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1、泥浆基础知识,泥浆基础知识,泥浆基础知识,泥浆的概念 又称钻井液、钻液，是石油行业、矿山行业、非开挖行业、地质行业等钻探、取芯等旋转钻进过程中各种功能的循环液体的总称。 API国际标准定义：一种最好的泥浆应该能在清洗井筒所必须的流量下产生适当的水功率（平衡地层压力），用以与钻压和转速相配合而清洗冷却钻头，并使作业费用最低，这些变量的组合还能使井壁稳定，满足顺利达到钻进目标。,泥浆基础知识,泥浆的功能1、从钻头下面携带钻屑、把它们输送至环空中，并带出地面。2、冷却、清洗钻头钻杆等钻具。3、减小钻杆与井壁间摩擦、减小钻头与地层间摩擦，降低扭矩。4、稳定井壁，防止坍塌。5、在井壁间形成泥皮，防止裂缝
2、漏浆。6、加快钻进速度。除了上述功能外，现在社会发展，还应满足：1、不能伤害施工人员和环境。2、不能腐蚀施工设备及管道。,泥浆基础知识,泥浆的分类我国标准化委员会钻井液分委会将泥浆分为八种：1、淡水泥浆：由淡水、粘土和一般的降粘剂、降滤失剂配制而成。2、钙处理泥浆；3、不分散低固相聚合物泥浆；4、盐水泥浆（包括海水及咸水泥浆）5、饱和盐水泥浆；6、钾基泥浆；7、油基泥浆；8、气体（包括一般气体及气泡）泥浆。,泥浆基础知识,泥浆的性能及实验 一、密度 密度是表现泥浆的一个性能参数，单位是g/cm3或kg/m3。水的密度是1.0g/cm3(1000kg/m3),膨润土的密度大概是2.5g/cm3左
3、右(2500kg/m3)。 泥浆密度的测试：仪器（泥浆密度比重称）1. 泥浆杯；2.杯盖；3. 水平泡；4.刀架；5.支座；6. 游动砝码；7.挡臂；8. 横梁；9. 调重管,泥浆基础知识,泥浆的性能及实验测定方法： 校正比重称，先在泥浆杯中装满清水，盖好杯盖，使多余清水从盖上小孔溢出，擦干泥浆杯周围的水珠，把游码移到刻度1，如水平泡位于中间，则仪器是准确的；如水平泡不在中间，则可在调重管内取出或加入重物来调整。 倒出清水，擦干，将待测泥浆注入杯中，盖好杯盖，让多余泥浆溢出，擦净泥浆杯周围的泥浆，移动游码使横梁成水平状态（水平泡位于中间）。游码左侧所示刻度即为泥浆比重。,泥浆基础知识,泥浆的性
4、能及实验二、粘度：粘度是测试泥浆性能表现形式的一个重要参数，表示液体受到外力驱使流动时产生的内摩擦力，计量单位为“s”,读做秒。测试方法：工具（马是漏斗粘度计） a. 马氏漏斗: 漏斗上面带有12目的筛网，漏斗内容积1500cm3， 流出1夸脱(946cm3) 213oC的淡水所需时间为260.5秒； b. 带刻度泥浆杯: 有1夸脱和1000cm3的刻度线； c. 秒表； d. 温度计: 量程0105oC。,泥浆基础知识,泥浆的性能及实验操作步骤 a. 清洁漏斗和带刻度的泥浆杯； b. 用手指堵住漏斗的出口管，将经过充分搅拌的钻井液样品通过漏斗上面的筛网注入直立状态的漏斗内，直至钻井液液面达到
5、筛网底部为止(应有1500cm3)； c. 移开堵住出口管的手指同时按动秒表，测量钻井液从出口管流入带刻度的泥浆杯达到1夸脱或1升的刻度线位置时所需时间； d. 测量并记录钻井液的温度； e. 以秒为单位记录马氏漏斗粘度。,泥浆基础知识,泥浆的性能及实验三、泥浆滤失量（也加失水性）泥浆在井筒内，接触到粘土井壁、沙层井壁、岩石井壁时发生渗透水的特性。API标准（失水量30分钟应小于18ml)ZNS型泥浆失水测定仪该仪器是将泥浆用二氧化碳气体加压的情况下，测量泥浆的失水量。当泥浆在7kg/cm2压力作用下，30分钟内通过截面为45.3cm2过滤面渗透出的水量，以毫升表示。同时可以测得泥浆失水后泥饼
