【正文】 關(guān)。 當(dāng) Re ? 3時， Vs = 326800ds2 (? s ? f ) / ? 當(dāng) 3 Re 300， Vs = (? s ? f ) / (? f ? ) 當(dāng) Re 300 時， Vs = [ ds (? s ? f ) / ? f ] 1/2 由此可見，井眼凈化與鉆井液流變性能中的有效粘度 ?緊密相關(guān)。 102 105 ? 影響層流條件下巖屑攜帶 ? 層流攜帶巖屑的特點(diǎn)：巖屑翻轉(zhuǎn)上升。 ? 層流攜帶巖屑缺陷的實質(zhì)：力矩效應(yīng)。 ? 改進(jìn)方法：將尖峰形改為平板形層流。 ? 平板形層流攜巖原理： 流核直徑： 由上式可見， τ 0 / ? s ?， ? d0 ? ? 鉆井液流速 剖面變平坦 ? 翻轉(zhuǎn)力矩效應(yīng)減小。 流動狀態(tài) )dD(3V24)dD(ds020??????F2 F1 L d0 d D 103 106 鉆井液有效地攜帶巖屑的流變參數(shù)取值范圍： 對于賓漢流體 ： τ0 / ? s = ~ dyn/cm2/ τ0 / ? s = ~ Pa/ τ0 = ~ 3 Pa 對于假塑性體 ： 根據(jù) ф600 /ф300 = 1022 n/511n =2n， 得到動塑比與流型指數(shù)的關(guān)系： τ0 / ? s= （ ф300 ? s ） / （ ф600 ф300 ） =（ 12n1） / (2 n1) 因此， n = ~ 對于卡森流體 ： τc = ~ Pa 注意：提高 τ 0 / ? s 的關(guān)鍵是降低 塑性粘度 ? s 。 104 107 3. 影響井壁穩(wěn)定 鉆井液流變性對井壁穩(wěn)定的影響主要是指對井壁的沖蝕作用。Walker定義用侵蝕指數(shù) EI表示： 層流時 ： EI = τ0+12 ? sV/ (D2 D1) + τ0 EI = ? s [τ0 / ? s +12 V/ (D2 D1) + τ0 / ? s] EI值越大，沖蝕性越強(qiáng)。由上面公式可見鉆井液流變參數(shù)對其影響關(guān)系。 105 108 4. 影響巖屑和加重物質(zhì)的懸浮 在牛頓流體中的顆粒只要其密度大于流體密度，就必然會以一定速度下沉。但是，巖屑顆粒在鉆井液中的情況卻不同。由于靜切力和動切力的存在，即使顆粒密度大于鉆井液密度，顆粒也不會發(fā)生沉降。只有當(dāng)顆粒與流體滿足一定條件時，顆粒才會下沉。因此，顆粒除了自然沉降外，還具有一種切應(yīng)力懸浮狀態(tài)。 ? 流體靜止?fàn)顟B(tài)下的切應(yīng)力懸浮狀態(tài) 懸浮巖屑（球形）所需靜切力為： τs（ g/cm2) = d(?巖 ?漿 ） /6 τs（ dyn/cm2) = d(?巖 ?） /6漿 由上式可以計算靜止?fàn)顟B(tài)下，懸浮巖屑顆粒所需要的靜切應(yīng)力。 G =重力 浮力 τs 106 109 ? 流體運(yùn)動狀態(tài)下的動切應(yīng)力懸浮 （ 閱讀 ） 巖屑顆粒在鉆井液中的沉降速度為： Vs = d s [ d s ( ? s ? f ) τ0] 若顆粒處于臨界狀態(tài)，有 d s ( ? s ? f ) τ0 =0 即顆粒懸浮的臨界條件為： ? s / ? f = τ0 / ( g d s ? f) +1 顆粒懸浮的判別準(zhǔn)則為： ? s / ? f ? τ0 / ( g d s ? f) +1 在鉆井工程中，尤其是在水平井的施工中， 動切應(yīng)力的懸浮作用對于避免巖屑沉積是非常有益的 。 返 回 107 110 第四章 鉆井液的濾失和潤滑性能 本章要求： 1. 掌握三個（瞬、靜、動）失水概念。 2. 掌握五個公式。 3. 熟悉七個影響因素。 4. 鉆井液潤滑性及其評價。 108 111 一、濾失造壁性的基本概念 1. 水基鉆井液中的水 水基鉆井液 = 固相 +水 +處理劑 鉆井液中的水由三部分組成： ? 結(jié)晶水 （化學(xué)結(jié)合水） —— 粘土礦物晶體構(gòu)造的組成部分。 ? 吸附水 （束縛水） —— 由固相顆粒分子間力吸附的水化膜。 ? 自由水 —— 鉆井液中自由移動的水，分散介質(zhì)。 特點(diǎn)： 占總水量中的絕大部分。 水在泥漿中所呈狀態(tài) 吸附水 結(jié)晶水 自由水 109 112 泥漿的主要功能 攜帶、懸浮巖屑 控制壓力 形成泥餅 破巖、清巖 保護(hù)油氣層 傳遞水功率 110 113 泥餅形成示意圖 111 114 2. 失水與造壁的概念 為了防止地層流體進(jìn)入井內(nèi)，鉆井液液柱的壓力必須大于地層流體的壓力，于是，鉆井液總是趨向于向地層漏失或濾失。 ? 漏失 —— 鉆井液的固相和液相全部進(jìn)入地層的現(xiàn)象。 ? 濾失 —— 鉆井液中只有液相進(jìn)入地層的現(xiàn)象。 ? 失水 —— 鉆井液中的自由水在壓差作用下向井壁巖石的裂隙或孔隙中滲透。 ? 泥餅 —— 鉆井液濾失過程中留在井壁或者濾膜上的 物質(zhì)。 ? 造壁性 —— 在濾失過程中，隨著鉆井液中的自由水進(jìn)入巖層，鉆井液中的固相顆粒便附著在井壁形成泥餅。 112 115 113 116 3. 井下失水過程 時間 累計失水量 T o T 1 T 2 T 3 T 4 T 5 T 6 V 瞬 V 動 V 靜 h=0 h? h=c h? h? h=c 114 117 ? 瞬時失水 Spurt Loss —— 鉆井液尚未完全形成之前很短時間內(nèi)的失水量。 特點(diǎn) ： 時間短（ t 2秒 )；比例小。 115 118 ? 動失水 Dynamic Filtration —— 鉆井液循環(huán)時的失水量。 特點(diǎn) ： ? 泥餅形成、增厚與沖蝕處于動平衡。 （高滲透率 ? 低滲透率 = C） ? 失水速率大、失水量大。 116 119 ? 靜失水 Static Filtration —— 井下：鉆井液停止循環(huán)后的失水。 —— 室內(nèi)：指定靜態(tài)條件下，靜失水儀器測得的失水。 特點(diǎn) ： ? 失水速率小、失水量較小。 ? 泥餅厚（無沖蝕作用）。 117 120 二、失水造壁性與鉆井工作的關(guān)系 1. 失水量過大 兩個害處 ： ? 導(dǎo)致水敏性泥頁巖縮徑、垮塌。 ? 油氣層內(nèi)粘土水化膨脹使產(chǎn)層滲透率下降，從而損害油氣層。 兩個害處 ： ? 井徑縮小 —— 易引起起下鉆遇阻遇卡。 ? 泥餅粘附卡鉆。 泥 餅 —— 薄、密、韌。 失水量 —— 適當(dāng)（并非越小越好）。 對于一般地層： API失水： 10 ? 15 ml/ 30 min； 對于水敏地層： API失水 5 ml/30 min。 118 121 4. 控制失水量原則 ： 五嚴(yán)五寬 五嚴(yán) ： 井深、裸眼長、礦化度低、油氣層段、易塌層段。 五寬 ： 井淺、裸眼短、礦化度高、非油氣層、穩(wěn)定井段。 119 122 三、鉆井液的靜失水 Static Filtration 1. 靜失水方程 假設(shè)條件 ： ? 泥餅厚度 h 井眼直徑； ? 濾失過程為線性關(guān)系 —— K = C； ? 濾失為恒溫恒壓過程。 靜失水方程推導(dǎo) ： 利用達(dá)西滲濾公式 ： (1) 式中 ， vf —— 濾失量， cm3； t —— 濾失時間， s； k —— 泥餅滲透率， darcy。 P —— 濾失壓力 ,kg/cm2。 ? —— 濾液粘度， ； h —— 泥餅厚度， cm； A —— 濾失面積， cm2。 ?? hk A Pdtdv f120 123 如果一定體積的鉆井液 Vm全部 濾失完，則在 Vm當(dāng)中，有 Vf的濾液體積從Vm中擠壓出去，剩下 Vc的泥餅體積擠不出去，于是可以得到： Vm = Vf + Vc = Ah + Vf (2) Vc / Vf = R = 常數(shù) (3) 將（ 2）、（ 3）式代入達(dá)西公式（ 1）中，得到： (4) 對（ 4）式兩邊積分，得： (5) f2fRVk P AdtdV??cf2f22fVV.k P t2VRtk P AV21????121 124 根據(jù)假設(shè)可知，泥餅中干固體體積等于泥餅體積與泥餅中固相體積分?jǐn)?shù)的乘積。即： Vc =hACc 鉆井液中固相體積百分?jǐn)?shù)為： Vc /Vf= hACc// (hA+Vf) 聯(lián)立解以上兩式，得： (6) 將 （ 5）式代入達(dá)西公式（ 1）中，并積分得： (7) 比較（ 7）式與（ 5）式，可以看到： Cc /Cm1 = Vf /Vc )1CC(AVhmcf?????)1CC(k P t2AV mcf122 125 2. 影響靜失水的因素 ? Vf 與 t的關(guān)系 Relationship Between Filtration and Time 理論關(guān)系： 在直角坐標(biāo)上任取兩點(diǎn)，可以得到： Vf 與 t的關(guān)系 ?????)1CC(kP2CtCtAVmcf ??1f122f121f2fVttVttVV???t1/2 0 Vf t1 1/2 Vf1 t2 1/2 Vf2 該式實際上表明了任意時刻失水量之間的關(guān)系。 如果： t1 =； t2 =30分鐘；則： Vf30’ = ’ 123 126 實際關(guān)系 實驗發(fā)現(xiàn)，在直角坐標(biāo)上的直線存在截距 —— 正截距和負(fù)截距。 原因分析： ? 正截距：泥餅未形成之前鉆井液噴失量較大。 ? 負(fù)截距：噴失量很小，不足以充滿濾紙和儀器排出管。 Larsen 方程： Vf’ = ? Vsp? + A(ct)1/2 根據(jù)： Vf 30’ = 2Vf ’ 得到： Vf 30’ Vsp = A(c30’)1/2 Vf ’ Vsp = A(’)1/2 聯(lián)立解之，得到： Vf 30’ = 2 Vf ’ Vsp Vf 30’ = 2 Vf + Vsp 式中： Vf’ —— 考慮了瞬時失水的靜失水量； Vf —— 未考慮瞬時失水的靜失水量。 t