鉆井液固控系統(tǒng)院士講座

1、12 石油鉆井機(jī)械與裝備為油氣鉆井工程服務(wù)； 鉆井工程為油氣勘探開發(fā)服務(wù)； 鉆井液技術(shù)為鉆井工程服務(wù) 為滿足油氣鉆井工程技術(shù)不斷提高的要求, 石油鉆井機(jī)械與裝備得到不斷發(fā)展； 石油鉆井機(jī)械與裝備的發(fā)展保證和促進(jìn)了鉆井工程技術(shù)發(fā)展；3鉆井工程為油氣勘探開發(fā)服務(wù)鉆井工程為油氣勘探開發(fā)服務(wù), ,對(duì)所設(shè)計(jì)的探井或開發(fā)生產(chǎn)井對(duì)所設(shè)計(jì)的探井或開發(fā)生產(chǎn)井: : 打得成打得成( (消除、減少井下復(fù)雜與事故消除、減少井下復(fù)雜與事故, ,保證鉆井本身安全及保證鉆井本身安全及公共安全，保證把井到到設(shè)計(jì)井深與層位公共安全，保證把井到到設(shè)計(jì)井深與層位) ) 打得快打得快( (提高機(jī)械鉆速；消除、減少井下復(fù)雜與事故提高機(jī)

2、械鉆速；消除、減少井下復(fù)雜與事故) ) 打得好打得好( (井身質(zhì)量好；井眼軌跡合符要求；保護(hù)油氣層井身質(zhì)量好；井眼軌跡合符要求；保護(hù)油氣層) ) 打得省打得省( (成本合理成本合理) ) 核心：核心：減少井下復(fù)雜與事故減少井下復(fù)雜與事故; ;提高機(jī)械鉆速提高機(jī)械鉆速, ,這是一個(gè)系這是一個(gè)系統(tǒng)工程，而鉆井液技術(shù)是其關(guān)健之一統(tǒng)工程，而鉆井液技術(shù)是其關(guān)健之一4一一. .鉆井液與固相控制鉆井液與固相控制. .鉆井液及其功能鉆井液及其功能 滿足鉆井工程需要，解決鉆井中的難題，幫助鉆滿足鉆井工程需要，解決鉆井中的難題，幫助鉆井新技術(shù)實(shí)現(xiàn)井新技術(shù)實(shí)現(xiàn),在鉆井中循環(huán)應(yīng)用的流體。在鉆井中循環(huán)應(yīng)用的流體。1.滿

3、足鉆井工程的基本需要：滿足鉆井工程的基本需要：建立循環(huán)：清洗井底、帶出鉆屑，懸浮鉆屑建立循環(huán)：清洗井底、帶出鉆屑，懸浮鉆屑對(duì)付地層流體（油、氣、水）對(duì)付地層流體（油、氣、水）冷卻鉆頭冷卻鉆頭52.防止和解決鉆井過程（包括使用泥漿本身）所產(chǎn)生的困難和防止和解決鉆井過程（包括使用泥漿本身）所產(chǎn)生的困難和復(fù)雜問題復(fù)雜問題:井漏、井壁不穩(wěn)定井漏、井壁不穩(wěn)定(縮徑、井塌、井壁掉塊縮徑、井塌、井壁掉塊)，傷害油層傷害油層,壓差卡鉆壓差卡鉆;井筒壓力控制井筒壓力控制。3.保證鉆井技術(shù)的進(jìn)步和促進(jìn)鉆井技術(shù)的發(fā)展保證鉆井技術(shù)的進(jìn)步和促進(jìn)鉆井技術(shù)的發(fā)展 傳遞動(dòng)力、能量，參與破巖：高壓噴散鉆井水力破巖，傳遞動(dòng)力、能

