泥浆的设计与配制.ppt
泥浆的设计、配制与净化,确定泥浆的技术指标与性能参数：主要技术指标：密度、流变性、滤失性等 重要参数：润滑性、胶体率、含砂量、固相 含量、pH值、泥皮质量、渗透率等。进行泥浆配方设计；,泥浆设计流程,计算泥浆材料用量；确定泥浆的制备方法；拟定泥浆循环、净化、管理措施。,泥浆设计流程,1.密度（安全密度窗口）在钻井过程中，泥浆的重要作用之一就是平衡地层压力，保证井壁稳定。因此，泥浆压力必须保持在一个安全范围之内。泥浆压力取决于泥浆密度。,一、泥浆基本设计程序,安全密度窗口（P）,井漏,井喷,复杂情况,坍塌,安全密度窗口：安全钻进时的 泥浆密度范围,1.钻井液密度与安全密度窗口,2.流变性,合适的粘度较好的剪切稀释性较好的触变性,一、泥浆基本设计程序,合适的粘度,泥浆把岩屑从井底携至地表或者在井中悬浮岩屑，主要是靠泥浆的粘稠性；对于破碎的不稳定井壁，利用较粘稠的泥浆还可以起到较好的粘结护壁作用。仅从这两点考虑，泥浆的粘度和动切力应该取高值。这也是选择泥浆做钻井液的基本出发点。,一、泥浆基本设计程序,合适的粘度,泥浆的粘稠性大又有不利的方面，主要表现在：使井底碎岩效率降低；增加泥浆循环的流动阻力；增大对井壁的液压力激动破坏。因此，不能盲目增大泥浆的粘稠性，而应根据具体地层和钻井工艺要求，综合兼顾多方面的情况，确定合适的泥浆粘度和动切力。,一、泥浆基本设计程序,一、泥浆基本设计程序,较好的剪切稀释性,泥浆表观粘度随剪切速率增加而减小的性质称为泥浆的剪切稀释作用。通常用动塑比（动切力/塑性粘度，YP/PV）和n值来表征钻井液的剪切稀释性能。若钻井液的动塑比较高或n值较低，则其具有较强的剪切稀释性。此时的钻井液携岩能力强，能较好地保持井眼清洁，能避免因为各种钻屑引起的粘度上升情况。,钻井液在环空中层流时的两种基本形式,一、泥浆基本设计程序,研究表明：就有效地携带岩屑而言，将动塑比保持在0.360.48 Pa/mPas或n值保持在0.40.7是比较合适的。如果动塑比过小会导致尖峰型层流；动塑比过大的话，则因为动切力的增大而引起泵压的显著升高。,较好的剪切稀释性,一、泥浆基本设计程序,较好的触变性,定义：流体在剪切作用下网架结构被破坏，粘度降低，当外力失去时，粘度上升；搅拌后，泥浆变稀；静置后，泥浆变稠；触变性通常用泥浆初切力和终切力的差值来表示，即G10minG10s。,一、泥浆基本设计程序,3.失水性,钻井液失水越小，而且井壁越稳定，井下复杂事故越少。如果固相颗粒分散较粗，细颗粒少，形成的泥饼就会厚而发虚，钻井液失水量大，容易造成井壁不稳定，泥包钻头、起钻遇阻等现象。一般要求失水量不大于15ml/30min，特殊情况下可作适当调整。,一、泥浆基本设计程序,降低失水量的途径,平衡或减小泥浆与地层孔隙流体之间的压差；选用优质造浆粘土和各种降滤失剂；增加泥浆中的粘土含量；选用能提高水溶液粘度的处理剂，增加泥浆滤液粘度；选用造壁性能优越的添加剂，降低泥饼厚度及泥饼的渗透率；加快在复杂地层段的钻进速度，减少井壁裸露时间；减少泥浆循环对井壁的冲刷。,一、泥浆基本设计程序,4.润滑性,泥浆的润滑性与钻具磨损、循环流动阻力、设备功率消耗等有密切关系。为提高泥浆的润滑性，可以使用油包水乳化泥浆、油基泥浆浆等，也可以在一般泥浆中加入有机润滑剂如RH3或无机润滑剂如石墨粉等。,一、泥浆基本设计程序,5.