钻井液的固相及其含量的控制

1、钻井液的固相及其含量的控制舒 儒 宏(渤海钻探钻井技术服务公司泥浆公司摘要 钻井液的固相含量是指单位体积钻井液中固相物质的质量。钻井液的固相控制，就是使用一切可以利用的手段，最经济地、最大限度的清除在钻井液中的钻屑，目的是维护钻井液性能，减少钻井事故，提高钻速，降低成本。认识钻井液的固相类型、掌握它在钻井液中作用及对它的要求、控制方法等，对今后的工作意义重大。关键词 类型 作用 要求 方法钻井液中的固相，包括人为加入的粘土和加重材料以及钻屑。前两者是钻井液的主要成分，使钻井液具有所需要的性能，后者属于有害成分，使钻井液的性能变坏，如果钻井液中的钻屑过多，将会引起一系列问题。例如：钻井液密度升高

2、，粘切增大，泥饼变厚，会加剧设备的磨损，会影响固井质量，影响测井，损害油气层；也可能引起卡钻，、井漏等井下复杂情况；还会使钻速降低，钻井液维护处理费用增加和钻井总成本增加等。可见，搞好钻井液固相含量的控制，维持有用的固相含量，清除钻屑，对于保证钻井工艺的顺利进行，对于提高钻速和降低成本都是至关重要的。如果将钻井液中的有害固相控制在适当的范围，可以有以下几方面的好处：降低钻井的扭矩和摩阻；减小抽吸压力和压力激动；减小压差卡钻的可能性；减小测井工具的阻卡；可以改善下套管的条件；提高固井质量；延长钻头寿命；减轻设备磨损；增强井眼稳定性；提高钻速；降低钻井液和钻井成本等11方面。一、钻井液中固相的类型

3、1、按照作用可分为(1有用固相：例如粘土和加重材料以及非水溶性或油溶性的化学处理剂。(2有害固相：例如钻屑、劣质土和砂粒等。2、按照尺寸大小(1砂：不能通过200目筛网，即大于74微米的固体。(2淤泥：即2-74微米的固体。(3粘土：即小于2微米的固体。各种颗粒尺寸的API标记法及其在钻井液中的含量类 别固 体 类 型粒径范围/微米对 应 目 数质量分数/%砂粗颗粒200010 中等偏粗颗粒250-200060-10中等偏细颗粒74-250200-60 泥细颗粒44-74325-200 超细颗粒2-44/56-70粘 土胶体颗粒2/3、按照固体的密度可分为(1低密度固体，即密度小于的固体，如粘

4、土和钻屑。(2高密度固体，即密度大于的固体，也就是平时说的加重剂。4、按照反应活性可分为(1活性固体，即容易与水发生反应的或相互之间易发生反应的固体。例如粘土等，活性固体不仅要影响密度、粘切等钻井液性能，还会影响钻井液的PH值、矿化度等滤液性能。(2惰性固体，即不易与其它矿物质发生反应的固体。例如重晶石和石灰石、砂岩等。惰性固体对钻井液的密度和造壁性影响较大，而对钻井液的滤液性能基本无影响。二、钻井液中固相的作用1、对钻井液性能的影响(1影响钻井液的密度：经验公式Fs=0.625(m-1，其中Fs固相含量的体积分数；而m表示钻井液密度。从上面可以看出，对于未加重钻井液，钻屑含量每增加0.625

5、%，钻井液密度将增加。(2影响造壁性：随着钻井液固相含量的增加，在相同的失水量下，对应的泥饼增厚。(3影响流变性：影响途径a、增加颗粒之间，颗粒与液相之间的摩擦；b、固体表面吸收水分，使钻井液中自由水减少；c、形成空间网架结构。所以，随着固相含量的增加，钻井液的粘度，切力上升，其影响程度的大小主要取决于固体含量、颗粒尺寸和固相的表面活性。影响的因素a、固相含量：随着固相含量的增加，钻井液的流动阻力增加，粘切升高。b、颗粒尺寸：在固相含量相同的情况下，颗粒尺寸越小，则固体颗粒的数目越多，所产生的摩擦力越大，因而钻井液的粘切就越高。c、固体的活性：惰性固体只产生纯摩擦，所以对塑性粘度影响较大，而对

