钻井液失水量的测量方法

㈠ 泥浆参数检测与监测

8.2.1 泥浆性能检测

超深井钻探由于井深、温度高、压力大，对钻井液要求严格。特别是在深井段，随着深度的增加，泥浆温度、压力也逐渐升高，对高温高压条件下钻井液性能的实时检测尤为重要，现场泥浆工程师将根据检测结果实时对钻井液进行调整和完善。因此，除了API标准要求的常规检测外，需要增加高温检测项目，因此需要在现场建立泥浆实验室，并配备高温高压方面的检测仪器。

需要配备的高温钻井液检测仪器：高温滚子炉、高温高压滤失仪（动态及静态）、高温流变仪等。

8.2.2 钻井液泥浆监测系统

钻井泥浆监测就是在钻井过程中，对泥浆性能参数进行实时监测，存储和间接计算，并利用这些基础数据实时分析泥浆性能，指导钻井施工。经过长时间的数据积累，可以为钻井方案设计和施工提供参考依据。

在钻井施工过程中，钻井泥浆监测系统可对泥浆各项性能参数进行实时监测、处理和动态显示，并结合其他钻井参数，建立起各个参数间的数学模型。

（1）现场泥浆检测的主要参数

钻井液的黏度、密度、温度、流量及泥浆罐液面高度等。

（2）钻井泥浆监测系统组成

钻井泥浆监测系统由现场测量仪表、通信线和计算机组成，如图8.1 所示。现场测量仪表包括电磁流量计、液位监测计、泥浆密度监测计和泥浆黏度监测计等。下面主要就电磁流量计和密度计这两项最主要的监测设备作介绍。

图8.1 钻井泥浆监测系统组成

1）电磁流量计。为了测得泥浆管道中的泥浆流量，采用电磁式流量传感器测量流量。流量计的测量管是一内衬绝缘材料的非导磁合金短管。2只电极沿管径方向固定在测量管上，电极头与衬里内表面基本齐平。励磁线圈以双向方波励磁时，将在与测量管轴线垂直的方向上产生一工作磁场。此时，如果具有一定电导率的流体流经测量管，将切割磁力线，感应出电动势E。电动势E正比于工作磁场的磁通量密度B、测量管内径d与平均流速v的乘积，即E=kBdv（k为比例常数）。电动势E（流量信号）由电极检出，经过信号调理、AD（模拟数字转换器）转换，变成数字信号传送给单片机，最后通过通信总线传送给工业控制计算机。电磁流量计结构如图8.2 所示。

2）密度计。密度计采用放射源产生的伽马射线穿过管道中的被测介质，其中一部分射线被介质散射和吸收，剩余部分被安装在管道另一边的探测器所接收。介质吸收了多少射线，与被测介质密度成指数关系；通过相应的计算，就可得到管道中泥浆的密度。密度计采用单片机控制，通过通信总线与工业控制计算机相连。用户可在上位机中设定参数；测量到的实时数据，也可通过通信总线传送给上位机进行显示、存储。密度计结构如图8.3所示。

（3）泥浆监测数据处理

根据现场测得的泥浆数据，采用综合加权评分法进行编程，对泥浆多项性能指标（流动指数、塑性黏度、悬浮能力及钻头水眼黏度等）进行分析，以判断泥浆质量的好坏。根据经验和钻井技术要求，给各项指标确定权值。流动指数对流型和洗井质量影响很大，是指标中最重要的一个；塑性黏度不但决定了泥浆携带岩屑的能力，而且影响钻进速度；泥浆凝胶强度和结构影响泥浆悬浮能力；失水量是钻井液性能的重要参数，也是衡量泥浆护壁效果的指标之一；钻头水眼黏度既影响泥浆的抗剪能力和稀释能力，又影响钻进速度。根据相应的权值进行计算，并考虑泥浆配比中的各种成分，可得到最优泥浆配方。另外，在影响钻进速度的许多变量中，泥浆的性能参数是比较独立的，只受井筒地质条件影响；但泥浆类型及其性能变化却对钻压、转速和水力因素的配合有很大影响。所以对采集到的实时泥浆数据要进行相应的处理。最优泥浆密度由下式求得：

