石油钻井泥浆性能基础讲解课件.ppt

1、泥浆性能泥浆性能 基础基础1 1、钻井液密度、钻井液密度(Drilling Fluid Density)单位体积钻井液所含物质的质量单位体积钻井液所含物质的质量,用钻井液密度计测定用钻井液密度计测定,用用D D表示表示,单位为单位为g/cm3。常用英制单位：常用英制单位：ppg(lb/gal)pcf(lb/ft3)梯度梯度(lb/in2/1000ft)钻井液密度单位换算：钻井液密度单位换算：g/cm3=0.12 ppg g/cm3=0.016 pcf ppg=0.134 pcf 钻井液性能钻井液性能钻井液密度单位换算钻井液密度单位换算0204060801001201401601802000.7

2、0.80.911.11.21.31.41.51.61.71.81.922.12.22.32.42.52.62.72.82.9D(g/cm3)PPG(lbs/gallons)PCF(lbs/ft3)钻井液性能钻井液性能2 2、漏斗粘度漏斗粘度(Funnel Viscosity)一定量的钻井液从规定的漏斗粘度计中流出所需的时间，一定量的钻井液从规定的漏斗粘度计中流出所需的时间，用马氏漏斗测定，用用马氏漏斗测定，用FV表示，单位为表示，单位为s/l。英制单位为英制单位为s/quart(1quart=946ml)，s/quart和和s/l之间不能之间不能进行换算。进行换算。钻井液性能钻井液性能3 3、

3、表观粘度、表观粘度(Apparent Viscosity)钻井液在一定剪切速率下的剪切应力与剪切速率比值，钻井液在一定剪切速率下的剪切应力与剪切速率比值，用直读式粘度计测定，用用直读式粘度计测定，用AV表示，单位为表示，单位为mPas。表观粘度的计算：表观粘度的计算：AV=600 式中：式中：600直读式粘度计直读式粘度计600r/min读值。读值。常用习惯单位为厘泊常用习惯单位为厘泊(cp)，mPas与与cp数值相等。数值相等。12钻井液性能钻井液性能4 4、塑性粘度、塑性粘度(Plastic Viscosity)钻井液在层流条件下，剪切应力与剪切速率成线性关钻井液在层流条件下，剪切应力与剪

4、切速率成线性关系时的斜率值，用直读式粘度计测定，用系时的斜率值，用直读式粘度计测定，用PV表示，单表示，单位为位为mPas。塑性粘度的计算：塑性粘度的计算：PV=600 300 式中：式中：300直读式粘度计直读式粘度计300r/min读值。读值。常用习惯单位为常用习惯单位为厘泊厘泊(cp)，mPas与与cp数值相等。数值相等。钻井液性能钻井液性能5 5、动切力、动切力(Yield Point)钻井液在层流条件下，剪切应力与剪切速率成线性关钻井液在层流条件下，剪切应力与剪切速率成线性关系时的结构强度，用直读式粘度计测定，用系时的结构强度，用直读式粘度计测定，用YP表示，表示，单位为单位为Pa。

5、动切力的计算：动切力的计算：YP=AVPV 或或 YP=(300 PV)英制单位为英制单位为lb/100ft2，Pa=0.5 lb/100ft2。12钻井液性能钻井液性能6 6、静切力、静切力(Gel Strength)钻井液在静止时的胶凝强度，用初切和终切来描述，用直钻井液在静止时的胶凝强度，用初切和终切来描述，用直读式粘度计测定，初切和终切分别用读式粘度计测定，初切和终切分别用G10s和和G10min表示，表示，单位为单位为Pa。静切力的计算：静切力的计算：G10s=310s G10min=310min式中：式中：310s静止静止10s后，直读式粘度计后，直读式粘度计3r/min读值；读值

6、；310min 静止静止10min后，直读式粘度计后，直读式粘度计3r/min读值。读值。动切力的英制单位为动切力的英制单位为lb/100ft2，Pa=0.5lb/100ft2。1212钻井液性能钻井液性能7、n n、K K值值(n,K Value)n、K是用幂律模式描述假塑性流体的两个流变参数。是用幂律模式描述假塑性流体的两个流变参数。n n为流型指数，无量纲。为流型指数，无量纲。n n值反映钻井液的非牛顿性值反映钻井液的非牛顿性程度，程度，n n值越接近值越接近1 1，流体越接近牛顿流体；，流体越接近牛顿流体；n n值越小，值越小，剪切减稠性越明显。剪切减稠性越明显。K为稠度系数，单位为为

