钻井手册发布时间：2024-03-21浏览：166

钻井液工艺计算题

钻井液工艺计算题第一章1、试计算pH值为11.6的钻井液溶液中H+和OH—的浓度（用mol/1表示）。解：已知：pH=11.6 求[H+]和[OH—]的浓度据 pH= －lg[H+] 又据 [H+

钻井液工艺计算题

第一章

1、试计算pH值为11.6的钻井液溶液中H⁺和OH^—的浓度（用mol/1表示）。

解：已知：pH=11.6 求[H⁺]和[OH^—]的浓度

据 pH= －lg[H⁺] 又据 [H⁺][OH^—]= 10^－14

则－lg[H⁺]=11.6 [OH^—]= 10^－14÷[H⁺]=10^－14÷2.51×10^－12

lg[H⁺]=－11.6=－12＋0.4 [OH^—]=3.98×10^－3mol/l

[H⁺]=2.51×10^－12 mol/1

答：H⁺的浓度是2.51×10^－12 mol/1 ；OH^—的浓度是3.98×10^－3mol/l

2、已知20℃时Ca (OH)₂的溶解度为0.510g/l，试求Ca(OH)₂饱和溶液的酚酞碱度。

解：20℃时Ca (OH)₂饱和溶液的摩尔浓度

0.510g/l÷74=6.89×10^-3mol/l

[OH^—]=2×6.89×10^-3=1.378×10^-2mol/l

当pH=8.3时OH^-＋H⁺=H₂O 基本完全进行

即滴定每升Ca (OH)₂所需氢离子摩尔数为1.378×10^-2mol

设滴淀1毫升Ca (OH)₂需0.01M的H₂SO₄为V毫升

则：0.01×2×V=1.378×10^-2

V=0.689 mL

答：20℃时Ca(OH)₂饱和溶液的酚酞碱度为0.689

3、通过钻井液碱度实验测得P_m=5.0, P_f=0.7, 并已知钻井液中水的体积分数ƒw=0.8, 试求钻井液中未溶石灰的大致含量（分别用lbm/bbl和kg/m³表示）。

解：已知：P_m=5.0, P_f=0.7，ƒw=0.8 求钻井液中未溶石灰的大致含量（储备碱度）

据储备碱度==0.742（P_m—ƒwP_f）

储备碱度==0.742（5.0—0.8×0.7）==3.294Kg/m³

3.294÷1.853==1.778lbm/bbl

答：钻井液中未溶石灰的大致含量为1.778lbm/bbl或3.294kg/m³

4、滴定1mL钻井液需要12.5mL浓度为0.0282M的AgNO₃溶液，则该滤液中Cl^-和NaCl的质量浓度各是多少（mg/l表示）？

解：已知V=12.5mL C=0.0282M V_m=1mL

[Cl^-]=（V×C×35.5×1000）÷1

=(12.5×0.0282×35.5×1000)÷1

=12496.13mg/l

[NaCl]=（V×C×58.45×1000）÷1

=(12.5×0.0282×58.45×1000)÷1

=20603.63mg/l

答：该滤液中Cl^-的质量浓度是12496.13mg/l；NaCl的质量浓度是20603.63mg/l

5、在对钻井液和钻井液滤液进行总硬度测定时，分别消耗了5.0mL和0.5mL浓度为0.02M的EDTA溶液。如果钻井液中水的体积分数ƒw=0.85，试求钻井液中悬浮的CaSO₄的含量（分别用lbm/bbl和kg/m³表示）。

解：已知：V_tm=5.0mL；V_tf=0.5mL；ƒw=0.85

求钻井液中悬浮的CaSO₄的含量(储备碱度)

椐 H_r=1.361(V_tm－ ƒwV_tf)

=1.361(5－0.85×0.5)

=6.23(Kg/m³)

