泥浆工艺原理教案第45讲PPT课件

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1、 1 二、二、 粘土粘土- -水界面的吸附作用水界面的吸附作用1 1、粘土的离子交换吸附、粘土的离子交换吸附（1 1）粘土颗粒表面带电的原因）粘土颗粒表面带电的原因（2 2）离子交换吸附的特点）离子交换吸附的特点同电性离子进行等电量交换同电性离子进行等电量交换阳离子之间的交换按一定的顺序进行阳离子之间的交换按一定的顺序进行晶格置换、晶格置换、氢氧层中氢的电离、氢氧层中氢的电离、断键作用、断键作用、吸附阴离子吸附阴离子2 1 1、粘土的离子交换吸附、粘土的离子交换吸附 离子吸附平衡是动态平衡离子吸附平衡是动态平衡离子交换吸附的速度很慢，达到平衡需要一定时间。离子交换吸附的速度很慢，达到平衡需要一

2、定时间。 离子性质、离子性质、离子浓度、离子浓度、温度温度增加离子浓度，平衡向吸附方向移动；增加离子浓度，平衡向吸附方向移动；吸附还受温度的影响；吸附还受温度的影响；低价离子浓度高时，也可以取代高价离子。低价离子浓度高时，也可以取代高价离子。 阳离子交换容量：阳离子交换容量：一百克粘土所能吸附的阳离子毫克当一百克粘土所能吸附的阳离子毫克当量数。量数。矿物成分矿物成分分散度分散度溶液溶液PH值值温度温度几何效应几何效应交换位置是交换位置是否被堵塞否被堵塞32 2、粘土、粘土- -水界面的扩散双电层水界面的扩散双电层（1 1）界面扩散双电层的形成）界面扩散双电层的形成 浓集同时，由于分子热运动和浓

3、度差，又引起阳离子脱离界面浓集同时，由于分子热运动和浓度差，又引起阳离子脱离界面的扩散运动，粘土颗粒对阳离子的吸附及离子的扩散运动引起的扩散运动，粘土颗粒对阳离子的吸附及离子的扩散运动引起的脱附两者共同作用的结果，形成扩散双电层。的脱附两者共同作用的结果，形成扩散双电层。 粘土颗粒在碱性溶液中带负电荷，必须吸附阳离子到粘土颗粒粘土颗粒在碱性溶液中带负电荷，必须吸附阳离子到粘土颗粒表面（浓集），形成粘土颗粒表面的一层负电荷与反离子的正表面（浓集），形成粘土颗粒表面的一层负电荷与反离子的正电荷相对应的双电层，以保持电的平衡。电荷相对应的双电层，以保持电的平衡。 45 2 2、粘土、粘土- -水界面

4、的扩散双电层水界面的扩散双电层（3 3）影响电动电位的因素）影响电动电位的因素 a a、阳离子的种类、阳离子的种类 b b 、阳离子的浓度、阳离子的浓度吸附高价阳离子吸附高价阳离子电动电位低电动电位低扩散层中阳离子数目少扩散层中阳离子数目少粘土表面水化膜薄粘土表面水化膜薄粘土颗粒易于聚结粘土颗粒易于聚结问题：钙质膨润土为什么用碳酸钠处理？问题：钙质膨润土为什么用碳酸钠处理？阳离子浓度大阳离子浓度大挤入吸附层机会增大挤入吸附层机会增大电动电位降低电动电位降低本身水化性能不好，并夺去粘土直接吸附的水分子本身水化性能不好，并夺去粘土直接吸附的水分子62 2、粘土、粘土- -水界面的扩散双电层水界面的

5、扩散双电层（4 4）粘土颗粒的两种双电层）粘土颗粒的两种双电层 a a、粘土颗粒层面带负电荷的扩散双电层、粘土颗粒层面带负电荷的扩散双电层 b b、粘土颗粒端部带正电荷的扩散双电层、粘土颗粒端部带正电荷的扩散双电层决定扩散层厚薄的电动电位高低决定扩散层厚薄的电动电位高低粘土的类型、粘土的类型、泥浆的泥浆的PH值、值、阳离子的价数、阳离子的价数、电解质浓度、电解质浓度、为使粘土颗粒带稳定的负电荷，形成稳定的带负电荷扩散双电层，为使粘土颗粒带稳定的负电荷，形成稳定的带负电荷扩散双电层，必须使粘土悬浮液处于碱性状态，即必须使粘土悬浮液处于碱性状态，即PH值大于值大于7，一般为，一般为8.09.0，有