6、的厚度，以毫米表示。1仪器结构ZNS型失水量测定仪，主要由气源，减压阀，放空阀，泥浆杯，量筒、支架等组成，其结构如图所示。,泥浆基础知识,泥浆的性能及实验2测定步骤 先将支架放在平稳的台面上。 将减压阀、压力表、气源等组件通过方形凸位安装在支架方形孔内。 将减压阀手柄退出，使减压阀处于关死状态，此时无输出，然后关死放空阀。 装好气瓶并拧紧盖。顺时针旋转减压手柄，使压力表指示在5kg/cm2。 以左手拿住泥浆杯，用食指堵住泥浆杯气接头小孔，倒入被测泥浆，高度以低于密封圈23毫米为最好，放好密封圈，铺平一张滤纸，拧紧泥浆杯盖，然后将泥浆杯连接在三通接头上，将20毫升量筒放在泥浆杯下面，对准出液孔。
7、 迅速将放空阀退回一圈，微调减压阀手柄，使压力表指示为7kg/cm2。泥浆杯内保持7kg/cm2的恒定状态，当见到第一滴滤液开始记时，30分钟时取下量筒，退出减压阀手柄关死减压阀，顺时针转动放空阀1圈半左右，放空阀打开，泥浆杯内剩余气体被放出，取下泥浆杯，打开泥浆杯盖取出滤纸，洗净泥饼上的浮浆，测量泥饼厚度。 冲洗擦干泥浆杯，泥浆杯盖、密封圈。并烘干杯盖滤网。 记录下量筒内失水量。为缩短时间一般可测7.5分钟失水量乘以2，必要时即需测30分钟的失水量。,泥浆基础知识,泥浆的性能及实验四、含砂量： 含砂量主要针对的是膨润土，因蒙脱石、高岭石在研磨过程中产生的杂质，因颗粒较小，无法清除，保留在膨润
8、土里。含砂量大易影响泥浆性能，造成粘度低、易分离等不利因素。API标准（含砂量应小于5%）实验仪器：含砂量测定仪（API含砂量标准筛）泥浆含砂量是指泥浆中不能通过200号筛网（相当于直径大于0.74mm）砂子体积的百分比。仪器由过滤筒，漏斗和玻璃量筒组成,泥浆基础知识,泥浆的性能及实验测定方法 在玻璃量筒内加入泥浆（20毫升或40毫升），再加入适量水不超过160毫升，用手指盖住筒口，摇匀，倒入过滤筒内，边倒边用水冲洗，直到泥浆冲洗干净，网上仅有砂子为止。 将漏斗放在玻璃量筒上，过滤筒倒置在漏斗上，用水把砂子冲入玻璃量筒内，等砂子沉淀到底部细管后，读出含砂量体积，计算出砂子体积的百分含量。,泥浆
9、基础知识,泥浆的性能及实验五、PH值测试用广泛试纸。撕下一小条PH试纸，浸入泥浆滤液或泥浆中，观察其颜色变化，并与比色板颜色相比，相一致即为泥浆的pH值。 非开挖定向钻泥浆PH值一般控制在（8-11），石油钻井地层复杂一般(0-14)都有使用。,泥浆基础知识,泥浆成分材料的概述水基泥浆主要有：膨润土、水、添加剂组成。根据施工地层及钻机、水源、设备等情况确定泥浆的使用材料搭配。下面重点讲解：膨润土和添加剂。,泥浆基础知识,泥浆成分材料的概述一、膨润土 组成膨润土是岩浆岩或变质岩中硅酸盐矿物（如长石）风化沉积形成的，其组成为：1、粘土矿物：蒙脱石、高岭石、伊利石、海泡石，钻井用泥浆主要粘土矿物为蒙
