最新石油钻井固相控制技术[渤海钻探第一钻井公司李富]

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1、钻井液中的固相含量控制技术李富摘要：队与钻井行业来说，钻井液中的固相含量意味着一棵树上的细菌一样，所以说控制好钻井液中的固相含量是历来比较关注的一道难题。怎么才能更有效的控制好钻井液中的固相含量呢，这是打一口井成败的关键需所在，对此做了一些小小的研究，认清钻井液中的固相物质，了解固相物质对钻井液的影响，懂得固相控制设备的原理，再布置好固控设备。关键词：固相固控设备布置一、钻井液中的固相物质钻井液中的固相物质主要是指配浆粘土、加重物质、钻屑和某些其它的固体物质。钻井液中的固相物质就其来源划分，有配浆粘土、岩屑、加

2、重物质和处理剂中的固相物质等。1、按固相物质的密度分，有高密度的，密度在4.2g/cm3以上，有低密度的，密度为2.5－3.0g/cm3。前者主要是指重晶石和其它加重材料。后者主要是指膨润土和岩屑，一般认为其平均密度为2.6g/cm3。2、根据其在水中的作用方式和其在水中离子的作用方式，低密度固相又可进一步分成活性固相和惰性固相两类。活性固相—是指容易发生水化作用，或者能与液相中的其它发生反应的固相。这类固相具有高的表面活性和高的比表面积，电化学性质比较活泼，泥浆中粘土颗粒之间、粘土与离子间、粘土与聚合物间结合

3、紧密。这类固相的作用是调节钻井液性能，所以也称为有用固相。惰性固相—是指对周围环境的变化没有反应、表面没有电荷、不发生电化学反应的固相。包括砂子、燧石、石灰石、白云岩、某些页岩和许多矿物的混合物。它们聚集在一起，压缩活性固相、聚结使粘度升高，引起钻井液性能的改变。这类固相在钻井液中　是没有用的，所以也称为无用固相。无用固相的颗粒尺寸大于15μm时，对循环设备有磨蚀作用，因此又称它为有害固相。3、就颗粒尺寸而言，按API标准可分为：粘土或胶体颗粒：尺寸小于2μm泥、粉砂：　　　尺寸在2－74μm砂子：　　　　　尺

4、寸大于74μm如果用筛网检验颗粒的话，凡是不能通过200目筛网（API标准检验筛）的固相颗粒为砂子。　二、固相物质对钻井液性能的影响固相的类型、颗粒的大小和形状及含量对钻井液性能都有影响。1、钻井液的密度和固相含量有关。固相含量越高，钻井液的密度越大。2、钻井液的粘度与固相含量、固相颗粒的尺寸和固相的性质有关。对同一钻井液来说，固相含量增大，钻井液的粘度升高；颗粒分散的越细，钻井液的粘度越高；固相的吸水性越强，钻井液的粘度也越高，钻井液的流动性变差。3、钻井液中固相含量高，泥饼虚厚，滤失量增大，易造成地层的膨胀

5、、缩径、剥落坍塌，导致起下钻遇阻遇卡，固井质量不好。4、钻井液中固相含量高，摩擦系数高，易发生粘附卡钻和井塌卡钻事故。二、固相物质对钻速的影响钻井实践证明：水是钻速最快的钻井液。当水中加入固相物质之后中将导致钻速降低。钻井液中固相物质的类型、固相的含量和固相颗粒的大小与性质等与钻井速度息息相关。钻井工作者通过大量的研究工作总结出钻井液固相含量对钻井　速度的影响的三条规律：1、钻速随固相含量升高而降低，如设清水的钻速为100，固相含量升高至7%时钻速降低了50%，即降为原来的一半。从大量的统计资料得出，固相含量每

6、降低1%，钻速至少可降低10%。2、在不同的固相范围内，钻速随固相含量降低而升高的幅度不同。钻井液固相含量在7%（密度约为1.08g/cm3）以下时，钻速提高得很快；而当固相含量超过7%时，降低固相含量以提高钻井速度的效果却不明显。例将钻井液密度从1.20g/cm3降至1.10g/cm3，即降低0.1g/cm3，钻速仅提高64%；而从1.20g/cm3降至1.08g/cm3，密度降低0.12g/cm3，钻速却提高了100%。3、钻井液中的固相含量相同，若粘度不同，对钻速的影响也不同。这主要是由于钻井中固相颗粒的

7、粒度分布特性不同造成的。钻井液中细颗粒的含量越高，对钻速的影响越大。实验表明：小于1μm的亚微米颗粒对钻速的影响比1μm以上的粗颗粒对钻速的影响大12倍还要多。亚微米颗粒对钻速的影响在硬地层中更为明显。钻井液中的固相含量、类型和颗粒大小的变化都将导致其粘度的变化，进而影响钻速。Eckels【1】通过实验研究提出：在所有其它条件等同的情况下，钻速的变化主要取决于液体流动的雷诺数。雷诺数的计算公式为：　　　　　　　Re=KpvD/μ(2-1)式中：K－常数；p－钻井液密度；v－钻井液流速；D－喷嘴直径；μ－钻井液粘

8、度，钻头高剪切速率下的粘度。公式表明：雷诺数与钻井液粘度成反比。Eckels的研究还表明：对多数钻井条件来说，钻速随雷诺数的0.45次幂变化。因此有R2＝R1（Re2/Re1）0.45(2-2)式中：R1－雷诺数为Re1时的钻速；R2－雷诺数为Re2时的钻速；对钻井液来说，塑性粘度在一定程度上能够代表高剪切速率下的粘度，因此可用塑性粘度作用钻头卡森极限粘度，于是式(2-2)可变为R2＝