6.23÷1.853=3.36lbm/bbl

答：钻井液中悬浮的CaSO₄的含量为6.23(Kg/m³)，即3.36lbm/bbl。

6、密度为1.60g/cm³的盐水钻井液被蒸干后，得到8%的柴油和68%的蒸馏水。已知钻井液中Cl^—含量为92000mg/l，试求该钻井液的固相含量。

解：已知：ƒw =0.68；ƒo=0.08；Cl含量=92000mg/l

NaCl含量=(58.45÷34.45)×92000mg/l=156092.89 mg/l

查表1-2可知:C_ƒ=1.054

椐 ƒs=1－ƒwC_ƒ－ƒo

则 ƒs=1－0.68×1.054－0.08

=0.2

答：该钻井液的固相含量为0.2,即20%。

7、将1mL钻井液用蒸馏水稀释到50mL，然后用0.01M亚甲基蓝标准溶液进行滴定。到达滴定终点时该溶液的消耗量为3.6mL，试求钻井液中膨润土的含量（用g/l表示）。

解:已知（CEC）_m=3.6mmol/100g 求ƒc

ƒc=14.3（CEC）_m=14.3×3.6=51.48(g/l)

答：钻井液中膨润土的含量为51.48(g/l)。

第三章

1、用旋转黏度计测得θ₆₀₀=35，θ₃₀₀=23，试计算钻井液的下列流变参数：表观黏度（μ_a）塑性黏度（μ_p）、动力切（τ₀）、流性指数（η）和稠度系数（K）。

解：将测得的刻度盘读数分别代入有关公式，可求得：

μ_a=0.5θ₆₀₀=0.5×35=17.5（mPa·s）

μ_p =θ₆₀₀－θ₃₀₀=35－23=12（ mPa·s）

τ₀=0.511（θ₃₀₀－μ_p ）=0.511（23－12）=5.621(Pa)

n=3.322lg(θ₆₀₀/θ₃₀₀)=3.322lg(35/23)=0.61

K=（0.511θ₃₀₀）511ⁿ=（0.511×23）511^0.61= 0.262(Pa·sⁿ)

2、中原油田文33—38井在井深2676米处的钻井液密度为1.32g/c m³，在60℃时用Baroid286型无级调速旋转黏度计测得下列数据：

转速/r.min^-1	600	400	300	200	100	80	60	40	20	6	3
刻度盘读数	52.3	38.8	32.8	25.5	18.5	16.5	14.0	11.5	10.0	8.2	7.5


转速(N)	600	400	300	200	100	80	60	40	20	6	3
刻度度数θ_N	52.3	38.8	32.8	25.5	18.5	16.5	14	11.5	10	8.2	7.5
剪切速率r=1.703N	1021.8	681.2	510.9	340.6	170.3	136.24	102.18	68.12	34.06	10.218	5.109
剪切力 τ=0.511θ_N	26.725	19.827	16.761	13.031	9.4535	8.4315	7.154	5.8765	5.11	4.1902	3.8325
表观黏度 μ=300θ_N/N	26.155	29.101	32.806	38.257	55.511	61.887	70.014	86.267	150.03	410.080	750.15
lgr	3.0093	2.8333	2.7083	2.5322	2.2312	2.1343	2.0094	1.8333	1.5322	1.00937	0.7083
lgμ	1.4176	1.4640	1.5160	1.5827	1.7444	1.7916	1.8452	1.9358	2.1762	2.61287	2.8751

(1)以剪切速率r（s^-1）为横坐标，剪切应力τ(Pa)为纵坐标，绘制该井浆的流变曲线,并判断其流动特性，最接近于何种流变模式。

作τ—r图可知：该钻井液流动特性，最接近于假塑性流体流变模式。

（2）试计算每种剪切速率所对应的井浆表观黏度。μ_a=300θ_N÷N (mPa·s)

计算结果见表中数据

（3）已知在该井段，钻井液在环形空间的平均流速为79.3cm/s，钻井时使用81/2〞(21.6cm)钻头，5〞（12.7cm）钻杆，采用试算确定井浆在环形空间的n、K值。