10、脱石，含量在70%以上。2、砂子：石膏、石英、长石、云母、氧化铁等，好的膨润土这些含量越小越好。3、染色物：木屑、树叶及腐质物，膨润土有红色、黄色、紫的、灰色等。4、可溶性盐类：碳酸盐、硫酸盐、氯化物等。,泥浆基础知识,泥浆成分材料的概述分类膨润土分为钙基膨润土、钠基膨润土、改性膨润土三种1、钙基膨润土：造浆率8-12立方米每吨2、钠基膨润土：造浆率15-18立方米每吨3、改性膨润土：通过加入纯碱、烧碱、羧甲基纤维素、低分子量聚丙烯酰胺等无机盐和有机分散剂来提高膨润土的造浆率，达到钠基膨润土的性质指标。（钠化膨润土）,泥浆基础知识,泥浆成分材料的概述影响膨润土造浆率的因素1、原矿质量：原矿石中
11、蒙脱石含量的高低影响膨润土质量，蒙脱石越高越好。2、颗粒度：粒度越细造浆率越高，效果越好。3、添加剂：添加剂的合理使用会明显改善膨润土的性能。4、水质：膨润土在高矿化度和酸性水中造浆率会明显降低，甚至不造浆。,泥浆基础知识,泥浆成分材料的概述测试膨润土造浆率：1、造浆率：1吨膨润土配制出胶体率95%以上的泥浆的体积。如造浆率15吨立方米每吨，就是100克水中添加6.67克膨润土搅拌30分钟倒入试管（100ml）中，24小时胶体率在95%以上。2、漏斗粘度：用马是漏斗测试粘度，一般不低于28秒。3、失水量：用DNS气压失水测试仪。应小于18ml/30min.4、含砂量：含砂量测定筛测试应小于5%
12、。,泥浆基础知识,泥浆成分材料的概述二、添加剂泥浆中使用添加剂主要是在地层、设备、环境、风险等因素下考虑到泥浆的性能所采取的改善泥浆综合性能的目的。了解泥浆添加剂前，我们必须知道泥浆有哪些性能需要进行控制和改善。1、密度密度是气体、固体、液体分子间多表现出来的密集程度，和重量成正比，用g/cm3或kg/m3表示。密度大的液体气体能漂浮密度较小的固体、液体、气体。泥浆的密度大对钻屑具有漂浮作用，但是对钻进及压力有不利影响。,泥浆基础知识,泥浆成分材料的概述密度过大有以下害处：1、损害地层；2、降低钻井速度；3、过大压差易造成压差卡钻；4、易憋漏地层；5、易引起过高的粘切；6、多消耗泥浆材料及动力
13、；7、抗污染能力下降。密度过低则容易发生坍塌、缩经（对塑性地层，如较纯的粘土、岩盐层等）及携屑能力下降等。,泥浆基础知识,泥浆成分材料的概述实践证明，泥浆密度升高，产生的静液压力增大，钻速降低，钻进静液压力对钻速的影响程序还与所钻岩石的性质有关，钻井液静液压力与地层流体压力的差值为零时，钻速最快，压差增大，钻速降低。影响密度的因素：1、密度随泥浆中固相含量的增加而增大，随固相含量的减少而减少。2、泥浆中液相体积减少或液相密度加大，都能使密度升高。,泥浆基础知识,泥浆成分材料的概述提高钻井液密度的方法：一般可在钻井液体系中加入密度较大的惰性物质，如重晶石粉、碳酸钙粉、铅粉等，也可加入可溶性盐，另
14、外根据情况可选用除气、除泡等工艺手段。,泥浆基础知识,泥浆成分材料的概述降低密度的方法：1、机械法：把有害物质通过机械设备清除；例如使用振动筛、除砂器等；2、稀释法：加入一定量的清水稀释泥浆，使其密度下降；,泥浆基础知识,泥浆成分材料的概述二、粘度粘度、切力过大有以下害处：1、流动阻力大，能量消耗多，功率低，钻速慢。2、净化不良（固控设备不易充分发挥效力）易引起井下复杂情况；3、易泥包钻头，压力波动大，易引起卡、喷、漏和井塌事故；,泥浆基础知识,泥浆成分材料的概述粘度、切力过低也不利于钻井：1、洗井不良、井筒净化效果差；2、冲刷井壁加剧，引起井塌等井下事故；,泥浆基础知识,泥浆成分材料的概述对
