钻井液固相控制

1、钻井液固相控制钻井液固相控制钻井液工艺学钻井液工艺学钻井液固相控制 钻井液固相控制简称为固钻井液固相控制简称为固控控 (Solids Control) 钻井液固相控制是实现优化钻井的重要手段钻井液固相控制是实现优化钻井的重要手段之一，是之一，是现场钻井液维护和管理现场钻井液维护和管理工作中最重要的环节之一工作中最重要的环节之一 钻井液钻井液固相控制的优点：固相控制的优点： 降低降低钻井扭矩和摩阻，减小环空抽吸的压力波动，减少压差卡钻的可能性，钻井扭矩和摩阻，减小环空抽吸的压力波动，减少压差卡钻的可能性，提高提高钻井速度，延长钻头寿命，减轻设备磨损，改善下套管条件，增强井壁钻井速度，延长钻头寿命

2、，减轻设备磨损，改善下套管条件，增强井壁稳定性稳定性，保护，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。因此件。因此，钻井液固相控制 按作用按作用可分为两类可分为两类: 有用固相：如有用固相：如膨润土、膨润土、加重材料加重材料以及非水溶性或油溶性的化学以及非水溶性或油溶性的化学处理处理剂剂 无用固相：如无用固相：如钻屑、劣质土钻屑、劣质土和砂粒和砂粒等等。 按性质分：活性固相按性质分：活性固相 、惰性固相、惰性固相 按粒度分：粘土：按粒度分：粘土：d2 泥泥：2 d74第一节 固控设备概述 振动筛(Screen Shake

3、r)是一种过滤性的机械分离是一种过滤性的机械分离设备。具有最先、最快分离钻井液固相的特点，它设备。具有最先、最快分离钻井液固相的特点，它是钻井液固控的关键是钻井液固控的关键设备。设备。 振动筛振动筛由由筛架、筛网、激振器和减振器等部件筛架、筛网、激振器和减振器等部件组成。组成。 振动筛的处理能力应能适应钻井过程中的振动筛的处理能力应能适应钻井过程中的最大排量最大排量。 影响振动筛处理量的影响振动筛处理量的因素：除因素：除其自身的运动参数外，其自身的运动参数外，还有钻井液类型、还有钻井液类型、密度密度、粘度、固相粒度分布与含、粘度、固相粒度分布与含量，以及网孔尺寸等。量，以及网孔尺寸等。第一节

4、固控设备概述第一节 固控设备概述 旋流器旋流器按其直径不同，可分为除砂器、除泥器和微型旋流器三种类型按其直径不同，可分为除砂器、除泥器和微型旋流器三种类型。 除砂器。通常将直径为除砂器。通常将直径为150300 mm的旋流器称为除砂器的旋流器称为除砂器。 除泥器。通常将直径为除泥器。通常将直径为100150 mm的旋流器称为除泥器的旋流器称为除泥器。 微型旋流器。通常将直径为微型旋流器。通常将直径为50mm的旋流器称为微型旋流器。的旋流器称为微型旋流器。旋流器直径旋流器直径mm可分离的颗粒直径可分离的颗粒直径mm第一节 固控设备概述 泥浆清洁器泥浆清洁器(Mud Cleaner)是一组旋流器是

5、一组旋流器和一和一台细目台细目振动筛的组合振动筛的组合。 泥浆清洁器主要用于从加重钻井液中除去比重晶石泥浆清洁器主要用于从加重钻井液中除去比重晶石粒径大的钻屑。粒径大的钻屑。加重钻井液加重钻井液在经过振动筛的一级处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。这时如果理之后，仍含有不少低密度固体的颗粒。这时如果再单独再单独使用旋流器进行处理，重晶石会大量地流失。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使用泥浆清洁器的优点就在于就在于:既降低了低密度固体既降低了低密度固体的含量，又避免了大量重晶石的损失。的含量，又避免了大量重晶石的损失。 所选筛网所选筛网一般一般在

6、在100- 325目之间，通常多目之间，通常多使用使用150目目。第一节 固控设备概述 离心机离心机 倾注倾注式离心机式离心机(Decanting Centrifuge)又称做沉降式离心机，其核心部又称做沉降式离心机，其核心部件有滚筒、螺旋输送器和件有滚筒、螺旋输送器和变速器。变速器。 离心机通过高速运转促使固液分离。可用离心机通过高速运转促使固液分离。可用于处理加重钻井液以回收重品石和于处理加重钻井液以回收重品石和清除细小的钻屑颗粒。清除细小的钻屑颗粒。离心机离心机 10 第二节、固控工艺与原理 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，单位用钻井液中的固相含量是指单位体积钻井