当r取510-1021.8（S^-1）时 lgu_a=lgK +（n-1）lgr

lgu_a=2.3857-0.3227 lgr

解方程组得：n=0.6773 K=0.3776

检验：r_环=[（2n+1）/3n][12v/（D₂-D₁）=[（2×0.6773+1）/3×0.6773][12×79.3/（21.6-12.7）

=123.9（S^-1）

由于r_环不在510-1021.8（S^-1）范围内，故舍去

当r取102-340（S^-1）时 lgu_a=lgK +（n-1）lgr

lgu_a=2.8706-0.5073lgr

解方程组得：n=0.4927 K=0.4579

检验：r_环=[（2n+1）/3n][12v/（D₂-D₁）=[（2×0.4927+1）/3×0.4927][12×79.3/（21.6-12.7）

=143.6（S^-1）

r_环在102-340（S^-1）范围内，说明n、K值比较准确。即 n=0.4927

K=0.4579

（4）试计算该井浆的卡森模式参数τ和η_∞

τ^1/2=0.493[(6θ₁₀₀)^1/2－θ^1/2₆₀₀]= 0.493[(6×18.5)^1/2－52.3^1/2]=1.632

τ=2.663(Pa)

η_∞^1/2=1.195(θ^1/2₆₀₀－θ^1/2₁₀₀)=1.195(52.3^1/2－18.5^1/2)=3.5

η_∞=12.25(mPa·s)

第四章

1、使用API滤失量测定仪测得1min滤失量为4.5mL,7.5mL滤失量为12.6mL，试计算这种钻井液的瞬时滤失量和API滤失量。

解：据：V_f=V_fo＋b√t

︱4.5= V_fo＋b√1

︱12.6= V_fo＋b√7.5

b=4.659 V_fo=－0.159mL

V_f30=4.659√30－0.159=25.36mL

答：钻井液的瞬时滤失量为－0.159mL，API滤失量为25.36mL。

2、使用某种聚合物钻井液在15″（38.1cm）井眼中钻进，此时井深为1220米，已知所钻遇的地层有约30%的岩石为典型的渗透性砂岩，其余为非渗透性的页岩。

（1）设地层的平均孔隙为0.25，试绘制出钻井液滤失量（m³）随时间（0—24h）的变化曲线。

（2）根据以上计算结果，试求出24h后钻井液对地层的侵入半径（用米表示）

（此题缺条件）

解：设时间为t小时，滤失量为V_f方。

据动滤失方程：V_f=（KA△pt）÷μh_mc V_f与面积A和时间t成正比，即：

V_f=A·t=3.14×38.1×1.22×10⁵×30%×0.25×3600t×10^—6

V_f=0.04 t

t（小时）	1	4	8	12	16	20	24
V_f（m³）	0.04	0.16	0.32	0.48	0.64	0.8	0.96

根据以上计算结果，试求出24h后钻井液对地层的侵入半径（用米表示）。

24小时后: V_f=0.04×24=0.96m³

设24h后钻井液对地层的侵入半径为r

则：π/4·[（D＋2r）²－D²]h= V_f

3.14÷4·[(0.381＋2r)²－0.381²]×1220×30%=0.96÷25%

r=0.086(m)

答：24h后钻井液对地层的侵入半径为0.086米。

第五章

1、使用API重晶石粉将180 m³密度为1.10g/c m³的钻井液加重至密度为1.25g/c m³，若加重后钻井液总体积限制在180m³，试计算：

（1）加重前应废弃多少立方米钻井液？

（2）需加入多少千克重晶石粉？

解：（1）设加重前应废弃V_弃立方米钻井液。

V_重=V_弃

4.2V_弃=（180－V_弃）·4.2·（1.25－1.1）÷(4.2－1.25)

V_弃=8.71(m³)

（2）设需加入W千克重晶石粉。

V_重=V_弃=8.71(m³)