15、泥浆的粘度和切力的要求：尽可能采用较低的粘度及切力。切力越大，悬浮岩屑能力越强，反之越小。泥浆粘度升高，则钻速降低，因为粘度大、流动阻力大，消耗功率大；另外，粘度太大，在孔径最底部易形成粘性垫子，降低和减缓了钻头切削刃对井底的冲击和切削作用，使钻速降低。在钻井过程中，滤失量过高，地层被浸泡，井壁不稳定；另一方面，泥饼厚而松散，摩擦系数高，易粘卡，引起钻头泥包或堵水眼、影响孔径质量等。一般要求泥浆具有适当低的滤失量和薄而致密坚韧的泥饼。,泥浆基础知识,泥浆成分材料的概述泥浆的触变性是指搅拌后泥浆变稀（切力降低），静止后又变稠（切力升高）的特性。或者说，泥浆的切力随搅拌时间的增长而增大的特性。一般
16、用终切力和初切力的差值表示其触变性的大小。恢复结构所需的时间和最终的胶凝强度（或切力）的大小，是触变性的主要特征。动切力表示泥浆在层流流动时形成结构的能力，又叫屈服值。,泥浆基础知识,泥浆成分材料的概述实践证明，泥浆携带岩屑的能力随泥浆粘度的升高而增加；紊流携带岩屑优于层流；且钻杆旋转有助于岩屑的上返。但紊流携带岩屑有以下缺点：要求钻井液排量大；岩屑下沉速度比层流大，对井壁冲刷力强。实践证明，通过调节泥浆的流变性，提高动塑比值和降低钻井液的上返速度以实现平板型层流，对提高泥浆岩屑的能力有重大意义。由于紊流的运动方向是紊乱而无规则的，且流速高，动能大，因此对井壁的冲击作用大，易引起地层坍塌。而层
17、流的运动方向都是向上的，一般平行于井壁，速度低，动能小，所以泥浆循环时，需要比较准确地计算出临界上返速度，以保证环空液流保持在层流状态而避免出现紊流。,泥浆基础知识,泥浆成分材料的概述当泥浆停止循环时，希望泥浆中的岩屑和加重剂能够稳定地悬浮着或下沉很慢，不出现沉砂卡钻。在这里起决定作用的是泥浆的静切力和触变性。静切力高，泥浆形成空间网架结构的能力强，悬浮能力强，触变性好；循环停止时，泥浆很快达到一定的切力值，有利于悬浮岩屑和加重剂。,泥浆基础知识,泥浆成分材料的概述泥浆粘度对钻速的影响：泥浆粘度并不直接影响钻速，而是通过对循环压耗和井底净化等作用的影响而间接影响钻速的。在一定的地面功率条件下，
18、降低泥浆粘度，可以减小钻柱和环形空间的循环压耗，使钻头喷嘴处的压降增加，提高液流对井底的冲击力，加强清除岩屑，使钻速也相应地增加。,泥浆基础知识,泥浆成分材料的概述固相含量与钻进的关系：固相含量越低越好，一般控制在0.5以下。过大有以下危害：固相含量高，泥浆压力大，钻速低；固相颗粒越细对钻速影响越大；固相含量高、滤失量大时，泥饼必然厚，摩阻系数增大，因而易引起井下复杂情况的发生；固相含量高，泥浆的流变性难以控制，且流阻大，功耗多，钻进效率低；含砂量大，易造成钻头、钻具等机械设备的磨损；在固相含量高时，泥浆受外界影响大且敏感（如对温度、各种污染物等的影响变大）。尽管如此，为了提供一些必要的泥浆性
19、能，仍需要一定量的有用固相，如膨润土可提高钻井液粘度和切力，加重剂可提高泥浆的密度。,泥浆基础知识,泥浆成分材料的概述降低固相含量的方法：机械除砂：利用振动筛、除砂器、除泥器等设备降低固相含量；化学除砂：加入化学絮凝剂，将细小的砂子变大而沉降；降低泥浆粘度有利于降低固相含量。泥浆固相含量及其分散性对钻速的影响：固相含量对钻速的影响很大，不仅固相含量对钻速有影响，固相颗粒的分散度也对钻速有影响，实践证明，泥浆中小于1m的胶体颗粒越多，对钻速的影响越大，因此，低固相不分散泥浆的推广使用越来越广泛。,泥浆基础知识,泥浆成分材料的概述泥浆漏失量过大，泥饼厚而虚，会引起一系列问题：泥饼在井壁堆积太厚，环
