钻井液固相含量对钻井作业的影响及控制

1、钻井液固相含量对钻井作业的影响与控制石工二班第石工二班第4 4组：组：郑宏鹏，文模，白玉平郑宏鹏，文模，白玉平周祥，单长征，崔荣浩周祥，单长征，崔荣浩钻井液固相含量对钻井作业的影响与控制一、钻井液固相物质的定义与分类三、钻井液的固相控制四、固控技术的优化五、总结与感悟二、固相的作用一、钻井液固相物质的定义与分类一、钻井液固相物质的定义与分类定义：钻井液中的固相物质主要是指配浆粘土、加重物质和其他的固体物质，还有钻进过程中不断进入钻井液的岩屑（包括地层粘土）。 配浆粘土 岩屑 组分举例组分举例某种水基钻井液组分为：某种水基钻井液组分为：水水 + + 膨润土膨润土 + + 处理剂处理剂 100ml

2、 5g 1g用组分表示的配方为：用组分表示的配方为：5%5%膨润土浆膨润土浆+1%+1%处理剂处理剂5雨雾雨雾雨雾按来源分类按密度分类是否有用分类配浆粘土 岩屑 密度调整材料高密度固相（2.7g/cm3）重晶石低密度固相（2.7g/cm3）钻屑 膨润土有用固相 无用固相(1)重晶石粉(2)石灰石粉3)铁矿粉和钛铁矿粉加重材料加重材料 用于提高钻井液密度的物质材料。用于提高钻井液密度的物质材料。二、钻井液固相的作用二、钻井液固相的作用对钻井液性能的影响对钻井工艺的影响对经济效益的影响1、对钻井液性能的影响（1）影响钻井液的密度根据经验公式Fs=0.625(m-1)，其中Fs为固相含量体积分数，m

3、表示钻井液密度。由此可以看出，对于未加重钻井液，钻屑含量每增加0.625%，钻井液密度将增加0.01。（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。1、对钻井液性能的影响（3 3）影响流变性）影响流变性影响途径：增加颗粒之间，颗粒与液相之间的摩擦影响途径：增加颗粒之间，颗粒与液相之间的摩擦 ；固体表面吸收水分，使钻井液中自由水减少；形；固体表面吸收水分，使钻井液中自由水减少；形成空间网架结构。成空间网架结构。影响因素：固相含量、颗粒尺寸和固体的活性。影响因素：固相含量、颗粒尺寸和固体的活性。（4 4）影响滤液的性能）影响滤液的性能由于活性固体表面要发生水解、电离、

4、离子交换等由于活性固体表面要发生水解、电离、离子交换等作用，就会使钻井液的作用，就会使钻井液的PHPH值、电解质浓度等发生变值、电解质浓度等发生变化。化。2、对钻井工艺的影响（1 1）影响钻速）影响钻速由于固相含量增加时易产生由于固相含量增加时易产生“压持效应压持效应”，造成重，造成重复破碎，从而机械钻速下降。复破碎，从而机械钻速下降。（2 2）引起井下复杂情况）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。压

5、力激动和抽吸压力，进而引起井漏或井喷。（3 3）其它影响）其它影响由于固相含量增加，容易造成下套管、电测等困难由于固相含量增加，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。，更易堵塞油气通道，损害油气层。3、对经济效益的影响 由于固相含量过高可能导致钻速下降、卡钻、井喷，甚至井漏事故，因此一旦井下出现事故复杂，相应的就要增加钻井成本，从而影响经济效益。 控制钻井液中固相，就是清除无用固相，保留有用固相。有下列方法： 1、沉降法。指钻井液循环到地表时，通过一个面积较大的沉淀池，使较大颗粒固相沉淀下来的方法。 沉降类型图沉降类型图三、钻井液的固相控制三、钻井液的固相控制2、稀释法、稀

6、释法 指向钻液中加入分散介质（水、油），使固相含量指向钻液中加入分散介质（水、油），使固相含量降低的方法，也有加入分散剂（如铁铬盐），使钻井液降低的方法，也有加入分散剂（如铁铬盐），使钻井液粘度下降，提高其承载钻屑的能力。粘度下降，提高其承载钻屑的能力。 存在的缺点是加入清水易使钻井液性能产生波动，存在的缺点是加入清水易使钻井液性能产生波动，引发井下事故，一般不用此法，但在一些地层相对稳定，引发井下事故，一般不用此法，但在一些地层相对稳定，粘土分散度较低，且有渗漏现象的地区，用清水正好补粘土分散度较低，且有渗漏现象的地区，用清水正好补充消耗的钻井液，只需添加相当数量的处理剂即可。充消耗的钻井液

7、，只需添加相当数量的处理剂即可。 3 3、机械设备法、机械设备法 指通过机械设备将固相颗粒分离出去的方法。包指通过机械设备将固相颗粒分离出去的方法。包括震动筛、除砂器、除泥器、离心机等。括震动筛、除砂器、除泥器、离心机等。 螺旋卸料沉降离心机螺旋卸料沉降离心机 1-进料管；2三角皮带；3右轴承；4螺旋输送器；5进料孔；6机壳；7转鼓；8左轴承；9行星差速器；10过载保护器；11溢流口；12排渣口 (a) (b) (c)图图4-14-1旋流除砂旋流除砂( (泥泥) )器原理图器原理图（a）1-进浆管；2-溢溜管；3-圆筒体；4-锥形体；5-排砂嘴（c）1-短路溜；2-循环溜；3-内旋流；4-外旋

