4__钻井液的流变性.ppt

综合考虑钻井的成本和效益，上返速度不能大幅度提高。因此，如何尽量降低岩屑的滑落速度对携岩至关重要。 研究表明，岩屑的滑落速度除与岩屑尺寸、岩屑密度、钻井液密度和流态等因素有关外，还钻井液的有效粘度成反比。 a. 李丁格尔公式： 钻井液流态 层流特点 塞流 层流 平板型层流 紊流 2.1 层流及其携岩特点 成层流动 流速低 速度剖面呈“尖峰”抛物线 2.流态对携岩效率的影响 层流携岩特点 对井壁冲刷作用小，有利于井壁稳定 存在“转动靠壁”现象，携岩效率低 F1 F2 F3 F4 紊流特点 紊流携岩特点 优点：岩屑不存在转动和滑落现象，几乎全部都能携带到地面上来，环形空间里的岩屑比较少。 缺点： 岩屑滑落大，要求上返速度高，泵排量大； 由于沿程压降与流速的平方成正比，功率损失与流速的立方成正比．所以用紊流携岩还会使钻头的水马力降低，不利于喷射钻井。 紊流时的高流速对井壁冲蚀严重，容易引起易塌地层井壁垮榻。 2.2 紊流及其携岩特点 流体质点作无规则运动 流速大，速梯小 速度剖面扁平 2.3 平板型层流 流速低 速度剖面扁平 对井壁冲刷作用小 携岩效率高（低速，0.5～0.6m/s） 解决了低粘度钻井液携带岩屑的问题（不分散低固相泥浆） 平板型层流特点 携岩特点 等速核直径d0越大， 携岩效率越高 d0 动塑比 塑性流体： 适合值在0.36～0.48Pa/mPa·s 适合值在0.4～0.7 幂律流体： n d0 为了使钻井液的动塑比达到0.36～0.48mPa·s的要求，常采取以下措施和方法： 选用XC生物聚合物、HEC、PHP和FA368等高分子聚合物作为主处理剂．并保持其足够的浓度。它们在体系中形成的结构使动切力值增大； 通过有效地使用固控设备。除去钻井液中的无用固相，降低固体颗粒浓度，以达到降低塑性粘度、提高动塑比的目的。 在保证钻井液性能稳定的情况下、通过适量地加入石灰、石膏、氯化钙和食盐等电解质，以增强体系中固体颗粒形成网架结构的能力。 钻井液静止时能有效将钻屑和加 重剂悬浮起来，或很慢的下沉。 钻井对钻井液悬浮能力的要求 悬浮能力影响因素：静切力和触变性 G F浮 F切 二、钻井液流变性与悬浮钻屑和加重剂的关系 要求： 式中： d-----颗粒直径 ρ1-----需悬浮固相的密度 ρ-----钻井液密度 τs-----钻井液静切力 τs-----钻井液静切力，同上式中的θ 实际意义：配制加重钻井液 - - 三、钻井液流变性与井壁稳定的关系 流态对井壁稳定的影响：层流比紊流有利于井壁稳定 临界流速Vc 紊流：钻井液上返速度? Vc 层流：钻井液上返速度? Vc 序号 η ∞/mPa·s 钻速/m·h-1 1 1.0 7.62 2 4.4 5.85 3 12.9 4.96 四、钻井液流变性与钻速的关系 1、结论：η ∞ 钻速 2、原因 （1）η ∞ 喷嘴处紊流阻力 冲击力强 （2）η ∞ 易渗入微裂缝 有利于软化岩石，减少压持效应 实例：松科1井 松科1井二开进尺到515m后，进行了一次大规模的调浆，泥浆粘度从45s降低到21s，日进尺从12～15m上升到20～25m；调浆后15天（至5月16日），进尺达300m。 1、压力激动：由于钻柱上下运动或泥浆泵开动等原因，使井内液柱压力发生突然变化（升高或降低）的现象。 2、产生压力激动的原因 起钻：液柱压力降低 下钻：液柱压力升高 开泵：液柱压力升高 五、钻井液流变性与压力激动的关系 3.起下钻时的压力激动 下钻时压力激动力正值，起钻时则为负值。起下钻压力激动值的大小主要取决于起下钻速度、井深、井眼尺寸、钻头喷嘴尺寸和钻井液的流变参数(主要是粘度、切力和触变性)。 压力激动值在1500m时可能达到2～3MPa。在5000 m时可能达到7～8MPa。因此对此是不容忽视的。 4.开泵时的压力激动 由于钻井液具有触变性，停止循环后，井内钻井液处于静止状态，其中粘土颗粒所形成的空间网架结构强度增大，切力升高，开泵泵压将超过正常循环时所需要的压力，造成压力激动。开泵时使用的排量越大，所造成压力激动的值会越高。当钻井液开始流动后，结构逐渐被破坏，泵压逐渐下降。随着排量的增大，结构的破坏与恢复达到平