钻井液固相控制技术
钻井液固相控制系统优化方案的探索
液 固控系统的现状 ，提出了钻井液 固控 系统优化方案 的思路 ，为制定科学 、简洁 、经济性强 、可操作性强 的 固控系统系列配套技术方案提供 了依据 。 关键词 ：钻井液 ；固相控制 系统 ；优化方案 ；匹配合理化 ；模块化 ；通用化 ；标准化
中 图 分 类 号 ：Ｔ ２ ４． Ｅ ５＋ ６ 文献 标 识 码 ：Ｂ
认 识和 做法 。应 进一 步 提高 整个 系统 的功效 ，消 除 钻 井液 与设 备和 固控 设备 之 间 的相互 影 响 ，满 足不 同地 质 条 件 和 钻 井作 业 不 同 阶段 对 固控 系 统 的要 求 ；加 强 关 键 设 备 的 研 发 ，从 根 本 上解 决钻 井 速 度 、钻 井 质 量 、钻 井 收 益 、钻 井 成 本 以及 环 保 问 题 ，改 善 固控 系统 的性能 和使 用 寿命 。 因此 ，开展 钻 井液 固相 控制 系统 的优 化 与产 品研 制 开发 ，对பைடு நூலகம்全 面提高我 国石油钻 井 系统设 备 研 制水 平 ，提 高钻 机 系 统效率 有 重要 的现 实意 义 和 良好 的经 济 与社会 效
生 产现 状 ，缺 乏市场 竞 争力 ，不 适 应于 钻探 领 域 的 拓 展 ，更满 足不 了海 外 钻井 作业 的发展 对 固相 控制
设备的总体． 能要求 ，严重损害 了用户的利益 。 １ 生
２ 生产 应用 方 面 ．
随着 我 国钻 井工 程 技术 的快 速 发展 ，固控设 备 的制造及 合 理使 用有 了一 定 改善 。 目前 固控 系 统 已 基本 上 配置 了三 级 以上 的净化 设 备 ，大 部分 的中深 井钻 机都 配 置 了五级 净化 设备 。但是 由于大 部分 钻 井生 产人 员 对如何 合 理配 置 、合 理使 用 固控设 备 还 存 在着许 多 误 区 ，又 没有 统一 的标准 可 以执 行 ，因 此造 成 固控设 备 配置 的 随意性 和设 备 维 护保 养水 平
钻井液固相的数学分析
钻井液固相的数学分析非加重钻井液的固相分析1．连续相全部是水时，有V l = 0.625（ρm －1）【V x (某种固相的百分数%)=(ρm-1)/(ρx-1)】2．连续相中混有部分油时，有V l = 0.625（ρm －1－ρo V o ）3．特殊情况下，当体系中的固相全部为重晶石时，有V h = 0.3125（ρm －1）式中：V l —低密度固相的体积百分数，%；V h —高密度固相的体积百分数，%；ρm —钻井液密度，g/cm 3；【ρx —某种固相或加重剂的密度】ρo —油的密度，一般取0.84 g/cm 3；V o —液相中油的体积百分数，%。
加重钻井液的固相分析1．在非含油的淡水体系中，各固相组份有如下关系：lh m s h s l V V V ρρρρρ--⋅+-=)1(水 lh s s l m h V V V ρρρρρ---⋅-=)1(水 V s = V l + V h式中：V s —体系中总固相的体积分数，%；ρ水—水的密度，取1g/cm 3；ρl —低密度固相的密度，一般取2.6g/cm 3；ρh —加重材料的密度，g/cm 3；其余同上。
2．加重钻井液体系中含有部分油相时的固相分析lh m o o s h o s l V V V V V ρρρρρρ--+⋅+--=)1(水 lh o s o o s l m h V V V V V ρρρρρρ----⋅-⋅-=)1(水 式中符号意义同上。
3．含有可溶性盐的加重钻井液体系固相分析lh m o o s h w w l V V V V ρρρρρρ--+⋅+⋅=lh w w o o s l m h V V V V ρρρρρρ-⋅-⋅-⋅-= 式中：ρw —含有可溶性盐的钻井液体系中液相（滤液）的比重，g/cm 3；一般采用下式计算：ρw = ρ水（1 + 1.94×10－6×〔Cl －〕0.95）〔Cl －〕—滤液中Cl －的浓度，mg/l ；V w —含有可溶性盐的钻井液体系中水相的体积分数，%；可由下式确定：V w = V 水（1 + 5.88×10－8×〔Cl －〕1.2）V 水—纯水的体积分数，现场采用蒸馏方式得到，%。
钻井液固相控制技术及设备(钻机厂)
钻井液固相控制技术及设备第一章钻井液中的固相及其影响第一节概论钻井液是钻井过程中使用的循环流体，它是液体固体和化学处理剂的混合物。
钻井液中的固体颗粒分为有害固相和有用固相，岩屑是钻井中的最主要的有害固相。
有害固相在钻井过程中将影响钻井液的物理性能，使钻井液的密度、粘度、动切力、失水、泥饼、研磨性、粘滞性、流动阻力增加，其结果导致损害油气层，降低钻速，增加钻盘扭矩，起下钻遇阻，粘附卡钻，井漏井喷等井下复杂情况，对钻井液循环系统造成磨损。