4、量，參與破巖：高壓噴散鉆井水力破巖，井下動(dòng)力鉆具井下動(dòng)力鉆具; ;信號(hào)傳輸（信號(hào)傳輸（MWD,LWDMWD,LWD），解決大位井、分支井、），解決大位井、分支井、特殊井的摩阻問題特殊井的摩阻問題 6.鉆井液(泥漿)性能1.鉆井液密度所鉆井眼內(nèi)壓力控制：即泥漿柱壓力P泥（由泥漿靜密度+循環(huán)當(dāng)量密度決定）、地層流體壓力P地，井壁地層坍塌壓力P塌，地層破裂壓力P破（有時(shí)表現(xiàn)為為承壓能力或漏失壓力），之間保持一個(gè)合理的關(guān)系，是保證優(yōu)質(zhì)、快速、安全（減少井下復(fù)雜與事故）鉆井的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。鉆井過程中不可避免產(chǎn)生的井下復(fù)雜情況，在本質(zhì)上與它緊密相關(guān)，它與井下漏、噴、塌、卡直接相關(guān)，與鉆速密切相關(guān)，與泥漿流變

5、性、造壁性、抑制性等主要性能密切相關(guān)。因此合理的泥漿密度是現(xiàn)代鉆井技術(shù)的首要問題，也是至今國(guó)內(nèi)外都沒有完全解決，又急待解決的重大技術(shù)難題。7鉆井液密度：一般1.002.50（已過關(guān)）低壓欠平衡鉆井：01.00（基本過關(guān)）超高壓（國(guó)內(nèi)）鉆井：2.503.00（難點(diǎn)） 這是泥漿工藝技術(shù)之一，主要困難是受泥漿流變性及加重劑密度所限制。8 2.鉆井液流變性為起到攜帶鉆屑，懸浮鉆屑，懸浮重晶石，有效傳遞動(dòng)壓和水馬力，（減少沿程壓降）的作用,及減小或消除其副面作用，鉆井液必須要有合符要求的流變性： 適合于泥漿的流變性：常用的（本構(gòu)方程） 賓漢流型： 冪律流型： 卡森流型：不同泥漿適用于不同的本構(gòu)關(guān)系，而冪

6、律最常用，賓漢次之。9泥漿必須的流變性及表征參數(shù) 表觀粘度：漏斗粘度： 流變參數(shù)：塑性粘度、動(dòng)切應(yīng)力、流型指數(shù)、稠度系數(shù)、極限粘度 靜切應(yīng)力：（懸浮能力） 觸變性 剪切稀釋性： 它必然是非牛頓流體和結(jié)構(gòu)性流體流變性與溫度，壓力和泥漿礦化度（含鹽）有密切關(guān)系，必須專題研究。103.鉆井液的造壁性失水造壁性的概念(失水、泥餅) 當(dāng)鉆井液與井壁巖石接觸時(shí)，在壓差作用下鉆井液將進(jìn)入井壁地層，巖石孔隙、裂縫尺寸大于泥漿中各種粒子，則泥漿進(jìn)入地層（漏失）；若巖石孔隙裂縫尺寸小于泥漿中大部分固相粒子，則泥漿向地層發(fā)生濾失。在濾失過程中泥漿固相在地層井壁表面發(fā)生過濾，其固相粒子沉積其上形成濾餅（泥餅），過濾過

7、去的液相稱為失水（濾失量）。這個(gè)濾失過程是一客觀存在，它對(duì)井壁穩(wěn)定，油層保護(hù)、防止壓差卡鉆有直接關(guān)系，必須嚴(yán)加控制（低失水，好泥餅），因此就產(chǎn)生了泥漿的“失水造壁性”這個(gè)特殊的重要性能。114、抑制性、抑制性這是關(guān)系到井壁穩(wěn)定，油層損害與保護(hù)，泥漿自身這是關(guān)系到井壁穩(wěn)定，油層損害與保護(hù)，泥漿自身性能及其穩(wěn)定的重要性質(zhì)；性能及其穩(wěn)定的重要性質(zhì)；抑制性是指泥漿本身對(duì)粘土水化、膨脹、分散作用抑制性是指泥漿本身對(duì)粘土水化、膨脹、分散作用的抑制性。的抑制性。如何盡可能提高抑制性一直是泥漿技術(shù)的重點(diǎn)和難如何盡可能提高抑制性一直是泥漿技術(shù)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，至今并未完全達(dá)到所希望的水平。點(diǎn)，至今并未完全達(dá)到所希望

