鉆井液固控技術-2012.ppt

1、所謂鉆井液固相控制，就是指在保存適量有用固相的前提下，盡可能地清除無用固相。通常將鉆井液固相控制簡稱為固控(Solids Control)。 Desirable Solids(有用固相)，如膨潤土、加重材料以及非水溶性或油溶性的化學處理劑； Desirable Solids(無用固相)，如鉆屑、劣質土和砂粒等。,Solids in Drilling Fluids and Particle Size Distribution 鉆井液固相及粒度分布,High-density solids（高密度固相）: weighting materials have higher density (usuall

2、y 4.0 g/cm3) Low-density solids （低密度固相） : bentonite and drilled solids have lower density (usually 2.7 g/cm3) Inert solids（惰性固相）: sand, silt, limestone, feldspar, and API barite. They do not hydrate or otherwise react with other components of the mud. Active solids （活性固相） : bentonite,按固相粒度分類,按照美國石油學

3、會(APl)制訂的標準，鉆井液中的固相可按其粒度大小分為三大類： (1) 粘土(或稱膠粒) ：粒徑74 .,鉆井液中固相的粒度分布情況,Particle size distribution of a bentonite in fresh water 膨潤土粒度分布,Particle size distribution of a bentonite in fresh water: very fine colloidal particles ( 2 ),Particle size distribution of a barite 重晶石粒度分布,按照我國國家標準和API標準，鉆井液用重晶石粉的20

4、0目篩篩余量均小于3，即要求至少有97的重晶石顆粒的粒徑在74 以下。一般認為，絕大多數(shù)重晶石粉顆粒的粒度范圍為2-74 。 (1)小于2 的顆粒約占8； (2)小于30 的顆粒約占76; (3)小于40 的顆粒約占83。,Particle size distribution of a barite,Cuttings巖屑,Vs = the cutting volume entering the mud,m3/h; = the average formation porosity, d = the bit diameter, m, and = the penetration rate of th

5、e bit, m/h.,Particle size distribution of Cuttings巖屑粒度分布,而鉆屑的粒度處于0.05-10000 這樣一個極寬的范圍。在小于1 的膠體顆粒和亞微米顆粒中，膨潤土所占的體積分數(shù)明顯超過鉆屑，而在大于5 的較大顆粒中，則幾乎全部是鉆屑的顆粒。,Particle size distribution of a shale in a native mud,5.2 Purposes and Significance of Solids Control（固相控制的目的和意義）,Maintain adequate mud rheological and f

6、iltration properties. Improve lubricity and reduce abrasiveness and friction of mud and mud cake. Reduce drilling torque and drag. Reduce frequency of differential sticking and logging troubles. Reduce surge and swab pressure. Increase penetration rate and prolong bit footage and life. Reduce water,

7、 barite and chemical additives consumption. Smooth casing running and improve cementing quality. Obtain gauge hole and enhance borehole stability. Reduce wear of pump and equipment parts. Control mud weight and mitigate formation damage. Reduce mud drainage and haul-off.,5.3 Solid Control Methods固控方

8、法,Screening: 振動篩 Forced settling：強制沉降（旋流器，離心機） Chemical flocculation（化學絮凝）, and Dilution（稀釋）.,化學絮凝法,化學絮凝法是在鉆井液中加入適量的絮凝劑(如部分水解聚丙烯酰胺)，使某些細小的固體顆粒通過絮凝作用聚結成較大顆粒，然后用機械方法排除或在沉砂池中沉除。這種方法是機械固控方法的補充，兩者相輔相成。目前廣泛使用的不分散聚合物鉆井液體系正是依據(jù)這種方法，使其總固相含量保持在所要求的4以下。化學絮凝方法還可用于清除鉆井液中過量的膨潤土。由于膨潤土的最大粒徑在5m左右，而離心機一般只能清除粒徑6m以上的顆粒，