第二节钻井液的作用与组成一、 作用：1、清洗井底2、携带岩屑3、冷却和润滑钻头及钻柱4、形成泥饼保护井壁5、控制与平衡地层压力6、悬浮钻屑和加重剂沉砂7、提供地层资料保护油气储层防止伤害8作为动力液传递水功率。
二、 钻井液组成1、水－淡水、盐水、咸水和饱和盐水2、膨润土－钠膨润土，钙膨润土3、化学处理剂－无机类、有机类、表面活性剂类、高分子聚合物类4、油－轻质油或厚油类5、加重剂－重晶石类、赤铁矿6、气－空气、天然气，三、 液相选择的原则选择何种液相主要取决于对所钻地层需要的抑制作用。
液相抑制能力强可防止流体减少和活性固体的膨胀，抑制地层的造浆。
第三节固相颗粒粒度的影响（固相颗粒粒度通常指颗粒的大小尺寸）一、固相颗粒粒度对钻速的宏观影响宏观上钻井液中不同性质的固相颗粒对钻速影响不同，小于1微米的胶体要比粗颗粒的影响更严重，在固相量大于6%时，分散性钻井液细颗粒与不分散钻井液细颗粒固相对钻速的影响几乎一样，当固相含量低于6%时，不分散钻井液比分散钻井液的钻速要高，固相含量越低，钻速差别越大，这是因为固相含量低于6%时，分散性钻井液中的胶体颗粒所占的百分比越大。
二、 固体颗粒粒度的微观影响任何水基钻井液中的颗粒，其表面都吸附水分子，自由液体受到约束。
钻井液中的钻屑在钻井循环中不断破裂，其表面积不断增加，因而增加了吸附的水分子。
一个小颗粒被立体型分裂后，颗粒变为多少倍，表面积就增加多少倍。
储气库井煤层防塌钻井液技术
储气库井煤层防塌钻井液技术储气库井12 1/4″井眼穿山西、太原、本溪煤层与碳质泥岩，煤层段井斜为50°～75°左右，累计段长48米，钻井周期长延长了侵泡时间，井眼大携砂困难（返速0.76m/s），根据上述难点，钻井液处理主要做好以下几个方面：1.处理好钻井液组份做到硬性封堵，评价好封堵性;2.控制好高固相钻井液的流型，解决好携砂性能;3.对比分析储气库井各项数据，得出结论与建议。
标签：硬性封堵;钻井液流型;数据分析一.处理好钻井液组份做到硬性封堵，评价好封堵性1.1封堵性评价钻井液的失水控制要得当，减少降滤失剂，适当增加固相颗粒含量可以提高泥饼封堵性，控制自由水与结合水出入，高温高压失水仪更好的模拟了井下环境，对泥浆封堵性的评价更为准确和可靠。
1.2现场处理思路储气库井煤层要求高封堵，不一定高固相，梯配好固相颗粒组分，尽量减少降滤失剂加量，预防泥包及保证好钻井液流型防止井下形成岩屑床，对封堵性要求越高的地层越要使钻井液中保留一定的自由水，使得钻井液有一定的溶解空间，易于调整钻井液性能。
1.3现场处理经验该井施工中安全通过煤层且起下钻正常，从上述性能分析，梯配好固相颗粒组分控制住高温高压失水，不刻意加降滤失剂去控中压失水，放弃控制漏斗粘度转为控制钻井液流型，保证好12 1/4″井眼的携砂性能防粘卡，是穿煤层的性能控制的关键环节。
1.4处理建议通过实验室小型试验优化好配方，控制好穿煤层的钻井液性能，重点处理好钻井液中固相颗粒和降滤失剂的组分。
二.控制好高固相钻井液的流型，解决好携砂性能2.1 钻井液流型与携砂性的关系从流体力学角度分析钻井液携砂性能，以钻井液层流（紊流）状态下环空携砂效率为例进行说明：（1）计算环空中流动速度：υa=0.408×Q/（D2-D2po）（1.1）（2）计算幂律模式流变参数：ηa=0.5×lg（φ300/φ3）（2.1）Ka=（5.11×φ300）/511ηa（2.2）（3）鉆屑剪切应力的计算：τctg=7.9[Tctg（20.8-ρ）]0.5（3.1）（4）钻屑剪切速率的计算：γctg=（τctg/ Ka）1/ηa（4.1）（5）钻屑在环空中滑落速度的计算：υb=1/60×1.22×τctg[（γctg×Dctg）/ρ0.5]0.5（5.1）（6）环空中钻井液携带钻屑速度的计算：υT-ctg=υa-υb（6.1）（7）环空中钻井液携带钻屑效率的计算：ET-ctg=υT-ctg/υa×100（7.1）由以上公式推导：环空中钻井液携带钻屑的效率ET-ctg与范氏旋转粘度计300r/min读数φ300成反比、φ300/φ3读数成反比、钻屑直径Dctg成反比。
钻井液固相控制技术特点与现场应用
ｌ － ｉ
ｔ ｜ 一 ．
．
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
四、节约办公资源