8、的水平。 使用油基泥漿的初衷也是基于這一考慮。使用油基泥漿的初衷也是基于這一考慮。125.封堵性封堵性(封堵能力封堵能力): 這是關(guān)系到井壁穩(wěn)定，油層損害與保護(hù)，提高地層承壓能力這是關(guān)系到井壁穩(wěn)定，油層損害與保護(hù)，提高地層承壓能力的重要性質(zhì)；的重要性質(zhì)； 封堵性能是指泥漿封堵性能是指泥漿(通過其某些組分通過其某些組分)借助物理、化學(xué)借助物理、化學(xué)等作等作用對(duì)井壁地層的微裂縫用對(duì)井壁地層的微裂縫,孔隙喉道進(jìn)行填充、封堵的能力。孔隙喉道進(jìn)行填充、封堵的能力。 如何盡可能提高泥漿封堵能力目前是泥漿技術(shù)發(fā)展的重點(diǎn)和如何盡可能提高泥漿封堵能力目前是泥漿技術(shù)發(fā)展的重點(diǎn)和難點(diǎn)，至今并未完全達(dá)到所希望的水平。

9、難點(diǎn)，至今并未完全達(dá)到所希望的水平。136.潤(rùn)滑性：潤(rùn)滑性： 泥并潤(rùn)滑性、極壓潤(rùn)滑性泥并潤(rùn)滑性、極壓潤(rùn)滑性，深井、高密度泥漿；水平井、，深井、高密度泥漿；水平井、大位移井、分支井必須要的特性大位移井、分支井必須要的特性7、其它：、其它： PH、含砂量、含砂量 隨鉆井技術(shù)的發(fā)展而不斷變化隨鉆井技術(shù)的發(fā)展而不斷變化14. .鉆井液類型鉆井液類型它分為水基、油基、氣基幾大類，我國(guó)現(xiàn)在以水基鉆它分為水基、油基、氣基幾大類，我國(guó)現(xiàn)在以水基鉆井液為主。井液為主。 水基鉆井液水基鉆井液: :是以粘土為分散相在水中穩(wěn)定的多級(jí)分散是以粘土為分散相在水中穩(wěn)定的多級(jí)分散體系。屬于膠體體系。屬于膠體, ,懸浮體混合分

10、散體系（懸浮體混合分散體系（0.050.0511）。）。 基本組成：水基本組成：水+ +粘土粘土+ +各種處理劑各種處理劑+ +專用材料專用材料 油基鉆井液：油基鉆井液：它是以有機(jī)土或其它油分散固體為分散相它是以有機(jī)土或其它油分散固體為分散相在油中的穩(wěn)定的多級(jí)分散體系。屬于油的膠體在油中的穩(wěn)定的多級(jí)分散體系。屬于油的膠體懸浮體混懸浮體混合分散體系；合分散體系； 基本組成：油（代用品基本組成：油（代用品)+)+有機(jī)土（油分散固相）有機(jī)土（油分散固相）+ +處處理劑理劑+ +專用材料（加重專用材料（加重） 氣基鉆井液氣基鉆井液：以氣體（空氣、氮?dú)?、天然氣）為基礎(chǔ)，：以氣體（空氣、氮?dú)?、天然氣）為?/p>

11、礎(chǔ)，霧、（泡沫）霧、（泡沫）15. .水基泥漿發(fā)展過程水基泥漿發(fā)展過程1.自然泥漿體系自然泥漿體系 水在鉆井中地層自然造漿水在鉆井中地層自然造漿2細(xì)分散泥漿體系細(xì)分散泥漿體系：以分散劑保證配漿般土高度分散來實(shí)現(xiàn)泥漿體：以分散劑保證配漿般土高度分散來實(shí)現(xiàn)泥漿體系的建立和功能的實(shí)現(xiàn)系的建立和功能的實(shí)現(xiàn)3.粗分散泥漿體系粗分散泥漿體系：以分散劑：以分散劑+無機(jī)聚凝劑，以保證般土的適度分無機(jī)聚凝劑，以保證般土的適度分散（按要求），來實(shí)現(xiàn)泥漿體系的建立和功能的實(shí)現(xiàn)散（按要求），來實(shí)現(xiàn)泥漿體系的建立和功能的實(shí)現(xiàn)4.聚合物不分散泥漿體系聚合物不分散泥漿體系：以有機(jī)高分子處理劑為主，控制造漿般：以有機(jī)高分子處

