鉆井液中的固相物質(zhì)

1、鉆井液中的固相物質(zhì)鉆井液中的固相物質(zhì) 一、鉆井液中固相物質(zhì)的分類就固相物質(zhì)的來(lái)源劃分，有配漿粘土、巖屑、加重物質(zhì)和處理劑中的固相物質(zhì)等。就固相物質(zhì)的密度而言，有低密度固相，密度從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質(zhì)配成的鉆井液，其密度可從1.021.34g/cm3。不同密度的鉆井液含有不同比例的低密度的高密度固相物質(zhì)。 低密度固相又可進(jìn)一步分成兩類，它們是惰性固相和活性固相；所謂的惰性固相就是該固相對(duì)其周圍環(huán)境變化沒有任何反應(yīng)。鉆井液中的惰性固相包括砂子、石灰石、白云巖、某些頁(yè)巖和許多礦物的混合物。這類固相在鉆井液中是無(wú)用的，所以亦稱無(wú)用固相。無(wú)

2、用固相顆粒的尺寸大于15um時(shí)循環(huán)設(shè)備有磨蝕作用，所以又稱為有害固相。鉆井液中的活性固相是指粘土顆?；蚰z體顆粒。這些顆粒在水中的作用以調(diào)節(jié)鉆井液性能，所以亦稱為有用固相。 鉆井液中的固相物質(zhì)鉆井液中的固相物質(zhì) 就固相顆粒而言，按API標(biāo)準(zhǔn)可分為粘土（或膠體顆粒），尺寸大于74um。如果用篩網(wǎng)檢查顆粒大小的話，那么凡是不能通過(guò)200目篩孔（200目的篩孔為API砂子檢驗(yàn)篩孔）的固相顆粒為砂子（即顆粒尺寸大于74um）。 鉆井液中的固相物質(zhì)鉆井液中的固相物質(zhì) 二、固相顆粒在鉆井液中分布及其研磨性在鉆井過(guò)程中，由于鉆頭對(duì)井底巖石的切削、沖擊和研磨等作用，不斷地破碎巖石，井眼在不斷的加深，同時(shí)對(duì)巖石破

3、碎形成的不同尺寸的巖屑也進(jìn)入了鉆井液系統(tǒng)，在這些巖石之中，最大尺寸的最小尺寸的都是少量的，而大量的巖屑是中間尺寸的。 鉆井液中的固相物質(zhì)鉆井液中的固相物質(zhì) 以前，鉆井液工作者普遍認(rèn)為在鉆井液系統(tǒng)中API砂子是唯一的磨粒。其實(shí)不然，任何固相顆粒的研磨性應(yīng)由它的尖銳程度和硬度來(lái)決定。研磨性顆粒應(yīng)比被磨的材料更硬更尖銳。同時(shí)較大的磨粒在磨損某種材料的時(shí)候，與較小的磨粒相比，產(chǎn)生的磨痕較深，磨去的材料較多。由于巖石發(fā)生機(jī)械降級(jí)作用，其研磨性逐漸變小，15um以下的顆粒對(duì)設(shè)備的研磨性就不太明顯了。鉆井液中的磨粒主要由微米以下的顆粒組成。 鉆井液中的固相物質(zhì)鉆井液中的固相物質(zhì) 鉆井液中的固相物質(zhì)鉆井液中的

4、固相物質(zhì) 曲線中表示的是巖屑經(jīng)過(guò)機(jī)械降級(jí)以后的尺寸分布規(guī)律。不斷破碎變小，變小的程度各不相同，有的從砂粒尺寸變到泥和粘土尺寸，這個(gè)過(guò)程稱為機(jī)械降級(jí)，如下圖所示。 鉆井液中的固相物質(zhì)鉆井液中的固相物質(zhì) 三、鉆井液的固相含量及其測(cè)定三、鉆井液的固相含量及其測(cè)定鉆井液中所含固相物質(zhì)的多少稱為鉆井液的固相含量，一般用體積來(lái)表示。例如，鉆井液的固相含量是8，也就是說(shuō)鉆井液系統(tǒng)中固相物質(zhì)的體積占整個(gè)鉆井液系統(tǒng)總體積的8。鉆井液中各種固相含量的數(shù)據(jù)（例如般含、鉆屑、重晶石的含量）是固相控制的依據(jù)，因此，鉆井液固相含量的測(cè)定是十分重要的。 鉆井液中的固相物質(zhì)鉆井液中的固相物質(zhì) 1油、水和固相含量的測(cè)定蒸餾法是