合理控制办公用 品的使 用 ， 减 少办公费用是 杜绝浪费 的一 大 举 措 。节 约 用 纸 ，提 倡 双 面 用 纸 ，开展 电子 办公 ，减少纸 张消 耗 ；多 采 用 网 络 、 电子 邮 件 等 现代 的网络通讯 方式。办公书 写 的中性 笔用完后 ，更换笔心继续 ２ 钻 井工程对钻井液 固相控制的要求 使用 ，尽量多用 钢笔书写 ，可 以 ① 提高机 械钻 速。相 对于其 他方 面 ，钻井 液 重 复吸墨水 。平 时注意保养和爱 固相控制对提高机械钻速还有很大潜力可挖 。②保 护办公设 备 、生产设 备 、使设备 障井下安全。③保护油气层 。钻井液高固相含量 ， 始终保持 完好状态 ，尽 量减少损 特别是分散过细的固相粒子 ，易进入储层孔隙中 ， 坏 ，节约耗材 ，节约维修费用 。 堵 塞油气运 移通 道 ，降低储 层渗透 率 ，损害油 气 五 、节 约 电话 费 层 。④减少环境影响。⑤降低钻井液成本。 良好的 近年来公用 电话费开支非常 固相控制可以减少钻井 液排放 。 之大 ，短说 长话 ，坐在 办公室 闲 ３ 地 层 特 点 聊、办私事 ，甚至一聊长大一小时 钻井液 固相控 制要 针对地 层特 点进行 ，不 能 之多 的大有人在 。大家 应互相监 抛开 地层谈 固相控 制 。以渤海 湾盆 地济 阳坳陷 为 督，做到厉 行节约、 人人有责。 例 ，按 沉积顺 序 ，其下第 三 系地层包 括孔 店组 、 六 、节 约 生 产 资 源 沙河街 组和东 营组 ，上第三 系地层包 括馆 陶组 、明 我们 是生 产 镍 铜 钴 的大 型 化镇组 和第 四系平原组 。粘 土矿物类 型主要有蒙皂 企业 ，使用 大量 的生产原 材料 ， 石 、蒙皂石， 伊利石 、伊利 石／ 蒙皂石 、伊利石 、高 在采矿 、拉 运 、生产 中免 不了流 岭石、绿 泥石 等 ， 纵 向分布类 型以蒙皂石一伊利石 基本上不存在蒙皂石—伊利石不 失现象 ，要 制定一系列科 学管理 正常转化 型为主 ， 】 。以东营凹陷为例 ，其 泥岩粘土矿物 的制度 ，通 过降低生产成本 ， 从 正 常转 化型 个带 。第一 带是埋 而可 以提高企 业的效益 。在班 组 纵 向分布类型 自上而下可分 为３ ０ ０ ０—２ ４ ０ ０ ｍ的蒙皂石或蒙皂石／ 伊利石带 ， 节省和利用好 每一颗镙钉 ，重 复 深浅于２ 利用一些废 旧机 器拆下来 的零 部 层位 主要是 明化镇组 、馆 陶组 、东 营组和 凹陷边缘 件 ，充分利用机 器维修所剩 的原 的沙一段 、沙 二段 和沙三 段。粘 土矿 物易水 化分 散 ，造浆 能力 强 ，是 钻井 液固相 控制 的重点 。第 材料 和废料 。 ０ ０ ０～２ ４ ０ ０ ｍ至３ ３ ０ ０ ｍ之间的伊利 总之 ，我 们 应 有 高 度 的 责 二带 是埋深界 于２ 蒙皂石带 ，以伊 利石／ 蒙皂 石为主 ，相对 含量为 任感 ，从小事做起 ，从身边点点 石， ３ ％～ ３ ２ ％，造浆 能力 有所减弱 。第 三带是埋深大 滴滴 的细节做起 ，以实际行动厉 ７ ３ ０ ０ ｍ 的伊利 石带 ，其粘土矿物水化 分散能力很 行节 约 ，崇 尚节 约光荣 ，增强节 于３ 约意识 ，坚持杜绝 浪费行为 。提 弱 ，钻井液 固相控制方式以机械清除为主。 倡节 约 ，节约是 中华明族 的传统 美德 ，杜绝浪费 ，建立节约型 的 公 司 ，不仅是我们员 工应有的责 任 ，更 是公司持续发展 的需要 。 作为公 司的一员 ，我们 有义务去 节约公 司的每一点 资源 ，养成勤 俭 的习惯 ，倡导节 约的风 尚，承 担 起 节 约 资源 、杜 绝 浪 费 的责
钻井液的固相及其含量的控制
钻井液的固相及其含量的控制舒儒宏(渤海钻探钻井技术服务公司泥浆公司)摘要钻井液的固相含量是指单位体积钻井液中固相物质的质量。
钻井液的固相控制，就是使用一切可以利用的手段，最经济地、最大限度的清除在钻井液中的钻屑，目的是维护钻井液性能，减少钻井事故，提高钻速，降低成本。
认识钻井液的固相类型、掌握它在钻井液中作用及对它的要求、控制方法等，对今后的工作意义重大。
关键词类型作用要求方法钻井液中的固相，包括人为加入的粘土和加重材料以及钻屑。
前两者是钻井液的主要成分，使钻井液具有所需要的性能，后者属于有害成分，使钻井液的性能变坏，如果钻井液中的钻屑过多，将会引起一系列问题。
例如：钻井液密度升高，粘切增大，泥饼变厚，会加剧设备的磨损，会影响固井质量，影响测井，损害油气层；也可能引起卡钻，、井漏等井下复杂情况；还会使钻速降低，钻井液维护处理费用增加和钻井总成本增加等。
可见，搞好钻井液固相含量的控制，维持有用的固相含量，清除钻屑，对于保证钻井工艺的顺利进行，对于提高钻速和降低成本都是至关重要的。
如果将钻井液中的有害固相控制在适当的范围，可以有以下几方面的好处：降低钻井的扭矩和摩阻；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；可以改善下套管的条件；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；降低钻井液和钻井成本等11方面。
一、钻井液中固相的类型1、按照作用可分为(1)有用固相：例如粘土和加重材料以及非水溶性或油溶性的化学处理剂。
(2)有害固相：例如钻屑、劣质土和砂粒等。
2、按照尺寸大小(1)砂：不能通过200目筛网，即大于74微米的固体。
(2)淤泥：即2--74微米的固体。
(3)粘土：即小于2微米的固体。
3、按照固体的密度可分为(1)低密度固体，即密度小于2.7的固体，如粘土和钻屑。