12、理劑為主，控制造漿般土的分散度，利用聚合物的聚凝土的分散度，利用聚合物的聚凝,包被作用，抑制地層粘土造漿，包被作用，抑制地層粘土造漿，以保持低固相來建立的泥漿體系以保持低固相來建立的泥漿體系5.無粘土相泥漿體系無粘土相泥漿體系：利用特種聚合物代替般土來建立泥漿體系和：利用特種聚合物代替般土來建立泥漿體系和實(shí)現(xiàn)功能（還未實(shí)現(xiàn)）實(shí)現(xiàn)功能（還未實(shí)現(xiàn)）16. .固相控制技術(shù)固相控制技術(shù) 鉆井的理論和實(shí)踐表明，必須把在鉆井過程中鉆井的理論和實(shí)踐表明，必須把在鉆井過程中( (必然必然) )混入泥混入泥漿的各類地層固相漿的各類地層固相( (包括地層鉆屑、井壁坍塌物包括地層鉆屑、井壁坍塌物) ) 及時(shí)、有效的

13、從泥漿及時(shí)、有效的從泥漿中清除出去，才能維護(hù)泥漿性能和保證鉆井工程安全、順利、快速的進(jìn)中清除出去，才能維護(hù)泥漿性能和保證鉆井工程安全、順利、快速的進(jìn)行行, ,保證鉆井目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。保證鉆井目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。 固相控制固相控制( (簡(jiǎn)稱為固控，現(xiàn)場(chǎng)上也習(xí)慣稱其為泥漿凈化簡(jiǎn)稱為固控，現(xiàn)場(chǎng)上也習(xí)慣稱其為泥漿凈化) )。 固相控制裝置固相控制裝置 固相控制固相控制( (裝置裝置) )系統(tǒng)系統(tǒng) 固相控制技術(shù)技術(shù)固相控制技術(shù)技術(shù)17二、泥漿中固相對(duì)泥漿性能與功能的影響二、泥漿中固相對(duì)泥漿性能與功能的影響 (為什么要固控為什么要固控,以水基泥漿為例以水基泥漿為例) .鉆井液中必須含有的固相鉆井液中必須含有的固相 (

14、必須保留在泥漿中有用固相必須保留在泥漿中有用固相) 鉆井液中固相以顆粒存在鉆井液中固相以顆粒存在,顆粒的大小不等，大小固相顆顆粒的大小不等，大小固相顆粒的含量也不等。固相顆粒的大小稱為粒度粒的含量也不等。固相顆粒的大小稱為粒度(即粗細(xì)程度即粗細(xì)程度)。各種大小固相顆粒占固相總量的百分?jǐn)?shù)比稱為級(jí)配各種大小固相顆粒占固相總量的百分?jǐn)?shù)比稱為級(jí)配(級(jí)數(shù)分級(jí)數(shù)分配配)。 181.造漿搬土造漿搬土 目前鉆井液必須使用搬土，目前鉆井液必須使用搬土，而且搬土必須高度分散（粒而且搬土必須高度分散（粒徑徑1-2m)，成為一種搬土在水中高度分散的多級(jí)分散膠成為一種搬土在水中高度分散的多級(jí)分散膠體體-懸浮體，此分散體

15、系的穩(wěn)定性及內(nèi)部結(jié)構(gòu)狀態(tài)是體系的懸浮體，此分散體系的穩(wěn)定性及內(nèi)部結(jié)構(gòu)狀態(tài)是體系的宏觀性能的內(nèi)在依據(jù)，宏觀性能的內(nèi)在依據(jù)，必須靠各種化學(xué)處理劑（分散度穩(wěn)必須靠各種化學(xué)處理劑（分散度穩(wěn)定劑、分散劑、護(hù)膠劑）來實(shí)現(xiàn)定劑、分散劑、護(hù)膠劑）來實(shí)現(xiàn),分散穩(wěn)定劑的種類及其作分散穩(wěn)定劑的種類及其作用機(jī)理不同，即決定了泥漿不同的類型。用機(jī)理不同，即決定了泥漿不同的類型。2.泥漿泥漿加重材料加重材料 重晶石粉重晶石粉(200目目) 碳酸鈣粉碳酸鈣粉(200目目) 鐵礦粉鐵礦粉(200目目)19、無用、無用(有害有害)固相固相 泥漿在使用中必然有大量地層鉆屑和井壁坍塌物混入，泥漿在使用中必然有大量地層鉆屑和井壁坍塌

