第三章_钻井液的流变性_精品.ppt

* * (2)解决了低粘度钻井液能有效携岩的问题，为普通推广使用低固相不分散聚合物钻井液提供流变学上的依据。尽管粘度较低，只要保证动塑比较高，使环空液流处于平板型层流状态、再加上具有一定的环空返速,在一般情况下能有效地携岩，保持井眼清洁。 * * (3)避免了钻井液处于紊流状态叫对井壁的冲蚀。有利于保持井壁稳定。 钻井液的动塑比保持在0.36～0.48Pa／(mPa·s）或n值保持在0.4～0.7时是比较适宜的，动塑比过小会导致尖峰型层流；动塑比过大，τ0值的增大引起泵压显著升高。n值的适宜范围定为0.4～0.7，也是同样的道理。为减小岩屑的滑落速度，钻井液的有效粘度不能太低。对于低固相聚合物钻井液，将塑性粘度保持在6～12mPa·s是较为适宜的。 * * 为了使动塑比达到0.36～0.48Pa／(mPa·s）要求，常采取以下措施和方法： (1)选用XC生物聚合物、HEC、PHP和FA367等高分子聚合物作为主处理剂。并保持足够的浓度。体系所形成的结构使τ0值增大，钻井液的液相粘度也会相应有所增加(塑性粘度同时有所增大)，但τ0值的增幅往往要大很多，有利于提高动塑比。 * * (2)通过有效地使用固控设备。除去钻井液中的无用固相，降低固体颗粒浓度降低塑性粘度、提高动塑比。 (3)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，增强体系中固体颗粒形成网架结构的能力。 * * 提高动塑比主要是为了解决岩屑转动问题，同时可增强钻井液的剪切稀释性能。但如果遇到井下情况比较复杂或出现井塌时，还是需要适当提高钻井液的有效粘度并加大排量，才能有效地降低岩屑滑落速度，提高钻井液环空返速，提高岩屑的净上升速度小。 * * 通过控制动塑比使环空液流处于平板形层流的方法只适用于层流状态，动切力和塑性粘度是反映钻井液在层流流动时的流变参数。如果环空液流处于紊流状态时，应首先考虑通过降低环空返速或同时提高粘度、切力，使钻井液从紊流状态转变为层流状态，然后再考虑如何通过控制动塑比转变为平板型层流。 * * 二、钻井液流变性与井壁稳定的关系 　　紊流时液流质点的运动方向是紊乱的和无规则的，而且流速高，具有较大的动能。紊流对井壁有较强的冲蚀作用，容易引起易塌地层垮塌，不利于井壁稳定。在钻井液循环时,一般应保持在层流状态，尽量避免出现紊流。对于非牛顿流体，一般采用综合雷诺数Re来判别流态。将钻井液作为塑性流体考虑，当综合雷诺数Re＞2000时为紊流。按Re＝2000，即可推导出计算临界返速的公式。 * * 　　计算出临界返速之后，可对钻井液的流态进行判断。实际环空返速大于临界返速为紊流，反之为层流。 * * 　　临界返速很大程度上受钻井液的密度、塑性粘度和动切力的影响。以三种不同密度的钻井液为例，计算结果表明，随着钻井液密度、塑性粘度和动切力的减小，临界流速明显降低，更容易形成紊流。在调整钻井液流变参数和确定环空返速时，既要考虑携岩问题，又要考虑到钻井液的流态，保持井壁稳定。 * * 三、钻井液流变性与悬浮岩屑、加重剂的关系 　　钻进过程中，钻井液会多次停止循环。要求钻井液体系内能迅速形成空间网架结构，悬浮岩屑和加重剂，或以很小的速度下沉，开泵时泵压不能上升太高，以防憋漏地层。钻井液的静切力和触变性是提供悬浮能力的决定因素。 　 　 * * 悬浮岩屑和加重剂所需要的静切力近似计算： 假设岩屑和加重剂颗粒为球形，根据它们的重力与钻井液对它们的浮力和竖向切力相平衡的关系，得到公式为： * * 需要的静切力为： 配制的加重钻井液必须具备一定的切力，重晶石的粒度不应过大。钻井液还应具有良好的触变性。循环停止时，钻井液应很快达到一定的切力值，有利悬浮岩屑和重晶石。 * * 四、 钻井液流变性与井内液柱压力激动的关系 　 井内液柱压力激动：是指在起下钻和钻进过程中，由于钻柱上下运动、泥浆泵开动等原因，使得井内液柱压力发生突然变化(升高或降低)，给井内增加一个附加压力(正值或负值)的现象。 * * 　　1.起下钻时的压力激动： 钻柱有一定的体积，当钻柱入井时，井内钻井液向上流动；起出钻柱时，井内钻井液向下流动填补钻柱内所占的空间。钻井液向上或向下流动，都要给予一定的压力克服沿程损失。这个压力是由于起下钻所引起的，作用于井内钻井液、使钻井液能够流动；同时通过井内液柱作用于井壁和井底，这种突然给予井内的附加压