6、时要求有时要求PH值高达值高达910以上。以上。 处理剂的加入量。处理剂的加入量。7 钙质膨润土造浆，需要加入一价钠盐；钙质膨润土造浆，需要加入一价钠盐； 泥浆受钙侵时，钙离子浓度增大，扩散双电层中的钠离子转为泥浆受钙侵时，钙离子浓度增大，扩散双电层中的钠离子转为 钙离子，电动电位下降，扩散层变薄，粘土颗粒聚结，泥浆失钙离子，电动电位下降，扩散层变薄，粘土颗粒聚结，泥浆失 去稳定性；去稳定性； 为处理泥浆而加入的低价阳离子电解质时，应严格控制加为处理泥浆而加入的低价阳离子电解质时，应严格控制加量；量； 可通过加入低价或高价阳离子无机处理剂来调节泥浆的分散可通过加入低价或高价阳离子无机处理剂来调

7、节泥浆的分散或聚结，配制不同种类的泥浆，或进行泥浆化学处理。或聚结，配制不同种类的泥浆，或进行泥浆化学处理。结论结论8 3、粘土的水化与膨胀、粘土的水化与膨胀 （1）粘土水化膨胀的原因）粘土水化膨胀的原因 粘土表面直接吸附水分子；粘土表面直接吸附水分子； 粘土吸附的阳离子的水化。粘土吸附的阳离子的水化。 （2）影响粘土水化膨胀的因素）影响粘土水化膨胀的因素粘土矿物本身、粘土矿物本身、 交换性阳离子的种类、交换性阳离子的种类、水溶液中电解质的浓度和有机处理剂含量。水溶液中电解质的浓度和有机处理剂含量。4 4、粘土、粘土- -水分散体系的稳定和聚结水分散体系的稳定和聚结粘土水化与膨胀：粘土颗粒的表

8、面吸附水分子，粘土颗粒表面粘土水化与膨胀：粘土颗粒的表面吸附水分子，粘土颗粒表面形成水化膜，粘土晶格的距离增大，产生膨胀以至分散的过程。形成水化膜，粘土晶格的距离增大，产生膨胀以至分散的过程。9有色废水的处理10 4.3 4.3 泥浆的性能及其测定泥浆的性能及其测定 一、泥浆的比重和固相含量一、泥浆的比重和固相含量1、泥浆的固相含量：泥浆中固体颗粒占的重量或体积百分数。、泥浆的固相含量：泥浆中固体颗粒占的重量或体积百分数。 固相含量固相含量 有用固相有用固相粘土、重晶石等粘土、重晶石等无用固相无用固相岩屑等岩屑等采用造浆率高的膨润土配制泥浆，粘土含量（重量采用造浆率高的膨润土配制泥浆，粘土含量

9、（重量/ /体积）在体积）在4-6%4-6%以下，便可达到要求的粘度，此时以下，便可达到要求的粘度，此时泥浆的比重在泥浆的比重在1.03-1.051.03-1.05左右。左右。 12 一、泥浆的比重和固相含量一、泥浆的比重和固相含量2、泥浆的比重和固相含量意义、泥浆的比重和固相含量意义 （1）地层压力的控制）地层压力的控制调节泥浆比重调节泥浆比重 ，获得与，获得与地层间的物理力的平衡。地层间的物理力的平衡。13 2、泥浆的比重和固相含量意义、泥浆的比重和固相含量意义 （2 2）对钻速的影响）对钻速的影响 随着泥浆比重增加，钻速下降；随着泥浆比重增加，钻速下降； 比重相同，固相含量越高则钻速越低

10、；比重相同，固相含量越高则钻速越低； r r相同时相同时，加重泥浆的钻速高于普通泥浆。加重泥浆的钻速高于普通泥浆。 比重和固相含量相同时，固相分散得越高，钻速越低。比重和固相含量相同时，固相分散得越高，钻速越低。14 2、泥浆的比重和固相含量意义、泥浆的比重和固相含量意义 （3）无用固相的危害）无用固相的危害 泥浆流变特性变差；引起卡钻、抽吸、压力激动，泥浆流变特性变差；引起卡钻、抽吸、压力激动，造成漏失或井塌。造成漏失或井塌。 泥饼松疏，韧性低。失水量大，引起孔壁泥饼松疏，韧性低。失水量大，引起孔壁水化崩塌；泥皮易脱落，形成井下事故水化崩塌；泥皮易脱落，形成井下事故 对管材、钻头、水泵缸套、

11、活塞拉杆磨损大。对管材、钻头、水泵缸套、活塞拉杆磨损大。提倡使用低相对密度泥浆钻进15 3 3、泥浆的比重和固相含量的测定、泥浆的比重和固相含量的测定 （1 1）比重的测量）比重的测量 比重秤比重秤 液体比重计液体比重计（2 2）固相含量的测量）固相含量的测量ZNGZNG型泥浆固相含量测定仪型泥浆固相含量测定仪16 二、泥浆的流变特性二、泥浆的流变特性 泥浆的流变特性：描述泥浆在外力作用下变形和流动特性的常数泥浆的流变特性：描述泥浆在外力作用下变形和流动特性的常数 泥浆的流变特性参数，对于计算泥浆流动时的压力损失，起下泥浆的流变特性参数，对于计算泥浆流动时的压力损失，起下钻时的压力激动，岩屑升