16、物混入，且必然被分散磨細(xì)，成為粒徑大小不等的微粒，其中石灰且必然被分散磨細(xì)，成為粒徑大小不等的微粒，其中石灰炭、花崗巖等可能達(dá)到幾百微粒炭、花崗巖等可能達(dá)到幾百微粒(100-200目目); 而泥頁(yè)巖中粘土混入，混入泥漿的大量粘土，而泥頁(yè)巖中粘土混入，混入泥漿的大量粘土，也因也因水化作用和泥漿中膠體穩(wěn)定劑的作用而高度的分散，水化作用和泥漿中膠體穩(wěn)定劑的作用而高度的分散，使體使體系成為膠體系成為膠體半膠體半膠體懸浮體的多級(jí)分散體系懸浮體的多級(jí)分散體系(達(dá)到微米達(dá)到微米級(jí)級(jí))。這種作用叫地層或巖屑造漿，這種作用叫地層或巖屑造漿，它使泥漿中粘土含量它使泥漿中粘土含量不斷升高，從而泥漿性能及其功能發(fā)揮帶

17、來十分不利的影不斷升高，從而泥漿性能及其功能發(fā)揮帶來十分不利的影響，響，成為泥漿技術(shù)必須解決的重大問題。成為泥漿技術(shù)必須解決的重大問題。20、無用、無用(有害有害)固相對(duì)泥漿性能與功能的不利影響固相對(duì)泥漿性能與功能的不利影響1.增加泥漿粘度增加泥漿粘度 石灰炭、花崗巖等固相的侵入對(duì)石灰炭、花崗巖等固相的侵入對(duì)泥漿粘度增加的增加影響不大泥漿粘度增加的增加影響不大; 而泥頁(yè)巖中混入粘土，因水化作用產(chǎn)生地層或巖屑造漿，它使泥漿而泥頁(yè)巖中混入粘土，因水化作用產(chǎn)生地層或巖屑造漿，它使泥漿中粘土含量不斷升高，中粘土含量不斷升高，可能造成井漿的粘度大幅度上升可能造成井漿的粘度大幅度上升,甚致喪失流動(dòng)甚致喪失

18、流動(dòng)性、無法維持正常鉆進(jìn)性、無法維持正常鉆進(jìn),引發(fā)事故并大大增加泥漿維護(hù)成本。引發(fā)事故并大大增加泥漿維護(hù)成本。這在深井這在深井(5000M)、高溫、高溫(180)、重泥漿、重泥漿(密度密度2.00)的情況下引起的粘度上的情況下引起的粘度上升升,至今仍是未解決的重大技術(shù)難題。至今仍是未解決的重大技術(shù)難題。固相固相(粘土粘土)含量越大含量越大,其分散度越其分散度越高高(顆粒越細(xì)顆粒越細(xì))對(duì)對(duì)泥漿粘度增加泥漿粘度增加越大。越大。212.泥餅質(zhì)量變差、增厚，將導(dǎo)致井下復(fù)雜情況泥餅質(zhì)量變差、增厚，將導(dǎo)致井下復(fù)雜情況。 鉆井液的功能之一是在井壁周圍形成泥餅。若鉆井液中鉆井液的功能之一是在井壁周圍形成泥餅。

19、若鉆井液中的巖屑增多將導(dǎo)致泥餅變厚，而這種泥餅質(zhì)地松軟的巖屑增多將導(dǎo)致泥餅變厚，而這種泥餅質(zhì)地松軟(特別是分特別是分散的巖屑在泥餅中容易形成厚而松的假泥餅散的巖屑在泥餅中容易形成厚而松的假泥餅): 在厚泥餅使井徑變小后，必然增加鉆柱運(yùn)動(dòng)阻力，摩在厚泥餅使井徑變小后，必然增加鉆柱運(yùn)動(dòng)阻力，摩擦系數(shù)增大，致使鉆柱扭矩增大；擦系數(shù)增大，致使鉆柱扭矩增大；打定向井、水平井、大位打定向井、水平井、大位移井時(shí)問題更為突出移井時(shí)問題更為突出,甚至鉆井無法進(jìn)行。甚至鉆井無法進(jìn)行。 起下鉆時(shí)掛卡情況加劇，特別有假泥餅時(shí)情況更壞，起下鉆時(shí)掛卡情況加劇，特別有假泥餅時(shí)情況更壞，其結(jié)果導(dǎo)致動(dòng)力消耗增大、鉆柱壽命縮短、

