鉆井液固相含量對鉆井作業(yè)影響及控制

鉆井液固相含量對鉆井作業(yè)的影響與控制石工二班第4組：鄭宏鵬，文模，白玉平周祥，單長征，崔榮浩鉆井液固相含量對鉆井作業(yè)的影響與控制一、鉆井液固相物質(zhì)的定義與分類三、鉆井液的固相控制四、固控技術的優(yōu)化五、總結與感悟二、固相的作用一、鉆井液固相物質(zhì)的定義與分類定義：鉆井液中的固相物質(zhì)主要是指配漿粘土、加重物質(zhì)和其他的固體物質(zhì)，還有鉆進過程中不斷進入鉆井液的巖屑（包括地層粘土）。配漿粘土

巖屑

組分舉例某種水基鉆井液組分為：水+膨潤土+處理劑

100ml5g1g用組分表示的配方為：5%膨潤土漿+1%處理劑5雨霧雨霧雨霧按來源分類按密度分類是否有用分類配漿粘土巖屑密度調(diào)整材料高密度固相（≥2.7g/cm3）重晶石低密度固相（＜2.7g/cm3）鉆屑膨潤土有用固相無用固相(1)重晶石粉(2)石灰石粉3)鐵礦粉和鈦鐵礦粉加重材料——用于提高鉆井液密度的物質(zhì)材料。二、鉆井液固相的作用對鉆井液性能的影響對鉆井工藝的影響對經(jīng)濟效益的影響1、對鉆井液性能的影響（1）影響鉆井液的密度根據(jù)經(jīng)驗公式Fs=0.625(ρm-1)，其中Fs為固相含量體積分數(shù)，ρm表示鉆井液密度。由此可以看出，對于未加重鉆井液，鉆屑含量每增加0.625%，鉆井液密度將增加0.01。（2）影響造壁性隨著鉆井液固相含量的增加，在相同的失水量下，對應的泥餅增厚。1、對鉆井液性能的影響（3）影響流變性影響途徑：增加顆粒之間，顆粒與液相之間的摩擦；固體表面吸收水分，使鉆井液中自由水減少；形成空間網(wǎng)架結構。影響因素：固相含量、顆粒尺寸和固體的活性。（4）影響濾液的性能由于活性固體表面要發(fā)生水解、電離、離子交換等作用，就會使鉆井液的PH值、電解質(zhì)濃度等發(fā)生變化。2、對鉆井工藝的影響（1）影響鉆速由于固相含量增加時易產(chǎn)生“壓持效應”，造成重復破碎，從而機械鉆速下降。（2）引起井下復雜情況由于固相含量增加，摩阻增大、密度增大、泥餅變厚、粘切升高等，就容易造成壓差卡鉆，還易造成壓力激動和抽吸壓力，進而引起井漏或井噴。（3）其它影響由于固相含量增加，容易造成下套管、電測等困難，更易堵塞油氣通道，損害油氣層。3、對經(jīng)濟效益的影響

由于固相含量過高可能導致鉆速下降、卡鉆、井噴，甚至井漏事故，因此一旦井下出現(xiàn)事故復雜，相應的就要增加鉆井成本，從而影響經(jīng)濟效益。

控制鉆井液中固相，就是清除無用固相，保留有用固相。有下列方法：

1、沉降法。指鉆井液循環(huán)到地表時，通過一個面積較大的沉淀池，使較大顆粒固相沉淀下來的方法。

沉降類型圖三、鉆井液的固相控制2、稀釋法

指向鉆液中加入分散介質(zhì)（水、油），使固相含量降低的方法，也有加入分散劑（如鐵鉻鹽），使鉆井液粘度下降，提高其承載鉆屑的能力。存在的缺點是加入清水易使鉆井液性能產(chǎn)生波動，引發(fā)井下事故，一般不用此法，但在一些地層相對穩(wěn)定，粘土分散度較低，且有滲漏現(xiàn)象的地區(qū)，用清水正好補充消耗的鉆井液，只需添加相當數(shù)量的處理劑即可。

3、機械設備法

指通過機械設備將固相顆粒分離出去的方法。包括震動篩、除砂器、除泥器、離心機等。

螺旋卸料沉降離心機1-進料管；2—三角皮帶；3—右軸承；4—螺旋輸送器；5—進料孔；6—機殼；7—轉鼓；8—左軸承；9—行星差速器；10—過載保護器；11—溢流口；12—排渣口

(a)(b)(c)圖4-1旋流除砂(泥)器原理圖（a）1-進漿管；2-溢溜管；3-圓筒體；4-錐形體；5-排砂嘴（c）1-短路溜；2-循環(huán)溜；3-內(nèi)旋流；4-外旋流；5-空氣柱；6-軸向零速面；7-排出外旋流

臥式刮刀卸料離心過濾分離機4、化學控制法

指加入絮凝劑使鉆井液中的固相聚集變大而有利于沉降或機械清除的方法。

絮凝劑主要是水溶性的聚合物。包括PAM（非離子型）、HPAM(陰離子型)和CPAM(陽離子型)，前兩種是通過橋接-蜷曲機理絮凝，陽離子型還增加電性中和機理，效果更好。PAM屬完全絮凝劑，HPAM稱選擇性絮凝劑。四、固控技術的優(yōu)化固控系統(tǒng)存在的不足動力消耗偏高固相控制效率低系統(tǒng)相對復雜設備壽命短，故障多處理效果差現(xiàn)有的固控系統(tǒng)不能滿足新型鉆井技術的要求，并且達不到相應的環(huán)保指標，對鉆井液固控工藝和設備進行改革已經(jīng)成為目前亟待解決的問題如何進行優(yōu)化？？采用由高效振動篩+變頻離心機組成的新型兩級固控系統(tǒng)，可省掉除砂器和除泥器，節(jié)能效果明顯。采用分級過濾技術，徹底改變現(xiàn)有的固控系統(tǒng)，亦可省去除砂器和除泥器等設備。采用真空過濾方式，甚至可以省去振動篩，大大簡化固控系統(tǒng)，減輕井隊發(fā)電機負荷，優(yōu)化泥漿罐配置，從而明顯提高固控效率，增加鉆井的安全性。1、固控系統(tǒng)的簡化和優(yōu)化2、先除氣、再篩分目前，井口返回的鉆井液往往是先經(jīng)過振動篩，然后再進行除氣處理。在進行篩分處理時，大量的氣體溢出，不僅增加了振動篩分的危險性，也嚴重損害了操作人員的身體健康。將專門設計的除氣器設置在首位，首先對井口返回的鉆井液進行脫氣處理，可以降低鉆井液的含氣量，減少有害氣體對人體的危害，減少事故的發(fā)生。3、選擇性固相控制技術應用選擇性固相控制技術，井口返回鉆井液經(jīng)高效振動篩后分為大粒濕鉆屑（>74μm）和過篩液，過篩液由分級過濾機分出三級固相，從粗到細依次為粗鉆屑（74~35μm）、加重固相（35~15μm）和細鉆屑（2~15μm），加重固相經(jīng)分散器分散后重新進入鉆井液體系，粗鉆屑和細鉆屑外排。這樣對鉆井液實現(xiàn)了選擇性固相控制，能清除更多有害固相，特別是粒徑低于加重固相的有害固體顆粒，能夠大幅度提高機械鉆速，降低鉆井液的黏度，降低稀釋水量，減少鉆井液體積。五、總結與感悟當代鉆采工藝不僅為了提高生產(chǎn)效率，更是為了減少污染，降低能耗。鉆井液固控系統(tǒng)的改革是一個從理念到具體實施的過程，涉及多個