7、液中的固相含量的质量，单位用kg.m-3或或g.cm-3表示。表示。 固相含量对钻井液性能有重要影响，如粘土含量过高，钻井液的粘度和切力固相含量对钻井液性能有重要影响，如粘土含量过高，钻井液的粘度和切力增加；岩屑含量过高，滤饼的渗透率增加，滤失量增大，滤饼增厚，易发生增加；岩屑含量过高，滤饼的渗透率增加，滤失量增大，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。卡钻事故。因此，钻井液的固相含量必须严格控制。 固相控制固相控制主要形式：主要形式：机械法机械法、稀释法、稀释法、自然自然沉降法沉降法、化学化学絮凝法絮凝法 （机械法）（机械法）固固控设备的工作原理：分级清除钻屑控设备的

8、工作原理：分级清除钻屑！ 影响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。件。第二节、固控工艺与原理 固液分离固液分离基本原理基本原理 1、沉降原理、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来实现固当固体和液体（或两个液相）间存在着密度差时，便可采用离心沉降方法来实现固液分离。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

9、轻颗粒中于液体时，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。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。第二节、固控工艺与原理 固液分离基本原理固液分离基本原理 2、十字流过滤原理、十字流过滤原理 滤浆垂直于过滤介质的表面流动，固体被介质截留，逐渐形成滤饼。随着过滤浆垂直于过滤介质的表面流动，固体被介质截留，逐渐形成滤饼。随着过滤的持续进行和滤饼层的增厚，过滤速度明显减少，直至滤液

10、停止流出。在滤的持续进行和滤饼层的增厚，过滤速度明显减少，直至滤液停止流出。在过滤相对粘稠及含有较大颗粒的流体时，过滤介质的孔隙会很快发生堵塞，过滤相对粘稠及含有较大颗粒的流体时，过滤介质的孔隙会很快发生堵塞，以后的滤饼逐渐密实，最终导致过滤速度急剧降低。在对此类滤浆进行滤饼以后的滤饼逐渐密实，最终导致过滤速度急剧降低。在对此类滤浆进行滤饼过滤时，必须使用絮凝剂或助滤剂。总之，需要对滤饼的增厚进行限制。过滤时，必须使用絮凝剂或助滤剂。总之，需要对滤饼的增厚进行限制。第二节、固控工艺与原理 固液分离基本原理固液分离基本原理 3、旋流分离原理、旋流分离原理 旋流分离过程本质上是非均混合物中，颗粒对

11、于流体介质的沉降迁移运动。旋流分离过程本质上是非均混合物中，颗粒对于流体介质的沉降迁移运动。从受力情况来看旋流分离过程中的颗粒主要受两种力作用：一是运动加速度从受力情况来看旋流分离过程中的颗粒主要受两种力作用：一是运动加速度引起的施加在颗粒上的力。这包括重力加速度引起的重力和离心机加速度引引起的施加在颗粒上的力。这包括重力加速度引起的重力和离心机加速度引起的离心力。二是流体施加在颗粒上的力，当旋流器内离心机加速度远大于起的离心力。二是流体施加在颗粒上的力，当旋流器内离心机加速度远大于重力加速度时，重力影响可忽略重力加速度时，重力影响可忽略。第二节、固控工艺与原理 钻井液固相控制钻井液固相控制方

12、法方法 1、机械法：、机械法：即即通过合理使用振动筛、除砂器、除泥器、清洁器和离心机等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，利用筛分和强制沉降原理，将钻井液中的固相按密度和颗粒大小机械设备，利用筛分和强制沉降原理，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，处理量一般不超过地较大，处理量一般不超过15m3 /h，不

13、能适应大量废浆的即时处理。，不能适应大量废浆的即时处理。第二节、固控工艺与原理 钻井液固相控制方法钻井液固相控制方法 2、稀释法：、稀释法：即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，也可在泥浆罐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泥浆罐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，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

14、设备缺乏或出现故障的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。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：（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；（）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

15、水稀释前进行，不要边稀释边排放；（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）一次性多量稀释比多次少量稀释的费用要低。比多次少量稀释的费用要低。第二节、固控工艺与原理 钻井液固相控制方法钻井液固相控制方法 3、沉降法：、沉降法：是是指向钻井液循环至地面时，通过一个面积较大的池子，是较指向钻井液循环至地面时，通过一个面积较大的池子，是较大的故乡颗粒沉降下来的方法。在上部地层钻井时，常用此法控制固相含量。大的故乡颗粒沉降下来的方法。在上部地层钻井时，常用此法控制固相含量。第二节、固控工艺与原理 钻井液固相控制方法钻井液固相控制方法 4、化学、化学絮凝絮凝法：法：是是在

16、钻井液中加入适量的絮凝剂（如部分水解聚丙烯配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。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。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由于膨润土的最大粒径在5m左右，而离心机一般只能清除粒径左右，而离心机一般只能清除粒径6m以上的以上的颗粒，因此用机械方法无法