20、鉆具事故增多。其結(jié)果導(dǎo)致動(dòng)力消耗增大、鉆柱壽命縮短、鉆具事故增多。22容易引起壓差卡鉆。容易引起壓差卡鉆。 若在滲透性地層這種泥餅會(huì)更厚若在滲透性地層這種泥餅會(huì)更厚,一但鉆具不居中一但鉆具不居中,則陷入泥餅中則陷入泥餅中,泥泥餅越厚陷入面積越大餅越厚陷入面積越大,此時(shí)鉆柱就會(huì)受井內(nèi)鉆井液液柱壓力與地層壓力之此時(shí)鉆柱就會(huì)受井內(nèi)鉆井液液柱壓力與地層壓力之間的壓差作用而被緊緊地壓在井壁上間的壓差作用而被緊緊地壓在井壁上,而無法拔出而無法拔出(壓差卡鉆壓差卡鉆)。這在深井、這在深井、高溫、重泥漿情況下至今仍是未很好解決的重大技術(shù)難題。高溫、重泥漿情況下至今仍是未很好解決的重大技術(shù)難題。打斜井或定打斜井

21、或定向井時(shí)問題更為突出。向井時(shí)問題更為突出。泥餅厚度對(duì)鉆柱粘附面積的影響泥餅厚度對(duì)鉆柱粘附面積的影響23 3.降低機(jī)械鉆速，降低機(jī)械鉆速，如圖所示: 固相含量每降低l%，每只鉆頭的進(jìn)尺數(shù)即可提高710%； 固相含量在10%范圍內(nèi)時(shí)，鉆頭的消耗數(shù)幾乎隨固相含量的增加呈線性增加;表明鉆頭消耗量隨鉆井液固相含增加而劇增，即鉆頭壽命縮短。 鉆一口井所需時(shí)間(即鉆進(jìn)時(shí)間)也隨固相含量的增加而增加。 鉆頭消耗數(shù)1020304050607050100150200250051015123鉆頭進(jìn)尺 (m)鉆井液固相含量 (%)1-鉆頭進(jìn)尺；2-鉆進(jìn)時(shí)間；3-鉆頭消耗數(shù)24研究發(fā)現(xiàn)研究發(fā)現(xiàn):所有固相顆粒都影響機(jī)械

22、鉆速所有固相顆粒都影響機(jī)械鉆速而粘土影響最大而粘土影響最大,以以810%(質(zhì)量比質(zhì)量比)為一轉(zhuǎn)折為一轉(zhuǎn)折;固相含量相同時(shí)固相含量相同時(shí),小于小于1微米的微米的顆粒比大于顆粒比大于1微米的顆粒機(jī)械微米的顆粒機(jī)械鉆速降低鉆速降低12倍倍機(jī)械鉆速 （m/h）鉆井液固相含量 (%)01.32.53.74.9481216201231-巖屑；2-粘土顆粒；3-重晶石機(jī)械鉆速與鉆井液固相含量的關(guān)系機(jī)械鉆速與鉆井液固相含量的關(guān)系25 鉆井液粘度對(duì)機(jī)械鉆速有重要的影響，當(dāng)鉆井液的粘度增大至超過鉆井液粘度對(duì)機(jī)械鉆速有重要的影響，當(dāng)鉆井液的粘度增大至超過O.04ps時(shí)，對(duì)機(jī)械鉆速的影響不明顯，但此時(shí)機(jī)械鉆速很低；當(dāng)

23、粘度小時(shí)，對(duì)機(jī)械鉆速的影響不明顯，但此時(shí)機(jī)械鉆速很低；當(dāng)粘度小于于0.022ps時(shí)影響最大，使機(jī)械鉆速變化很大。而粘度又是固相含量及分時(shí)影響最大，使機(jī)械鉆速變化很大。而粘度又是固相含量及分散度的函數(shù)。散度的函數(shù)。00.020.040.060.080.100.120械鉆速 （m/h）粘度 (Pas)機(jī)械鉆速與鉆井液粘度的關(guān)系機(jī)械鉆速與鉆井液粘度的關(guān)系26 為提高機(jī)械鉆速發(fā)展了高壓噴射鉆井為提高機(jī)械鉆速發(fā)展了高壓噴射鉆井: 大機(jī)泵大機(jī)泵(高泵壓高泵壓18MPa35MPa); 新型鉆頭新型鉆頭; 低固相低固相(4%V)不分散不分散(地層粘土不分散地層粘土不分散)泥漿泥漿(嚴(yán)