12、举等都是重要参数。钻时的压力激动，岩屑升举等都是重要参数。 （一）流体与流变方程（一）流体与流变方程1 1、牛顿流体、牛顿流体流变图流变图17（一）、流体与流变方程（一）、流体与流变方程1 1、牛顿流体、牛顿流体剪切应力，液层剪切应力，液层单位面积上的剪单位面积上的剪切力，切力，PaPa剪切速率剪切速率或剪切梯或剪切梯度，度，S-1牛顿粘度，牛顿粘度，PaSPaS水无机盐水甘油二、泥浆的流变特性二、泥浆的流变特性 182 2、非牛顿流体、非牛顿流体（1 1）塑性流体）塑性流体 静止时流体内部形成结构，需要附加一定的力，才能开始流动，静止时流体内部形成结构，需要附加一定的力，才能开始流动，流动开

13、始后，剪切应力和剪切速率之间呈正比关系。流动开始后，剪切应力和剪切速率之间呈正比关系。 流变曲线流变曲线 宾汉方程宾汉方程静切力（凝胶强静切力（凝胶强度），度），Pa剪切速率剪切速率或剪切梯或剪切梯度，度，S-1塑性粘塑性粘度，度，PaS静切力静切力是指泥浆静止时内部所形是指泥浆静止时内部所形成的结构强度，其大小与泥浆的成的结构强度，其大小与泥浆的粘土含量、类型、分散度、带电粘土含量、类型、分散度、带电性和吸附水化膜等因素有关。性和吸附水化膜等因素有关。19流变参数流变参数 表观粘度表观粘度反映出静止状态下，体系内部颗粒之间反映出静止状态下，体系内部颗粒之间形成结构的强弱形成结构的强弱。 是直

14、线上任一点与原点连线是直线上任一点与原点连线的斜率的斜率剪切稀释性流体剪切稀释性流体20（1 1）塑性流体）塑性流体 从静止开始流动，需要附加一定的力，但流动开始后的最初从静止开始流动，需要附加一定的力，但流动开始后的最初速度较低的阶段，剪切应力和剪切速率之间不是线性关系，速度较低的阶段，剪切应力和剪切速率之间不是线性关系，达到一定的剪切速率后，剪切应力与剪切速率呈正比关系。达到一定的剪切速率后，剪切应力与剪切速率呈正比关系。宾汉方程宾汉方程动切力动切力（屈服值），（屈服值），Pa剪切速率或剪切速率或剪切梯度剪切梯度，S-1塑性粘度，塑性粘度，PaS动切力动切力则是反映泥浆流动时的内部结构状态

15、，则是反映泥浆流动时的内部结构状态，影响因素：泥浆的固相含量与分散度，粘土影响因素：泥浆的固相含量与分散度，粘土颗粒的电动电位和水化程度，粘土颗粒吸附颗粒的电动电位和水化程度，粘土颗粒吸附处理剂，高分子聚合物的使用等。处理剂，高分子聚合物的使用等。流变曲线流变曲线21 流变参数流变参数塑性粘度塑性粘度表观粘度表观粘度用用DBDB及其延长线来代替而得到的宾汉方程，在及其延长线来代替而得到的宾汉方程，在低剪切速率区有些偏差，计算结果高于实际值，低剪切速率区有些偏差，计算结果高于实际值，一般在中剪切速率区域（剪切速率在一般在中剪切速率区域（剪切速率在5001000S5001000S-1-1）按宾汉方

16、程计算值与实测值较吻合。按宾汉方程计算值与实测值较吻合。 泥浆、沥青、泥浆、沥青、水泥浆等水泥浆等泥浆泥浆化妆品霜状、膏状、泥浆面膜、膏状面膜、牙膏化妆品霜状、膏状、泥浆面膜、膏状面膜、牙膏22（2）幂律流体）幂律流体流体静止施加一剪切应力，便开始流动，即流体静止流体静止施加一剪切应力，便开始流动，即流体静止时没有凝胶强度，其流变曲线通过原点。流动开始后，时没有凝胶强度，其流变曲线通过原点。流动开始后，随着剪切速率的增加，流体逐渐变稀或变稠，即剪切随着剪切速率的增加，流体逐渐变稀或变稠，即剪切应力和剪切速率之间的关系不是直线关系。应力和剪切速率之间的关系不是直线关系。 流变图流变图 流变方程流