图8.2 电磁流量计结构

图8.3 密度计结构

科学超深井钻探技术方案预研究专题成果报告（中册）

式中：ρ_m为最优泥浆密度，kg/L；P_k为地层孔隙压力，MPa；H为井深，m；Δρ为附加泥浆密度，常取0.03～0.05kg/L。

钻头钻速和泥浆的运动黏度有一定的关系。可根据泥浆黏度、密度和泥浆流量反算出钻头的机械钻速与实际钻速（通过测量得到）的相对比。

8.2.3 仪器控制及分析软件初步编制

基于计算机平台，利用VB计算机语言和相应的数据库，编写高温高压泥浆分析软件，以高效科学地管理室内和现场泥浆数据、便捷直观地显示泥浆各项性能随温度压力的变化图表、科学精确地预测较高温高压时的泥浆性能。

Visual Basic是Microsoft公司推出的可视化的开发环境，是Windows下最优秀的程序开发工具之一。利用Visual Basic可以开发出具有良好交互功能、良好的兼容性和扩展性的应用程序。

VB的特点：①可视化编程；②事件驱动机制；③面向对象的程序设计语言；④支持多种数据库访问机制。我们可以想到的程序90%都可以用VB来开发和实现。从设计新兴的用户界面到利用其他应用程序的对象，从处理文字图像到使用数据库，从开发小工具到大型企业应用系统，甚至通过Internet的编辑全球分布式应用程序，都可以利用VB来实现。因此，我们选用VB来进行该软件的设计。

软件主要功能包括：室内数据导入、现场数据导入；泥浆各项性能随温度压力变化曲线，包括综合图和分组图；井下具体位置的泥浆性能查询，具体包括温度、pH值、润滑性、失水量、黏度、胶体率、密度，地层膨胀量，乳化效果；较高温高压条件下的泥浆性能预测；泥浆性能数据修改、导出、打印。

软件结构图：见图8.4。

图8.4 软件功能结构图

软件数据流见图8.5。

软件系统包括的数据流有技术员对数据的录入；室内实验员对数据的录入；软件将泥浆数据以图表的形式可视化显示；管理人员对泥浆数据的查询；管理人员对泥浆数据的修改；软件对较高温高压条件下的泥浆性能进行预测；泥浆性能数据打印输出。数据流图如下：

图8.5 软件数据流程图

可视化效果见图8.6至图8.11。

图8.6 泥浆分析软件模拟界面图

图8.7 温度随井深变化曲线

图8.8 pH值随温度变化曲线

图8.9 黏度随温度变化曲线

图8.10 失水量随温度变化曲线

图8.11 泥浆摩阻系数随温度变化曲线

㈡ 什么是石油钻井液

钻井液是指满足钻井与完井工程所需要的多功能循环流体。由于在旋转钻井中绝大多数是使用液体，少量使用气体或泡沫，因此把钻井流体称作“钻井液”。目前应用最广泛、研究最深入的是水基钻井液，因此钻井液也常称泥浆(旧称)。我国钻井液技术发展很快。1953年前后开始使用钙基钻井液，开创了粗分散体系的历史。20世纪60年代研制成功了CMC、FCLS处理剂以及70年代钻成了7000m的超深井，又使我国的钻井液技术前进了一大步。1973年前后开始了不分散体系钻井液的研制和使用，目前已基本完善。80年代开始了阳离子钻井液的研制。

一、钻井液的作用及成分钻井液在钻井工程中的主要功用是：(1)清洗井底，携带岩屑；(2)冷却和润滑钻头、钻柱；(3)形成泥饼，保护井壁；(4)控制与平衡地层压力；(5)悬浮岩屑和加重剂；(6)提供所钻地层的有关资料；(7)将水功率传给钻头；(8)防止钻具腐蚀。

钻井液的主要成分有：(1)水(淡水、盐水、饱和盐水等)；(2)膨润土(钠膨润土、钙膨润土、有机土、抗盐土等)；(3)化学处理剂(无机类、有机类、表面活性剂类、高聚合物类、生物聚合物类等)；(4)油(轻质油、原油等)；(5)气体(空气、氮气、天然气等)。这些成分在各类钻井流体中所形成的分散体系不同，因此所起到的作用也不同。从物理化学观点看,钻井液是一种多相不稳定体系,包括悬浮体(如重晶石粉、钻屑、粘土粉等)、胶体(如高聚合物、膨润土的水溶液等)和真溶液(如氯化钠、碳酸钠的水溶液等),其中起主要作用的是胶体成分。

