钻井液的失水造壁性能

6月前浏览1681

1.失水造壁性的基本概念

1）水基钻井液中的水

水基钻井液中的水按其存在状态可以分为结晶水、吸附水（包括强结合水+弱结合水）、自由水三种类型:（1）结晶水（又称结构水、化学结合水）,属于粘土矿物晶体构造的组成部分,只有温度高于500℃以上时,结晶受到破坏,这部分水才能释放出来;（2）吸附水,由粘土颗粒表面吸附的水分子所形成的水化膜组成,这部分水随粘土颗粒一起运动，又称束缚水;在常压下当温度高达110℃时,吸附水基本上全部逃逸；（3）自由水,钻井液中自由移动的水,水基分散体系的分散介质，占总水量中的绝大部分。

2）失水与造壁的概念

为了防止地层流体进入井内,钻井液液柱的压力通常大于地层流体的压力,于是,在压差作用下,钻井液总是趋向于向地层孔隙漏失或者滤失。漏失是指钻井液的固相和液相全部进入地层的现象;滤失则是指钻井液中只有液相进入地层的现象。钻井液在滤失过程中,其中的自由水在压差作用下向多孔性地层滤失渗透的过程叫做失水。显然,失水是一个较为长期的过程。一定时间内,失水的多少叫做失水量（或滤失量）。失水量的量测采用API规定的标准方法,其大小以30min内在一个大气压压差作用下,渗过一定面积的水量,以API失水量表示,单位为mL。在失水的同时,钻井液中的固体物质和固体物质上吸附的少量水滞留在井壁上形成的胶结物叫泥饼。质量好的泥饼一般薄而韧，表现出结构致密、耐冲刷、摩阻系数小的优点,其中,泥饼厚度单位通常用mm表示。井壁上形成泥饼的过程叫做造壁。钻井现场上通常提到钻井液的造壁性,它是指钻井液在井壁形成泥饼封护井壁的能力。

3）井下钻井液失水过程

井下钻井液失水过程如图3-4所示,在压差作用下,下钻井液失水过程从钻头破碎井底岩石形成井眼的瞬间（t0）开始,钻井液和钻井液中的自由水便同时向地层孔隙渗透。在很短时间内（t1—t0）泥饼尚未形成（h=0）,此时的钻井液喷失称为瞬时失水其失水量叫做瞬时失水量。接着在钻井液循环的情况下,泥饼建立、增厚、直至平衡（泥饼厚度保持不变,h=C）,而单位时间内的失水量也由开始的较高速度逐渐减小以至恒定这一段（t1—t2）时间属于动失水过程。当钻进若干时间以后,开始起钻,停止循环钻井液,这时由于钻井液液流冲刷泥饼的力量不存在了,随着失水过程的进行泥饼逐渐增厚失水速度也逐渐减小,这是静失水过程。静失水的失水量比动失水小,泥饼则比动失水厚。起下钻结束后,又继续钻进、循环钻井液,于是从静失水又进入到动失水,而这次的动失水与前次的有区别,它是经过一段静失水、产生了静失水所形成的泥饼之后的动失水,其失水量要比上一次小。... ...就这样周而复始,单位时间里的失水量在逐渐减小,泥饼大体保持一定的厚度,累积失水量也达到一定的数值,这就是井内钻井液失水的全部过程。

总结井内钻井液失水过程,可以知道钻井液向地层多孔介质渗透存在三种失水:瞬时失水（Spurt Loss）、动失水（Dynamic Filtration）、静失水（StaticFiltration）。瞬时失水是泥饼尚未完全形成之前很短时间内的失水,特点是时间短（t<2s）占失水量的比例小动失水是钻井液循环时的失水,特点是泥饼形成、增厚与冲蚀处于动平衡（高渗透率泥饼减小为低渗透率泥饼,最后趋向于稳定值）:失水速率大、失水量大。静失水是钻井液停止循环后的失水,特点是失水速率小、失水量较小、泥饼厚（因为无冲蚀作用）。所以,要控制井下失水量,必须控制动失水;控制泥饼厚度必须控制静失水。在室内,静失水则是指在指定静态条件下,采用静失水仪器测得的失水量。