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【技術(shù)篇】最全鉆井液性能及測(cè)定方法

【技術(shù)篇】最全鉆井液性能及測(cè)定方法
2020-05-01 08:59:00來(lái)源:朝政泥漿編輯:Nancy 分享到: 轉(zhuǎn)發(fā)到新浪微博 騰訊微博

鉆井液常規(guī)性能包括:密度、流變性、漏斗粘度、表觀粘度、塑性粘度、動(dòng)切力、靜切力、濾失造壁性、濾失量、濾餅厚度、濾餅性能、pH值、含砂量、固相含量等。


1、鉆井液密度(DrillingFluid Density)


鉆井液的密度是指每單位體積鉆井液的質(zhì)量,常用g/cm3(或kg/m3)表示。在鉆井工程上,鉆井液密度和泥漿比重(Mudweight)是兩個(gè)等同的術(shù)語(yǔ)。


常用英制單位:ppg(lb/gal) pcf(lb/ft3) 梯度(lb/in2/1000ft)


鉆井液密度單位換算:

g/cm3= 0.12′ppg

g/cm3= 0.016′pcf

ppg = 0.134′pcf

g/cm3=8.331bm/ga1


鉆井液密度是用一種專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)的鉆井液比重秤(MudBalancer)測(cè)得的。測(cè)定時(shí),首先在泥漿杯中盛滿(mǎn)鉆井液,蓋上計(jì)量蓋,然后用棉紗布擦凈從計(jì)量蓋小孔溢出的鉆井液。再將比重秤刀口放置在底座的刀墊上,不斷移動(dòng)游碼,直至水平泡位居兩條線的小央。此時(shí)游碼左側(cè)的到度即表示所測(cè)量鉆井液的密度。


比重秤的校正方法:用淡水注滿(mǎn)潔凈、干燥的樣品杯,蓋上杯蓋并擦干樣品杯外部,把密度計(jì)的刀口放在刀墊上,將游碼左側(cè)邊線對(duì)準(zhǔn)刻度1.00 g/cm3處,觀察密度計(jì)是否平衡(平衡時(shí)水平泡位于中央),如不平衡,在平衡圓柱上加上或取下一些鉛粒,使之平衡。

2、漏斗粘度(FunnelViscosity)

一定量的鉆井液從規(guī)定的漏斗粘度計(jì)中流出所需的時(shí)間,用馬氏漏斗測(cè)定,用FV表示,單位為s/l。英制單位為s/quart(1quart=946ml),s/quart和s/l之間不能進(jìn)行換算。


3、表觀粘度(ApparentViscosity)

鉆井液在一定剪切速率下的剪切應(yīng)力與剪切速率比值,用直讀式粘度計(jì)測(cè)定,用AV表示,單位為mPa·s。

表觀粘度的計(jì)算:

AV = 1/2* φ600

式中:φ600-直讀式粘度計(jì)600r/min讀值。

常用習(xí)慣單位為厘泊(cp),mPa·s與cp數(shù)值相等。


4、塑性粘度(PlasticViscosity)

鉆井液在層流條件下,剪切應(yīng)力與剪切速率成線性關(guān)系時(shí)的斜率值,用直讀式粘度計(jì)測(cè)定,用PV表示,單位為mPa·s。

塑性粘度的計(jì)算:

PV = φ600-φ300

式中:φ300-直讀式粘度計(jì)300r/min讀值。

常用習(xí)慣單位為厘泊(cp),mPa·s與cp數(shù)值相等。

5、動(dòng)切力(YieldPoint)

鉆井液在層流條件下,剪切應(yīng)力與剪切速率成線性關(guān)系時(shí)的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度,用直讀式粘度計(jì)測(cè)定,用YP表示,單位為Pa。

動(dòng)切力的計(jì)算:

YP = AV-PV

YP = (φ300 -PV)

英制單位為lb/100ft2,Pa = 0.5 lb/100ft2。 

6、靜切力(GelStrength)

鉆井液在靜止時(shí)的膠凝強(qiáng)度,用初切和終切來(lái)描述,用直讀式粘度計(jì)測(cè)定,初切和終切分別用G10s和G10min表示,單位為Pa。

靜切力的計(jì)算:

G10s = φ310s

G10min = φ310min

式中:φ310s-靜止10s后,直讀式粘度計(jì)3r/min讀值;

φ310min-靜止10min后,直讀式粘度計(jì)3r/min讀值。

動(dòng)切力的英制單位為lb/100ft2,Pa = 0.5lb/100ft2。

上面3-6條都采用旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)測(cè)量。


7、n、K值(n,KValue)

n、K是用冪律模式描述假塑性流體的兩個(gè)流變參數(shù)。

n為流型指數(shù),無(wú)量綱。n值反映鉆井液的非牛頓性程度,n值越接近1,流體越接近牛頓流體;n值越小,剪切減稠性越明顯。

K為稠度系數(shù),單位為Pa·sn。K值反映鉆井液的稠度,是鉆井液直觀流動(dòng)性的表現(xiàn)。鉆井液中的固相含量越高,顆粒越小,K值越大。K值小,有利于提高機(jī)械鉆速,但不利于井眼清潔。