5、分析測(cè)定鉆井液成分的有效方法，所以這里要全面介紹蒸餾法的使用，而不只是固相含量的測(cè)定。蒸餾法的主要過(guò)程是將鉆井液樣品置于專門設(shè)計(jì)的蒸餾器中，加熱蒸發(fā)其中的液體，蒸汽通過(guò)冷凝器回收于量筒中，從而測(cè)出液相的體積。進(jìn)而用減差法可以確定固相（包括懸浮的和可溶的）的含量。 鉆井液中的固相物質(zhì)鉆井液中的固相物質(zhì) 測(cè)定步驟量取一定體積（一般為20ml）的均勻鉆井液樣品注入蒸餾器，加23滴消泡劑，同時(shí)緩慢攪拌，除去可能混入樣品中的空氣。再擰緊加熱棒，裝在冷凝器的進(jìn)口端。置一干凈的玻璃量筒于冷凝器的出口端。加熱蒸餾，直到量筒內(nèi)的液面不再增加時(shí)，再繼續(xù)加熱10分鐘，在冷凝液中滴加12滴潤(rùn)濕劑使油、水分離，記錄所收

6、集的油、水的體積。 鉆井液中的固相物質(zhì)鉆井液中的固相物質(zhì) 根據(jù)油水體積和鉆井液樣品體積數(shù)據(jù)，計(jì)算出鉆井液中油、水和固相（包括可溶的和懸浮的）的體積百分?jǐn)?shù)。由于溶解鹽類在鉆井液樣品蒸干后仍然存留于蒸餾器中，因此，對(duì)于含可溶鹽較多的鉆井液應(yīng)該進(jìn)行計(jì)算值校正（用濾液分析結(jié)果校正），否則懸浮固相含量的計(jì)算將有較大的誤差。校正時(shí)，可以根據(jù)濾液的氯離子分析結(jié)果，用下表中鹽的體積百分?jǐn)?shù)來(lái)乘以鉆井液中水相的體積含量（嚴(yán)格的說(shuō)，應(yīng)乘以濾液體積含量）。 鉆井液中的固相物質(zhì)鉆井液中的固相物質(zhì) 鉆井液中的固相物質(zhì)鉆井液中的固相物質(zhì) 鉆井液中的固相物質(zhì)鉆井液中的固相物質(zhì) 計(jì)算粘土和重晶石的重量百分?jǐn)?shù)。設(shè)鉆井液固相僅由粘

7、土和重晶石組成，粘土和重晶石的密度分別為粘和重；固相中粘土和重晶石的重量百分?jǐn)?shù)含量分別為G粘和G重則G粘G重100 （3）又因固相體積等于粘土體積與重晶石體積之和，所以： 鉆井液中的固相物質(zhì)鉆井液中的固相物質(zhì) 鉆井液中的固相物質(zhì)鉆井液中的固相物質(zhì) 鉆井液中的固相物質(zhì)鉆井液中的固相物質(zhì) 2.般土含量的測(cè)定亞甲基藍(lán)試驗(yàn)（MBT）亞甲基藍(lán)試驗(yàn)?zāi)軌驕y(cè)出鉆井液中的陽(yáng)離子交換容量亞甲基藍(lán)容量，也就是鉆井液的般土含量。試驗(yàn)步驟如下：用不帶針頭的注射器量取12ml鉆井液樣品，放入250ml的三角玻璃燒瓶中，加10ml水稀釋，為了除去鉆井液樣品中的CMC、CMS、FCLS、聚合物等有機(jī)物質(zhì)的干擾，加入15毫升3

8、的H2O2和0.5ml稀H2SO4（約5N），緩慢煮沸10min（不要蒸干）。然后用水稀釋至50ml。 鉆井液中的固相物質(zhì)鉆井液中的固相物質(zhì) 用每升含3.74克亞甲基藍(lán)（分析純）的溶液（1毫升0.01毫克當(dāng)量）進(jìn)行滴定，每滴入0.5ml亞甲基藍(lán)溶液后旋搖30秒鐘。當(dāng)固相仍被懸浮時(shí)，用攪拌棒轉(zhuǎn)移1滴液體放在濾紙上，觀察在染色固定斑點(diǎn)周圍是否出現(xiàn)綠藍(lán)色圈。若無(wú)此圈，繼續(xù)滴入0.5ml亞甲基藍(lán)溶液，重復(fù)上述的操作。當(dāng)出現(xiàn)綠藍(lán)色圈時(shí)，搖動(dòng)三角瓶2min后再向?yàn)V紙上滴1滴，染色固體斑點(diǎn)周圍的綠藍(lán)色圈不消失為止（見下圖）。記錄所耗亞甲基藍(lán)溶液的毫升數(shù)。 鉆井液中的固相物質(zhì)鉆井液中的固相物質(zhì) 鉆井液中的固相