为了满足钻井工程的要求、改善钻井流体的性能，需要在各种钻井液中加入处理剂。根据所起的作用将处理剂分为碱度调节剂、除钙剂、除泡剂、起泡剂、减稠剂、增稠剂、絮凝剂、润滑剂、杀菌剂、乳化剂、堵漏剂、加重剂、腐蚀抑制剂、表面活性剂、页岩水化抑制剂、滤失量降低剂、解卡剂、高温稳定剂等18类，约100～150种,其中经常使用的有20种左右。研究和开发处理剂，是提高钻井液技术水平的重要内容。

二、钻井液的性能为了正确使用钻井液，首先需要对钻井液的基本性能有正确的认识。一般用密度、粘度、切力、失水量、泥饼、pH值、稳定性、胶体率、含盐量和含砂量等项指标来表示钻井液性能的好坏。这些指标直接影响钻井质量和钻井速度。为了快速打出优质井，必须针对不同的钻井情况和要求调整好钻井液的性能指标。对于一般井，着重要求提高钻速、安全钻井；对于深井，还要能够做到充分暴露油气层；对于生产井，还要做到保护油气层,提高产量。这些要求都需要通过制定合理的钻井液性能指标来实现。

1.密度钻井液密度是指钻井液单位体积的质量，一般用符号ρ表示，习惯上单位用g/cm3。钻井液柱对井壁和井底产生的压力可以平衡地层压力、防止井喷、稳定和保护井壁,同时可防止高压油、气、水侵入钻井液破坏其性能，使井下情况复杂化。调节钻井液密度可以控制液柱产生的压力。钻井液密度过大会增大动力消耗,降低钻速,憋漏地层,伤害甚至压死油气层，因而钻井液密度不能过高。在可比条件下，密度下降0.1～0.2g/cm3，钻速可提高10%以上。因此，国外目前尽量采用低密度钻井液钻井。

2.粘度、触变性和切力1)粘度钻井液粘度是流动时钻井液中固体颗粒间、固体颗粒与液体之间以及液体分子之间的内摩擦的反映。由于测量方法不同，有不同的粘度值。目前最常用的是塑性粘度。

塑性粘度是指在层流流动状况下，钻井液中固相颗粒间、固体与液体分子间的内摩擦以及液体本身受剪切所产生的流动阻力的总和。用旋转粘度计测定，单位用mPa·s表示。

影响塑性粘度的主要因素是钻井液中所含固体颗粒的数量、大小以及粘土矿物的类型。固体颗粒多、粒度细，比表面增加，内摩擦增大，塑性粘度必然增加。降低塑牲粘度最有效的办法是用水稀释或通过机械降砂的办法降低固相含量。

钻井液的粘度要适当。粘度太低，不利于携带岩屑；粘度太高则会带来许多问题，如：(1)使流动阻力增大、泵压上升、排量下降，井底清洗效果变差，以致于严重影响钻速。(2)造成清砂和降气工作困难。(3)易引起泥包钻头，造成“拔活塞”或卡钻。(4)下钻后开泵困难，循环压力高，易憋漏地层。因此，必须根据钻井速度、动力设备和所钻地层的实际情况选择合适的粘度。

2)触变性和切力钻井液的触变性是指钻井液搅拌后变稀、静置后变稠的这种特性。钻井液在停止搅拌后，由于粘土颗粒形状不规则、性质不均匀，粘土颗粒间能形成网状结构，慢慢失去流动性，并且结构强度随静止时间的延长而增加。用力搅拌可以破坏网状结构，使钻井液重新恢复其流动性。这就是触变性的一般机理。这种情况在钻井中经常出现，如钻进时钻井液不断循环，粘度较低；而起、下钻时钻井液停止循环，粘度就增大。