6、其它影响较小。然而活性固体不仅产生摩擦，而且与液相之间还要相互作用，所以它不但会影响塑性粘度，而且还要影响其它钻井液性能。(4影响滤液性能：由于活性固体表面要发生水解、电离、离子交换等作用，就会使钻井液的PH值、电解质浓度等发生变化。2、对钻井工艺的影响(1影响钻速，由于固相含量增加时易产生“压持效应”，造成重复破碎，从而机械钻速下降。(2引起井下复杂情况，由于固相含量增加，摩阻增大、密度增大、泥饼变厚、粘切升高等，就容易造成压差卡钻，还易造成压力激动和抽吸压力，进而引起井漏或井喷。(3其它：由于固相含量增加，容易造成下套管、电测等困难，更易堵塞油气通道，损害油气层。3、影响经济效益大家知道，

7、只要井下出现事故复杂，相应的就要增加钻井成本，从而影响经济效益。三、钻井液固相含量的要求钻井液中的固相含量，主要包括膨润土、加重剂和钻屑。1、膨润土含量的要求钻井液的膨润土含量，主要取决于钻井液的流变性、造壁性和悬浮能力的要求。如果膨润土含量太低，不能使钻井液具有一定的粘度、切力，而且不易形成泥饼，因而不能满足携岩、悬浮加重材料和稳定井壁的要求；如果膨润土含量过高，则会导致泥饼过厚、粘度、切力过大，容易引起井下复杂情况。所以，膨润土含量不能过高，也不能过低，优质膨润土的最佳含量应在0.5-3.5%之间。下面介绍下影响钻井液膨润土含量的因素：(1膨润土的质量膨润土的造浆率越高，需要越少。(2钻井

8、液的密度当钻井液的密度高时，总固相含量大，钻井液的粘切高、为保证井下安全，膨润土含量应低点，只要有足够悬浮加重材料的膨润土含量即可；当密度低时，应保持适当高点的膨润土含量。(3钻井液的矿化度钻井液的矿化度高时，膨润土容易聚结，不易水化造浆，此时膨润土含量应适当高点；当矿化度低时，膨润土含量应适当低点。(4钻井液的使用温度：由于高温有助于膨润土的水化分散。因此，在深井高温条件下使用的钻井液，膨润土含量应低点，而在浅井低温条件下应高点。2、加重剂含量的要求加入加重材料，主要为了满足井下对钻井液密度的要求，所以，加重材料的含量是由所需钻井液密度确定的。3、钻屑含量的要求钻屑被认为是有害固相，过多会影

9、响钻井液性能。因此，钻井液中钻屑应越少越好，但考虑到现场实际工艺，钻屑不可能被彻底清除，同时，作为低固相钻井液，如果含有少量钻屑作架桥离子，对钻井液的造壁性是有利的，所以，现场允许钻井液含有少量钻屑，但其含量不能超过膨润土含量的两倍。四、控制钻井液固相含量的方法1、地面沉降法：就是当钻井液循环到地面时，加入包被剂，使钻屑在地面循环罐中被絮凝和沉淀的方法。此方法一般只用于无固相钻井液体系。2、稀释法：就是在钻井液中加入固相很低或无固相的液体的方法。此方法又可分为纯冲稀和部分替换两种方法。3、机械分离法：就是利用固控设备，将钻屑从钻井液中分离出来的方法。现场中多是用此方法，所以，使用好固控设备就显得尤其重要，它关系到一口井的成败。4、化学控制法：就是加入絮凝剂使钻井液中的固相颗粒聚集变大