17、变方程流动流动特点特点稠度系数稠度系数，PaS流性指数流性指数或幂律指或幂律指数数假塑性假塑性流体流体膨胀性膨胀性流体流体n=123（2）幂律流体）幂律流体 流变图流变图流变方程流变方程截距截距斜率斜率许多钻井液流体许多钻井液流体是带屈服值的假是带屈服值的假塑性流体塑性流体n=124（2）幂律流体）幂律流体K 表观粘度表观粘度 流变方程变化形式流变方程变化形式流变参数：流变参数：粘度越高，粘度越高，K K值越大值越大n非牛顿性的度量，非牛顿性的度量， n n值离值离1 1越远，非牛顿性越强，越远，非牛顿性越强， n1 n1 n1 膨胀性流体膨胀性流体, ,如淀粉糊、蔗糖溶液如淀粉糊、蔗糖溶液.

18、 . 对于普通泥浆对于普通泥浆, ,低固相泥浆和高浓度聚合物溶液低固相泥浆和高浓度聚合物溶液, ,在低剪在低剪切速率区切速率区( (小于小于200S-1)和高剪切速率区和高剪切速率区( (大于大于1000S-1),按按幂律方程计算值偏低幂律方程计算值偏低. . 25（3）带屈服值的假塑性流体）带屈服值的假塑性流体静止的流体开始流动，需加一定的剪切应力静止的流体开始流动，需加一定的剪切应力; ;而流动开始而流动开始后后, ,其剪切应力和剪切速率不是简单的直线关系其剪切应力和剪切速率不是简单的直线关系. . 卡森方程卡森方程(Casson)(Casson)流动特点流动特点卡森动切力或卡卡森动切力或

19、卡森屈服值森屈服值，Pa剪切速率为无剪切速率为无穷大时的粘度，穷大时的粘度，高剪粘度高剪粘度，PaS表观粘度表观粘度26（3）带屈服值的假塑性流体）带屈服值的假塑性流体卡森方程卡森方程流变图流变图乘方乘方27（4）流变方程适用性评价）流变方程适用性评价偏差表偏差表28（4）流变方程适用性评价）流变方程适用性评价三参数方程与实测值分布较符合；三参数方程与实测值分布较符合；在低剪切速率区，宾汉方程计算值偏高；幂律方程则偏低；在低剪切速率区，宾汉方程计算值偏高；幂律方程则偏低；在较低剪切速率区，宾汉和幂律两者各有偏差，但幅度较小；在较低剪切速率区，宾汉和幂律两者各有偏差，但幅度较小；在中剪切速率区（

20、在中剪切速率区（500-1000S-1500-1000S-1），各流变方程和实测），各流变方程和实测曲线都较符合；曲线都较符合； 宾汉方程较适应于膨润土的原浆宾汉方程较适应于膨润土的原浆; ;卡森方程可用于评价喷射式钻井要求的泥浆较为方便。卡森方程可用于评价喷射式钻井要求的泥浆较为方便。291 1、泥浆的静切力与触变性、泥浆的静切力与触变性（1 1）静切力）静切力衡量静止时泥浆体系凝胶强度的大小。反映静止状态时，衡量静止时泥浆体系凝胶强度的大小。反映静止状态时，泥浆内部颗粒之间引力的大小。结构力泥浆内部颗粒之间引力的大小。结构力 是时间的函数是时间的函数 API API规定，测静止规定，测静止

21、1010秒和秒和1010分钟的切力，分别为初分钟的切力，分别为初切力和终切力。切力和终切力。 影响因素：影响因素：粘土种类和单位体积中粘土颗粒的含量；粘土种类和单位体积中粘土颗粒的含量；处理剂的种类和数量；处理剂的种类和数量； 静止持续时间。静止持续时间。 降低静切力：降低静切力：清除无用固相，加稀释剂清除无用固相，加稀释剂提高静切力：提高静切力：加无机盐或膨润土加无机盐或膨润土30（2 2）触变性）触变性泥浆静止时，颗粒之间相互吸引泥浆静止时，颗粒之间相互吸引而形成结构，结构中束缚一定量的而形成结构，结构中束缚一定量的分散介质，而当外加一定的切力时，分散介质，而当外加一定的切力时，结构拆散，