钻井液的触变性可用静切力来表示。静切力是指破坏每平方厘米钻井液的网状结构所需的最小力，单位为mg/cm2。钻井液静切力的大小可用切力计进行测定。

由于钻井液具有触变性，则静止时间不同，静切力也不同。一般测两种静止时间的切力：静止1min后所测切力值为初切；静止10min后所测切力值为终切。1min与10min切力值的差异是由触变性所决定的，故其差值能描述钻井液触变性的大小。

钻井液流动时，部分网状结构被破坏，同时另一部分的网状结构又在恢复，最终形成一种动态平衡。网状结构的存在使钻井液具有一定的胶凝强度。度量动态平衡状态下网状结构强度大小的量称作动切力。动切力是钻井液在层流状态时一项非常重要的性能参数，它对流动阻力及运输岩屑的能力影响最大。动切力受粘土粒子表面性质、固相浓度和固相表面带电性质等因素的影响。常用旋转粘度计测定，单位为g/cm2。

3.失水量与泥饼在钻井过程中钻井液的失水可分为静失水和动失水。一般动失水是指钻井液流动循环过程中的失水。循环中泥饼有一个形成过程，从建立、增厚直到平衡，在这个阶段的失水都属于动失水。静失水是指静止状态的失水量，地面测量的失水就是静失水。起钻时钻井液停止循环，泥饼随着失水量的增加有所增厚，随着泥饼增厚失水量又有所减少，这个阶段属于静失水。钻井过程实际上是静失水与动失水交替变化的过程。

1)泥饼的形成和失水钻井所遇到的砾石层、砂岩层及裂缝性地层等都是有孔隙和裂缝的，也就是说这些岩层具有渗透性。当钻井液柱产生的压力大于地层压力时，钻井液会沿岩层的缝隙渗入地层。开始时，钻井液中较大的固体颗粒先将大孔堵小一些；然后，由次大的颗粒再将孔堵小一些。持续堆积固体颗粒使孔越来越小，最后形成泥饼。泥饼的形成过程如图5-7所示。

图5-7钻井液失水示意图

与此同时，钻井液中的自由水渗入地层。渗入地层的水称为钻井液的失水。泥饼形成过程中，钻井液中自由水渗入地层的阻力逐渐增加，失水逐渐减少。泥饼形成后，失水主要取决于泥饼本身的渗透性，而地层渗透性对于失水的影响就变得很小。因此，钻井液失水和泥饼的形成是同时进行的，也是相互影响的。开始由于失水形成泥饼，而形成的泥饼反过来又阻止进一步失水。钻井液的失水量和泥饼可用失水仪测定。

2)泥饼和失水与钻井的关系泥饼在失水过程中才能形成，所形成的泥饼又能巩固井壁并阻止进一步滤失。失水过大会引起油层中粘土膨胀等井下复杂情况，损害油气层的渗透率，故失水应尽可能低一些。

泥饼的作用主要有以下几个方面：

(1)泥饼可以控制失水。

(2)泥饼有润滑作用，可以减少钻具转动的动力消耗，另一方面也可以防止粘附卡钻。

(3)泥饼胶结性好，巩固井壁作用强，可防止松散地层的剥蚀掉块和坍塌。

(4)泥饼有可压缩性，在深井段可以进一步降低失水，巩固井壁。

从以上分析可以看出,一般要求失水量越小越好，但也要根据实际情况作具体分析。在快速钻井过程中或在不易坍塌的地层钻井时可用清水。这时虽然失水量较大，但可大大提高钻速，并可节约处理剂用量。另外，钻井液类型不同要求的失水量范围也不同。聚合物钻井液、盐水钻井液虽然比淡水钻井液失水量大，但由于聚合物及盐水钻井液能抑制泥页岩，仍可保持井壁稳定。

4.pH值钻井液的pH值，即酸碱度,是钻井液中氢离子浓度的负对数值。pH值小于7时，钻井液为酸性,pH值越小，酸性越强。pH等于7时，钻井液为中性。pH值大于7时，钻井液为碱性，pH值越大，碱性越强。高碱性钻井液(如石灰钻井液)pH值为12～14；不分散低固相钻井液的pH值为8～9；弱酸性钻井液(如饱和盐水钻井液)，pH值为6～7。现代钻井常用低碱性钻井液。