7、稠度系数，单位为Pasn。K值反映钻井液的稠度，值反映钻井液的稠度，是钻井液直观流动性的表现。钻井液中的固相含量越高，是钻井液直观流动性的表现。钻井液中的固相含量越高，颗粒越小，颗粒越小，K值越大。值越大。K值小，有利于提高机械钻速，值小，有利于提高机械钻速，但不利于井眼清洁。但不利于井眼清洁。钻井液性能钻井液性能7、n n、K K值值(n,K Value)用直读式粘度计测定流变性时，用直读式粘度计测定流变性时，n、K值的计算：值的计算：n3.32 log K K K值的常用习惯单位为值的常用习惯单位为dynesn/cm2，英制单位为英制单位为lbsn/100ft2，这几种单位之间的换算关系为

8、：这几种单位之间的换算关系为：Pasn10dynesn/cm22 lbsn/100ft2。3002 511n钻井液性能钻井液性能8 8、滤失量、滤失量(Fluid Loss或或Filtration)在规定的试验条件下，钻井液通过过滤介质在在规定的试验条件下，钻井液通过过滤介质在30min内内滤出的滤液量，用滤失仪测定，用滤出的滤液量，用滤失仪测定，用FL表示，单位为表示，单位为ml/30min。API FL：室温，压力为室温，压力为690kPa。HTHP FL：测试温度取决于井底温度，压差为测试温度取决于井底温度，压差为3.45MPa。9 9、滤饼、滤饼(Filtrate Cake)测定钻井液

9、滤失量时过滤介质上的沉积物称为滤饼。测定钻井液滤失量时过滤介质上的沉积物称为滤饼。滤饼厚度：用缓慢水流冲洗后的滤饼厚度，单位为滤饼厚度：用缓慢水流冲洗后的滤饼厚度，单位为mm。滤饼质量：用滤饼质量：用“硬、软、韧、致密、坚固、疏松硬、软、韧、致密、坚固、疏松”等描等描述。述。钻井液性能钻井液性能1010、pH值值(pH Value)钻井液钻井液(或滤液或滤液)中氢离子浓度中氢离子浓度(mol/l)的负对数值。的负对数值。pH=7为中性，为中性，pH7为为酸性，酸性，pH7为碱性。为碱性。用比色法用比色法(pHpH试纸试纸)或或pHpH计测定。计测定。钻井液性能钻井液性能1111、固相含量和液相

10、含量、固相含量和液相含量(Solids and Liquid Content)钻井液中溶解的和悬浮的固体总量称为固相含量，液体钻井液中溶解的和悬浮的固体总量称为固相含量，液体(包括水和油包括水和油)总量称为液相含量，用蒸馏法测定，分别总量称为液相含量，用蒸馏法测定，分别用用Vs、Vw、Vo表示，单位均为体积百分数。表示，单位均为体积百分数。(1)固相含量和液相含量的计算：固相含量和液相含量的计算：Vw Vo Vs=100(Vw+Vo)100 V wV100 V oV钻井液性能钻井液性能(2)悬浮固相含量的计算：悬浮固相含量的计算：Vss=VsVw 式中：式中：Vss 悬浮固相体积百分数，悬浮固

11、相体积百分数，%；Cs 氯离子浓度，氯离子浓度，mg/l。(4)加重材料含量的计算：加重材料含量的计算：Vb=VssVlg 式中：式中：Vb 加重材料体积百分数，加重材料体积百分数，%。Cs 1680000 1.21Cs 钻井液性能钻井液性能(3)低密度固相含量的计算：低密度固相含量的计算：Vlg=100 f+(b f)Vss100D(f o)Vo 式中：式中：Vlg低密度固相体积百分数，低密度固相体积百分数，%；D 钻井液密度，钻井液密度，g/cm3；f f 滤液密度滤液密度,g/cm3(氯化钠水溶液，氯化钠水溶液，f=1+0.00000109Cs)；b b 加重材料密度，加重材料密度，g/

