手把手教你玩泥浆4：钻井液性能及测定方法

介绍了钻井液性能及测定方法，主要包含漏斗粘度、钻井液密度、 表观粘度、 塑性粘度、 动切力等。

手把手教你玩泥浆4：钻井液性能及测定方法

• 钻井液常规性能
  • 密度、流变性、漏斗粘度、表观粘度、塑性粘度、动切力、静切力、滤失造壁性、滤失量、滤饼厚度、滤饼性能、pH值、含砂量、固相含量等。
• 1、钻井液密度(DrillingFluid Density)
  • 钻井液的密度是指每单位体积钻井液的质量，常用g/cm3(或kg/m3)表示。在钻井工程上，钻井液密度和泥浆比重(Mudweight)是两个等同的术语。
  • 常用英制单位：ppg(lb/gal) pcf(lb/ft3) 梯度(lb/in2/1000ft)
  • 钻井液密度单位换算：
    • g/cm3= 0.12´ppg
    • g/cm3= 0.016´pcf
    • ppg = 0.134´pcf
    • g/cm3=8.331bm/ga1
  • 钻井液密度是用一种专门设计的钻井液比重秤(MudBalancer）测得的。测定时，首先在泥浆杯中盛满钻井液，盖上计量盖，然后用棉纱布擦净从计量盖小孔溢出的钻井液。再将比重秤刀口放置在底座的刀垫上，不断移动游码，直至水平泡位居两条线的小央。此时游码左侧的到度即表示所测量钻井液的密度。
    • 比重秤的校正方法：用淡水注满洁净、干燥的样品杯，盖上杯盖并擦干样品杯外部，把密度计的刀口放在刀垫上，将游码左侧边线对准刻度1.00 g/cm3处，观察密度计是否平衡（平衡时水平泡位于中央），如不平衡，在平衡圆柱上加上或取下一些铅粒，使之平衡。
• 2、漏斗粘度(FunnelViscosity)
  • 一定量的钻井液从规定的漏斗粘度计中流出所需的时间，用马氏漏斗测定，用FV表示，单位为s/l。
  • 英制单位为s/quart(1quart=946ml)，s/quart和s/l之间不能进行换算。
• 3、表观粘度(ApparentViscosity)
  • 钻井液在一定剪切速率下的剪切应力与剪切速率比值，用直读式粘度计测定，用AV表示，单位为mPa·s。
  • 表观粘度的计算：
    • AV = 1/2* φ600
    • 式中：φ600－直读式粘度计600r/min读值。
  • 常用习惯单位为厘泊(cp)，mPa·s与cp数值相等。
• 4、塑性粘度(PlasticViscosity)
  • 钻井液在层流条件下，剪切应力与剪切速率成线性关系时的斜率值，用直读式粘度计测定，用PV表示，单位为mPa·s。
  • 塑性粘度的计算：
    • PV = φ600－φ300
    • 式中：φ300－直读式粘度计300r/min读值。
  • 常用习惯单位为厘泊(cp)，mPa·s与cp数值相等。
• 5、动切力(YieldPoint)
  • 钻井液在层流条件下，剪切应力与剪切速率成线性关系时的结构强度，用直读式粘度计测定，用YP表示，单位为Pa。
  • 动切力的计算：
    • YP = AV－PV
    • 或 YP = 1/2(φ300 －PV)
  • 英制单位为lb/100ft2，Pa = 0.5 lb/100ft2。
• 6、静切力(GelStrength)
  • 钻井液在静止时的胶凝强度，用初切和终切来描述，用直读式粘度计测定，初切和终切分别用G10s和G10min表示，单位为Pa。
  • 静切力的计算：
    • G10s = φ310s
    • G10min = φ310min
    • 式中：φ310s－静止10s后，直读式粘度计3r/min读值；
    • φ310min－静止10min后，直读式粘度计3r/min读值。
  • 动切力的英制单位为lb/100ft2，Pa = 0.5lb/100ft2。
  • 上面3-6条都采用旋转粘度计测量。
• 7、n、K值(n,KValue)
  • n、K是用幂律模式描述假塑性流体的两个流变参数。
  • n为流型指数，无量纲。n值反映钻井液的非牛顿性程度，n值越接近1，流体越接近牛顿流体；n值越小，剪切减稠性越明显。
