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三、钻井液切力1、钻井液切力概念:由于钻井渡中粘土颗粒的形状很不规则,表面性质也极不均匀,颗粒之间容易部分粘结,形成絮凝网架结构,当颗粒浓度足够大时,能够形成布满整个有较容积的连续空间网架结构,要是钻井液流动,就必须在一定程度上破坏这种连续网架结构,才能使颗粒之间产生相对运动,切力就是这种网架结构的反映,而且结构强度越大,则切力越大,反之则小。反映钻井液结构力的参数有静切、触变性、动切力等。钻井液在静止的条件下形成凝胶结构的强度,称静切力,其物理意义是当钻井液静止时破坏钻井液内部单位面积上的网架结构所需的力,通常用浮筒切力计测定,单位是mg/cm3。钻井液的触变性是指搅拌后变稀,(切力降低)静置后变稠。(切力升高)的特性,或者说,钻井液的切力随搅拌后的静置时间长而增大的特性,如钻井时钻井液不断循环粘度较低,而起下钻时钻井液静止循环粘度大,就是这个道理。由于钻井液有触变性,静止时间不同,则切力不同,通常测两个静止时间的切力值,静止一分钟(或10秒钟)所测切力为初切,静止10分钟后所测的切力为终切,初切力与终切力的差值即表示触变大小,差值越大则触变性越大。动切力又称屈服值,用旋转粘度计测定,单位是达因厘米22、钻井液切力与钻井工作的关系:钻井液切力大小代表了钻井液悬浮固体颗粒的能钻井工艺要求钻井液具有适当的切力和良好的触变性,在钻井液停止循环时,切力能较快的增大,到某个适当的数值,既有利于钻屑的悬浮又不致于静置后开泵泵压过高,若切力过低,则悬浮携带岩屑效果不好,一旦停泵很容易造成复杂情况,若切力过高,又可能造成下列危害:1)流动阻力大,下钻后开泵困难易蹩漏地层。2)沉砂困难,影响净化,密度上升快。3)除气困难,气侵严重时,会使钻井液密度降低,导至井喷。4)含砂量增大,磨损钻具和配件,滤饼质量差,易造成粘附卡钻。5)钻具转动阻力大,动力消耗大,降低钻速。四、钻井液的失水及滤饼1、钻井液失水和泥饼的概念:在钻井液液柱压力和地层压力之间的压差作用下,钻井液中的水份从井壁的孔隙裂缝渗到地层,这种现象叫失水(或滤失),失水的多少称为钻井液的失水量,通常现场测定的失水量是指在0.686 MPa压力作用下,30min内通过直径为75mm过滤面积所滤失的水的体积,单位是毫升。在失水同时,钻井液中的粘土颗粒被阻挡沉积在井壁上形成一层固体颗粒的胶结物叫滤饼。滤饼的单位是毫米。钻井液的失水和产生滤饼是同时发生的,也是相互影响的,开始是由于失水而形成的滤饼,失水大形成的滤饼厚,失水小则形成的滤饼簿,而滤饼形成后又反过来阻挡进一步失水,失水主要取决于滤饼本身的渗透性,而失水量并不是决定滤饼厚度的唯一因素,钻井液的失水和滤饼可用气压失水仪测定。2、钻井液的失水大小滤饼质量与钻井工作的关系:在钻进过程中,有失水才能形成滤饼,所形成的滤饼又能巩固井壁和阻止进一步失水,一般来讲,钻井要求钻井液要低失水量和簿而韧致密的泥饼。失水过大滤饼过厚而松散对钻井是不利的。失水量过大的危害:1)地层被浸泡,易造成井眼缩径或引起泥页岩剥落坍塌。2)水分渗入生产层,使油层中膨润土膨胀,油层气层渗透率降低,生产能力下降。滤饼过厚的危害有:1)滤饼厚而松散,摩擦系大,易造成泥饼粘附卡钻。2)易泥钻包头或堵水眼,使起下钻波动压力大。3)起下钻时摩阻力增加,甚至遇卡。4)妨碍套管顺利下入,且影响固井质量。5)电测遇阻遇卡,电测和井壁取资料不准确。但失水并不是越小越好,要求过小的失水量反而是钻井液成本增加,钻速下降,要求泥饼簿,并不一定失水控制得很小,在钻井过程中,应根据地层岩石的特点,井深、井身结构、钻井液等类型来决定,如对石灰岩、白云岩、胶结致密的砂岩,对失水量不做要求,对易吸水膨胀、垮塌的页岩和易垮塌的其它地层,失水量应严格控制,另外、井浅时可放宽,祼眼时间长应从严,使用盐水钻井液应放宽,使用淡水钻井液应从严,总之、在井壁允许的情况下,适当放宽失水量的要求,以最大限度地提高钻井速度。==卡钻事故及预防==概述 钻井过程中,由于各种原因造成的钻具陷在井内不能自由活动的现象,称为卡钻。卡钻在钻井过程中是常见事故。在定向井、水平井钻井过程中不仅要确保钻井效率和井眼轨迹,还要确保钻井过程中井下安全,因此必须针对具体情况进行分析,以便有效解卡。卡钻的概念 钻井过程中,由于各种原因造成的钻具陷在井内不能自由活动的现象,称为卡钻。