22、流动性增长，这种特性结构拆散，流动性增长，这种特性称为泥浆的触变性。称为泥浆的触变性。 对静切力和触变性的要求：对静切力和触变性的要求：静止时，能悬浮岩屑和加重剂静止时，能悬浮岩屑和加重剂在开泵时，不困难，不会憋漏地层在开泵时，不困难，不会憋漏地层31（3 3）动切力）动切力反映泥浆层流流动时，泥浆体系内部粘土颗粒之间，粘土反映泥浆层流流动时，泥浆体系内部粘土颗粒之间，粘土颗粒和高分子化合物之间以及高分子化合物之间的相互颗粒和高分子化合物之间以及高分子化合物之间的相互作用力，即泥浆流动时形成结构的能力。作用力，即泥浆流动时形成结构的能力。 固相含量大，分散度高固相含量大，分散度高动切力大动切力

23、大 若降低粘土颗粒的电动电位若降低粘土颗粒的电动电位影响动切力的因素：影响动切力的因素： 固体颗粒的含量和分散度、颗粒表面特性即其电动电位固体颗粒的含量和分散度、颗粒表面特性即其电动电位大小和水化程度，加入无机和有机处理剂的种类和加入量。大小和水化程度，加入无机和有机处理剂的种类和加入量。动切力大动切力大 若粘土颗粒吸附有机处理剂以改变其端部状态（如端部水化若粘土颗粒吸附有机处理剂以改变其端部状态（如端部水化膜增厚，吸附有稀释剂分子）膜增厚，吸附有稀释剂分子） 动切力降低动切力降低 若加入高聚物的分子量较大，分子量较大若加入高聚物的分子量较大，分子量较大 动切力大动切力大32（3 3）动切力）

24、动切力对动切力的要求：对动切力的要求：泥浆能将岩屑顺利带出地表，而不引起地面沉淀岩屑的困难。泥浆能将岩屑顺利带出地表，而不引起地面沉淀岩屑的困难。问题：问题：动切力过低的结果动切力过低的结果：动切力过高的结果动切力过高的结果：钙侵、盐侵和粘土侵的结果钙侵、盐侵和粘土侵的结果：动切力增加动切力增加降低动切力的方法：降低动切力的方法： 除钙、除钙、加稀释剂、加稀释剂、除砂除砂提高动切力的方法：提高动切力的方法： 优质粘土、优质粘土、结构剂（钙盐）结构剂（钙盐）33泥浆的粘度泥浆的粘度（1 1）悬浮液的粘度）悬浮液的粘度层流状态下（爱因斯坦）层流状态下（爱因斯坦）分散相较浓时分散相较浓时分散相颗粒带

25、电分散相颗粒带电34影响泥浆粘度的因素影响泥浆粘度的因素泥浆粘度反映体系内部的摩擦泥浆粘度反映体系内部的摩擦液相分子间的内摩擦，液相粘度随有机物含量增加而升高液相分子间的内摩擦，液相粘度随有机物含量增加而升高分散相颗粒间的相互作用力，它是表征特性不同的分散相分散相颗粒间的相互作用力，它是表征特性不同的分散相颗粒相互产生的作用力和形成网架结构而增加的流动阻力颗粒相互产生的作用力和形成网架结构而增加的流动阻力分散相颗粒之间的内摩擦分散相颗粒之间的内摩擦液体分子与分散相固体颗粒间的内摩擦。液体分子与分散相固体颗粒间的内摩擦。影响泥浆粘度的基本因素影响泥浆粘度的基本因素粘土和惰性固体颗粒的含量、粘土和

26、惰性固体颗粒的含量、粘土和惰性固体颗粒的分散度、粘土和惰性固体颗粒的分散度、粘土颗粒的形状和表面特性、粘土颗粒的形状和表面特性、高分子处理剂的种类、分子量和加入量高分子处理剂的种类、分子量和加入量35（3 3）泥浆的塑性粘度和表观粘度）泥浆的塑性粘度和表观粘度泥浆表观粘度是层流运动时，流体内部四种阻力之和。泥浆表观粘度是层流运动时，流体内部四种阻力之和。塑性粘度塑性粘度塑性粘度塑性粘度结构粘度结构粘度反映泥浆层流条件下，分散相固体颗粒反映泥浆层流条件下，分散相固体颗粒之间，固体颗粒与液相之间和液相分子之间，固体颗粒与液相之间和液相分子之间的内摩擦阻力。之间的内摩擦阻力。 36影响因素影响因素固

27、体的含量和分散度、固体的含量和分散度、有机处理剂的种类、分子量和加入量有机处理剂的种类、分子量和加入量有些有机处理剂加入适量，可降低塑性粘度；但大多数有机有些有机处理剂加入适量，可降低塑性粘度；但大多数有机处理剂作用相反。处理剂作用相反。 降低塑性粘度的方法：降低塑性粘度的方法： 减少加土量减少加土量尽量除去无用固相尽量除去无用固相塑性粘度塑性粘度37（3 3）泥浆的塑性粘度和表观粘度）泥浆的塑性粘度和表观粘度结构粘度结构粘度反映泥浆层流条件下，粘土颗粒之间及高分子化反映泥浆层流条件下，粘土颗粒之间及高分子化合物之间所形成的网架结构的力有关。合物之间所形成的网架结构的力有关。 取决于动切力和剪

