钻井液中的固相物质

1、钻井液中的固相物质钻井液中的固相物质 一、钻井液中固相物质的分类就固相物质的来源划分，有配浆粘土、岩屑、加重物质和处理剂中的固相物质等。就固相物质的密度而言，有低密度固相，密度从2.43.0g/cm3；高密度固相，密度在4.0g/cm3以上。完全由低密度固相物质配成的钻井液，其密度可从1.021.34g/cm3。不同密度的钻井液含有不同比例的低密度的高密度固相物质。 低密度固相又可进一步分成两类，它们是惰性固相和活性固相；所谓的惰性固相就是该固相对其周围环境变化没有任何反应。钻井液中的惰性固相包括砂子、石灰石、白云岩、某些页岩和许多矿物的混合物。这类固相在钻井液中是无用的，所以亦称无用固相。无

2、用固相颗粒的尺寸大于15um时循环设备有磨蚀作用，所以又称为有害固相。钻井液中的活性固相是指粘土颗粒或胶体颗粒。这些颗粒在水中的作用以调节钻井液性能，所以亦称为有用固相。 钻井液中的固相物质钻井液中的固相物质 就固相颗粒而言，按API标准可分为粘土（或胶体颗粒），尺寸大于74um。如果用筛网检查颗粒大小的话，那么凡是不能通过200目筛孔（200目的筛孔为API砂子检验筛孔）的固相颗粒为砂子（即颗粒尺寸大于74um）。 钻井液中的固相物质钻井液中的固相物质 二、固相颗粒在钻井液中分布及其研磨性在钻井过程中，由于钻头对井底岩石的切削、冲击和研磨等作用，不断地破碎岩石，井眼在不断的加深，同时对岩石破

3、碎形成的不同尺寸的岩屑也进入了钻井液系统，在这些岩石之中，最大尺寸的最小尺寸的都是少量的，而大量的岩屑是中间尺寸的。 钻井液中的固相物质钻井液中的固相物质 以前，钻井液工作者普遍认为在钻井液系统中API砂子是唯一的磨粒。其实不然，任何固相颗粒的研磨性应由它的尖锐程度和硬度来决定。研磨性颗粒应比被磨的材料更硬更尖锐。同时较大的磨粒在磨损某种材料的时候，与较小的磨粒相比，产生的磨痕较深，磨去的材料较多。由于岩石发生机械降级作用，其研磨性逐渐变小，15um以下的颗粒对设备的研磨性就不太明显了。钻井液中的磨粒主要由微米以下的颗粒组成。 钻井液中的固相物质钻井液中的固相物质 钻井液中的固相物质钻井液中的

4、固相物质 曲线中表示的是岩屑经过机械降级以后的尺寸分布规律。不断破碎变小，变小的程度各不相同，有的从砂粒尺寸变到泥和粘土尺寸，这个过程称为机械降级，如下图所示。 钻井液中的固相物质钻井液中的固相物质 三、钻井液的固相含量及其测定三、钻井液的固相含量及其测定钻井液中所含固相物质的多少称为钻井液的固相含量，一般用体积来表示。例如，钻井液的固相含量是8，也就是说钻井液系统中固相物质的体积占整个钻井液系统总体积的8。钻井液中各种固相含量的数据（例如般含、钻屑、重晶石的含量）是固相控制的依据，因此，钻井液固相含量的测定是十分重要的。 钻井液中的固相物质钻井液中的固相物质 1油、水和固相含量的测定蒸馏法是

5、分析测定钻井液成分的有效方法，所以这里要全面介绍蒸馏法的使用，而不只是固相含量的测定。蒸馏法的主要过程是将钻井液样品置于专门设计的蒸馏器中，加热蒸发其中的液体，蒸汽通过冷凝器回收于量筒中，从而测出液相的体积。进而用减差法可以确定固相（包括悬浮的和可溶的）的含量。 钻井液中的固相物质钻井液中的固相物质 测定步骤量取一定体积（一般为20ml）的均匀钻井液样品注入蒸馏器，加23滴消泡剂，同时缓慢搅拌，除去可能混入样品中的空气。再拧紧加热棒，装在冷凝器的进口端。置一干净的玻璃量筒于冷凝器的出口端。加热蒸馏，直到量筒内的液面不再增加时，再继续加热10分钟，在冷凝液中滴加12滴润湿剂使油、水分离，记录所收

6、集的油、水的体积。 钻井液中的固相物质钻井液中的固相物质 根据油水体积和钻井液样品体积数据，计算出钻井液中油、水和固相（包括可溶的和悬浮的）的体积百分数。由于溶解盐类在钻井液样品蒸干后仍然存留于蒸馏器中，因此，对于含可溶盐较多的钻井液应该进行计算值校正（用滤液分析结果校正），否则悬浮固相含量的计算将有较大的误差。校正时，可以根据滤液的氯离子分析结果，用下表中盐的体积百分数来乘以钻井液中水相的体积含量（严格的说，应乘以滤液体积含量）。 钻井液中的固相物质钻井液中的固相物质 钻井液中的固相物质钻井液中的固相物质 钻井液中的固相物质钻井液中的固相物质 计算粘土和重晶石的重量百分数。设钻井液固相仅由粘