24、格固控嚴(yán)格固控) 4.縮短機(jī)械設(shè)備及井下鉆具的壽命縮短機(jī)械設(shè)備及井下鉆具的壽命 根據(jù)鉆井泵易損件的摩擦磨損試驗(yàn)表明，鉆井液中的含砂根據(jù)鉆井泵易損件的摩擦磨損試驗(yàn)表明，鉆井液中的含砂量由量由0.3%增加到增加到0.6%，活塞使用壽命即由，活塞使用壽命即由400小時(shí)降到小時(shí)降到70小小時(shí)。時(shí)。27 5.堵塞油堵塞油(氣氣)層通道層通道 打開油氣層時(shí),在壓力差作用下，鉆井液中小于油(氣)層孔隙的固相顆粒隨濾液進(jìn)入油(氣)層，直到被孔徑更小的孔隙堵住為止。這樣必然使油(氣)層的滲透率下降。當(dāng)進(jìn)行采油(氣)時(shí)，僅借助于原油(氣)進(jìn)入井口的反向流動(dòng)力是很難解除這種堵塞狀態(tài)的，從而造成油(氣)層的永久性損害

25、。 研究表明：有害固相對(duì)中低滲率油(氣)層的損害尤為明顯，小于油(氣)層孔隙的固相顆粒含量越高,分散度越高對(duì)油(氣)層的損害越大，侵入油層深度越大，滲透率降低越多,越難恢復(fù)，對(duì)油(氣)層的損害越嚴(yán)重。 28 因此: 鉆井液固相控制是保證鉆井打得成、打得快、打得好、打得省必須進(jìn)行的工作,也是鉆井新技術(shù)發(fā)展必要的保證。 鉆井液固相控制必須要保護(hù)有用固相,而清除有害固相(重點(diǎn)是粘土),即有“選擇性”. 鉆井液固相控制既要保證鉆井液固相總量控制;又要使固相粒度和級(jí)配控制在合理范圍之內(nèi)。 29三、固相控制系統(tǒng)三、固相控制系統(tǒng)、 固液分離基本原理固液分離基本原理 沉降原理沉降原理 動(dòng)態(tài)過濾原理動(dòng)態(tài)過濾原理

26、 旋流分離原理旋流分離原理、鉆井液固相控制方法、鉆井液固相控制方法 稀釋法稀釋法 替換法替換法 自然沉淀法自然沉淀法 化學(xué)沉淀法化學(xué)沉淀法 機(jī)械清除方法機(jī)械清除方法 30鉆井液振動(dòng)篩 為鉆井液處理的第一級(jí)固控設(shè)備，首先將從井底返出鉆井液中的較大固相顆粒清除出去，它適合于各種鉆井液的篩分。振動(dòng)篩始終是目前鉆井裝備中的必備設(shè)備。 而且，它的工作質(zhì)量好壞將直接影響到除砂器、除泥器及離心機(jī)能否正常工作。與旋流器、離心機(jī)及除氣器相比，振動(dòng)篩消耗的功率最小、投資也少，因而振動(dòng)篩是目前固控設(shè)備中最經(jīng)濟(jì)的設(shè)備。特別在近20年來，為適應(yīng)鉆井工藝的變革，固控設(shè)備及固控理論得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，這也推動(dòng)了振動(dòng)篩研發(fā)技術(shù)

27、的發(fā)展，現(xiàn)已能滿足鉆井工藝的需要。31 在石油鉆井作業(yè)中，振動(dòng)篩主要用于清除鉆井液的巖屑和其它有害固相顆粒。它一方面要求有較大的處理量，能盡可能多地回收成本較高的鉆井液；另一方面盡可能清除更細(xì)顆粒，它選擇使用不同目數(shù)的篩布來控利分離顆粒尺寸；盡量增大振動(dòng)篩激振力來解決增大處理量及泥漿高粘度帶來的問題，現(xiàn)可以用到200目的篩布32.水力旋流器 水力旋流器是離心力引起懸浮在鉆井液中的固相從鉆井液中分離出來的設(shè)備。通過提高錐形旋流器中的離心力增大至200倍重力。在鉆井作業(yè)中，水力旋流器就是利用這種離心力將鉆井液中1580m范圍的固相顆粒分離出去。承載著固相顆粒的鉆井液從錐形容器底流口排出，凈化后的鉆

