钻井液中固相含量对钻井液的影响及控制(精)

钻井液中固相含量对钻井作业的影响及其控制摘要钻井液中的固相含量是指固相物质体积占中的循环钻井液体积的百分比。钻井液中固相的含量对钻井液的性能及钻井工艺有着重要影响, 通过调整钻井液中固相的含量可以控制钻井液密度, 使其与地层保持相同压力,避免井喷,井涌等事故。清除有害的岩屑,可以减小钻井液与设备之间的摩擦力,减小设备的受损程度,提高钻速,减少成本。

关键词固相含量影响控制

钻井液中的固相物质一般是指粘土, 调节钻井液密度的材料 (如重晶石和岩屑。前者可以调节钻井液的性能,加入粘土可以提高钻井液的粘度和切力;后者属

于有害固相,使钻井液性能变坏,岩屑含量过高,会使滤饼的渗透率增加,滤失量增大,滤饼增厚,易发生卡钻事故,此外还会降低钻速,增大设备的磨损程度,钻井成本增高。可见,钻井液中的固相含量必须加以控制,清除有害固相,保持一定量有用固相。如果将钻井液中的有害固相控制在合适范围内, 会有一下几个方面的好处:降低钻井液的扭矩和摩阻; 减小抽吸压力和压力激动;减小压差卡钻的可能性;减小测井工具的阻卡;改善下套管的条件;提高固井质量;延长钻头寿命;减轻设备磨损;增强井眼稳定性;提高钻速;降低钻井及钻井液成本等。

一、钻井液中的固相物质

钻井液中的固相可按不同的标准分类:

(1 若按来源分类, 固相可分为配浆粘土、岩屑、密度调整材料和

处理剂中的固相物质等。

(2 若按密度分类,固相可分为高密度(>=2.7g/cm^3固相和低密度(<2.7g/cm^3

固相。前者如重晶石(密度在 4.2~ 4.6g/cm^3范围 , 后者如膨润土和钻屑 (密度在 2.4~ 2.7g/cm^3范围。

(3 若按表面的化学活性分类, 固相可分为表面活性固相和表面惰性固相。前者如膨润土, 它的表面易与水和一些处理剂发生作用;后者如重晶石,它的表面不与

水和处理剂发生作用。 (4 若按在钻井液中是否有用分类, 固相可分为有用固相和无用固相。粘土和密度调整材料为有用固相,岩屑为无用固相。 (5 若按颗粒直径分类,固相又可分为胶体粒子(<2µm 、泥(2~ 74µm 、砂(>74µm等。

二、钻井液中固相含量对钻井液及其钻井工艺的影响对钻井液性能的影响

(1影响钻井液密度。

(2影响造壁性;随着钻井液固相含量的增加,相同失水量条件下,对应得泥饼增厚。

(3影响钻井液流变性。

影响途径

1、增加颗粒之间、颗粒与液相之间的摩擦;

2、固体表面吸收水分,使钻井液自由水减少;

3、形成空间网架结构。随着固相含量的增加,钻井液粘度增大,

切力上升, 其影响程度主要取决于固相含量、颗粒直径和固相表面活性。

影响因素

1、固相含量:随着固相含量的增加,钻井液流动阻力增大,粘切力升高。

2、颗粒尺寸:在固相含量相同的情况下,固体颗粒直径越小, 数目越多,所产生的阻力越大,因而钻井液的粘切就越高。

3、固体的活性:惰性固体只产生纯摩擦,所以对塑性粘度影响较大,对其他影响较小。然而活性固体不仅产生摩擦,而且液相之间相互作用,所以它不但影响塑性粘度,对其它钻井液性能也有影响。

(4影响滤液性能:由于活性固体表面要发生水解、电离和离子交换等作用,就会使钻井液 PH 、电解质浓度等发生变化。

对钻井工艺的影响

(1影响钻速,由于固相含量增加时易产生“压持效应”,造成重复破碎,从而使机械钻速下降。

(2引起井下复杂情况,由于固相含量增加,摩阻增大、密度增大、泥饼增厚、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。

(3其它:由于固相含量增加,容易造成下套管、电测等困难容易堵塞油气管道,损害油气层。

三、钻井液固相含量的要求

钻井液中固相含量主要包括膨润土、加重剂和钻屑。

膨润土含量要求

钻井液的膨润土含量,主要取决于钻井液流变性、造壁性和悬浮能力的要求。如果膨润土含量太低,不能使钻井液具有一定的粘度、切力,而且不易形成泥饼,因而不能满足携岩、悬浮加重材料和稳定井壁的要求;如果膨润土含量过高,则会导致

泥饼过厚、粘度、切力过大,容易引起井下复杂情况。所以, 膨润土含量不能过高,也不能过低,优质膨润土的最佳含量在 0.5~3.5%之间。

影响膨润土含量的因素

(1膨润土的质量

膨润土造浆率越高,对膨润土的需求越少。

(2钻井液密度

当钻井液密度高时, 总固相含量大, 钻井液粘切高, 为保证井下安全, 膨润土含量应低点, 只要有足够悬浮加重材料的膨润土含量即可;当密度低时,应保持适当高点的膨润土含量

(3钻井液矿化度:

钻井液矿化度高时,膨润土易凝结,不易水化造浆,此时膨

润土含量应适当高点;当矿化度低时,膨润土含量应适当低点

(4钻井液使用的温度

由于高温有助于膨润土的水化扩散。因此在深井高温处使用钻

井液,膨润土含量应低点,在浅井低温处,膨润土含量应高点加重剂含量要求

加入加重材料是为了满足井下对钻井液密度的需求, 所以加重材料的含量是由钻井液密度决定的。

钻屑含量的要求

钻屑是被认为有害固相, 过多会影响钻井液性能, 因此, 钻井液中的钻屑应越少越好, 但考虑到现场实际工艺, 钻屑不可能被彻底清除, 同时, 作为低固相钻井液, 如果含有少量钻屑作架桥离子, 对钻井液的造壁性是有利的, 所以, 现场允许钻井液含有少量钻屑,但其含量不能超过膨润土含量的两倍。

四、钻井液中固相含量的控制方法

1、沉降法

沉降法是指钻井液循环至地面时,通过一个面积较大的池子, 使颗粒较大的固相沉降下来的方法。在上部地层钻井时, 常用此方法控制固相含量

2、稀释法