  • K为稠度系数，单位为Pa·sn。K值反映钻井液的稠度，是钻井液直观流动性的表现。钻井液中的固相含量越高，颗粒越小，K值越大。K值小，有利于提高机械钻速，但不利于井眼清洁。
• • 旋转粘度计：
    • 、液体放置在两个同心圆筒的环隙空间内，电机经过传动装置带动外筒恒速旋转，借助于被测液体的粘滞性作用于内筒一定的转矩，带动与扭力弹簧相连的内筒一个角度。该转角的大小与液体的粘性成正比，于是液体的粘度测量转换为内筒转角的测量。u6个读值：φ600,φ300,φ200，φ100,φ6,φ3
• 8、滤失量(FluidLoss或Filtration)
  • 在规定的试验条件下，钻井液通过过滤介质在30min内滤出的滤液量，用滤失仪测定，用FL表示，单位为ml/30min。
  • APIFL：室温，压力为690kPa。
  • HTHPFL：测试温度取决于井底温度，压差为3.45MPa。
• 9、滤饼(FiltrateCake)
  • 测定钻井液滤失量时过滤介质上的沉积物称为滤饼。
  • 滤饼厚度：用缓慢水流冲洗后的滤饼厚度，单位为mm。
  • 滤饼质量：用“硬、软、韧、致密、坚固、疏松”等描述。
• 10、pH值(pHValue)
  • 钻井液(或滤液)中氢离子浓度(mol/l)的负对数值。
  • pH=7为中性，pH＜7为酸性，pH＞7为碱性。
  • 用比色法(pH试纸)或pH计测定。
  • 通常用钻井液滤液的pH值表示钻井液的酸碱性。由于酸碱性的强弱直接与钻井液中粘土颗粒的分散程度有关，因此会在很大程度上影响钻井液的粘度、切力和其它性能参数。
  • 烧碱（即工业用NaOH）是调节钻井液pH值的主要添加剂，有时也使用纯碱和石灰。
    • 在常温下，它们的水溶液具有如下的pH值：
    • Ø10%NaOH 溶液，pH＝12.9；
    • Ø10%Na2CO3溶液，pH＝11.1；
    • Ø饱和Ca(OH)2溶液，pH＝12.1。
    • 通常使用pH试纸测量钻井液的pH值，如要求的精度较高时，可使用pH计。
• 11、固相含量和液相含量(Solidsand Liquid Content)
  • 钻井液中溶解的和悬浮的固体总量称为固相含量，液体(包括水和油)总量称为液相含量，用蒸馏法测定，分别用Vs、Vw、Vo表示，单位均为体积百分数。
• 12、含砂量(Sands Content)
  • 钻井液中粒径大于74mm(200目)的固相颗粒含量，用含砂量测定仪测定，用体积百分数表示。
  • 含砂量测定仪如图所示：
• 13、亚甲基蓝容量(MethyleneBlue Test)
  • 用0.1mol/l亚甲基蓝溶液滴定每毫升钻井液至终点时所消耗的亚甲基蓝溶液的毫升数,用MBT表示,单位为ml/ml。
  • MBT= Vm/ V
  • Be = 14.3MBT
  • 式中：MBT－亚甲基蓝容量，ml/ml
  • Vm －亚甲基蓝溶液消耗体积，ml
  • V －钻井液样品体积，ml
  • Be －膨润土当量，g/l或kg/m3
• 14、碱度(Alkalinity)
  • 1)钻井液碱度
    • 钻井液酚酞碱度(Pm)：以酚酞溶液为指示剂(滴定终点pH值为8.3)滴定每毫升钻井液所消耗的0.01mol/l硫酸溶液的毫升数，以Pm表示，单位为ml/ml。
  • 2)钻井液滤液碱度
    • 滤液酚酞碱度(Pf)：以酚酞为指示剂(滴定终点pH值为8.3)滴定每毫升钻井液滤液所消耗的0.01mol/l硫酸溶液的毫升数，以Pf表示，单位为ml/ml。
    • 滤液甲基橙碱度(Mf)：以甲基橙为指示剂(滴定终点pH值为4.3)滴定每毫升钻井液滤液所消耗的0.01mol/l硫酸溶液的毫升数，以Mf表示，单位为ml/ml。
  • 滤液中氢氧根、碳酸根、碳酸氢根离子浓度的估算
• 15、润滑性(Lubricity)
  • 钻井液的润滑性即为降低钻柱和滤饼(或井壁、套管)及钻井液内部相对运动摩擦力的量度，目前测定钻井液润滑性的常用仪器有两种：极压润滑仪和LEM仪。
• 除以上钻井液的基本性能外，钻井液的其它性能还包括抑制性、抗温性、电稳定性荧光度以及对生物的毒性等。