(2)高密度固体，即密度大于4.2的固体，也就是平时说的加重剂。
4、按照反应活性可分为(1)活性固体，即容易与水发生反应的或相互之间易发生反应的固体。
钻井液的固相及其含量的控制
钻井液的固相及其含量的控制舒儒宏(渤海钻探钻井技术服务公司泥浆公司)摘要钻井液的固相含量是指单位体积钻井液中固相物质的质量。
钻井液的固相控制，就是使用一切可以利用的手段，最经济地、最大限度的清除在钻井液中的钻屑，目的是维护钻井液性能，减少钻井事故，提高钻速，降低成本。
认识钻井液的固相类型、掌握它在钻井液中作用及对它的要求、控制方法等，对今后的工作意义重大。
关键词类型作用要求方法钻井液中的固相，包括人为加入的粘土和加重材料以及钻屑。
前两者是钻井液的主要成分，使钻井液具有所需要的性能，后者属于有害成分，使钻井液的性能变坏，如果钻井液中的钻屑过多，将会引起一系列问题。
例如：钻井液密度升高，粘切增大，泥饼变厚，会加剧设备的磨损，会影响固井质量，影响测井，损害油气层；也可能引起卡钻，、井漏等井下复杂情况；还会使钻速降低，钻井液维护处理费用增加和钻井总成本增加等。
可见，搞好钻井液固相含量的控制，维持有用的固相含量，清除钻屑，对于保证钻井工艺的顺利进行，对于提高钻速和降低成本都是至关重要的。
如果将钻井液中的有害固相控制在适当的范围，可以有以下几方面的好处：降低钻井的扭矩和摩阻；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；可以改善下套管的条件；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；降低钻井液和钻井成本等11方面。
一、钻井液中固相的类型1、按照作用可分为(1)有用固相：例如粘土和加重材料以及非水溶性或油溶性的化学处理剂。
(2)有害固相：例如钻屑、劣质土和砂粒等。
2、按照尺寸大小(1)砂：不能通过200目筛网，即大于74微米的固体。
(2)淤泥：即2--74微米的固体。
(3)粘土：即小于2微米的固体。
3、按照固体的密度可分为(1)低密度固体，即密度小于2.7的固体，如粘土和钻屑。
(2)高密度固体，即密度大于4.2的固体，也就是平时说的加重剂。
4、按照反应活性可分为(1)活性固体，即容易与水发生反应的或相互之间易发生反应的固体。
钻井液固控系统
加重剂
加重剂是一种密度较大的物质，加入钻井液中可以增加钻 井液的密度，提高对井壁的支撑力，防止井壁坍塌。
降滤失剂
降滤失剂是一种能够降低钻井液滤失量的物质，加入钻井 液中可以减少钻井液在钻井过程中的滤失量，保持钻井液 性能稳定。
防塌剂
防塌剂是一种能够防止井壁坍塌的物质，加入钻井液中可 以减少对井壁的侵蚀和破坏，保持井壁稳定。
钻井液固控系统面临的挑战
01
技术更新换代
随着钻井技术的不断进步和应用需求的不断提高，钻井液固控系统需要
不断进行技术更新和升级。这需要不断投入研发力量，加强技术创新和
产品升级，以满足市场和客户的不断变化的需求。
02
成本控制与市场竞争
钻井液固控系统的成本直接影响到钻井工程的总成本。如何在保证系统
性能和质量的前提下，降低系统成本，提高市场竞争力，是钻井液固控
钻井液固控系统
• 引言 • 钻井液固控系统组成 • 钻井液固控系统工作原理 • 钻井液固控系统应用 • 钻井液固控系统发展趋势与挑战
01
引言
目的和背景
钻井液固控系统是石油钻井工程中用于控制钻屑和钻井液固相含量的重要设备。
随着钻井技术的不断发展，钻井液固控系统的应用越来越广泛，对于提高钻井效率、 降低钻井成本、保障钻井安全具有重要意义。
系统面临的重要挑战。
03
复杂工况适应能力
钻井液固控系统在面对不同地质条件、气候环境和工作压力等复杂工况
时，需要具备较高的适应能力。如何提高系统的稳定性和可靠性，降低
故障率，是钻井液固控系统面临的重要挑战之一。
未来研究方向与展望
新材料与新技术的应用
随着新材料和新技术的不断发展，未来钻井液固控系统将进一步探索和应用新型材料、节能技术和智能控制技术等， 以提高系统的性能、环保性和智能化水平。
国内外钻井液技术发展现状
国内外钻井液技术发展现状钻井液技术是石油钻探的重要环节，近年来在国内外得到了广泛关注和发展。
以下是国内外钻井液技术发展现状的概述：1. 国内钻井液技术现状：近年来，我国钻井液技术取得了显著的进步。
通过持续研究和现场实践，国内钻井液技术在多个方面取得了新的进展。
在钻井液体系方面，研究者们关注提高钻井液的抑制性，适用于页岩气水平井和强水敏性易塌地层，以及深井超深井、海洋深水钻井的需要。
此外，还开展了新的研究和应用探索，尤其是近油基钻井液的成功应用，为水基钻井液部分替代油基钻井液奠定了基础。
在钻井液材料方面，国内研究者重视低成本钻井液开发，简化钻井液配方，完善钻井液固相控制技术等。
此外，还针对不同地层和钻井条件，研发了微泡钻井液、强封堵钻井液、环保钻井液和无土/固相水基钻井液等。
