鉆井液濾失
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鉆井液濾失的視頻教程
基于ABAQUS進行井壁穩數值模擬的操作教程（2）：材料屬性定義及分析步設置
本教程是系列教程中的一部分，其他相關教程請從主頁查找 基于ABAQUS進行井壁穩數值模擬的操作教程（1）：模型建立與網格劃分 基于ABAQUS進行井壁穩數值模擬的操作教程（2）：材料參數設置和分析步設置 基于ABAQUS進行井壁穩數值模擬的操作教程（3）：載荷、邊界條件和初始條件的設置 井壁穩定分析過程中當考慮和不考慮鉆井液侵入或濾失時，材料屬性和分析步設置有所差異。
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鉆井液濾失的實例教程
模型建立及求解
本案例涉及到的物理場數學方程包括：巖體變形控制方程、鉆井液滲流方程、水分擴散方程、溫度場方程以及彈塑性屈服準則方程。以上各方程之間相互耦合，探討滲流壓力、溫度應力、水分濃度對井壁穩定性影響。井壁的穩定性與傾角、地應力及鉆井液的壓力具有關系，巖層的彈性模量、泊松比與內摩擦角與內聚力均與含水率有關。
物理場方程
鉆井液壓力分布
徑向應力
塑性區域
斜井鉆井液壓力
由于鉆井液的流變性與攜巖、井壁穩定、提高機械鉆速和環空水力參數計算等一系列鉆井工作密切相關，因此它是鉆井液最重要的性能之一。
3)鉆井液的濾失造壁性
在鉆井過程中，當鉆頭鉆過滲透性地層時，由于鉆井液的液柱壓力一般總是大于地層孔隙壓力，在壓差作用下，鉆井液的液體便會滲入地層，這種特性常稱為鉆井液的濾失性(Filtration Properties Fluids)。在液體發生滲濾的同時，鉆井液中的固相顆粒會附著并沉積在井壁上形成一層泥餅(Mud Cake)。隨著泥餅的逐漸加重以及在壓差作用下被壓實，針對裸眼井壁有效地起到穩定和保護作用，這就是鉆井液的所謂造壁性。
由于泥餅的滲透率遠遠小于地層的滲透率，因而形成的泥餅還可以有效地阻止鉆井液中的固相和濾液繼續侵入地層。在鉆井液工藝中，通常用一個重要參數—濾失量(Water Loss or Foltration Rate)來表征鉆井油液的滲濾速率。
鉆井液的選用標準
鉆井液是鉆井的“血液”，在鉆井作業中起著非常重要的作用。因此對鉆井液要求很高，主要有四個方面：
1）鉆井循環的要求
鉆井循環對鉆井液的要求是泵壓低(粘度低)，攜砂能力強(動切力高)，啟動泵壓低(靜切力低)，潤滑性能好，摩擦力低，磨損小(固體顆粒少)。
2）要保持井眼的穩定
鉆穿的地層要用鉆井液的壓力柱與地層壓力取得平衡，鉆井液密度穩定；鉆井油氣層時要靠鉆井液的壓力柱來平衡油氣的壓力要求鉆井液密度適當。要求鉆井液有克服不穩定地層的性能，例如泥巖吸水膨脹造成井眼收縮；礫巖、火山巖遇水造成跨塌，鹽巖遇水而形成溶洞等，即要求有不同性質的鉆井液。
展開 鉆井液的類型及組成
鉆井液按分散介質（連續相）可分為水基鉆井液、油基鉆井液、氣體型鉆井流體等。鉆井液主要由液相、固相和化學處理劑組成。液相可以是水（淡水、鹽水）、油（原油、柴油）或乳狀液（混油乳化液和反相乳化液）。固相包括有用固相（膨潤土、加重材料）和無用固相（巖石）。化學處理劑包括無機、有機及高分子化合物。
①水基鉆井液