12、cm3；lg lg低密度固相密度，低密度固相密度，g/cm3；o o 油密度，油密度，g/cm3。1 b lg钻井液性能钻井液性能(5)低密度固相、加重材料和悬浮固相浓度的计算：低密度固相、加重材料和悬浮固相浓度的计算：Clg=9.96 lgVlg Cb=9.96 bVb Css=Clg+Cb式中：式中：Clg 低密度固相浓度，低密度固相浓度，kg/m3；Cb 加重材料浓度，加重材料浓度，kg/m3 ；Css悬浮固相浓度，悬浮固相浓度，kg/m3 。1212、含砂量、含砂量(Sands Content)钻井液中粒径大于钻井液中粒径大于74 m(200目目)的固相颗粒含量，用含的固相颗粒含量，用

13、含砂量测定仪测定，用体积百分数表示砂量测定仪测定，用体积百分数表示 1313、亚甲基蓝容量、亚甲基蓝容量(Methylene Blue Test)用用0.1mol/l亚甲基蓝溶液滴定每毫升钻井液至终点时所亚甲基蓝溶液滴定每毫升钻井液至终点时所消耗的亚甲基蓝溶液的毫升数消耗的亚甲基蓝溶液的毫升数,用用MBT表示表示,单位为单位为ml/ml。MBT=Be=14.3MBT式中：式中：MBT亚甲基蓝容量，亚甲基蓝容量，ml/ml Vm 亚甲基蓝溶液消耗体积，亚甲基蓝溶液消耗体积，ml V 钻井液样品体积，钻井液样品体积，ml Be 膨润土当量，膨润土当量，g/l或或kg/m3VmV钻井液性能钻井液性能

14、1414、碱度、碱度(Alkalinity)1)钻井液碱度钻井液碱度钻井液酚酞碱度钻井液酚酞碱度(Pm)：以酚酞溶液为指示剂以酚酞溶液为指示剂(滴定终点滴定终点pH值为值为8.3)滴定每毫升钻井液所消耗的滴定每毫升钻井液所消耗的0.01mol/l硫酸溶硫酸溶液的毫升数，以液的毫升数，以Pm表示，单位为表示，单位为ml/ml。钻井液性能钻井液性能1414、碱度、碱度(Alkalinity)2)钻井液滤液碱度钻井液滤液碱度滤液酚酞碱度滤液酚酞碱度(Pf)：以酚酞为指示剂以酚酞为指示剂(滴定终点滴定终点pH值为值为8.3)滴定每毫升钻井液滤液所消耗的滴定每毫升钻井液滤液所消耗的0.01mol/l硫酸

15、溶液的毫硫酸溶液的毫升数，以升数，以Pf表示，单位为表示，单位为ml/ml。滤液甲基橙碱度滤液甲基橙碱度(Mf)：以甲基橙为指示剂以甲基橙为指示剂(滴定终点滴定终点pH值值为为4.3)滴定每毫升钻井液滤液所消耗的滴定每毫升钻井液滤液所消耗的0.01mol/l硫酸溶液硫酸溶液的毫升数，以的毫升数，以Mf表示，单位为表示，单位为ml/ml。钻井液性能钻井液性能(1)(1)滤液中氢氧根、碳酸根、碳酸氢根离子浓度的估算：滤液中氢氧根、碳酸根、碳酸氢根离子浓度的估算：(2)钻井液中石灰含量的计算：钻井液中石灰含量的计算：Cl0.742(PmFwPf)式中：式中：Cl 钻井液中的石灰含量，钻井液中的石灰含

16、量，kg/m3 Fw 钻井液中的水体积分数钻井液中的水体积分数(Fw=Vw/100)OH(mg/l)CO32(mg/l)HCO3(mg/l)Pf0001220Mf2PfMf01200Pf1220(Mf2Pf)2PfMf01200Pf02PfMf340(2PfMf)1200(MfPf)0PfMf340Mf00钻井液性能钻井液性能3)P1/P2碱度测定法碱度测定法 P1：取取1ml钻井液滤液和钻井液滤液和25ml去离子水于滴瓶中，加入去离子水于滴瓶中，加入2ml 0.1mol/l氢氧化钠溶液，充分搅拌氢氧化钠溶液，充分搅拌(若若pH值小于值小于11.4,再加入再加入2ml氢氧化钠溶液氢氧化钠溶液)