其它指标,含砂量不大于8%；胶体率不小于90%；pH值视不同泥浆在611之间变化；,一、泥浆基本设计程序,各种钻进情况下的钻进目的、地层特点、钻进工艺方法等差异甚大，因而对钻井泥浆性能等有明显的不同的要求，设计重点也因此而不同。在钻碴粗大及井壁松散的地层中，泥浆的粘度和切力等流变性指标成为设计重点；,一、泥浆基本设计程序,在遇水膨胀塌孔的地层中钻进，泥浆的设计重点则应放在降失水护壁上；,一、泥浆基本设计程序,在稳定的坚硬岩中钻进，泥浆设计的重点是针对钻头的冷却和钻具的润滑，而此时护壁和排粉等则处于次要位置。,一、泥浆基本设计程序,在对压力敏感的地层中，泥浆的密度设计又显得尤为重要。如韦5井8号油层，P地0.97g/cm3，P破1.036 g/cm3，P 0.066 g/cm3针对特定的钻进情况，在全面设计中找出相应的设计要点，是做好泥浆设计的关键所在。,一、泥浆基本设计程序,在泥浆性能设计中可能会遇到一些相互矛盾的情况，满足一些设计指标时，另一些指标则得不到满足。对此，应该抓住主要问题，兼顾次要问题，综合照顾全面性能。在一些要求不高的场合，可以酌情精简对泥浆性能的设计，适当放宽对一些相对次要指标的要求，以求得最终的低成本和高效率。,一、泥浆基本设计程序,泥浆总体积的计算粘土粉用量计算配浆用水计算增加比重加土（或重晶石）量的计算降低比重所需加水量的泥浆处理剂的用量计算,二、泥浆材料用量计算,1.泥浆总体积的计算,所需泥浆总量V是钻孔内泥浆量V1、地表循环净化系统泥浆量V2、漏失及其它损耗量V3的总和：V=V1+V2+V3,二、泥浆材料用量计算,2.粘土粉用量计算,配制1m3体积的泥浆所需粘土重量q按以下过程推导计算：式中：1粘土的比重，2.62.8；2 泥浆的比重；3 水的比重。,二、泥浆材料用量计算,3.配浆用水量计算,配制1m3体积的泥浆所需水量Vw为：,二、泥浆材料用量计算,4.增加比重加土（或重晶石）量的计算,配制加重泥浆时，加重1 m3泥浆所需加重剂的重量W(Kg)为：式中：B加重剂的比重；2 加重泥浆的比重；0 原浆的比重。,二、泥浆材料用量计算,5.降低泥浆比重所需加水量,式中：V原浆体积，(m3)；1 原浆比重；2 加水稀释后的泥浆比重；3 水的比重。,二、泥浆材料用量计算,6.泥浆处理剂的用量计算,处理剂在泥浆中的加量较少，按体积含量计一般只占泥浆总体积的0.1%1%。粉剂一般是以单位体积泥浆中加入的重量来计；液剂则是以单位体积泥浆中加入的体积量来计；在一些特殊情况下，还有以单位粘土粉重量中加入多少处理剂来计算（如纯碱）。,二、泥浆材料用量计算,无论是井场制备或泥浆站集中制备供应各井场，制备泥浆的设备有两种：一是用泥浆搅拌机；一是用水力搅拌机。泥浆搅拌机的体积一般为0.52m3，水力搅拌机的体积一般为2m3，搅拌机速度一般为80100r/min。,三、泥浆的配制,立式搅拌机,三、泥浆的配制,水力搅拌机,三、泥浆的配制,1.降低泥浆中固相含量的方法稀释法用清水或碱水稀释；替换法用固相含量低的泥浆替换固相含量高的泥浆；沉淀法让岩屑自然重力自然沉淀；化学净化法如大分子絮凝劣质土；机械净化法利用振动筛、除砂器等机械设备。,四、泥浆的净化,固相合理和适应的清除方法,四、泥浆的净化,2.化学净化法,无机盐：Ca2+，K 抑制粘土水化分散聚合物：PHP、PAM、FIA368；大分子包被作用,四、泥浆的净化,3.机械净化法,振动筛旋流除砂器除泥器离心机,四、泥浆的净化,振动筛,四、泥浆的净化,旋流除砂器,四、泥浆的净化,除泥器,四、泥浆的净化,离心机,四、泥浆的净化,