水基鉆井液是一種以水為分散介質，以粘土（膨潤土）、加重劑及各種化學處理劑為分散相的溶膠懸浮體混合體系。其主要組成是水、粘土、加重劑和各種化學處理劑等。水基鉆井液基本經歷了五個階段，即天然鉆井液（1904-1921年）、細分散鉆井液（1921-1946年）、粗分散鉆井液（1946-1973年）、不分散低固相鉆井液（1966年至今）、無固相鉆井液（1968年至今）、聚合物鉆井液（1978年至今）階段等。
水基鉆井液還可分為：
淡水鉆井液。氯化鈉含量低于10mg/cm3，鈣離子含量低于0.12mg/cm；
鹽水鉆井液（包括海水及咸水鉆井液）。氯化鈉含量高于10mg/cm3；
鈣處理鉆井液。鈣離子含量低于0.12mg/cm3；
飽和鹽水鉆井液。含有一種或多種可溶性鹽的飽和溶液；
混合乳化（水包油）鉆井液。含有3%-40%乳化油類的水基鉆井液；
不分散低固相聚合物鉆井液。固相含量低于4%，含有適量聚合物；
鉀基鉆井液。氯化鉀含量高于3%。1978年以來開始在我國鉆井現場使用
聚合物鉆井液。它是以聚合物（如：聚陰離子纖維素、羧甲基纖維素等）為主體，配以降粘劑，降濾失劑、防塌劑和潤滑劑等多種化學處理劑所組成的鉆井液。它是20世紀80年代發展起來的一種新型鉆井液體系。包括陽離子聚合物鉆井液、兩性離子聚合物鉆井液、全陽離子聚合物鉆井液、深井聚合物鉆井液和正電膠鉆井液等。
展開 水溶液為氫硫酸，酸性較弱，比碳酸弱，但比硼酸強。能溶于水，易溶于醇類、石油溶劑和原油。有一個值得注意的點就是硫化氫為易燃危化品，與空氣混合能形成爆炸性混合物，遇明火、高熱能引起燃燒爆炸。
硫化氫氣體是石油鉆井過程中經常遇到的三種腐蝕性氣體之一，具有很高的毒性。在地層中它可以以富集的形式存在，可以混合在少量的地層流體中，常見的方法是與石油和天然氣混合，在石油和天然氣開采過程中到達地面。在鉆井過程中，可能會影響或破壞鉆井液及其性能，因此國內外石油工業都非常重視，并采取了各種治理措施。
限于硫化氫(H2s)的危險，國家職業安全接觸限值規定，15mg/m3限時加權平均值是日工作8h的暴露安全極限;22mg/m3為短期暴露限值;30mg/m3是最大暴露限值。
硫化氫對人體的危害
硫化氫的毒性較一氧化碳大5~6倍，幾乎與氰同樣劇毒。硫化氫質量濃度不同，對人的危害也不同，輕則對人體造成刺激，重則會致使人在幾分鐘內死亡。
硫化氫對設備材料的危害
硫化氫能加速非金屬材料的老化。在地面設備、井口裝置、井下工具中，有橡膠、浸油石墨、石棉等非金屬材料制作的密封件。它們在硫化氫環境中使用一定時間后，橡膠會產生鼓泡脹大，失去彈性;浸油石墨及石棉繩上的油被溶解而導致密封件的失效。
硫化氫對金屬材料的腐蝕。硫化氫溶于水形成弱酸，對金屬的腐蝕形式有電化學失重腐蝕、氫脆和硫化物應力腐蝕開裂,以后兩者為主，一般統稱為氫脆破壞。氫脆破壞往往造成井下管柱的突然斷落、地面管匯和儀表的爆破、井口裝置的破壞，甚至發生嚴重的井噴失控或著火事故。
硫化氫對鉆井液的污染：
硫化氫主要是對水基鉆井液有較大的污染。它會使鉆井液性能發生很大變化，如密度下降，pH值下降，粘度上升，以至形成流不動的凍膠；顏色變為瓦灰色、墨色或墨綠色。從而使鉆井液的流變性能變差，形成固定的凝膠。
展開 3)鉆井液的濾失造壁性
在鉆井過程中，當鉆頭鉆過滲透性地層時，由于鉆井液的液柱壓力一般總是大于地層孔隙壓力，在壓差作用下，鉆井液的液體便會滲入地層，這種特性常稱為鉆井液的濾失性(Filtration Properties Fluids)。在液體發生滲濾的同時，鉆井液中的固相顆粒會附著并沉積在井壁上形成一層泥餅(Mud Cake)。隨著泥餅的逐漸加重以及在壓差作用下被壓實，針對裸眼井壁有效地起到穩定和保護作用，這就是鉆井液的所謂造壁性。