W=4.2 V_重=4.2×8.71=3.66×10⁴(Kg)

答：设加重前应废弃8.71立方米钻井液。需加入3.66×10⁴千克重晶石粉。

第六章

1、欲配制密度为1.06g/c m³的基浆200 m³，试计算膨润土和水的用量。

解：设需膨润土m吨；需水V方。膨润土的密度为2.6g/cm³

则膨润土的体积为200－V

2.6×（200－V）＋1×V=1.06×200

V=192.5(m³)

m=2.6×（200－V）=2.6×（200－192.5）=19.5(吨)

答: 配制密度为1.06g/c m³的基浆200 m³,需膨润土19.5吨；需水192.5方。

2、经检测，钻井液中含有2.5mg/lH₂S，钻井液总体积为220 m³，试计算需加入多少Zn₂(OH)₂CO₃(用kg表示)可将H₂S全部清除？

解：设需加入X千克Zn₂(OH)₂CO₃可将H₂S全部清除

Zn₂(OH)₂CO₃＋ 2H₂S = 2 Zn S↓＋ 3 H₂O＋ CO₂

224 68

X（g） 220×2.5

X=(224×220×2.5)÷68=1811.76(g)=1.812Kg

答：需加入1.812千克Zn₂(OH)₂CO₃可将H₂S全部清除

3、根据滤液分析结果，钻井液中Ca²⁺质量浓度为150mg/l。准备使用NaHCO₃将200 m³钻井液中的Ca²⁺减少至30mg/l,试求进行该项处理所需加入NaHCO₃的量。

解：设进行该项处理所需加入NaHCO₃的量为x千克。

△[Ca²⁺]=150mg/l－30mg/l=120mg/l

Ca²⁺＋OH^－＋NaHCO₃=Ca CO₃↓＋Na^＋＋H₂O

40 84

120×200 x

x =（120×200×84）÷40=50400（g）=50.4(Kg)

答：进行该项处理所需加入NaHCO₃的量为50.4千克。

4、已知配浆水中含有900 mg/l Ca²⁺和400 mg/lMg²⁺,试计算通过沉淀作用清除Ca²⁺和Mg²⁺所需NaOH和Na₂CO₃的质量浓度。除去这两种离子后，钻井液滤液中还含有其它离子吗？

解：设清除Ca²⁺所需Na₂CO₃的质量浓度为C；清除Mg²⁺所需NaOH的质量浓度为C^′。

Ca²⁺＋ Na₂CO₃= CaCO₃＋ 2 Na^＋

40 106

900×1 1×C

C= （900×1×106）÷（40×1）=2385 mg/l

Mg²⁺＋ 2NaOH = Mg（OH）₂↓ ＋2Na^＋

24.3 2×40

400×1 1×C^′

C^′=(400×1×2×40) ÷(24.3×1)=1316.87 mg/l

答：清除Ca²⁺所需Na₂CO₃的质量浓度为2385 mg/l；清除Mg²⁺所需NaOH的质量浓度为1316.87 mg/l。钻井液滤液中还含有H^＋、OH^－、Na^＋离子。

第七章

1、为配制活度平衡的油包水乳化钻井液，需将适量的CaCl₂，加至该钻井液的水相中。已测得页岩中水的活度为0.72，试求CaCl₂ 在水相中的适宜质量浓度（用Kg/ m³表示）。若该钻井液中 f_W =0.25，则每立方米钻井液中需加入多少CaCl₂？

解：已知f_W =0.25 由图7-10可知：当水的活度为0.72时, CaCl₂的质量分数约为27%,设CaCl₂在油基钻井液水相中的浓度为x则：

x÷（1000＋x）=0.27

x=369.9(Kg/m³)