7、土和重晶石组成，粘土和重晶石的密度分别为粘和重；固相中粘土和重晶石的重量百分数含量分别为G粘和G重则G粘G重100 （3）又因固相体积等于粘土体积与重晶石体积之和，所以： 钻井液中的固相物质钻井液中的固相物质 钻井液中的固相物质钻井液中的固相物质 钻井液中的固相物质钻井液中的固相物质 2.般土含量的测定亚甲基蓝试验（MBT）亚甲基蓝试验能够测出钻井液中的阳离子交换容量亚甲基蓝容量，也就是钻井液的般土含量。试验步骤如下：用不带针头的注射器量取12ml钻井液样品，放入250ml的三角玻璃烧瓶中，加10ml水稀释，为了除去钻井液样品中的CMC、CMS、FCLS、聚合物等有机物质的干扰，加入15毫升3

8、的H2O2和0.5ml稀H2SO4（约5N），缓慢煮沸10min（不要蒸干）。然后用水稀释至50ml。 钻井液中的固相物质钻井液中的固相物质 用每升含3.74克亚甲基蓝（分析纯）的溶液（1毫升0.01毫克当量）进行滴定，每滴入0.5ml亚甲基蓝溶液后旋摇30秒钟。当固相仍被悬浮时，用搅拌棒转移1滴液体放在滤纸上，观察在染色固定斑点周围是否出现绿蓝色圈。若无此圈，继续滴入0.5ml亚甲基蓝溶液，重复上述的操作。当出现绿蓝色圈时，摇动三角瓶2min后再向滤纸上滴1滴，染色固体斑点周围的绿蓝色圈不消失为止（见下图）。记录所耗亚甲基蓝溶液的毫升数。 钻井液中的固相物质钻井液中的固相物质 钻井液中的固相

9、物质钻井液中的固相物质 亚甲基蓝（C16H18N3SCl3H2O）的水分含量可能与分子式不符，故每次配制溶液时必须烘干（在933下干燥1000克亚甲基蓝至恒重）。配制1升溶液使用的亚甲基蓝样品的重量可按下式计算：钻井液中的固相物质钻井液中的固相物质 按下式计算钻井液的阳离子交换容量：亚甲基蓝亚甲基蓝溶液毫升数/钻井液样品的毫升数（8）计算钻井液的般土含量。根据亚甲基蓝容量的定义见公式（8）和亚甲基蓝溶液的浓度（1毫升溶液含亚甲基蓝0.01mg当量）可知，1毫升钻井液中的般土吸附（或吸收）了“0.01亚甲基蓝容量”毫克当量的亚甲基蓝。又有实验得知，般土的阳离子交换容量为70毫克当量（亚甲基蓝）/

10、100克（土），则1毫升钻井液中所含般土的克数为： 钻井液中的固相物质钻井液中的固相物质 1升钻井液中就含般土1000/70亚甲基蓝容量。即钻井液般土含量（g/l）1000/70亚甲基蓝容量或14.3亚甲基蓝容量（g/l）。应注意，由于非般土类粘土也能吸附亚甲基蓝，般土的分散度越高吸附亚甲基蓝也越多，因此，用亚甲基蓝试验测出的般含有相对性（故有“亚甲基蓝般土含量”之称）。钻井液中的固相物质钻井液中的固相物质 此外，粘土（页岩等）的离子交换容量也可用亚甲基蓝法测定。把一定量的粘土用高速搅拌器分散于水中，然后按上述方法进行测定。测定时无需加双氧水。粘土的阳离子交换容量，可以表示为每100g土所需亚

11、甲基蓝的毫克当量数。前面用蒸馏法求出的粘土含量是低密度固相（包括粘土和岩屑）的总含量，从表中减去亚甲基蓝般土含量即可得出岩屑的含量。钻井液中的固相物质钻井液中的固相物质 四、钻井液密度的控制四、钻井液密度的控制钻井液的密度是钻井液的一个重要性能，而钻井液的固相含量直接影响钻井液密度的大小，所以在实际工作中常常以控制固相含量的办法控制钻井液的密度。对钻井液密度的要求应该基于地层压力控制的需要，例如，联系沉积岩盆地的正常地层压力梯度为0.107kg/cm2/m，使用的钻井液密度应为1.102。用淡水配制1.102的钻井液，大约有7的低密度固相含量，配制1.2的钻井液，大约有13.5的低密度固相。以

12、上结果是按下式计算的： 钻井液中的固相物质钻井液中的固相物质 m水（1X）2.5X（9）式中：m钻井液密度； 水水的密度； X固相体积百分数； 2.5低密度固相物质的密度。 钻井液中的固相物质钻井液中的固相物质 钻井液中的固相物质钻井液中的固相物质 如果已知钻井液的密度，利用公式（9）可确定非加重钻井液的固相含量。当钻遇异常高压地层时，需要增大钻井液密度，提高钻井液液柱的静液压力，以控制地层压力，防止井涌、井喷之类的事故发生。往钻井液里加重晶石粉可以使钻井液的密度增加，加重晶石后的钻井液称为加重钻井液。 钻井液中的固相物质钻井液中的固相物质 在加重钻井液里，一般含低密度固相和高密度固相。低密度固相中粘土对钻井液的性能，特别是粘度有明显的影响，所以对加重钻井液来说，就给定的钻井液密度，确定它的低密度固相含量和高密度固相含量是很重要的。要确定这两者的数值，首先应当精确的测定钻井液的总固相含量。测定总固相含量之后，低密度固相含量