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中南钻井专2005级钻井液讲稿

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表观粘度包括塑性粘度和结构粘度两部分,随着速梯增加结构拆散,??下降。

?0?s大,表示结构粘度占的比例大,

剪切稀释性好的泥浆,在钻头水眼处,由于速梯大,表观粘度低,有利于喷射钻井;但在环空上时,由于速梯小,表观粘度高,有利于携带岩屑。

§2—4 泥浆流变性的测量

一、漏斗粘度计

1.反映泥浆的总粘滞性,测出的是表观粘度。

2.测不出?和?s(不便于对泥浆粘度进行分析)。 二、旋转粘度计

1.旋转粘度计可以测出不同速梯下的剪切应力,从而计算出??、?s、?0、n、k等重要参数;还可绘制流变曲线。 2.结构

旋转粘度计的结构主要由电动机带动的外筒和由扭簧固定的带有刻度盘的内筒等部件组成。

3.原理

两圆筒之间盛装被测试液体,外筒以一定转速旋转。带动两筒间的液体以一定速梯流动,并通过液体的粘滞性将扭距传给内筒,使内筒偏转直到与弹簧扭力平衡为止,此时刻度盘上指示的弹簧扭距等于内摩擦力距。 (1)弹簧扭力距与切应力对应

M1r1M?M?? 2?r1h2?r12h2?r12h??(2)外筒转速与两筒间液体速梯对应

在外筒恒速旋转时,作用在外筒上的转距等于扭力弹簧的反转距: 即M??m

??刻度盘扭转格数M?每格转距值将角速度化成??

2??弧度?N??秒?60?

其中:N?转故???mr22?r124?hr1r222?分?m?2?r1h2a602215?r2?r1?N???r22N根据力矩平衡原理,作用在内筒上的总力矩

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M???r?s?2?r1h?2??令M2?r2hm22?m2?r1h2??2?r1h?c(一定粘度计类型、C为常数)故??c?dv由???dxm?dv???dx?2?r1hm2?r1h?15r2?r122?15?r2?r1?22?

?r22N??r2222??N仪器内外筒尺寸是一定的,故给仪器一个转速就有一个与其对应的速梯,旋转粘度计有六个转速。有六个速梯 N(转/分) 600 300 200 100 6 3 D(秒-1) 1022 511 340 170 10.22 5.11 1.流变参数的确定 由于宾汉模式是描述较高速梯下的流变性,因用较高速梯下测定?s、?0值。APJ规定在300转分和600转分两大速梯下测定?s、?0值。

?s??600??300?mpa?s?测:

??300??s?Pa而?0?0.511为了便于对比,API标准规定是在600转分下,测定流体的表观粘度。则

????600?mPa?s?

n、K值的确定

n12?dv?由指数模式??K??有:

?dx?K?0.511?300n?? P?san510求低速梯的n、k值,可用?200、?100或其它更低转速的读数代入通式求出。

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(3)??和?c的确定

常用?600和?10012???1.195?600??100mPa?s22?11?c?0.15562.15?100??600Pa

12121212?????????c221112?dv????dx?12§2—5 钻井液流态、流变性与钻井的关系

一、流动状态的判断

井壁稳定,钻屑的携带与钻井液流态有关,而环空压力损失计算压力激动计算。也因流态的不同,故必须首先准确地判断井下钻井液的流动情况,特别是环空,以便提供有效地解决和分析问题的方法。

钻井液常用的判断方法有三种

1.雷诺数法Re?du?f?a

Re<2000 为层流。Re>4000为紊流2000~4000为过度态;常取2000作为临界雷诺数。

2.临界流速发和临界排量法

v?vc或Q?QC时为层流。反之为紊流

3.Z值法

Z值≤800为层流,Z>800为紊流 二、钻井液流态和井壁稳定 1.紊流

液体质点运动方向紊乱,质点动能大,对井壁冲刷大。易引起易塌地层垮塌。 2.层流

质点平行井壁运动,且速度低,对井壁冲刷小。 三、钻井液流态与岩屑携带 1.在尖峰型层流中

流速分布不均,导致岩屑翻转打旋。并被推向井壁,通过曲折运动被带出井口,携带效率差。

2.在紊流中

流速趋于一致,不存在岩屑翻转,岩屑几乎全部带出井口。但以喷射钻井和井壁稳定要求出发,都不希望环空中流动呈紊流状态。

3.在平板型层流中

消除了岩屑翻转现象,岩屑稳定上井,携岩效果好;根据携岩要求,应采用平板型层流带砂。

4.影响平板型程度的因素 影响平板型程度的因素有三

(1)钻井液流速越大流核越窄,流速越尖,平板型程度越差。 (2)流道尺寸(D?d)

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流道越宽,流核越宽,流型越平,平板型程度越高。 (3)动塑比?0/?s

?0/?s↗ 平板型程度好。

流道尺寸受井身结构等限制,流速一般控制在v返?0.6m/s左右,流速的宽窄主要取决与?0/?s或n值对平板型程度的影响情况。

提高钻井液的动塑比(或降低n值)是提高平板型程度的有效方法,一般认为

?0/?s?360?478?s?1?或n?0.7?0.58就能有效地携带,过分提高?0/?s(或降低n值)

意义不大,而增加处理的难度和费用。

6.携岩效率

在钻井液上返携岩的同时,岩屑因重力作用会下沉,要将岩屑有效地携带到地面,钻井液的上返速度应大于岩屑的下沉速度。

(1)岩屑的携岩效率用RT表示

RT?v?vs------岩屑输送比 v一般要求RT>0.5

(2)岩屑的下沉速度

四、井内液拄压力变化的计算

准确的确定钻井液在井内的液拄压力变化,对防止井漏,控制井喷,发展推广平衡钻井技术。提高钻速具有很重要的意义。

<一> 静态泥浆压力

Pm?10?fH

当出现地层高压流体时,压井所需的钻井液密度可由下式求得:

p立 H式中:p立???关井后立管压力?f2??f1?<二> 循环泥浆的井内压力 1. 当量循环密度

当泥浆循环时井内环空泥浆流动会产生压力损失,产生的压力损失必然作用到井筒内,因此在循环时泥浆的总压力Pt为

Pt?Pm??P

若要保证不压漏地层,则

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