由于泥餅的滲透率遠遠小于地層的滲透率，因而形成的泥餅還可以有效地阻止鉆井液中的固相和濾液繼續侵入地層。在鉆井液工藝中，通常用一個重要參數—濾失量(Water Loss or Foltration Rate)來表征鉆井油液的滲濾速率。
鉆井液的選用標準
鉆井液是鉆井的“血液”，在鉆井作業中起著非常重要的作用。因此對鉆井液要求很高，主要有四個方面：
1）鉆井循環的要求
鉆井循環對鉆井液的要求是泵壓低(粘度低)，攜砂能力強(動切力高)，啟動泵壓低(靜切力低)，潤滑性能好，摩擦力低，磨損小(固體顆粒少)。
2）要保持井眼的穩定
鉆穿的地層要用鉆井液的壓力柱與地層壓力取得平衡，鉆井液密度穩定；鉆井油氣層時要靠鉆井液的壓力柱來平衡油氣的壓力要求鉆井液密度適當。要求鉆井液有克服不穩定地層的性能，例如泥巖吸水膨脹造成井眼收縮；礫巖、火山巖遇水造成跨塌，鹽巖遇水而形成溶洞等，即要求有不同性質的鉆井液。
3）要求鉆井液保護油氣層
鉆開油氣層后，鉆井液與油氣層接觸，為防止鉆井液損害油氣層，要求鉆井液的失水小、泥餅薄(鉆井液失水后，固壓差固體顆粒在井壁上形成泥餅環)、固相含量低、濾液的水化作用低(濾液進入地層后與地層中的液體發生的化學作用)等。
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3)鉆井液的濾失造壁性
在鉆井過程中，當鉆頭鉆過滲透性地層時，由于鉆井液的液柱壓力一般總是大于地層孔隙壓力，在壓差作用下，鉆井液的液體便會滲入地層，這種特性常稱為鉆井液的濾失性(Filtration Properties Fluids)。在液體發生滲濾的同時，鉆井液中的固相顆粒會附著并沉積在井壁上形成一層泥餅(Mud Cake)。
硫化氫是一種無色的易燃氣體，它的毒性很大，并具有特有的臭雞蛋味。所以硫化氫也稱“臭雞蛋”氣體，標準狀況下是一種易燃的酸性氣體，無色，濃度極低時便有硫磺味，有劇毒。水溶液為氫硫酸，酸性較弱，比碳酸弱，但比硼酸強。能溶于水，易溶于醇類、石油溶劑和原油。有一個值得注意的點就是硫化氫為易燃危化品，與空氣混合能形成爆炸性混合物，遇明火、高熱能引起燃燒爆炸。
硫化氫氣體是石油鉆井過程中經常遇到的三種腐蝕性氣體之一
3)鉆井液的濾失造壁性
在鉆井過程中，當鉆頭鉆過滲透性地層時，由于鉆井液的液柱壓力一般總是大于地層孔隙壓力，在壓差作用下，鉆井液的液體便會滲入地層，這種特性常稱為鉆井液的濾失性(Filtration Properties Fluids)。在液體發生滲濾的同時，鉆井液中的固相顆粒會附著并沉積在井壁上形成一層泥餅(Mud Cake)。
鉆井液概述
鉆井液是鉆探過程中，孔內使用的循環沖洗介質。鉆井液是鉆井的血液，又稱鉆孔沖洗液。鉆井液按組成成分可分為清水、泥漿、無粘土相沖洗液、乳狀液、泡沫和壓縮空氣等。清水是使用最早的鉆井液，無需處理，使用方便，適用于完整巖層和水源充足的地區。泥漿是廣泛使用的鉆井液，主要適用于松散、裂隙發育、易坍塌掉塊、遇水膨脹剝落等孔壁不穩定巖層。
旋轉鉆井初期，鉆井液的主要作用是把巖屑從井底攜帶至地面
模型建立及求解
本案例涉及到的物理場數學方程包括：巖體變形控制方程、鉆井液滲流方程、水分擴散方程、溫度場方程以及彈塑性屈服準則方程。以上各方程之間相互耦合，探討滲流壓力、溫度應力、水分濃度對井壁穩定性影響。井壁的穩定性與傾角、地應力及鉆井液的壓力具有關系，巖層的彈性模量、泊松比與內摩擦角與內聚力均與含水率有關。
物理場方程
鉆井液壓力分布
徑向應力