5.含砂量钻井液的含砂量是指钻井液中不能通过200号筛子(筛孔边长74μm)的砂子占钻井液总体积的百分数。

钻井液的含砂量过大，则易磨损钻具和泵的零件。随含砂量的增加，泥饼变粗变厚、摩擦系数增大、密度增加，严重时会引起卡钻。因此，一般要求钻井液的含砂量小于1%。

一般采用含砂量瓶及特别仪器进行含砂量的测定。

6.含盐量钻井液的含盐量是指钻井液滤液中含可溶性盐类(钠盐和钙盐等)的数量，用每升溶液中含盐类的毫克数表示。

可用滴定法或确定钻井液电导率的方法来测定含盐量。

7.稳定性钻井液的稳定性可以从两方面分析：

(1)钻井液中的固相是否容易下沉以及沉降的快慢(称沉降稳定性)。

(2)钻井液中的粘土颗粒是否容易粘结变大(称絮凝稳定性)。

现场一般只测沉降稳定性。沉降稳定性的好坏，在一定程度上也能反映出絮凝稳定性的好坏。此外，絮凝稳定性还可以根据失水、切力、沉降体积等间接测得。

㈢ 煤层气低密度钻井液技术研究

左景栾¹ 孙晗森¹ 吕开河²

基金项目:国家科技重大专项《大型油气田及煤层气开发》项目60“山西沁水盆地南部煤层气直井开发示范工程”(项目编号:2009ZX05060)资助。

作者简介:左景栾,女,工程师,现在中联煤层气有限责任公司。通讯地址:北京市东城区安定门外大街甲88号;邮编:10001。Email:[email protected]。

(1.中联煤层气有限责任公司 北京 100011;2.中国石油大学石油工程学院,山东东营 257061)

摘要:针对煤储层井壁易坍塌、钻井液易污染煤储层等难题,研发出了中空玻璃微球低密度钻井液体系。该钻井液具有良好的流变性和滤失性,泥饼薄而致密。同时具有很好的抗温性、抗污染性能、防塌性能、沉降稳定性和保护储层作用。在沁南示范区成功进行了1口井的现场试验,有效防止了液体对煤储层的污染。

关键词:煤储层 污染 低密度钻井液 流变性 滤失性 现场试验

Study of Light Weight Drilling Fluid for Coalbed Methane

ZUO Jingluan¹, SUN Hansen¹, LV Kaihe²

(1.China United Coalbed Methane Co., Ltd, Beijing 10001 1; 2.College of Petroleum Engineering, China University of Petroleum, Dongying 257061, Shandong, China)

Abstract: In view of the collapsibility of borehole face and coal formation pollution resulted from drilling flu- id, this paper researched the light weight drilling fluid, whose density was reced by adding hollow glass micro- spheres.The study shows that the light weight drilling fluid has good rheological property and filtration property, and its mud cake is thin and tight . Moreover, this drilling fluid has a lot of good properties, such as temperature tolerance, antipollution, anti-sloughing, sedimentation stability and formation protection.This light weight drill- ing fluid has been applied in one well for field trial successfully at QinNan demonstration plot.Good performance on protecting coal formation from pollution has been observed.

Keywords: coal formation; pollution; light weight drilling fluid; rheological property; filtration property; field trial

我国煤储层一般具有孔隙压力低、渗透性差、裂隙发育等特点,钻井液侵入易导致煤层污染,影响煤层气的产量。在钻探施工中应根据不同的要求和地层, 以节约成本、保证井内安全、保护目的煤层原生结构不受伤害为原则,选用合适的钻井循环介质。

本文针对沁南示范区煤储层井壁易坍塌、钻井液易污染煤储层等难题,研发出了有利于保护井壁稳定、减少储层污染的低密度钻井液体系,并成功进行了现场应用试验。

1 煤储层损害原因与机理研究

对从沁南示范区采回的煤样分别进行了物性参数测试、X-射线衍射分析、扫描电镜分析等测试分析,结果表明,煤储层具有低孔、低渗、裂缝发育的特征。同时,煤储层还具有低压力和低含水饱和度的特点。这些特点决定了在钻井完井过程中如果不采取有效措施,储层将受到很大伤害,造成渗透率下降,产量降低。钻井过程中储层损害原因主要有以下方面。