已知1m³钻井液中有0.25m³水相

则: 1m³钻井液中 W _CaCl2= 0.25×369.9=92.48Kg

答：每立方米钻井液中需加入92.48KgCaCl₂。

第八章

1、从除砂器的底流口收集800mL的底流需要24S，并测得底流密度为2.20g/c m³，试计算

该单个除砂器每小时所排除的固相质量和水的体积？

解：已知底流密度ρ_m =2.20g/c m³，设ρ_S=2.6g/c m³，ρ_W=1.0g/c m³

设: 单个除砂器每小时所排除的固相质量为m；水的体积为V

据 ρ_m=ρ_Wf_W＋ρ_Sf_S

2.20=1.0(1－f_S)＋2.6f_S

f_S=0.75

m=(0.8×3600)÷24×0.75×2.6=234Kg/h

V=(0.8×3600)÷24×(1－0.75)=30L/h

答：单个除砂器每小时所排除的固相质量为234Kg；水的体积为30L

2、在密度为1.80g/c m³，的淡水钻井液中，f_S =28.5%，不含油，并测得μ_P =29.5mPa.s,

τ_O=6.7Pa。

（1）试判断该钻井液的流变参数是否合乎要求？

（2）试计算该钻井液中低密度固相的体积分数。

（3）进一步实验测得

（CEC）m=8.4mmol/(100mL),(CEC)e=85mmol/(100g),(CEC)_ds=12mmol/(100g),试求钻井液中膨润土的体积分数。

（4）求钻屑所占的体积分数。

解：已知：ρ=1.80g/cm³ F_s=28.5% f_w=71.5% μ_p=29.5 τ₀=6.7Pa

(1) 由图8-18、图8-19、图8-20可知：ρ=1.80g/cm³ 时，F_s=30% μ_p=19-37（mP·s）

τ₀=3-7（Pa）流变参数合乎要求。

（2）据低密度固相的体积分数公式 f_Lg=2f_s－0.625(ρ_m－1)

f_Lg=2×28.5%－0.625(1.80－1)=0.07 (7%)

(3) 钻井液中膨润土的体积分数

F_c=[(CEC)_m-2.6 f_Lg(CEC)_dS]/2.6[(CEC)_C－(CEC)_dS]

F_c=(8.4-2.6×0.07×12)/2.6×(85-12)=0.033 (3.3%)

(4) f_ds= f_Lg－F_c=0.07－0.033=0.037 (3.7%)

答：流变参数合乎要求；钻井液中低密度固相的体积分数为0.07；膨润土的体积分数为0.033；钻屑所占的体积分数为0.037。

3、由蒸馏实验测得密度为1.56g/c m³的某井浆样品的f_S =31%，试判断井浆的固相含量是否符合要求？为什么？

解：已知：ρ_m=1.56g/cm³ f_S=31%=0.31

则低密度固相的体积分数为 f_Lg=2f_s－0.625(ρ_m－1)

f_Lg=2×0.31－0.625×0.56=0.27

重晶石体积分数f_B=f_S- f_Lg=0.31-0.27=0.04

答：从图8-18可知：ρ_m=1.56g/cm³ 的钻井液所允许的最高固相体积分数f_S=0.24, 低密度固相体积所允许的最高体积分数f_Lg=0.34。因此该钻井液的固相体积分数f_S值过高；低密度固相的体积分数f_Lg含量合理。

4、密度为1.98g/cm³的钻井液以1.26 l/s的流量进入离心机。同时进入的还有密度为1.0g/c m³的水，其流量为0.63 l/s。并测得离心机底流的密度为2.86g/c m³，溢流的密度为1.14g/c m³，已知原钻井液中含有71.3kg/ m³的膨润土和28.5kg/ m³的稀释剂。试计算为保持钻井液性能基本不变，单位时间内需分别在泥浆混合池补充多少膨润土、稀释剂、水和API重晶石粉？