2. 国外钻井液技术现状：国外钻井液技术发展较为成熟，主要体现在以下几个方面：（1）水基钻井液：国外水基钻井液研究主要聚焦于提高钻井液的抑制性、抗污染能力和稳定性，以适应复杂地层和环境敏感地区的钻井需求。
（2）油基钻井液：油基钻井液在国外得到了广泛应用，特别是在深井、海洋钻井等领域。
研究者关注提高油基钻井液的性能，如抗高温、抗盐、抗钙等特性。
（3）合成基钻井液：合成基钻井液在国外研究较为成熟，如烃类合成基钻井液、生物质合成基钻井液等。
这些钻井液具有优良的性能，可适应不同钻井条件。
（4）环保钻井液：随着环保意识的提高，国外研究者关注开发环保型钻井液，以减少钻井液对环境的影响。
总之，国内外钻井液技术均在不断发展，研究方向主要集中在提高钻井液的性能、降低钻井液成本、开发环保型钻井液等方面。
未来钻井液技术将继续朝着高效、环保、智能化的方向发展。
钻井液和完井液化学—第八章 钻井液固相控制
固控设备概述
三、泥浆清洁器
泥浆清洁器(Mud cleaner)是一组旋流器和一台细目振动筛的组合。上部为旋 流器，下部为细目振动筛，如图8—8所示。泥浆清洁器处理钻井液的过程分为两 步：第一步是旋流器将钻井液分离成低密度的溢流和高密度的底流，其中溢流返 回钻井液循环系统，底流落在细目振动筛上； 第二步是细目振动筛将高密度的底流再分离 成两部分，一部分是重晶石和和其它小于网 孔的颗粒透过筛网，另一部分是大于网孔的 颗粒从筛网上被徘出。 泥浆清洁器主要用于从加重钻井液中除 去比重品石粒径大的钻屑。加重钻井液在经 过振动筛的一级处理之后，仍含有不少低密 度固体的颗粒。这时如果再单独使用旋流器 进行处理，重晶石会大量地流失。使用泥浆 清洁器的优点就在于：既降低了低密度固体 的含量，又避免了大量重晶石的损失。
钻井液与完井液化学
第八章 钻井液固相控制
钻井液固相控制
钻井液中的固相按作用可分为两类：一类是有用固相， 如膨润土、加重材料以及非水溶性或油溶性的化学处理剂； 另一类是无用固相，如钻屑、劣质土和砂粒等。钻井实践表 明，过量无用固相的存在是破坏钻井液性能、降低钻速并导 致各种井下复杂情况的最大隐患。所谓钻井液固相控制，就 是指在保存适量有用固相的前提下，尽可能地清除无用固相。 正确、有效地进行固控可以降低钻井扭矩和摩阻，减少环空 抽吸的压力波动，减少压差卡钻的可能性，提高钻井速度， 延长钻头寿命，减轻设备磨损，改善下套管条件，增强井壁 稳定性，保护油气层，以及减低钻井液费用，从而为科学钻 井提供必要的条件。
固控设备概述
二、旋流器
1．旋流器的结构与工作原理
用于钻井液固相控制的旋流器是一种带有圆柱部分 的立式锥形容器，其结构如图8—4所示。 在压力作用下，含有固体颗粒的钻井液出进浆口沿切 线方向进入旋流器。在高速旋转过程中，较大较重的颗粒 在离心力作用下被甩向器壁，沿壳体螺旋下降，由底流口 排出；而夹带细颗粒的旋流液在接近底部时会改变方 向．形成内螺旋向上运动，经送流口排出。这样，在旋流 器内就同时存在着两股呈螺旋流动的流体，一股是含有大 量租颗粒的液流向下作螺旋运动．另一股携带较细颗粒连 同中间的空气柱一起向上作螺旋运动。这正是使用旋流器 和离心机控制固相的基本原理。
钻井液固相控制
• 当密度超过1.8 g/cm3时，清洁器的使用效果会逐渐变差。
可使用离心机将粒径在重晶石范围内的颗粒从液体中分离 出来。含大量回收重晶石的高密度液流（密度约为1.8 g/cm3）从离心机底流口返回在用的钻井液体系，而将从 离心机溢流口流出的低密度液流（密度约为1.15 g/cm3） 废弃；
• 离心机主要用于清除粒径小于重晶石粉的钻屑颗粒。
加重钻井液固控一般流程
钻井液中固相含量的测定与计算
低密度固相含量的确定：
flg = [rw fw + (1 fo fw) rb + ro fo rm] / (rb rlg)
只要测得钻井液密度rm，并用蒸馏实验测得fw
和fo，便可由上式求出低密度固相的体积分数flg。
与钻井液有关的常见矿物和岩石 的阳离子交换容量
名称
凹凸棒石 氯泥石 粘性页岩 伊利石 高岭石 蒙脱石 砂岩 页岩
CEC
15～25 10～40 20～40 10～40 3～15 70～150 0～5 0～20
(meq/100 g)
钻井液塑性粘度的适宜范围
水基钻井液动切力的适宜范围
钻井液中膨润土含量的确定
泥浆清洁器（Mud Cleaner）
• 是一组旋流器和一台细目振动筛的组合。上部为旋流器，
下部为细目振动筛；
• 泥浆清洁器处理钻井液的过程分为两步：第一步是旋流器
将钻井液分离成低密度的溢流和高密度的底流，其中溢流 返回钻井液循环系统，底流落在细目振动筛上；第二步是 细目振动筛将高密度的底流再分离成两部分，一部分是重 晶石和和其它小于网孔的颗粒透过筛网，另一部分是大于 网孔的颗粒从筛网上被排出。
钻井液固相控制技术探讨与建议