28、切速率取决于动切力和剪切速率提高结构粘度，即提高动切力。提高结构粘度，即提高动切力。如何提高泥浆的携带和悬浮岩屑的能力？如何提高泥浆的携带和悬浮岩屑的能力？在表观粘度一定时，应尽量降低塑性粘度和提高在表观粘度一定时，应尽量降低塑性粘度和提高结构粘度，来达到携带和悬浮岩屑的目的。结构粘度，来达到携带和悬浮岩屑的目的。 3839泥浆的剪切泥浆的剪切稀释指数稀释指数剪切稀释指数剪切稀释指数I：动塑比动塑比动高比动高比泥浆的剪切稀释性泥浆的剪切稀释性实际施工中，应设法提高动切力，降低塑性粘度实际施工中，应设法提高动切力，降低塑性粘度，以提高泥浆以提高泥浆的剪切稀释性。的剪切稀释性。 40（三）泥浆流变

29、参数与钻井的关系（三）泥浆流变参数与钻井的关系1对对机机械械钻钻速速的的影影响响粘度高的泥浆减弱钻粘度高的泥浆减弱钻头牙齿或切削刃对岩头牙齿或切削刃对岩石的冲击和切削作用石的冲击和切削作用。动动塑塑比比412对泥浆携带岩屑的影响对泥浆携带岩屑的影响（1 1）层流：流速小，环空压力降小，对孔壁冲刷小；）层流：流速小，环空压力降小，对孔壁冲刷小；携带性不好，孔内净化不好，形成假泥皮，钻具携带性不好，孔内净化不好，形成假泥皮，钻具升降阻力大，有时造成粘附卡钻。升降阻力大，有时造成粘附卡钻。 （2 2）紊流：流速分布均匀，岩屑无贴壁现象，孔内净化好，）紊流：流速分布均匀，岩屑无贴壁现象，孔内净化好，泥

30、皮薄，钻具升降阻力小；但流速大，液层翻滚，对泥皮薄，钻具升降阻力小；但流速大，液层翻滚，对孔壁冲刷大，不利于孔壁稳定，环空压力降大，泵压孔壁冲刷大，不利于孔壁稳定，环空压力降大，泵压大，易压漏地层。大，易压漏地层。 （3 3）平板型层流：孔壁稳定，孔内净化好。）平板型层流：孔壁稳定，孔内净化好。 实现平板型层流的途径：增大动塑比，动塑比实现平板型层流的途径：增大动塑比，动塑比360-480（三）泥浆流变参数与钻井的关系（三）泥浆流变参数与钻井的关系423 对孔壁稳定的影响对孔壁稳定的影响（1 1）冲洗液对孔壁岩石的水化作用：）冲洗液对孔壁岩石的水化作用：调节粘度和切力，降低滤失量以提高滤液流经

31、裂隙的阻力。调节粘度和切力，降低滤失量以提高滤液流经裂隙的阻力。（2 2）冲洗液对岩层的直接冲刷作用）冲洗液对岩层的直接冲刷作用 实现平板层流的上返速度：实现平板层流的上返速度：临界临界（三）泥浆流变参数与钻井的关系（三）泥浆流变参数与钻井的关系43（3）冲洗液压力激动对岩层的破坏作用）冲洗液压力激动对岩层的破坏作用 开泵时，压力激动与静切力、孔深、环状间隙尺寸有关；开泵时，压力激动与静切力、孔深、环状间隙尺寸有关；粘滞力引起的压力激动与泥浆流速、粘度、切力、环状粘滞力引起的压力激动与泥浆流速、粘度、切力、环状间隙尺寸有关；间隙尺寸有关； 钻具惯性力引起的压力激动与钻具的加速度、泥浆密度、钻具

32、惯性力引起的压力激动与钻具的加速度、泥浆密度、孔深、环状间隙尺寸有关；孔深、环状间隙尺寸有关； 4 流变参数在钻井力学计算中的应用流变参数在钻井力学计算中的应用岩屑颗粒的沉降速度、岩屑颗粒的沉降速度、压力损失、压力损失、压力激动、压力激动、钻头喷嘴尺寸的选择计算、钻头喷嘴尺寸的选择计算、 地面循环泵总压力损失和功率的确定、地面循环泵总压力损失和功率的确定、钻孔漏失损失、钻孔漏失损失、压力平衡的水力学计算等压力平衡的水力学计算等445 流变参数和悬浮岩屑和加重剂的关系流变参数和悬浮岩屑和加重剂的关系Pa岩石的岩石的比重比重泥浆的泥浆的比重比重岩石或加岩石或加重物的直重物的直径，径，mm45三三