旋轉(zhuǎn)粘度計(jì):液體放置在兩個(gè)同心圓筒的環(huán)隙空間內(nèi),電機(jī)經(jīng)過(guò)傳動(dòng)裝置帶動(dòng)外筒恒速旋轉(zhuǎn),借助于被測(cè)液體的粘滯性作用于內(nèi)筒一定的轉(zhuǎn)矩,帶動(dòng)與扭力彈簧相連的內(nèi)筒一個(gè)角度。該轉(zhuǎn)角的大小與液體的粘性成正比,于是液體的粘度測(cè)量轉(zhuǎn)換為內(nèi)筒轉(zhuǎn)角的測(cè)量。u6個(gè)讀值:φ600,φ300,φ200,φ100,φ6,φ3



8、濾失量(FluidLoss或Filtration)

在規(guī)定的試驗(yàn)條件下,鉆井液通過(guò)過(guò)濾介質(zhì)在30min內(nèi)濾出的濾液量,用濾失儀測(cè)定,用FL表示,單位為ml/30min。

APIFL:室溫,壓力為690kPa。

HTHPFL:測(cè)試溫度取決于井底溫度,壓差為3.45MPa。


9、濾餅(FiltrateCake) 

測(cè)定鉆井液濾失量時(shí)過(guò)濾介質(zhì)上的沉積物稱(chēng)為濾餅。

濾餅厚度:用緩慢水流沖洗后的濾餅厚度,單位為mm。

濾餅質(zhì)量:用“硬、軟、韌、致密、堅(jiān)固、疏松”等描述。


10、pH值(pHValue)

鉆井液(或?yàn)V液)中氫離子濃度(mol/l)的負(fù)對(duì)數(shù)值。

pH=7為中性,pH<7為酸性,pH>7為堿性。

用比色法(pH試紙)或pH計(jì)測(cè)定。

通常用鉆井液濾液的pH值表示鉆井液的酸堿性。由于酸堿性的強(qiáng)弱直接與鉆井液中粘土顆粒的分散程度有關(guān),因此會(huì)在很大程度上影響鉆井液的粘度、切力和其它性能參數(shù)。

燒堿(即工業(yè)用NaOH)是調(diào)節(jié)鉆井液pH值的主要添加劑,有時(shí)也使用純堿和石灰。

在常溫下,它們的水溶液具有如下的pH值:

?10%NaOH 溶液,pH=12.9;

?10%Na2CO3溶液,pH=11.1;

?飽和Ca(OH)2溶液,pH=12.1。

通常使用pH試紙測(cè)量鉆井液的pH值,如要求的精度較高時(shí),可使用pH計(jì)。

11、固相含量和液相含量(Solidsand Liquid Content)

鉆井液中溶解的和懸浮的固體總量稱(chēng)為固相含量,液體(包括水和油)總量稱(chēng)為液相含量,用蒸餾法測(cè)定,分別用Vs、Vw、Vo表示,單位均為體積百分?jǐn)?shù)。


12、含砂量(Sands Content)

鉆井液中粒徑大于74mm(200目)的固相顆粒含量,用含砂量測(cè)定儀測(cè)定,用體積百分?jǐn)?shù)表示。

含砂量測(cè)定儀如圖所示:


13、亞甲基藍(lán)容量(MethyleneBlue Test)

0.1mol/l亞甲基藍(lán)溶液滴定每毫升鉆井液至終點(diǎn)時(shí)所消耗的亞甲基藍(lán)溶液的毫升數(shù),用MBT表示,單位為ml/ml。

MBT= Vm/ V

Be = 14.3MBT

式中:MBT-亞甲基藍(lán)容量,ml/ml

Vm -亞甲基藍(lán)溶液消耗體積,ml

V -鉆井液樣品體積,ml

Be -膨潤(rùn)土當(dāng)量,g/l或kg/m3 

14、堿度(Alkalinity)

1)鉆井液堿度

鉆井液酚酞堿度(Pm):以酚酞溶液為指示劑(滴定終點(diǎn)pH值為8.3)滴定每毫升鉆井液所消耗的0.01mol/l硫酸溶液的毫升數(shù),以Pm表示,單位為ml/ml。

2)鉆井液濾液堿度

濾液酚酞堿度(Pf):以酚酞為指示劑(滴定終點(diǎn)pH值為8.3)滴定每毫升鉆井液濾液所消耗的0.01mol/l硫酸溶液的毫升數(shù),以Pf表示,單位為ml/ml。

濾液甲基橙堿度(Mf):以甲基橙為指示劑(滴定終點(diǎn)pH值為4.3)滴定每毫升鉆井液濾液所消耗的0.01mol/l硫酸溶液的毫升數(shù),以Mf表示,單位為ml/ml。

濾液中氫氧根、碳酸根、碳酸氫根離子濃度的估算


15、潤(rùn)滑性(Lubricity)

鉆井液的潤(rùn)滑性即為降低鉆柱和濾餅(或井壁、套管)及鉆井液內(nèi)部相對(duì)運(yùn)動(dòng)摩擦力的量度,目前測(cè)定鉆井液潤(rùn)滑性的常用儀器有兩種:極壓潤(rùn)滑儀和LEM儀。


除以上鉆井液的基本性能外,鉆井液的其它性能還包括抑制性、抗溫性、電穩(wěn)定性熒光度以及對(duì)生物的毒性等。


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