除机 械 方 法 外 ， 常 用 的 固控 方 法 还 有 稀 释 法 和 化学 絮凝 法 。 稀 释 法 即 可 用 清 水 或 其 它 较 稀 的流 体 直 接 稀 释 循 环 系 统 中 的钻 井 液 ，也 可 在 泥 浆 池 容 量 超 过 限度 时 用 清 水 或 性 能 符 合 要 求 的新 浆 ，替 换 出一 定 体 积 的 高 固相 含 量 的钻 井 液 ，使 总 的 固相 含 量
降低 。如果用机械方法清除有害 固相仍达不到要 求 ，便 可 用 稀 释 的方 法 进 一 步 降低 固相 含 量 ，有 时 是 在 机 械 固控 设 备 缺 乏 或 出现 故 障 的情 况 下 不 得不采用 的这种方法 。稀释法虽然操作简便 ，见
大 降低 。 的直径与粘土晶层间相对应的两个六 角 环 的 间 距 一致 ，Ｋ 正 好 能 嵌入 其 中 ，嵌入 后 能 阻止水分子的进入，起到抑制分散的作用。
２化学絮凝法 常用的絮凝剂
２１ ． 无机 盐 现 场 使用 的无机 盐 类抑 制 剂有 Ｃ 外、 Ｋ 。 ａ 等 Ｃａ 通 过 离 子 交 换 ，压 缩 双 电层 ， 降 低 电 是 位 ，使 水 化 膜 变 薄 ， 将粘 土 晶胞 层 面 水 化 分 开 的 距 离 大 大缩 短 ，钠 土在 淡 水 中 能达 到 １ ０ ，在 ２埃 Ｃ ａ 作用 下 至 多只 能达 到 １埃 ，水 化 分 散 能力大 ５
重要 。
高密度钻井液稳定性和流变性控制技术
58高密度钻井液稳定性和流变性控制技术鲁小庆 高 峰 苏 敏 张丽宁 西部钻探钻井液分公司【摘 要】高密度尤其是超高密度高温钻井液存在稳定性和流变性难以控制的技术难题。
为能够最好地改善高密度水基钻井液固相含量大、固相颗粒的分散程度相对高、钻井液体系中自由水量少和积累不易处理的问题，使用控制坂土含量、保持钻井液的强抑制性等处理工艺技术，使得高密度钻井液具有很好的流变性特点。
【关键词】高密度钻井液；悬浮稳定性；流变性；机理研究一、高密度钻井液稳定性与流变性调控技术思路1.高密度钻井液中，其颗粒的相互作用与环境介质性质、颗粒表面性质及润湿性有着密切关系，另外还与颗粒表面覆盖的吸附层的成分、覆盖率、吸附强度、厚度等有关。
因此, 要提高加重剂在钻井液中的悬浮能力，一方面要求钻井液具有合适的动切力和静切力以提高势能；另一方面要求加重剂在钻井液中具有很好的分散性。
2.高密度钻井液流变性调控技术思路悬浮理论认为, 影响悬浮液黏度的重要因素是悬浮液中固体颗粒的体积分数。
而固相之间以及固相与液相之间的物理、化学作用可以造成悬浮液中固相容积分率增大。
根据悬浮液黏度理论可知, 悬浮液的黏度与能量消散的速度有关, 单位体积悬浮液中非有效流动相体积分数越大, 能量消散的速度就越慢, 悬浮液的黏度就越大。
我们根据推导出的计算钻井液悬浮体系的总黏度公式：η=ηs+ηG=f (φs+φδ+φE+φc) +ηG (ηs为单位体积悬浮黏度;ηG为悬浮液结构黏度;φs为固相体积分率;φδ为溶剂化层体积分率;φE为束缚水体积分率;φc为沉积液体积分率)由以上公式可以管窥出高密度水基钻井液流变性调控的思路应是一通过降低膨润土的含量来减小φs、φδ、φE、φc和ηG;二是减少总固相含量以减小φs、φδ、φE、φc和ηG; 三是重晶石粒度级配来减小φc;四是使用高效处理剂以减少处理剂的种类和加量以减小φδ。
二、控制高密度钻井液稳定性与流变性的技术应用1.控制膨润土的用量来控制其流变性根据黏度计算公式, 减小φs、φδ、φE、φc和ηG值可以减少总黏度, 而减少膨润土的用量就是减少这些数值的主要方式。
钻井液固相清除的方法
钻井液固相清除的方法
钻井泥浆的固相清除对钻井液非常主要，是控制经常事故的主要方法之一。
良好的钻井液能够防止井涌，井喷等事故的发生。
钻井现场要根据钻井液是否加重，是含重晶石还是赤铁矿加重，采用不同的固相控制方法。
常用的固相控制方法有：
1、稀释：是指把比在用钻井液体系固相低的流体（水、油、混合物或预先配制好的稀浆等）加入循环系统中，使钻井液体系固相含量降低。
2、沉淀：利用重力沉降来清除固相。
大循环时在井场建一个大的地面池，钻井液通过地面池，使固相就此沉降。
另外振动筛下的沉砂罐也是发生沉降的场所。
3、替换部分钻井液：用清水或低固相含量的钻井液替换出一定体积的高固相钻井液，从而达到降低钻井液固相含量的目的。
4、化学—机械分离：当固相颗粒太小，普通的机械方法不能去除时，此时可借助于化学絮凝和凝结使颗粒变大，再利用固控设备清除固相。
钻井液固相的数学分析
钻井液固相的数学分析非加重钻井液的固相分析1．连续相全部是水时，有V l = 0.625（ρm －1）【V x (某种固相的百分数%)=(ρm-1)/(ρx-1)】2．连续相中混有部分油时，有V l = 0.625（ρm －1－ρo V o ）3．特殊情况下，当体系中的固相全部为重晶石时，有V h = 0.3125（ρm －1）式中：V l —低密度固相的体积百分数，%；V h —高密度固相的体积百分数，%；ρm —钻井液密度，g/cm 3；【ρx —某种固相或加重剂的密度】ρo —油的密度，一般取0.84 g/cm 3；V o —液相中油的体积百分数，%。