33、泥浆的失水及造壁性泥浆的失水及造壁性（一）（一）泥浆的失水及造壁性的概念泥浆的失水及造壁性的概念泥浆的失水和造壁性泥浆的失水和造壁性失水失水：泥浆中的自由水，在压差作用下向孔壁岩石的裂隙或孔隙中渗透；：泥浆中的自由水，在压差作用下向孔壁岩石的裂隙或孔隙中渗透；造壁性造壁性：泥浆失水时，随着泥浆中的自由水进入岩层，泥浆中的固体颗：泥浆失水时，随着泥浆中的自由水进入岩层，泥浆中的固体颗粒便附着在孔壁上形成泥皮，这便是泥浆的造壁性。粒便附着在孔壁上形成泥皮，这便是泥浆的造壁性。 井内所结泥饼与井壁岩石井内所结泥饼与井壁岩石462泥浆的失水全过程泥浆的失水全过程初失水：时间短，孔底岩石表面尚无泥皮，失

34、水率很高，又称初失水：时间短，孔底岩石表面尚无泥皮，失水率很高，又称瞬时失水瞬时失水。 动失水：压差较大，泥皮厚度维持在较薄水平，单位时间失水量开始较动失水：压差较大，泥皮厚度维持在较薄水平，单位时间失水量开始较大，其后逐渐减小，直至稳定在某一值。大，其后逐渐减小，直至稳定在某一值。静失水：压差较小，泥皮较厚，单位时间的失水量比动失水小。静失水：压差较小，泥皮较厚，单位时间的失水量比动失水小。 初失水时间很短，但失初失水时间很短，但失水速率最大；动失水时水速率最大；动失水时间较长，失水速率中等；间较长，失水速率中等；静失水时间较长，但失静失水时间较长，但失水速率最小。水速率最小。47在规定的压

35、差下通过一定的过滤断面，在规定的压差下通过一定的过滤断面，30min内的滤失量。内的滤失量。ml/30min.高温高压高温高压失水仪失水仪打气筒式打气筒式一般：10-15ml; 水敏：5ml48控制不当时产生：失水量过大和泥皮过厚两个问题。控制不当时产生：失水量过大和泥皮过厚两个问题。 失水失水量过量过大大遇水膨胀、剥落遇水膨胀、剥落（孔壁为泥页岩、黄土、粘土层等）（孔壁为泥页岩、黄土、粘土层等）孔径扩大或缩小孔径扩大或缩小减小岩层层面间的接触摩擦力减小岩层层面间的接触摩擦力掉块卡钻掉块卡钻（孔壁为裂隙发育的破碎地层）（孔壁为裂隙发育的破碎地层）泥浆滤液矿化度不同，对孔壁岩层稳定性影响也不同。

36、泥浆滤液矿化度不同，对孔壁岩层稳定性影响也不同。泥皮过厚泥皮过厚粘附卡钻，阻力，功率消耗增大粘附卡钻，阻力，功率消耗增大高矿化度、碱性弱、含高聚物的滤液，不易引起孔壁岩层的膨胀和坍塌。高矿化度、碱性弱、含高聚物的滤液，不易引起孔壁岩层的膨胀和坍塌。49（三）影响泥浆失水量的因素（三）影响泥浆失水量的因素1、静失水、静失水 单位渗滤面积的滤失量单位渗滤面积的滤失量K泥皮的渗透率泥皮的渗透率固体含量因素固体含量因素渗透压差渗透压差滤液粘度滤液粘度泥浆静失水泥浆静失水基本方程基本方程50（三）影响泥浆失水量的因素（三）影响泥浆失水量的因素（1） 渗滤时间对失水量的影响渗滤时间对失水量的影响 1.理论

37、上2.实验值K是滤失系数（2）压差对失水量的影响）压差对失水量的影响 随着压差增加呈比随着压差增加呈比例降低，或无影响例降低，或无影响51（三）影响泥浆失水量的因素（三）影响泥浆失水量的因素（3）固相含量和类型对失水量的影响）固相含量和类型对失水量的影响 降低泥皮中固相含量的方法：采用优质土造降低泥皮中固相含量的方法：采用优质土造浆，有机处理剂处理。浆，有机处理剂处理。固体颗粒细而多，水化膜厚，泥皮渗透率低固体颗粒细而多，水化膜厚，泥皮渗透率低52（三）影响泥浆失水量的因素（三）影响泥浆失水量的因素（4）泥皮的压实性和渗透性对失水量的影响）泥皮的压实性和渗透性对失水量的影响 泥皮越厚，失水量越