20、空间隙变小，泵压升高。易引起泥包钻头，下钻遇阻、遇卡或堵死水眼。在高渗透地层易造成较厚的滤饼而引起阻卡，甚至发生在压差卡钻。对松软地层、易泡垮易塌地层，会形成不规则的井眼，引起井漏等。,泥浆基础知识,泥浆成分材料的概述在钻井过程中，泥浆滤失量过高，泥饼厚而松散，对钻井很不利，一方面，滤失量过高，地层被浸泡，井壁不稳定；另一方面，泥饼厚而松散，摩擦系数高，易粘卡，引起钻头泥包或堵水眼、起钻上提遇卡、下套管遇阻，不利于电测，影响井身质量等，一般要求泥浆具有适当低的滤失量和薄而致密坚韧的泥饼。根据漏失量的大小，判断漏层性质，选用相应的堵漏剂。,泥浆基础知识,泥浆成分材料的概述泥浆添加剂分为16类：1
21、. 粘土类：主要用来配制原浆，亦有正反增加粘切、降低漏失量作用，常用的膨润土、抗盐土及有机土等；2. 加重材料：主要用来提高泥浆的密度，以控制地层压力，防塌防喷,常用的重晶石、铅粉等；3. 降滤失剂：主要用来降低泥浆的漏失量，常用的有CMC、预先胶化淀粉，聚丙烯酸盐等；4. 降粘剂：改善泥浆的流动特性，如粘度、切力，以增加可泵性，减少摩阻。常用的有单宁、各种磷酸盐、褐煤制品、木质素磺酸盐等5. 增粘剂：主要用来促进泥浆中粘土颗粒网状结构的形成，增加胶凝强度以形成高流阻。常用的有CMC、高聚物、预先胶化淀粉等。6. 润滑剂：主要用来降低摩阻系数，减小扭矩，增加钻头的水马力以及防止粘卡。常用的有某
22、些油类、石墨、塑料小球及表面活性剂。,泥浆基础知识,泥浆成分材料的概述7. 页岩抑制剂：用来抑制页岩中所含粘土矿物的膨胀和分散而引起的井塌。常用的有石膏、硅酸盐、石灰、钾盐、铵盐、各种沥青制品及高聚物的钾、铵、钙盐等。8. 缓蚀剂：用来控制钻具受到各种腐蚀。常用的有各种消化石灰、亚硫酸纳、碳酸锌及胺盐，某种乳化及油基钻井液都具有较好的抑制腐蚀的性能。9. 乳化剂：用来使两种不相溶的液体形成均匀的混合体，常用的有改性本质素磺酸盐、某些活性剂（包括阳离子及非离子型的药剂）。10.消泡剂：用来消除钻井液中的气泡及降低起泡作用，尤其是对咸水处理和盐水钻井液更为重要，常用的泡敌、甘油聚醚、硬脂酸铝等；1
23、1.杀菌剂：主要用来杀灭泥浆中的有害细菌，使其降低到安全的含量范围内，以免破坏某些处理剂的效能，常用的有多聚甲醛、烧碱、石灰以及各种发酵剂。12.絮凝剂：用来絮凝泥浆中过多的粘土细微颗粒及削除钻屑，从而使钻井液保持低固相，它也是一种良好的包被剂，可使钻屑不分散，易于清除，并有防塌作用。常用的有石膏、消石灰、各种聚丙烯酰胺等。,泥浆基础知识,泥浆成分材料的概述14.堵漏剂用来封漏堵漏失地带，以恢复泥浆的正常循环。常用的有各种惰性材料及化学堵漏剂。15.解卡剂：用来浸泡钻具在井内被泥饼粘附的井段，以降低其摩阻系数，增加润滑性，从而解除压差卡钻。常用的有各种油类、含有快渗剂的油包水乳化剂、酸类等。16.其它：主要包括大部分的无机处理剂及一些特殊用途的化学处理剂，常用的有各种无机盐、过氧乙烯树脂、蓖麻油等。,泥浆基础知识,