1.1 应力敏感性损害

应力对煤岩渗透率的影响见表1所示。从表1可知,当有效应力升高时,煤岩渗透率急剧下降,表明具有很强的应力敏感性。

表1 煤岩应力敏感性实验结果

1.2 速敏性损害

使用1%标准盐水进行了流动实验,实验结果见表2。由表2可以看出,标准盐水在煤样中的流速增加,渗透率不但不下降,反而有所上升,说明不存在速敏。在流速较大时,实验中观察到有细小煤屑颗粒流出,由于颗粒极小,不足以堵塞渗流通道,反而使煤岩渗透性增加。

表2 速敏性实验结果

1.3 水锁损害

煤层中微孔隙可以看做是无数曲折弯曲的毛细管,而煤层一般是弱亲水的,当外来液体接触煤层时,会产生强烈的吸水作用。液体的侵入对储层渗透率的伤害十分明显。试验表明,当液体饱和度达到10%时,气体渗透率伤害达50%,而当液体饱和度为30%时,气测渗透率几乎降为0。

1.4 固相侵入

煤岩中存在微裂缝,作业过程中固相和液相容易侵入。如果不对此采取有效措施,则固相和液相将大量侵入储层,并且随着后续作业的进行,其侵入量和侵入深度不断增加,造成储层渗透率大幅度降低,严重污染储层。

由于煤储层压力低,裂缝及层理发育,钻井液侵入储层是主要的损害机理,因此应尽量采用低密度钻井液体系,防止钻井液大量侵入储层。

2 保护煤储层的低密度钻井液研究

2.1 密度降低剂的选择

由煤储层损害原因与机理分析可知,压差是影响煤储层损害的重要因素,压差越大煤储层损害越严重。

中空玻璃微球是一种单胞碱石灰硅酸硼类材料,外观为白色粉末,呈化学惰性,抗高温高压,形成的钻井液真实密度低,可降至0.6~1.0g/cm³,工艺简单,风险小,储层保护效果好,完全能满足低压煤层气井及部分欠平衡井的钻、完井施工。该技术的研究应用,将丰富低压煤储层钻井液种类,改变目前煤储层损害较为严重的局面。

2.2 中空玻璃微球性能评价

(1)中空玻璃微球密度

室内对中空玻璃微球样品进行多次测定,得到其真实密度为0.37~0.45g/cm³。

(2)中空玻璃微球粒径大小和分布范围

采用激光粒度仪对中空玻璃微球进行粒度分析,测得90%的中空玻璃微球粒度小于123μm。

(3)中空玻璃微球机械破裂强度与抗压强度

机械破裂强度是指单位体积的中空玻璃微球在机械压力装置下直接受压发生破裂的最高压力,而抗压强度是指在不同恒定温度下,一定浓度的中空玻璃微球在水中承受外压力不发生破裂沉淀的最高压力。对于钻井液来讲,后者的性能反映材料的稳定性,更为重要。中空玻璃微球强度实验结果见表3。

表3 中空玻璃微球强度

由表3可见,中空玻璃微球抗压性能好,在30MPa压力下不破裂。

(4)中空玻璃微球含量与密度关系

分别在自来水中加入不同数量的中空玻璃微球,并测定加入后的液体密度。随着中空玻璃微球含量增大,液体密度降低,40%含量时,密度可降低到0.75g/cm³。

2.3 中空玻璃微球对钻井液性能的影响评价

(1)膨润土浆配制

400ml水+12g膨润土+0.06g纯碱,搅拌20min,老化24h备用。

(2)中空玻璃微球对钻井液性能的影响

图1表明,钻井液滤失量随中空玻璃微球的加入而降低,10%含量之前,滤失量降低最快,10%~30%时,降低速度减慢。

图1 钻井液API失水量与中空玻璃微球含量关系

由图2可以看出,随着中空玻璃微球含量的增大,钻井液的塑性粘度增加,但加量低于30%时,塑性粘度增加幅度不大,加量大于30%时,塑性粘度增加明显。

由图3可以看出,随着中空玻璃微球含量的增大,钻井液动切力增加,加量为40%时,动切力由3Pa增加到近5.1Pa。

经中空玻璃微球水基钻井液污染后的岩心,其最终渗透率恢复率可达95%,而经未加有中空玻璃微球的钻井液污染后的岩心,其最终渗透率恢复率不足60%。因此,中空玻璃微球钻井液有利于保护储层,同时形成的泥饼易于清除。