9、物質(zhì)鉆井液中的固相物質(zhì) 亞甲基藍(lán)（C16H18N3SCl3H2O）的水分含量可能與分子式不符，故每次配制溶液時(shí)必須烘干（在933下干燥1000克亞甲基藍(lán)至恒重）。配制1升溶液使用的亞甲基藍(lán)樣品的重量可按下式計(jì)算：鉆井液中的固相物質(zhì)鉆井液中的固相物質(zhì) 按下式計(jì)算鉆井液的陽(yáng)離子交換容量：亞甲基藍(lán)亞甲基藍(lán)溶液毫升數(shù)/鉆井液樣品的毫升數(shù)（8）計(jì)算鉆井液的般土含量。根據(jù)亞甲基藍(lán)容量的定義見公式（8）和亞甲基藍(lán)溶液的濃度（1毫升溶液含亞甲基藍(lán)0.01mg當(dāng)量）可知，1毫升鉆井液中的般土吸附（或吸收）了“0.01亞甲基藍(lán)容量”毫克當(dāng)量的亞甲基藍(lán)。又有實(shí)驗(yàn)得知，般土的陽(yáng)離子交換容量為70毫克當(dāng)量（亞甲基藍(lán)）/

10、100克（土），則1毫升鉆井液中所含般土的克數(shù)為： 鉆井液中的固相物質(zhì)鉆井液中的固相物質(zhì) 1升鉆井液中就含般土1000/70亞甲基藍(lán)容量。即鉆井液般土含量（g/l）1000/70亞甲基藍(lán)容量或14.3亞甲基藍(lán)容量（g/l）。應(yīng)注意，由于非般土類粘土也能吸附亞甲基藍(lán)，般土的分散度越高吸附亞甲基藍(lán)也越多，因此，用亞甲基藍(lán)試驗(yàn)測(cè)出的般含有相對(duì)性（故有“亞甲基藍(lán)般土含量”之稱）。鉆井液中的固相物質(zhì)鉆井液中的固相物質(zhì) 此外，粘土（頁(yè)巖等）的離子交換容量也可用亞甲基藍(lán)法測(cè)定。把一定量的粘土用高速攪拌器分散于水中，然后按上述方法進(jìn)行測(cè)定。測(cè)定時(shí)無(wú)需加雙氧水。粘土的陽(yáng)離子交換容量，可以表示為每100g土所需亞

11、甲基藍(lán)的毫克當(dāng)量數(shù)。前面用蒸餾法求出的粘土含量是低密度固相（包括粘土和巖屑）的總含量，從表中減去亞甲基藍(lán)般土含量即可得出巖屑的含量。鉆井液中的固相物質(zhì)鉆井液中的固相物質(zhì) 四、鉆井液密度的控制四、鉆井液密度的控制鉆井液的密度是鉆井液的一個(gè)重要性能，而鉆井液的固相含量直接影響鉆井液密度的大小，所以在實(shí)際工作中常常以控制固相含量的辦法控制鉆井液的密度。對(duì)鉆井液密度的要求應(yīng)該基于地層壓力控制的需要，例如，聯(lián)系沉積巖盆地的正常地層壓力梯度為0.107kg/cm2/m，使用的鉆井液密度應(yīng)為1.102。用淡水配制1.102的鉆井液，大約有7的低密度固相含量，配制1.2的鉆井液，大約有13.5的低密度固相。以

12、上結(jié)果是按下式計(jì)算的： 鉆井液中的固相物質(zhì)鉆井液中的固相物質(zhì) m水（1X）2.5X（9）式中：m鉆井液密度； 水水的密度； X固相體積百分?jǐn)?shù)； 2.5低密度固相物質(zhì)的密度。 鉆井液中的固相物質(zhì)鉆井液中的固相物質(zhì) 鉆井液中的固相物質(zhì)鉆井液中的固相物質(zhì) 如果已知鉆井液的密度，利用公式（9）可確定非加重鉆井液的固相含量。當(dāng)鉆遇異常高壓地層時(shí)，需要增大鉆井液密度，提高鉆井液液柱的靜液壓力，以控制地層壓力，防止井涌、井噴之類的事故發(fā)生。往鉆井液里加重晶石粉可以使鉆井液的密度增加，加重晶石后的鉆井液稱為加重鉆井液。 鉆井液中的固相物質(zhì)鉆井液中的固相物質(zhì) 在加重鉆井液里，一般含低密度固相和高密度固相。低密度固相中粘土對(duì)鉆井液的性能，特別是粘度有明顯的影響，所以對(duì)加重鉆井液來(lái)說(shuō)，就給定的鉆井液密度，確定它的低密度固相含量和高密度固相含量是很重要的。要確定這兩者的數(shù)值，首先應(yīng)當(dāng)精確的測(cè)定鉆井液的總固相含量。測(cè)定總固相含量之后，低密度固相含量