17、；加入；加入3ml 10%氯化钡溶液，边搅拌边氯化钡溶液，边搅拌边加入酚酞指示剂溶液后，立即用加入酚酞指示剂溶液后，立即用0.02mol/l盐酸溶液滴定至盐酸溶液滴定至终点，所消耗的盐酸溶液毫升数即为终点，所消耗的盐酸溶液毫升数即为P1，单位为，单位为ml/mlml/ml。P2：用同量去离子水和试剂配制的参比样品所消耗的：用同量去离子水和试剂配制的参比样品所消耗的0.02mol/l盐酸溶液毫升数即为盐酸溶液毫升数即为P2，单位为，单位为ml/ml。钻井液性能钻井液性能w 滤液中的氢氧根、碳酸根和碳酸氢根离子浓度的计算：滤液中的氢氧根、碳酸根和碳酸氢根离子浓度的计算：(1)P1P2：COH-34

18、0(P1P2)CCO3-21200Pf(P1P2)(2)P1P2：CHCO3-1220(P2P1)CCO3-21200Pf式中，式中，COH-钻井液中钻井液中OH-浓度，浓度，mg/l；CCO3-2 钻井液中钻井液中CO3-2浓度，浓度，mg/l；CHCO3-钻井液中钻井液中HCO3-浓度，浓度，mg/l。钻井液性能钻井液性能4)钻井液滤液碱度两种测定方法对比钻井液滤液碱度两种测定方法对比方方 法法优优 点点缺缺 点点Pf/Mfa)传统的方法传统的方法b)用一个样品滴定二次用一个样品滴定二次a)Mf 滴定中有干扰滴定中有干扰b)通常碳酸氢根测定结果偏高通常碳酸氢根测定结果偏高P1/P2a)消除

19、消除Mf滴定中的干扰滴定中的干扰a)用三个样品滴定三次用三个样品滴定三次b)碱的测定很关键碱的测定很关键c)使用有毒物质使用有毒物质(BaCl2)钻井液性能钻井液性能1515、氯离子浓度、氯离子浓度(Chloride Concentration)测定方法：测定方法：以铬酸钾溶液为指示剂，用硝酸银标准溶以铬酸钾溶液为指示剂，用硝酸银标准溶液液(0.0282mol/l)滴定一定量的滤液至溶液颜色由黄色变滴定一定量的滤液至溶液颜色由黄色变为橙红色并能保持为橙红色并能保持30s即为滴定终点。即为滴定终点。计算：计算：CCl-CNaCl1.65 CCl-式中：式中：CCl-滤液中的滤液中的Cl-浓度，浓

20、度，mg/l；CNaCl 滤液中的滤液中的NaCl含量，含量，mg/l；VAgNO3 滴定所消耗的硝酸银溶液体积，滴定所消耗的硝酸银溶液体积，ml；V 滤液样品体积，滤液样品体积，ml。注：若滤液中的氯离子浓度超过注：若滤液中的氯离子浓度超过10,000mg/l，可使用每毫升相，可使用每毫升相当于当于0.01g氯离子的硝酸银溶液氯离子的硝酸银溶液(0.282mol/l)，此时，把上式中此时，把上式中的系数的系数1000改为改为10000。1000VAgNO3V钻井液性能钻井液性能1616、总硬度、总硬度(Total Hardness)测定方法：测定方法：以硬度指示剂溶液以硬度指示剂溶液1-(1