2.4 中空玻璃微球低密度钻井液研究

(1)单剂筛选

在基浆中加入一定数量的增粘剂,高搅20min后测其室温性能。然后分别在120℃和150℃下老化16h,冷却至室温后再测其性能。所评价的各种增粘剂中DSP-2抗温性能较好,在增粘切的同时还具有较好的降滤失作用,故选DSP-2为钻井液体系中的增粘剂;LY-1无论在常温还是高温老化后都具有很好的降滤失效果,说明其具有较好的抗温性能,可作为钻井液体系的降滤失剂使用;胺基聚醇AP-1、硅酸钠、硅酸钾及高浓度的甲酸钠均具有很好的抑制性,胺基聚醇AP-1与某些盐配合使用抑制效果更好;封堵防塌剂FF-2具有良好的封堵防塌作用;几种表面活性剂能较好的降低界面张力,其中SP-80效果最好,且SP-80表面活性剂的表面张力随温度变化而变化的幅度不大,说明其具有较好的抗温能力。

(2)钻井液配方研究

(1)优选钻井液配方及性能

在增粘剂、降滤失剂、抑制剂和表面活性剂确定以后,利用各种处理剂的特性对各种处理剂的用量进行优选优配,以得到既满足钻井工程要求,又利于保护储层的钻井液配方。经过大量实验,优选的钻井液配方及性能见表4。

图2 钻井液塑性粘度与中空玻璃微球含量关系

图3 钻井液动切力与中空玻璃微球含量关系

表4 优选钻井液配方及性能

由表4可以看出,优选钻井液具有良好的流变性能和滤失性能,泥饼薄而致密,API滤失量小于5ml,高温高压滤失量小于15ml。120℃老化16h后钻井液性能稳定,说明具有很好的抗温性。

在优选配方中分别加入不同数量的劣质土粉,优选钻井液污染前后性能稳定,说明其具有良好的抗污染性能。

优选配方回收率远大于清水回收率,线膨胀量远小于清水线膨胀量,说明优选配方能有效抑制泥页岩水化膨胀分散,具有很好的防塌性能。

(2)封堵性能评价

由表5可以看出,优选配方对不同渗透性砂层均具有较好的封堵效果。

表5 砂层封堵实验数据

(3)沉降稳定性评价

实验结果表明,优选配方高温的沉降稳定性很好,静置48h后,钻井液的上下密度差仅为0.02g/cm³。

(4)钻井液保护储层性能评价

从表6可以看出,岩心的渗透率恢复率较高,说明优选钻井液具有很好的保护储层作用。

表6 渗透率恢复实验

3 钻井液现场试验研究

在室内理论和实验研究的基础上,在沁南示范区进行了1口井的现场试验研究。

3.1 试验井基本情况

试验井完钻井深690.00m,完钻层位:石炭系太原组,目的煤层为二叠系下统山西组3^#煤层(639.00~645.00m)。

3.2 现场试验

现场试验配制钻井液密度为0.95g/cm³,粘度为55Pa·s,pH值8。从井深为590m开始,一直使用该钻井液到该井完钻为止,施工顺利。

现场试验结果表明,中空玻璃微球在钻井液中起到了降低密度的作用,钻井液密度0.95g/cm³,该钻井液的失水较小;粒度较小的玻璃微球还具有很好的封堵作用,对煤层的吼道进行暂堵形成一层保护膜,有效防止了液体对煤层的污染。

参考文献

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㈣ 钻井过程中失水是如何计算的

分为中压失水和高压失水，专门的失水测量仪器，加压0，69兆帕，稳压30分钟，测量试管中从钻井液析出的水分

㈤ 什么叫钻井液失水

钻井过程中，钻井液中的水渗透到地层中就是钻井液失水，也叫滤失。