文档介绍：泥浆性能及其测试方法泥浆的性能是泥浆的组成以及其各组分间相互物理化学作用的宏观反映,它是反映泥浆质量的具体参数。泥浆性能及其变化, 直接影响着机械钻速、钻头寿命、孔壁稳定、孔内净化和预防孔内问题等一系列钻井工艺问题。泥浆的主要性能有泥浆的比重和固相含量、泥浆的流变特性( 粘度和切力)、泥浆的滤失性能(泥浆的失水量和泥饼厚度)、以及泥浆的含砂量、润滑性、胶体率和 pH 值等。下面分别讨论之。一、比重、固相含量与含砂量泥浆的比重是指泥浆的重量与同体积水的重量之比。泥浆比重的大小主要取决于泥浆中固相的重量,而泥浆中固相的重量则是造浆粘土重量和钻屑重量之和。在有加重剂等其他固相物质加入的时候, 加重剂等物质的重量也须计入。泥浆的固相含量指泥浆中固体颗粒占的重量或体积百分数。泥浆中的固相包括有用固相和无用固相, 前者如粘土、重晶石等, 后者为钻屑。泥浆中的固相, 按固相比重来划分, 可分为重固相( 重晶石比重为 , 赤铁矿为 , 方铅矿为 等) 和轻固相( 粘土比重一般为 ~ , 岩屑比重一般在 ~ 之间)。泥浆的含砂量指泥浆中砂粒占的重量或体积百分数。采用造浆率高的膨润土配制泥浆,粘土含量(重量/ 体积)在 4~6% 以下便可达到要求的粘度, 此时泥浆比重在 ~ 左右。相反,若用造浆率低的粘土配浆,要达到同样的粘度,粘土用量要达 20~30% 以上,此时泥浆比重高达 以上。目前对优质轻泥浆,在粘度符合要求时,泥浆中的固相含量应控制在 4% 左右(体积含量),此时泥浆比重在 ~ 左右。泥浆的比重和固相含量对钻井有重要意义和影响。 1. 地层压力的控制钻井中防止漏失,涌水和维持孔壁的稳定,重要的一点是要维持钻孔—地层间的物理力平衡。而孔内静液柱压力的大小决定于孔内液柱的单位重量或比重以及垂直深度,即: ( 4-6 ) 式中 Ps ——静液柱压力, N;γ——单位体积的重量或比重, Kg/m 3;H ——液柱垂直高度, m。若把每单位高度(或深度)增加的压力值叫压力梯度。用 Gs 表示静液压力梯度,则: ( 4-7 ) 因此静液柱压力梯度 Gs 决定于泥浆的比重, 可以调节泥浆的比重使 Gs 与地层压力梯度 Gp 相适应以求得钻孔—地层间的物理力的平衡。 2. 对钻速的影响近年来进行的泥浆比重、固相含量对钻速影响的研究得出如下的结论: (1 )随着泥浆比重的增加,钻速下降,特别是泥浆比重大于 ~ 时,钻速下降尤为明显。(2) 泥浆的比重相同, 固相含量愈高则钻速愈低。由此泥浆比重相同时, 加重泥浆的钻速要比普通泥浆高,因为加重泥浆的固相含量低。(3) 泥浆的比重和固相含量相同, 但固相的分散度不同, 则固相颗粒分散得愈细的泥浆钻速愈低。由此,不分散体系的泥浆其钻速要比分散体系的泥浆高,如图 4-9 所示。甚至有些研究者得出小于 1μm 的颗粒对钻速的影响比大于 1μm 颗粒的影响大 12倍。因此, 为提高钻进效率, 不仅应降低泥浆的比重和固相含量,而且应降低固相的分散度,即应采用不分散低固相泥浆。 3. 含砂量的影响泥浆中的无用固相(主要为岩屑)含量会给钻进造成很大的危害。首先,无用固相含量高,泥浆的流变特性( 见下节) 变坏, 流态变差。不仅使孔内净化不好而引起下钻阻卡, 而且可能引起抽吸, 压力激动等, 造成漏失或井塌。其次, 泥浆中无用固相含量高, 泥饼质量变坏( 泥饼疏松, 韧性低), 泥饼厚。这样, 不仅失水量大, 引起孔壁水化崩塌, 而且易引起泥皮脱落造成孔内事故。第三, 泥浆无用固相含量高,对管材、钻头、水泵缸套、活塞拉杆磨损大,使用寿命短。因此,在保证地层压力平衡的前提下,应尽量降低泥浆比重和固相含量,特别是无用固相的含量。图 4-9 泥浆固相含量对钻速的影响图 4-10 泥浆比重秤 1- 杯盖; 2- 泥浆杯; 3- 水平泡; 4- 主刃口; 5- 主刀垫; 6- 支架; 7- 游码; 8- 杠杆; 9- 金属颗粒测量泥浆比重的仪器目前用得最多的是比重秤, 其结构如图 4-10 所示。测量时, 将泥浆装满于泥浆杯中, 加盖后使多余的泥浆从杯盖中心孔溢出。擦干泥浆杯表面后, 将杠杆放在支架上( 主刀口坐在主刀垫上)。移动游码, 使杠杆成水平状态( 水平泡位于中央)。读出游码左侧的刻度, 即为泥浆的比重值。可以把这种方法的原理形象地归结为“杠杆原理”。测量泥浆比重前, 要用清水对仪器进行校正。如读数不在 处, 可用增减装在杠杆右端小盒中的金属颗粒来调节。对泥浆中固相含量的测定,一般采用“蒸馏原理”。如图 4-11 所示。取一定量( 20ml )泥浆,置于蒸馏管内, 用电加热高温将其蒸干, 水蒸气则进入冷凝器, 用量