥饼就会厚而发虚,钻井液滤失量大,容易造成井壁不稳定,泥包钻头、起钻遇阻等现象。包钻头、起钻遇阻等现象。三、滤失类型及特点三
3、、滤失类型及特点1、瞬时滤失、瞬时滤失(1)定义:)定义:钻井液与新地层接触的瞬间,泥饼尚未形成时的滤失。(2)特点)特点 滤失速率大 瞬间完成,滤失量小,只占总滤失量的一小部分 2、动滤失、动滤失(1)定义:)定义:钻井液在循环过程中的滤失。(2 2)特点)特点 存在动态平衡:泥饼形成速度=泥饼冲刷速度,泥饼厚度不变 压差较大 动滤失速率与钻井液流速有关,流速 滤失速率3 3、静滤失、静滤失 (1 1)定义:)定义:钻井液停止循环时发生的滤失 (2 2)特点:)特点:时间T 泥饼厚度 滤失速率 单位时间滤失量一般比动滤失量小。第二节第二节 滤失量影响因素滤失量影响因素一、静滤失一、静滤失 (
4、一)(一)静滤失方程推导静滤失方程推导(1)有关假设 瞬时滤失量Vsp=0,即t=0时,Vf=0;泥饼的渗透率地层渗透率;泥饼的渗透率与压差P和时间t 无关,P和时间t 无关;泥饼厚度井眼直径,可简化为线性滤失.)1(mcfhPKAdtdV式中:Vf-滤失量,ml;A-渗滤面积,cm2;K-泥饼渗透率,m2;P-渗滤压差,atm;t-渗滤时间,s;-滤液粘度;hmc-泥饼厚度,cm.(2)滤失速率(3)hmc Vf设在渗滤时间t内,有V的钻井液被滤失掉,则有:)2(AhfVfmcscmsm式中:fsc-泥饼中固相体积分数fsm-钻井液中固相体积分数)3(:AhVVmcfm又有联立(2)式和(3
5、)式可得:)4()1smscfmcffAVh(把(4)式带入(1)式,并积分得:dtffAPKAdVVsmsctfVff)1(00tffPKAVsmscf12式中:A-渗滤面积;K-泥饼渗透率P-渗滤压差;fsc-泥饼中固相体积分数fsm-钻井液中固相体积分数t-渗滤时间;-滤液粘度1 1、滤失时间、滤失时间t t(1)Vsp=0tCVf5.7305.73025.730VVVV (2)Vsp 0 spspfVVVtCVV5.7302(二)静滤失(二)静滤失影响因素影响因素2、压差、压差P Vf 泥饼越致密K VfPCVfP 3 3、泥饼渗透率、泥饼渗透率K KKCVf渗透率K影响因素:(1)固
6、相颗粒直径 K(2)固相颗粒呈扁平状 K(3)固相颗粒的水化膜厚度,易受压变形,K(4)加入降滤失剂 K(5)加入封堵性处理剂(沥青)K(6)压差越大,泥饼越致密,K 4、固相影响、固相影响1smscfffCV选择优质粘土配浆(颗粒水化膜厚)fsc Vf 钻井液固含 fsm Vf钻速流变性变差油层损害缺点 5、滤液粘度、滤液粘度1CVf滤液粘度影响因素:(1)温度 (2)高分子处理剂 6、渗滤面积、渗滤面积ACAVf 7、地层渗透率对钻井液滤失量的影响、地层渗透率对钻井液滤失量的影响 在推导钻井液静滤失量公式时我们曾经假设,泥饼的渗透率远远小于地层在推导钻井液静滤失量公式时我们曾经假设,泥饼的
7、渗透率远远小于地层渗透率,不考虑地层渗透率对钻井液静滤失的影响。实际上地层存在大量的孔隙渗透率,不考虑地层渗透率对钻井液静滤失的影响。实际上地层存在大量的孔隙和裂缝,具有一定渗透性。要不我们的油从哪儿来,即使有油又怎么采出来。也和裂缝,具有一定渗透性。要不我们的油从哪儿来,即使有油又怎么采出来。也正因为地层存在渗透性,钻井液才会在压差作用下向地层滤失形成泥饼。在泥饼正因为地层存在渗透性,钻井液才会在压差作用下向地层滤失形成泥饼。在泥饼尚未形成之前,地层是泥浆滤失的第一渗透介质,所以地层渗透性大小决定了钻尚未形成之前,地层是泥浆滤失的第一渗透介质,所以地层渗透性大小决定了钻井液瞬时滤失量的大小。
8、泥饼形成之后,才逐渐对滤失起主要作用,地层成为第井液瞬时滤失量的大小。泥饼形成之后,才逐渐对滤失起主要作用,地层成为第二滤失介质。室内试验也是一样,你得首先给它一个渗滤介质(滤纸),它的渗二滤失介质。室内试验也是一样,你得首先给它一个渗滤介质(滤纸),它的渗透率比较小,允许液相和部分小颗粒通过,而留下大的颗粒,才能逐渐形成泥饼。透率比较小,允许液相和部分小颗粒通过,而留下大的颗粒,才能逐渐形成泥饼。如果地层渗透率很大或者有裂缝存在,甚至会发生漏失,钻井液固相颗粒太如果地层渗透率很大或者有裂缝存在,甚至会发生漏失,钻井液固相颗粒太小,不能够堵塞或架桥在井壁处形成泥饼,此时的滤失量就非常大了。小,