8、流；5-空气柱；6-轴向零速面；7-排出外旋流 卧式刮刀卸料离心过滤分离机4 4、化学控制法、化学控制法 指加入絮凝剂使钻井液中的固相聚集变大而有利指加入絮凝剂使钻井液中的固相聚集变大而有利于沉降或机械清除的方法。于沉降或机械清除的方法。 絮凝剂主要是水溶性的聚合物。包括絮凝剂主要是水溶性的聚合物。包括PAMPAM（非离子（非离子型）、型）、HPAM(HPAM(阴离子型阴离子型) )和和CPAM(CPAM(阳离子型阳离子型) )，前两种是通，前两种是通过桥接过桥接- -蜷曲机理絮凝，阳离子型还增加电性中和机理，蜷曲机理絮凝，阳离子型还增加电性中和机理，效果更好。效果更好。PAMPAM属完全絮凝

9、剂，属完全絮凝剂，HPAMHPAM称选择性絮凝剂称选择性絮凝剂 。n CH2CHCONH2n CH2CH2On CH2CHCOONan CH2CHSO3Hn CH2CHCONHCH2SO3Hn CH2CHCONHCH2NRRn CH2COOCH2CH2NCRRR离子类离子类型型聚聚 合合 法法聚聚 合合 物物 名名 称称结结 构构 式式非离子非离子型型乙烯聚合乙烯聚合聚丙烯酰胺聚丙烯酰胺聚氧化乙烯聚氧化乙烯阴离子阴离子型型乙烯聚合乙烯聚合高分子反高分子反应应聚丙烯酸钠聚丙烯酸钠聚苯乙烯磺酸聚苯乙烯磺酸聚磺化聚磺化甲基化聚丙烯酰胺甲基化聚丙烯酰胺阳离子阳离子型型高分子反高分子反应应聚胺基甲基聚丙

10、烯酰聚胺基甲基聚丙烯酰胺胺乙烯聚合聚丙烯酸乙烯聚合聚丙烯酸二烷基胺乙脂二烷基胺乙脂四、固控技术的优化四、固控技术的优化固控系统存在的不足动力消耗偏高固相控制效率低系统相对复杂设备寿命短，故障多处理效果差现有的固控系统不能满足新型钻井技术的要求，并且达不到相应的环保指标，对钻井液固控工艺和设备进行改革已经成为目前亟待解决的问题如何进行优化？ 采用由高效振动筛采用由高效振动筛+ + 变频离心机组成的新型变频离心机组成的新型两级固控系统，可省掉除砂器和除泥器，节两级固控系统，可省掉除砂器和除泥器，节能效果明显。能效果明显。 采用分级过滤技术，彻底改变现有的固控系采用分级过滤技术，彻底改变现有的固控系

11、统，亦可省去除砂器和除泥器等设备。统，亦可省去除砂器和除泥器等设备。 采用真空过滤方式，甚至可以省去振动筛，大大简采用真空过滤方式，甚至可以省去振动筛，大大简化固控系统，减轻井队发电机负荷，优化泥浆罐配化固控系统，减轻井队发电机负荷，优化泥浆罐配置，从而明显提高固控效率，增加钻井的安全性置，从而明显提高固控效率，增加钻井的安全性。1 1、固控系统的简化和优化、固控系统的简化和优化2 2、先除气、再筛分、先除气、再筛分 目前，井口返回的钻井液往往是先经过振动筛，然目前，井口返回的钻井液往往是先经过振动筛，然后再进行除气处理。在进行筛分处理时，大量的气体溢后再进行除气处理。在进行筛分处理时，大量的

12、气体溢出，不仅增加了振动筛分的危险性，也严重损害了操作出，不仅增加了振动筛分的危险性，也严重损害了操作人员的身体健康。将专门设计的除气器设置在首位，首人员的身体健康。将专门设计的除气器设置在首位，首先对井口返回的钻井液进行脱气处理，可以降低钻井液先对井口返回的钻井液进行脱气处理，可以降低钻井液的含气量，减少有害气体对人体的危害，减少事故的发的含气量，减少有害气体对人体的危害，减少事故的发生。生。3 3、选择性固相控制技术、选择性固相控制技术 应用选择性固相控制技术，井口返回钻井液经高效应用选择性固相控制技术，井口返回钻井液经高效振动筛后分为大粒湿钻屑（振动筛后分为大粒湿钻屑（74 m74 m）

13、和过筛液，过筛）和过筛液，过筛液由分级过滤机分出三级固相，从粗到细依次为粗钻屑液由分级过滤机分出三级固相，从粗到细依次为粗钻屑（7435 m7435 m）、加重固相（）、加重固相（3515 m3515 m）和细钻屑（）和细钻屑（215 m215 m），加重固相经分散器分散后重新进入钻井液），加重固相经分散器分散后重新进入钻井液体系，粗钻屑和细钻屑外排。这样对钻井液实现了选择体系，粗钻屑和细钻屑外排。这样对钻井液实现了选择性固相控制，能清除更多有害固相，特别是粒径低于加性固相控制，能清除更多有害固相，特别是粒径低于加重固相的有害固体颗粒，能够大幅度提高机械钻速，降重固相的有害固体颗粒，能够大幅度提高机械钻速，降低钻井液的黏度，降低稀释水量，减少钻井液体积。低钻井液的黏度，降低稀释水量，减少钻井液体积。五、总结与感悟五、总结与感悟 当代钻采工艺不仅为了提高生产效率，更是为了减当代钻采工艺不仅为了提高生产效率，更是为了减少污染，降低能耗。钻井液固控系统的改革是一个从理少污染，降低能耗。钻井液固控系统的改革是一个从理念到具体实施的过程，涉及多个学科的知识和技术，要念到具体实施的过程，涉及多个学科的知识和技术，要真正实现工业应用，还需要人们进一步的探索