加重钻井液的固相分析1．在非含油的淡水体系中，各固相组份有如下关系：lh m s h s l V V V ρρρρρ--⋅+-=)1(水 lh s s l m h V V V ρρρρρ---⋅-=)1(水 V s = V l + V h式中：V s —体系中总固相的体积分数，%；ρ水—水的密度，取1g/cm 3；ρl —低密度固相的密度，一般取2.6g/cm 3；ρh —加重材料的密度，g/cm 3；其余同上。
2．加重钻井液体系中含有部分油相时的固相分析lh m o o s h o s l V V V V V ρρρρρρ--+⋅+--=)1(水 lh o s o o s l m h V V V V V ρρρρρρ----⋅-⋅-=)1(水 式中符号意义同上。
3．含有可溶性盐的加重钻井液体系固相分析lh m o o s h w w l V V V V ρρρρρρ--+⋅+⋅=lh w w o o s l m h V V V V ρρρρρρ-⋅-⋅-⋅-= 式中：ρw —含有可溶性盐的钻井液体系中液相（滤液）的比重，g/cm 3；一般采用下式计算：ρw = ρ水（1 + 1.94×10－6×〔Cl －〕0.95） 〔Cl －〕—滤液中Cl －的浓度，mg/l ；V w —含有可溶性盐的钻井液体系中水相的体积分数，%；可由下式确定：V w = V 水（1 + 5.88×10－8×〔Cl －〕1.2） V 水—纯水的体积分数，现场采用蒸馏方式得到，%。
钻井液固相含量及其测定方法
的处理剂
固相
无用固相（有害固相）： 劣质土、钻屑、沙粒等
化学处理剂
无机、有机及高分子化合物
TUHA
DRILLING
固相含量的概念
固相
钻井液中加重剂、岩屑及黏 土等固体颗粒所组成的体系
固相含量
钻井液中全部固相的体积占 钻井液总体积的百分数，用% 表示
固相含量的影响
TUHA
固相含量高对井下安全的影响
TUHA
DRILLING
操作注意事项
注意 事项
样品通过马氏漏斗的筛网（12目）
1
以清除堵漏材料、较大的钻屑或岩 块。
若钻井液气泡较多，可加数滴消
2 泡剂。
3 操作时蒸馏器必须竖直。
4 注意保护加热棒和用电安全。 5 蒸馏时须留意时间，一般约20-
30分钟。
TUHA
DRILLING
实验数据计算
公式：V固=100%-（V油+V水）
V固——钻井液总固相含量，% V水——测得的钻井液中水的体积含量，% V油——测得的钻井液中油的体积含量，%
示例：通过蒸馏，量筒收集到的冷凝液的体积分数 如下图所示，V油=2%，V水=85%，求V固。
解：V固=100%-(2%+85%)=13% 答：该钻井液样品固相含量为13%。
V油=2% V水=85%
颗粒 大小
钻井液所含的细颗粒含量越高，对钻速影响越大。
固相含量的测定
TUHA
固相含量测定仪（ZNG-A型号）
DRILLING
冷凝器
液体接收器 样品杯杯盖
加热棒
蒸
套筒
馏
器
样品杯
TUHA
固相含量的测定程序
DRILLING
钻井液工艺原理
一、选择题(54分)1、泥浆含砂量是指大于74微米的颗粒在泥浆中的体积百分数，因此测试时需用（）目数的过滤网过滤泥浆样。
A、150B、200C、325D、100正确答案：B学生答案：A2、压差对滤失量的影响是()。
A、随压差增大而增大B、不随压差而变化C、压差越大滤失量反而越小D、都有可能正确答案：D学生答案：3、能在盐水中造浆的粘土矿物是（）。
A、高岭石B、凹凸棒石C、蒙脱石D、绿泥石正确答案：B学生答案：4、粘土晶体随着环境的变化可能带有的电荷（）。
A、永久负电荷B、可变负电荷C、正电荷D、都有可能正确答案：D学生答案：5、氯化钠的含量超过（）统称为盐水钻井液。
A、0.5%B、1%C、1.5%D、2%正确答案：B学生答案：6、泥浆中的活性固相是指()。
A、泥浆中的有用固相B、泥浆中的钻屑C、能与处理剂起化学反应的固相D、上述都是正确答案：C学生答案：7、下列那种基团叫酰胺基（）。
A、B、C、D、正确答案：A学生答案：8、宾汉塑性模型常用来描述（）液体的流动特性。
A、塑性流体B、牛顿流体C、膨胀流体D、假塑性流体正确答案：A学生答案：9、在水中易膨胀分散的粘土矿物是（）。
A、高岭石B、云母C、蒙脱石D、绿泥石正确答案：C学生答案：10、粘土颗粒处于边－边和边－面联结状态称为（）。
A、解絮凝B、分散C、絮凝D、聚结正确答案：C学生答案：11、低固相钻井液若使用宾汉模式,其动塑比值一般应保持在（）Pa/mPa·s。
A、0.48B、1.0C、4.8D、2.1正确答案：A学生答案：12、屈服值的定义是引起流体流动所需的（）。
A、剪切速率B、粘度C、剪切应力正确答案：C学生答案：13、标准API滤失量测定的压力要求是（）。
