钻井液固相控制技术探讨与建议.pdf

第 1 1 期 ． 4 5一 钻井液固相控制技术探讨与建议 陈鑫 ，杨晓冰 川庆钻探工程有限公司钻采工程技术研究院长庆分院，陕西 西安 7 1 0 0 2 1 [ 摘 要]钻井液固相控制是实现优化钻井的重要手段之一。正确、 有效地进行固 控可降低钻井扭矩和摩阻，减小环空抽吸的 压力波动，为科学钻井提供必要的条件。钻井液固 控是现场钻井液维护和管理工作中最重要的环节之一。本文就钻井液固 相 控制技术进行了深入的探讨，提出了自己的建议和看法。 [ 关键词]钻井液；固相控制；机械方法；稀释法；化学絮凝法 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 晶石及钛铁矿 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 ；钻头及钻柱产生严重磨损 ，特别是造成 机械钻速 降低 。因此 ，加强钻井液 固相控制十分 重要 。 1 常用的钻井液固相控制方法 钻 井 液 固控 有 各种 不 同 的方 法 。首先 应 考 虑 的是机械方法 ，即通过合理使用振动筛 、除砂 器 、除泥器 、清洁器和离心机等机械设备 ，利用 筛分和强制沉 陷原理 ，将钻井液 中的固相按密度 和颗粒大小分离开 ，并根据需要决定取舍 ，达到 控制 固相 的 目的。与其它方法相 比，这种方法处 理时 间短 ，效果好 ，成本较低 。这类处理方法的 主 要不 足 是 占用场 地较 大 ，处 理量 一般 不超 过 1 5 m ／ t l ，不能适应大量废浆的即时处理。 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 效快 ，但在加水 的同时必须补充足够的处理剂 ， 如果是加重钻井液还 需补充大量的重晶石等加重 材料 ，因而使钻井液成本大大提高 。为 了尽可 能 降低成本 ，一般遵循 以下原则 1 稀释后的钻 井液总体积不宜过大 ； 2 部分旧浆的排放应在 加水稀释前进行，不要边稀释边排放； 3 一次 性多量稀释 比多次少量稀释 的费用要低 。 化 学絮凝法是在钻井液 中加入适量的絮凝剂 如部分水解聚丙烯 配剂 ，使某些细小的固体 颗粒通过絮凝作用聚 集成较大颗粒 ，然后用机械 方法排除或在沉砂池 中沉除。这种方法是机械 固 控方法的补充 ，两者相辅相成 。 目前广泛使用 的 不分散聚合物钻井液体系正是依据这种方法，使 其总固相含量保持在要求的4 ％以下 。化学絮凝方 还可用于清除钻井液中过量 的膨润土 。由于膨润 土 的最大粒径在5 1． t m左右 ，而离心机一般只能清 除粒径6 I J ． m以上 的颗粒 ，因此用机械方法无法降 低钻井液 中膨润土的含量。化学絮凝总是安排在 钻井液通过所有固控设备之后进行。 2化学絮凝法常用的絮凝剂 2 ． 1 无机盐 现场使用 的无机盐类抑制剂有 C a 外、 K 等。 Ca 是通过离子交 换 ，压缩双 电层 ，降低 电 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 2 0 埃 ，在 C a 作用下至多只 能达到 1 5 埃 ，水化分散能力大 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。 ● ● ● ● ● ● ● ● ● ●● ● ●● ● ●● ● ●． _ ⋯● ● ● ● ● ● ●● ● ● - ● ●● ● ●● ● ●● ● ● - ● ●_ ● ⋯⋯●● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ‘ ⋯● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● ● 作者简介陈鑫 1 9 7 6 一， 男，安徵肥西人，本科学历，工 程师，从事钻井液完井液研究工作。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 一 6 一 ■ 技术交流 石 油 和 化 工 设 备 2 0 1 1 年 第1 4 卷 2 ． 2聚合物 有一类 高分子聚合物对泥浆 内的粘土颗粒起 保护作用 ，对劣质粘土和岩屑起絮凝聚沉作用， 被称 为选择性絮凝剂。絮凝剂 能使多个颗粒物质 产生桥联作用而发生絮凝 ，从而增大 团块直径 ， 便 于清 除 。现场 常用 的絮凝 剂有P HP 、P AM、 8 0 A5 1 等 。包被剂能将粘土颗粒包裹起来 ，一方面 增加颗粒 的直径 ，另一方面 防止钻屑分散变细。 现场常用的包被剂有F A3 6 7 等。 由于 聚合 物 的分 子链 长 ，在较 大 的剪 切 力 作用 下易断裂 ，聚合物的作用会 降低 。因而使用 水力旋流器或离 tl , 机时，往往会造成聚合物的减 效，离心机还 能去除一些分子量大 的聚合物 ，造 成浪费。在现场使用时，一定要注意这个 问题， 尽量减少浪费。 2 - 3正电胶 正电胶是 2 0世纪 9 0年代初出现的一种高效 抑制剂 ，有 良好 的流变性能，它一 出现就受到了 人们 的青睐 ，现场使用取得了 良好效果 。正 电胶 是一种超细微单分散的多羟基混合金属氢氧化 物 溶胶 ，颗粒 大约介 于 1 5 ～ 3 0 n m之 间。当粘土颗 粒进入正电胶钻井液后，经过表面瞬时水化，即 与正电胶发生吸附交换作用 ，生成 由具有较低 负 电位 的 “ 正 电胶 复合体 ” 简称 复合 体 组 成的表面凝胶层 。由于复合体 内电荷密度较 高， 使复合体 内高度水化 ， “ 束缚水 ”固化成 “ 晶体 水”，贮存于表面凝 胶层 的孔隙结构中 ，阻止 或 延缓水分子 向粘土矿 物 内层渗透水化 。这个表 面 凝胶层虽被水化，但 并不分散 ，具有一定的粘弹 性，就像一层具有一定强度 的弹性膜包裹在颗 粒 表面，避免了粘土矿物 的快速剪切水化分散。 从现场施工情况看 ，正 电胶对粘土的抑制性 优 于无机盐类和聚合物类 处理剂 ，且不受水力剪 切作用影 响，是一种 较理想 的处理剂 ，值得 开发 和利用。 3固控流程分析一 以加重钻井液为例 加重钻井液 固控系统的基本流程见图1 。 图1 加重钻井液固控系统基本流程 该系统为振动筛 、清洁器和离心机三级固 控，其中振动筛和清洁器用于清除粒径大于重晶 石的钻屑 。对于密度低于1 ． 8 g／c m。 1 5 p p g 的加 重钻井液，使用清洁器的效果十分显著，如果对 通过筛网的回收重 晶石和细粒低 密度 固相进行适 当稀释并添加适量降粘剂，可基本上达到固控要 求，此时可省却离心机。但当密度超过1 ． 8 g ／ c m 1 5 p p g 时，清洁器的使用效果会逐渐变差。在 理剂、 。承 石 这种情况下 ，常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 。从图1 可 以看出，含 大量回收重晶石的高密度液流 密度约为1 ． 8 g ／ c m 1 5 p p g 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 ． 1 5 g／c m 1 5 p p g 废弃 。离心机 主要用于清除粒径小于重晶石粉的钻屑颗粒。 在实际应用中，目前国内各油田有时仍单独 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m