4.3_钻井液循环系统解析

分散于钻井液中的固体颗粒称为钻井液中的固 相。钻井液中的固相： 一是来源于被破碎岩石产生的钻屑； 二是为钻井工艺要求而人为加入的。 按固相在钻井液中所起的作用可分为有用固相和 有害固相两类。 钻屑是有害固相的主要来源，而且存在于钻井过 程的始终，带来很多危害。因此必须消除有害固相。
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泥浆中有害固相的危害 1、堵塞油气通道，损害油气层： 1）、钻井液压力大于地层压力时，钻井液向地 层渗透，小于地层油气通道的的固相随之深入，形 成堵塞。即污染油层。 2）、降低机械钻速（单位时间内钻头所钻井眼 的进尺）。 固相含量小于8％范围内：固相含量每增加1％， 机械钻速下降约10％。
自然沉降法： 井内返出的钻井液在地面循环过程 中，因地面钻井液液池体积大，流速低，钻井液中 的岩屑颗粒在重力作用下沉降到底部而被分离，上 部的钻井液再入井循环使用。 化学沉降法：就是在钻井液中加入少量化学沉淀 剂使分散的微小岩屑一接触这些化学剂就产生絮凝 作用形成较大的颗粒，而迅速沉降。 机械清除法：利用机械设备强制清除有害固相， 改变固相级配。
4.3钻井液净化设备 4.3.1 概述：
1.钻井液的固相控制 现代钻机中都要用循环流体： 液体（多数） ；气体；泡沫剂 。 故称钻井循环流体为钻井液(习惯上称为泥浆)
钻井液的功能：
1）、冲洗井底，冲刷地层，利于钻进。 2）、带出岩屑，悬浮岩屑。 3）、冷却和润滑钻头、钻具。 4）、平衡地层压力，防止井漏、井喷。 5）、形成泥饼，保护井壁，防止井壁坍塌。 6）、向井下动力钻具传递动力。 7）、地质录井。
由于振动筛清除固相的能力有限，到五十年代中 期，旋流分离器开始用于钻井液中的固相控制。
到六十年代随着钻井工艺的发展，对固控的要求 越来越高，因而又发展使用了除泥旋流器，离心机 等机械设备。
不同的钻井流体形成的分散体系不同，所 起的作用不同。从物理化学观点看，钻井液是一 种多相不稳定体系。为满足钻井工艺要求，改善 钻井液性能，常在钻井液中加入各种不同的添加 剂。钻井液在循环过程中，不能始终保持其优良 性能，而要被钻屑、油、气、水、盐及矿物污染， 其中钻屑是最严重的污染。
钻屑污染是指在循环过程中，钻屑在机械及化 学作用下，分散成大小不等的颗粒而混入钻井液 中，使钻井液性能变坏，给钻井工程及油、气层 带来危害。
井号 固控方式 材 料 消 耗 钻头（只） 拉杆（根） 缸套（只）
2号井 土池 9 20 7
6号井 固控系统 6 7 4
活塞（只） 凡尔（套）
60 40
25 20
5、增加钻井成本：相邻两井比较 井号 井深（米） 89号 3902 94号 3836
固控状况
钻速（米/小时） 泥浆成本（元/米）
很差
1.04 86．6
低密度固相包括普通钻屑；配置钻井液所需 的膨润土和处理剂。 不含重质材料的钻井液，称为非加重钻井液 或非加重泥浆。 根据美国石油学会(API)的规定，按固相颗 粒的大小可将钻井液中的固相分为三大类： 粘土(或胶质) 粒度小于2μm 泥 粒度为2～74μm 砂(或API砂) 粒度>74μm
粒度级别
良好
1.91
63.9
全井累计（万元）
33.8
24.5
所谓钻井液的固相控制，就是清除有害固相，保 存有用固相，或者将钻井液中的固相总量及粒度级配 控制在要求的范围内，以满足钻井工艺对钻井液性能 的要求。通常将钻井液的固相控制简称为固控，习惯 上也称为泥浆的净化。
2.钻井液中固相的分类及粒度分布 根据不同的特点，钻井液中的固相有不同的 分类方法。 按固相的密度可分为：高密度固相和低密度 固相。前者是根据钻井要求特意加入的重质材 料，以提高钻井液的密度。 加有重质材料的钻井液称为加重钻井液或加 重泥浆。
4.3.2
固相控制方法
近二十年来，随着喷射钻井、优化钻井、优质钻 井液和油气层保护技术的全面实施，固控工艺得到了 迅速的发展、推广和普及。 固控的任务是： 1.从钻井液中清除有害固相，使固相含量不超出 要求。 2.降低钻井液中细微颗粒的比例，保持合理的固 相粒度和级配。
常用的固控方法有：冲稀法，替换法，自然沉 降法，化学沉降法及机械清除法。 冲稀法：就是为保持固相含量基本不变，往高固 相含量的钻井液中加入清水或其它较稀液体，冲稀 成低固相含量的钻井液（同时还应加入适量化学处 理剂)。 替换法：就是为保持钻井液总的体积不变，把高 固相含量的钻井液放掉一部分，然后在替入等量的 处理剂溶液和低固相钻井液，混均后再用。
一、粗粒 二、中粗粒 三、中粗 四、细粒
直径（μm）
>20000 250－2000 74－250 44－74
五、超细粒
六、胶体
2－44
<2
钻井中固相颗粒的大小不等，各种颗粒的含 量也不等。固相颗粒的大小称为粒度(及粗细程 度)。各种颗粒占固相总量的百分数称为级配。 钻井过程中，随地层的岩性钻头中类型和钻井 参数的不同，钻井液中的固相含量及粒度级配也 不一样。
3）、诱发井下事故： 固相↑导致： A.密度↑－压漏地层； B.黏度↑－钻头易泥包，起钻拔活塞，诱发井喷、 下钻引起压力激动，引起井漏； C.泥饼变松、变厚－失水大，导致井壁塌；井眼变 小，易卡钻；引发压差卡钻。 D.泥饼摩擦系数↑－扭矩增加，动力消耗大，钻具事 故多，钻具寿命短；
4、缩短机械设备寿命：增大磨损，钻头消耗增 加，泥浆泵易损件消耗增加。
清水的缺点： 黏度低，悬浮岩屑能力低，易沉沙卡钻，形不 成泥饼，井壁易塌，不能平衡地层压力。
钻井液的主要成分有： (1)水(淡水，盐水，饱和盐水等)； (2)膨润土(钠膨润土，钙膨润土，有机土或抗 盐土等）； (3)化学处理剂(有机类，无机类，表面活性剂 类或生物聚合物类等)； (4)油(轻质油或原油等)； (5)气体(氮气或天然气)。
机械清除设备配置 级别 一 二 三 设备 振动筛 除砂器 除泥器 处理能力（μm） >250 32－80 10－52
四
五
清洁器
离心机
10－60
2－7
机械清除的特点：
1）设备配套，逐级清除。 2）固相控制容易，泥浆性能稳定，泥浆损失少，污 染小。 3）固控成本较低。
五十年代以前，主要是用振动筛来清除钻井液中 的固相。