38、大。泥皮越厚，失水量越大。泥皮的泥皮的渗透性渗透性K决定于：泥皮中固相的种类、颗粒的大小形状和级配、决定于：泥皮中固相的种类、颗粒的大小形状和级配、处理剂的种类和含量，以及过滤压力。处理剂的种类和含量，以及过滤压力。（5）滤液的粘度、温度对失水量的影响）滤液的粘度、温度对失水量的影响 温度升高，失水量越大。温度升高，失水量越大。失水量与滤液粘度的平方根呈反比失水量与滤液粘度的平方根呈反比（6）岩层的孔隙性和渗透性）岩层的孔隙性和渗透性架桥532、动失水、动失水 与静失水相似，不同之处在于剪切速率与静失水相似，不同之处在于剪切速率和泥浆流态的影响。和泥浆流态的影响。 （1）泥浆动失水和泥皮厚度是

39、剪切速率的函数泥浆动失水和泥皮厚度是剪切速率的函数（三）影响泥浆失水量的因素（三）影响泥浆失水量的因素543、初失水、初失水 影响因素：影响因素：压力差、岩层的渗透性、滤液的粘度、固相颗粒的含量压力差、岩层的渗透性、滤液的粘度、固相颗粒的含量和水化程度。和水化程度。固相含量低、分散和水化很好的不分散低固相泥浆，固相含量低、分散和水化很好的不分散低固相泥浆，初失水所占比例较大。初失水所占比例较大。 高初失水使滤液分子迅速进入岩层，协助薄层从岩体上高初失水使滤液分子迅速进入岩层，协助薄层从岩体上剥离，提高机械钻速。剥离，提高机械钻速。55（五）泥浆失水和造壁性的调节（五）泥浆失水和造壁性的调节 1

40、、影响泥浆失水的因素：、影响泥浆失水的因素：（1）静失水：泥皮的渗透性、压差）静失水：泥皮的渗透性、压差、滤失时间、滤失时间、岩层的渗透性、滤液的粘度、温度等。岩层的渗透性、滤液的粘度、温度等。降低泥浆失降低泥浆失水量和改善水量和改善造壁性造壁性（2）动失水：环空流态和流速。）动失水：环空流态和流速。使用优质膨润土或人工钠土造浆使用优质膨润土或人工钠土造浆加入加入CMC或其他有机聚合物，保护粘土颗粒，或其他有机聚合物，保护粘土颗粒，提高水化膜的厚度和泥皮的可压缩性。提高水化膜的厚度和泥皮的可压缩性。 加入极细的胶体粒子、堵塞泥皮孔隙，加入极细的胶体粒子、堵塞泥皮孔隙，减小泥皮的孔隙。减小泥皮的

41、孔隙。 56（六）泥浆含水量的测定（六）泥浆含水量的测定 四、泥浆的其他性能四、泥浆的其他性能（一）泥浆的含砂量（一）泥浆的含砂量1、指泥浆中大于、指泥浆中大于74 的砂粒（即的砂粒（即200目筛子通不过的目筛子通不过的砂粒）占泥浆总体积的百分含量。砂粒）占泥浆总体积的百分含量。 2、规定泥浆的含砂量不能大于、规定泥浆的含砂量不能大于4%3、含砂量的测定：、含砂量的测定： 过滤筒过滤筒玻璃玻璃量杯量杯漏斗漏斗57（二）润滑仪（二）润滑仪（六）泥浆含水量的测定（六）泥浆含水量的测定 四、泥浆的其他性能四、泥浆的其他性能58（三）泥浆的胶体率和稳定性（三）泥浆的胶体率和稳定性1、胶体率：泥浆中粘土

42、颗粒分散和水化程度以及保持、胶体率：泥浆中粘土颗粒分散和水化程度以及保持悬浮状态的粗略衡量。悬浮状态的粗略衡量。 测定方法测定方法：100ml泥浆，静止泥浆，静止24小时小时 2、稳定性：表示泥浆静止时，粘土颗粒沉降的倾向。、稳定性：表示泥浆静止时，粘土颗粒沉降的倾向。 测定方法：静止测定方法：静止24小时，测定上下比重差值。小时，测定上下比重差值。 （四）泥浆的（四）泥浆的PH值值 一般一般810，有的高达，有的高达11。 PH值过高，泥浆对孔壁的分散性强，腐蚀大，高温增稠现象严重；值过高，泥浆对孔壁的分散性强，腐蚀大，高温增稠现象严重； 提高提高PH值，通过加入值，通过加入NaOH或或Na2CO3,Ca(OH)2；降低降低PH值，加入值，加入HCl或酸式盐。或酸式盐。四、泥浆的其他性能四、泥浆的其他性能PHS-2型型酸度计酸度计 59Thank you!60