A、686kPaB、7MPaC、100PaD、100kPa正确答案：A学生答案：14、不分散低固相聚合物钻井液中膨润土与钻屑的比值应大于（）。
A、1B、1/21/3D、1/4正确答案：B学生答案：15、钻井液密度越高，机械钻速越（）。
7.3 钻井液固相控制设备
目前石油矿场使用的几乎都是单轴惯 性振动筛，它由筛箱、筛网、隔振弹簧及 激振器等组成。
由主轴、轴承和偏心块等构成的激振器，旋 转时产生周期性的惯性力，迫使筛箱、筛网和弹簧 等部件在底座上作简谐振动或准简谐振动，促使由 泥浆盒均匀流至筛网表面的泥浆中的液固相分离， 即液体和较小颗粒通过筛网孔流向除砂器，而较大 颗粒顺筛网表面移向砂槽。 筛网的振动方式决定着钻屑在筛网上的分离粒 度、运移速度、排屑量和液体处理量等。
7.3钻井液固相控制设备 7.3钻井液固相控制设备
概述： 7.3.1 概述： 1.钻井液的固相控制 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)。
自然沉降法： 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 化学沉降法 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。
五十年代以前，主要是用振动筛来清除 钻井液中的固相。
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。
由于不同固控设备仅对一定颗粒尺寸范围 内的固相才能发挥最大效能，因此各种固控设 备应合理组合成为一个系统进行应用。到七十 年代，这种机械固控系统已是现代钻井装备的 重要组成部分。我国的固控技术是八十年代发 展起来的。
钻井液固相控制方法与原理
钻井液固相含量对钻井作业的影响及其控制—钻井液固相控制工艺及原理钻井液中的固相含量是指单位体积钻井液中的固相含量的质量，单位用kg.m-3或g.cm-3表示。
固相含量对钻井液性能有重要影响，如粘土含量过高，是钻井液的年粘度和切力增加；岩屑含量过高，是滤饼的渗透率增加，滤矢量增大，滤饼增厚，易发生卡钻事故。
因此，钻井液的固相含量必须严格控制。
控制工艺原理如下：固相控制主要是有四种形式1 自然沉降法2 稀释法3 替代法4 机械法一、钻井液液相选择的原则选择何种液相主要取决于对所钻地层需要的抑制作用。
液相抑制能力强可防止流体减少和活性固体的膨胀，抑制地层的造浆。
二、固控设备的工作体系和原理1、固控原理分级清除钻屑是固控设备体系工作原理，大体上分有四级：振动筛、除砂清洁器、除泥清洁器、离心机（两台）2、固控体系分离点----有这样一种固相颗粒，经过固控设备处理后，有50%在底流中，有50%在溢流中，我们把这个固相颗粒粒度点叫分离点，这主要指非全过流处理设备。
理论上除砂清洁器分离点74μm除泥清洁器分离点43μm离心机分离点15μm高速离心机分离点2μm分离点不是一个定数,根据不同振动筛筛网目数以及泥浆体系不同而不同。
离心机的分离能力取决于固、液相的密度差及沉降区长度，固液两相密度差越相近，也就是进料的浆液年度越大，则分离沉降就越难以进行。
在实际生产中工艺条件影响离心机分离效果的因素主要有三个：进料温度，进料速率，异常工艺条件。
三、固液分离基本原理1.沉降原理当固体和液体（或两个液相）间存在着密度差时，便可采用离心沉降方法莱实现固液分离。
在离心场中，当颗粒重于液体时离心力会使其沿径向向外运动；当颗粒轻于液体时，离心力将使其沿径向向内运动。
因此，离心沉降可以认为是较轻颗粒中立沉降法的一种延伸，并且能够分离通常在重力场中稳定的浑浊液。
任何一种分离过程的机理，均依赖于两种组分间是否存在相对运动。
因而存在两种可能性：固体通过流体床沉降；液体通过固体床沉降。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
钻井液中加重剂、岩屑及黏土等固体颗粒所组成的体系称为固相。
按其作用可分为有用固相和无用固相(也叫有害固相)。
有用固相是指有助于改善钻井液性能的固相，如膨润土、加重剂(青石粉、重晶石及肽铁矿)等；无用固相是指不能改善钻井液性能，甚至影响钻井液性能，危害钻井正常进行的固相。
钻井液中固相含量高可导致形成厚的滤饼，容易引起压差卡钻；形成的滤饼渗透率高，滤失量大，造成储层损害和井眼不稳定；造成钻头及钻柱的严重磨损，尤其是造成机械钻速降低。
钻井液固相控制就是采用机械除砂、化学除砂的方法清除大部分无用固相，保留有用固相，以满足钻井工艺对钻井液性能要求的工艺，简称固控。
钻井液固相控制技术主要包括四个方面的内容：
一、使用好化学絮凝剂，抑制黏土分散；
二、加强固控设备的使用，控制劣质固相；
三、加重前，适当排放泥浆，降低黏土含量和固相含量；
四、提高钻井液抑制性，减少分散性处理剂的使用。