主要有键槽卡钻、沉砂卡钻、井塌卡钻、压差卡钻、缩径卡钻、落物卡钻、砂桥卡钻、泥包卡钻及钻具脱落下顿卡钻等。地层构造情况、钻井液性能不良、操作不当等都可能造成卡钻,必须针对具体情况进行分析,以便有效的解卡。 卡钻的类型及预防措施 1)键槽卡钻 键槽卡钻多发生在硬地层中,井斜或方位变化大,形成了狗腿的地方。钻进时,钻柱紧靠狗腿段旋转,起下钻时钻柱在狗腿井段上下拉刮,在井壁上磨出一条键槽,起钻时钻头拉入键槽底部被卡住。键槽卡钻特征是下钻不遇阻,钻进正常,泵压也正常,但起钻到狗腿处常遇卡。随着井深的增加而愈加严重;能下放但不能上提,严重时可能卡死。 预防键槽卡钻的发生,首先得确保井眼质量,避免出现大斜度狗腿段;起钻时或再次下钻时应在键槽井段反复划眼,及时破坏键槽,并在起钻到键槽井段时要低速慢起,平稳操作,严禁使用高速起钻。 2)沉砂卡钻 在使用粘度小、切力小的钻井液钻进时,由于其悬浮携带岩屑的能力差,稍一停泵岩屑就会沉下来,停泵时间越长,沉砂就越多,严重时可能造成下沉的岩砂堵死环空,埋住钻头与部分钻柱,形成卡钻。此时若开泵过猛还会憋漏地层,或卡的更紧。沉砂卡钻的表现是:重新开泵循环,泵压很高或憋泵;上提遇卡,下放遇阻且钻具的上提下放越来越困难,转动时阻力很大甚至不能转动。其表现是接单根或起钻卸开立柱后,钻井液喷势很大。 为了预防沉砂卡钻,应确保钻井液的性能满足清岩和悬浮岩屑的要求,随时做好设备和循环系统的检查维护,在因故停止钻进时,避免停止井内循环;缩短接单根时间,在发现泵压升高及岩屑返出量较小时要控制钻速,加大排量洗井,停泵前要将钻具提离井底并随时活动钻具。 五、钻井液的固相含量1、钻井液的固相含量及含砂量的概念钻井液的含砂量是指钻井液中所有的固体物质,包括粘土钻屑,化学处理剂,重晶石粉等,这些固体物质占钻井液体积的百分数称为钻井液固体含量,通常用百分数表示,钻井液中的固体物质并不没有区别的,根据固体对钻井液性能的影响不同和对钻井液的作用不同,钻井液中的固相又可分为两种(1)有用固相,是指维持钻井液所必须的固体,如膨润土粉,化学处理剂,加重剂等。(2)有害固相,除有用固相以外的固体,如钻屑、劣质膨润土,砂粒等。在不分散低固相钻井液中,膨润土占钻井液体积的2-4%,就可以满足钻井液性能的要求,因此,一般钻井液中有害固相是很多的,为了有效地控制止钻井液的性能,改善井下情况,提高钻井速度,对有害固相全部清除,对有用固相加以控制。2、钻井液固相含量对钻速的影响实践证明,当清水钻井时,钻速是最高的,而水中一旦进入了膨润土颗粒钻速就下降了,钻井液中的固相含量增加是引起钻速下降的一个重要原因,钻井液固相含量高还会严重影响钻井液性能,并给钻井带来许多危害,钻头进尺减少,钻井设备磨损严重。钻井液密度粘度升高,滤饼加厚,容易发生井漏、卡钻等事故、损坏油气层。并使钻井液流动阻力增大,泵压升高,不利于喷射钻进,使钻井液性能波动处理频繁,耗费大量的钻井液处理剂,因此、要有效地提高钻进速度,安全钻井,必须严格控制固相含量,使用不分散低固相钻井液。六、钻井液的PH值1、钻井液PH的概念:钻井液的PH值即钻井液的酸碱值,表示钻井液酸碱性的强弱,它等于钻井液中的氢离子浓度的负对数值,又称PH,当PH值小于7时,钻井液为酸性,当PH值等于7时钻井液为中性,当PH值大于7时钻井液为碱性,现场通常用比色法测定钻井液的PH值。2、PH对钻井液的影响:PH值对钻井液性能有很大的影响,钻井液中的粘土颗粒在碱性介质中,因负电荷较多,阳离子交换容量大,故较稳定。其次,有许多有机处理剂,必须在碱性作用下才能发挥作用,如丹宁、腐植酸等,另外PH值低,有机处理剂易在高温下发酵变质,故一般钻井液的PH值保持在8个以上。但若PH值高氢氧根离子在粘土表面的吸附会促使膨润土水化膨胀,不利于防塌。经验表明,各种类型的钻井液都有它自已适宜的PH值范围。如高碱性钻井液PH为12-14,不分散低固相钻井液PH值为8-9,弱酸性钻井液和饱和盐水钻井液PH值为6—7,PH值控制在合适的范围内,钻井液粘切较低,失水量较小,性能比较稳定,另外、PH值是确定处理剂碱比的依据。七、钻井液处理剂为了满足钻井工艺的要求,单靠使用清水和机械设备来调整和控制钻井液性能是远远不够的,必须在钻井液使用各种各样的化学处理剂。就生产中常用的钻井液无机处理剂,有机处理剂和表面活性剂有如下类型:

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