28、井液從溢流口排出。 33 在鉆井作業(yè)中，水力旋流器是除砂器、除泥器的總稱。 除砂器內(nèi)徑尺寸大于100mm，用于分離44 74 m以上的砂粒； 除泥器內(nèi)徑尺寸等于小于100mm，用于分離1544 m以上的泥質(zhì)固相顆粒。 微型旋流器用于分離2 4 m以上的泥質(zhì)固相顆粒。除砂器主要用于鉆井液的二級(jí)凈化，除泥器主要用于鉆井液的三級(jí)凈化。旋流器使用效果與結(jié)構(gòu)參數(shù)、工藝操作參數(shù)和鉆井液性能有關(guān)。 振動(dòng)篩、除砂器、除泥器、微型旋流器構(gòu)成一個(gè)可以清除鉆井液中2 m 以上固相顆粒的系統(tǒng)能解決多數(shù)鉆井液的固控問題34.鉆井液清潔器鉆井液清潔器 旋流器用于鉆井液固相控制，還存在下兩問題：旋流器用于鉆井液固相控制，還

29、存在下兩問題： (1)在旋流器開始工作和停止工作時(shí)，由于旋流器內(nèi)鉆井液的流速達(dá)不到正在旋流器開始工作和停止工作時(shí)，由于旋流器內(nèi)鉆井液的流速達(dá)不到正常工作流速，大量的鉆井液白白的從沉砂口流走；常工作流速，大量的鉆井液白白的從沉砂口流走； (2)在正常工作時(shí)，雖然從沉砂口可清除大量鉆屑，但鉆井液也流失不少。在正常工作時(shí)，雖然從沉砂口可清除大量鉆屑，但鉆井液也流失不少。根據(jù)根據(jù)SWACO的資料，當(dāng)沉砂口為傘狀排泄時(shí)，每天的失液量為的資料，當(dāng)沉砂口為傘狀排泄時(shí)，每天的失液量為28.3方。方。即使為繩狀排泄，每天失液量也達(dá)即使為繩狀排泄，每天失液量也達(dá)ll.76方，這也是一些井隊(duì)不使用旋流方，這也是一些

30、井隊(duì)不使用旋流器的原因；器的原因； (3)加重鉆井液經(jīng)過旋流器處理后，貴重的重晶石也被清除了；加重鉆井液經(jīng)過旋流器處理后，貴重的重晶石也被清除了；35 因此，60年代后，出現(xiàn)了清潔器，目前已得到廣泛應(yīng)用。清潔器就是水力旋流器加極細(xì)目振動(dòng)篩組合而成的一種固控設(shè)備。鉆井液清潔器和離心機(jī)可用來處理離心錐的底流。因此，鉆井液清潔器屬于可二次處理的設(shè)備。鉆井液進(jìn)入清潔溢流篩網(wǎng)底流排除的固相顆粒細(xì)目振動(dòng)篩鉆井液返回循環(huán)系統(tǒng)水力旋流器除砂器/除泥器36.離心機(jī)離心機(jī) 螺旋沉降傾注式離心機(jī)可用于控制粘度，它也是一種固控設(shè)備。它的內(nèi)筒或滾螺旋沉降傾注式離心機(jī)可用于控制粘度，它也是一種固控設(shè)備。它的內(nèi)筒或滾筒以筒以l800rpm的速度高速旋轉(zhuǎn)。鉆井液泵入滾筒后被滾筒輸送，受到很大的離心的速度高速旋轉(zhuǎn)。鉆井液泵入滾筒后被滾筒輸送，受到很大的離心力作用，這樣就提高了懸浮固相的沉淀速度和分離效率。高質(zhì)量的固相顆粒在滾力作用，這樣就提高了懸浮固相的沉淀速度和分離效率。高質(zhì)量的固相顆粒在滾筒內(nèi)壁上分離得更快。振動(dòng)篩和水