21、-羟基羟基-4-甲基甲基-2-苯偶苯偶氮氮)-2-萘酚萘酚-4-磺酸磺酸为指示剂，用为指示剂，用0.01mol/l的的EDTA(二水二水合乙二胺四乙酸二钠盐合乙二胺四乙酸二钠盐)标准溶液滴定一定量的滤液至标准溶液滴定一定量的滤液至颜色不再由红变蓝的变化即为滴定终点。颜色不再由红变蓝的变化即为滴定终点。以以Ca+计的总硬度的计算：计的总硬度的计算：HT式中：式中：HT以以Ca+计的总硬度，计的总硬度，mg/l；VE滴定所消耗的滴定所消耗的EDTA体积，体积，ml；V 滤液样品体积，滤液样品体积，ml。注注1 1：为解决由深颜色组份引起的滴定终点分不清的问题，可用：为解决由深颜色组份引起的滴定终点

22、分不清的问题，可用 次氯酸钠等氧化剂氧化这些组份。次氯酸钠等氧化剂氧化这些组份。注注2 2：若怀疑滤液中有铁离子存在，三乙醇胺、四乙烯基戊胺和：若怀疑滤液中有铁离子存在，三乙醇胺、四乙烯基戊胺和 水的混合液水的混合液(体积比为体积比为1:1:2)1:1:2)是一种合适的掩蔽剂。是一种合适的掩蔽剂。400VEV钻井液性能钻井液性能1717、钙离子浓度、钙离子浓度(Calcium Concentration)测定方法：测定方法：滤液中的钙离子浓度测定与总硬度测定相似，滤液中的钙离子浓度测定与总硬度测定相似，差别有二：一是滴定前调节差别有二：一是滴定前调节pH至至1213，使镁离子以氢，使镁离子以氢

23、氧化镁形式沉淀；二是以钙指示剂作为指示剂。氧化镁形式沉淀；二是以钙指示剂作为指示剂。计算：计算：CCa+式中：式中：CCa+Ca+浓度，浓度，mg/l；VE 滴定所消耗的滴定所消耗的EDTA体积，体积，ml；V 滤液样品体积，滤液样品体积，ml。400VEV钻井液性能钻井液性能1818、镁离子浓度、镁离子浓度(Magnesium Concentration)滤液总硬度和钙离子浓度测定结果可计算出滤液中的镁滤液总硬度和钙离子浓度测定结果可计算出滤液中的镁离子浓度。离子浓度。计算：计算：CMg+0.6(HTCCa+)式中：式中：C Mg+Mg+浓度，浓度，mg/l。钻井液性能钻井液性能1919、润

24、滑性、润滑性(Lubricity)钻井液的润滑性即为降低钻柱和滤饼钻井液的润滑性即为降低钻柱和滤饼(或井壁、套管或井壁、套管)及及钻井液内部相对运动摩擦力的量度，目前测定钻井液润钻井液内部相对运动摩擦力的量度，目前测定钻井液润滑性的常用仪器有两种：极压润滑仪和滑性的常用仪器有两种：极压润滑仪和LEM仪。仪。2020、电稳定性、电稳定性(Electrical Stability)在试验条件下，油包水钻井液开始破乳时的电压称之为在试验条件下，油包水钻井液开始破乳时的电压称之为破乳电压，用破乳电压仪测定，单位为伏特破乳电压，用破乳电压仪测定，单位为伏特(V)。605550454035301.08 1

25、.20 1.321.44 1.56 1.68 1.80 1.92 2.042.162.28FV(s)密度密度(g/cm3)钻井液性能：钻井液性能：密度密度漏斗粘度漏斗粘度010203040501.081.201.32 1.44 1.56 1.68 1.80 1.922.042.162.28密度密度(g/cm3)PV(mPa.s)钻井液性能：钻井液性能：密度密度塑性粘度塑性粘度201510 501.081.201.32 1.44 1.56 1.68 1.80 1.92 2.042.16 2.28密度密度(g/cm3)YP(Pa)05101.441.92DGELS(Pa)钻井液性能：钻井液性能：密度密度动切力、静切力动切力、静切力1.0810203040固相含量固相含量(%,W/V)1.201.321.441.561.681.801.922.042.16密度密度(g/cm3)用膨润土和水时固相含量用膨润土和水时固相含量最高固相含量最高固相含量最低固相含量最低固相含量用重晶石和水时固相含量用重晶石和水时固相含量良好状况下的钻井液固相含量范围良好状况下的钻井液固相含量范围506070钻井液性能：钻井液性能：密度密度固相含量固相含量