9、不能够堵塞或架桥在井壁处形成泥饼,此时的滤失量就非常大了。8、絮凝与聚结对泥饼渗透率的影响絮凝与聚结对泥饼渗透率的影响 钻井液的絮凝使得颗粒之间形成网架结构,钻井液中自由水增加,渗钻井液的絮凝使得颗粒之间形成网架结构,钻井液中自由水增加,渗透率会有所增加,如前所讲受钙污染钻井液产生絮凝,粘度增加但失水增透率会有所增加,如前所讲受钙污染钻井液产生絮凝,粘度增加但失水增加。网架结构的存在,使其对滤失压差具有一定的抵抗力,絮凝程度越高,加。网架结构的存在,使其对滤失压差具有一定的抵抗力,絮凝程度越高,颗粒间的引力越大,其结构越强,对压差的抵抗能力越强,越不容易形成颗粒间的引力越大,其结构越强,对压差
10、的抵抗能力越强,越不容易形成致密泥饼,泥饼的渗透率就愈大。如果钻井液不但絮凝而且伴随着聚结则致密泥饼,泥饼的渗透率就愈大。如果钻井液不但絮凝而且伴随着聚结则泥饼的渗透率就会进一步增大。泥饼的渗透率就会进一步增大。例:树脂类产品检测。三人检测一个样品例:树脂类产品检测。三人检测一个样品4个数据各不相同个数据各不相同。在钻井液中加入降粘剂(稀释剂),其作用产生反絮凝,或者说使絮在钻井液中加入降粘剂(稀释剂),其作用产生反絮凝,或者说使絮凝颗粒分散,拆散网架结构,就会使泥饼渗透率降低。大多数降粘剂是一凝颗粒分散,拆散网架结构,就会使泥饼渗透率降低。大多数降粘剂是一价盐:钠盐或铵盐,一价阳离子可以与粘
11、土颗粒表面上的高价阳离子发生价盐:钠盐或铵盐,一价阳离子可以与粘土颗粒表面上的高价阳离子发生离子交换,使聚结状态转变为分散状态,从而降低泥饼渗透率。离子交换,使聚结状态转变为分散状态,从而降低泥饼渗透率。固含),(KAPtfVf(三)(三)静滤失测量静滤失测量1、API滤失量测定仪(滤失量测定仪(API Filter Press)API滤失量测定仪是最常用的低温低压条件下的评价钻井液滤失量滤失量测定仪是最常用的低温低压条件下的评价钻井液滤失量的装置,其渗滤面积为的装置,其渗滤面积为45.82,实验压差为,实验压差为0.69MPa(100psi),),测测试温度一般为室温,滤失时间试温度一般为室
12、温,滤失时间30分钟,滤失材料为符合标准的直径分钟,滤失材料为符合标准的直径为为90mm的滤纸。但是室内试验往往测定的滤纸。但是室内试验往往测定0.7Mpa,7.5min的滤失量,的滤失量,为什么?为什么?(三)(三)静滤失测量静滤失测量2、高温高压滤失量测定仪(、高温高压滤失量测定仪(HTHP Filter Press)我们有时候需要了解钻井液在井下的性能,包括高温高压流变性,高温高我们有时候需要了解钻井液在井下的性能,包括高温高压流变性,高温高压滤失性等。因此,我们需要测定钻井液的高温高压滤失量。测量仪器主要为压滤失性等。因此,我们需要测定钻井液的高温高压滤失量。测量仪器主要为高温高压滤失
13、仪,符合高温高压滤失仪,符合API高温高压滤失量标准,国内使用的主要是模拟高温高压滤失量标准,国内使用的主要是模拟Baroid公司公司GGS-42型,实验条件为:型,实验条件为:3.5Mpa压差,温度压差,温度150。测量时间。测量时间30min,当然滤失面积比常温,当然滤失面积比常温API滤失仪小一半。因此,测得的滤失量应该乘滤失仪小一半。因此,测得的滤失量应该乘以以2,才为钻井液的实际高温高压滤失量。强调一点滤纸必须符合,才为钻井液的实际高温高压滤失量。强调一点滤纸必须符合API标准,标准,因为滤纸的差别,滤失量差别会非常大。因为滤纸的差别,滤失量差别会非常大。71型高温高压失水仪,可以做
14、型高温高压失水仪,可以做180以上钻井液滤失量,压力也可以更高以上钻井液滤失量,压力也可以更高一点。当温度高于一点。当温度高于204时,滤纸容易发生焦糊,一般采用金属过滤介质或与时,滤纸容易发生焦糊,一般采用金属过滤介质或与之相当的多孔过滤介质盘。之相当的多孔过滤介质盘。(1)压差P Vsp(2)滤液粘度 Vsp(3)泥饼形成速度 Vsp(4)岩层的渗透性二、二、瞬时滤失瞬时滤失Vsp(一)瞬时滤失的影响因素瞬时滤失的影响因素(二)(二)瞬时滤失瞬时滤失Vsp测量计算:通过测量静滤失间接测得测量计算:通过测量静滤失间接测得Vsp。11tCVVspf22tCVVspf三、动滤失三、动滤失1、影响
15、因素、影响因素(1)同静滤失)同静滤失:(2)流速:流速越高,对泥饼的冲刷作用越大,泥饼越薄,滤失量越大。)流速:流速越高,对泥饼的冲刷作用越大,泥饼越薄,滤失量越大。2、测量、测量 动滤失测量比较复杂,目前还没建立一套统一的测量程序。动滤失测量比较复杂,目前还没建立一套统一的测量程序。LPtkAVf第三节第三节 钻井液滤失造壁性与钻井的关系钻井液滤失造壁性与钻井的关系一、滤失量与钻井的关系一、滤失量与钻井的关系 井壁不稳定 损害油层 增加成本 影响钻速滤失量大滤失量小钻井要求:滤失量适中一般地层易塌地层FLAPI10mLFLHTHP 20mLFLAPI 5mL FLHTHP dp,无规线团封
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