解：（1）由离心机底流的流量公式：q_U=[q_m（ρ_m－ρ₀）－q_W1（ρ₀－ρ_W）]/ （ρ_U－ρ₀）

q_U=[1.26(1.98-1.14)-0.63(1.14-1.0)]/(2.86-1.0)=0.522 l/s

(2)底流中旧浆体积分数：

f_um=（ρ_B－ρ_u）÷[（ρ_B－ρ_m）＋q_W1（ρ_B－ρ_W）/ q_m]

f_um=（4.2－2.86）÷[（4.2－1.98）＋0.631（4.2－1.0）/ 1.26]=0.368

(3)补充剂加量W_i=C_i(q_m- q_m f_m)

则W_土=C_土(q_m- q_U f_um)=71.3(1.26-0.522×0.368)=76.14g/s=4.568Kg/min

(4)稀释剂加理W_稀=C_稀(q_m- q_U f_um)= 28.5(1.26-0.522×0.368)=30.43 g/s=1.826Kg/min

(5)水的补充量：

q_wi=[1.26(4.2-1.98)-0.522(4.2-2.86)-0.07641(4.2÷2.6-1)-0.03043(4.2÷2.6)-1]÷(4.2-1.0) =0.622 l/s=37.32 l/min

(6)重晶石补充量：

W_B=(1.26-0.522-0.622-0.07614÷2.6-0.03043÷2.6)×4.2

=0.075Kg/s=4.5Kg/min

答：每分钟需分别在泥浆混合池补充4.568Kg膨润土、1.826Kg稀释剂、37.32 l水和4.5Kg API重晶石粉。

第九章

1、使用一种分散钻井液在某渗透性气层中钻进，已知气层厚度为30.48m(100ft),井眼直径为15.56cm(6.125in),形成的泥饼厚1.27cm，泥饼磨擦系数为0.10。井内压力比地层压力大13.8MPa。如果直径为12.1cm(4.75in)的钻铤在整个渗透性气层发生了压差卡钻，试问需要多大的力才能使钻铤解卡？

解：已知：k=0.10；D=15.56cm；△P=13.8 MPa；D_铤=12.1cm；泥饼厚b=1.27cm；△H=30.48

求要多大的力才能使钻铤解卡。

据 F=kA（0.1Ρh-P_P）= kA△P

如图：在三角形O₁O₂A中，据余弦定理：

cosB=（a²+c²-b²）/2ac=(1.73²+6.05²-6.51²)/2×1.73×6.05=-0.133

B=arcos(-0.133)=97.64°

α=180°-B=180°-97.64°=82.36°

则A=πD_铤·2α/360°·△H=3.14×12.1×2×82.36°÷360°×3048=52987.55cm²

F= kA△P=0.1×52970.2×13.8=73122.8Kg

答：需要73122.8Kg的力才能使钻铤解卡。

第十章

1、使用塔里木盆地某裂缝性储层岩样进行钻井液损害评价实验，经实验测得，污染前两块岩样的油相渗透率分别为42.5×10^-3μm² 和45.8×10^-3μm²,经常规分散钻井液和低固相暂堵型聚合物钻井液污染后，油相渗透率分别为24.0×10^-3μm²和38.6×10^-3μm² ,试分别计算两种钻井液对渗透率的损害程度和两块岩样的渗透率恢复值。

解：已知K_O=42.5×10^-3μm² ；K_O′=45.8×10^-3μm² ；

K_Op=24.0×10^-3μm² ；K_Op′=38.6×10^-3μm²

求渗透率的损害率K_S

K_S=[1－（K_Op÷K_O）]×100%

K_S=[1－（24.0×10^-3÷42.5×10^-3）]×100%=43.53%

K_S^′=[1－（38.6×10^-3÷45.8×10^-3）]×100%=15.72%

渗透率恢复值1=（24.0×10^-3÷42.5×10^-3）×100%=56.5%

渗透率恢复值2=（38.6×10^-3÷45.8×10^-3）×100%=84.3%

答：两种钻井液对渗透率的损害程度分别为43.53%和15.72%；渗透率恢复值分别为56.5%和84.3%。

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