9、因此用機械方法無法降低鉆井液中膨潤土的含量。化學絮凝總是安排在鉆井液通過所有固控設備之后進行。,稀釋法,稀釋法既可用清水或其它較稀的流體直接稀釋循環(huán)系統(tǒng)中的鉆井液，也可在泥漿池容量超過限度時用清水或性能符合要求的新漿，替換出一定體積的高固相含量的鉆井液，使總的固相含量降低。如果用機械方法清除有害固相仍達不到要求，便可用稀釋的方法進一步降低固相含量。也有時是在機械固控設備缺乏或出現(xiàn)故障的情況下不得不采用這種方法。稀釋法雖然操作簡便、見效快，但在加水的同時必須補充足夠的處理劑，如果是加重鉆井液還需補充大量的重晶石等加重材料，因而會使鉆井液成本顯著增加。為了盡可能降低成本，一般應遵循以下原則：(1)

10、稀釋后的鉆井液總體積不宜過大；(2)部分舊漿的排放應在加水稀釋前進行，不要邊稀釋邊排放；(3)一次性多量稀釋比多次少量稀釋的費用要少。,5.4 Equipments for Solids Control固控設備,Screen Shakers(Shale Shakers)振動篩,表8-1 石油鉆井中通用的振動篩篩網規(guī)格,用于鉆井液固相控制的旋流器(Hydrocyclone)是一種帶有圓柱部分的立式錐形容器，其結構如圖8-4所示。錐體上部的圓柱部分為進漿室，其內徑即旋流器的規(guī)格尺寸，側部有一切向進漿口；頂部中心有一渦流導管，構成溢流口。殼體下部呈圓錐形，錐角為15o20o。底部的開口稱做底流口，其

11、口徑大小可調。,Hydrocyclones（旋流器）,用離心的方法將重力加速度提高若干倍，則顆粒的沉降速度就會增大若干倍，這正是使用旋流器和離心機控制固相的基本原理。通常將這類固控措施稱做強制沉降(Forced Settling),旋流器的平衡點,如果旋流器的底流口尺寸調節(jié)適當，那么在給旋流器輸入純液體時，液體將全部從溢流口排出；而含有可分離固相的液體輸入時，固體將會從底流口排出，每個排出的固體顆粒表面都粘附著一層液膜。此時的底流口大小稱做該旋流器的平衡點。,漩流器的類型,旋流器的分離能力與旋流器的尺寸有關，直徑越小分離的顆粒也越小。下表列出了各種尺寸的旋流器可以分離的固相顆粒直徑范圍。,分離

12、點 (CutPoint),如果某一尺寸的顆粒在流經旋流器之后有50從底流被清除，其余50從溢流口排出后又回到鉆井液循環(huán)系統(tǒng)，那么該尺寸就稱做這種旋流器的50分離點，簡稱分離點(Cut Point)。顯然，旋流器的分離點越低，表明其分離固相的效果越好。下表列出了幾種規(guī)格的旋流器在正常情況下的分離點。,(1)除砂器：直徑為150300mm的旋流器稱為除砂器。在輸入壓力為0.2MPa時，各種型號的除砂器處理鉆井液的能力為20120m3h。處于正常工作狀態(tài)時，它能夠清除大約95大于74 的鉆屑和大約50大于30 的鉆屑。為了提高使用效果，在選擇其型號時，對鉆井液的許可處理量應該是鉆井時最大排量的1.2

13、5倍。 (2)除泥器: 直徑為100150mm的旋流器稱為除泥器。在輸入壓力為0.2MPa時，其處理能力不應低于1015m3h。正常工作狀態(tài)下的除泥器可清除約95大于40 的鉆屑和約50大于15 的鉆屑 。除泥器的許可處理量，應為鉆井時最大排量的1.251. 5倍。 (3)微型旋流器：直徑為50mm的旋流器稱為微型旋流器。在輸入壓力為0.2MPa時，其處理能力不應低于5m3h。分離粒度范圍為725 。主要用于處理某些非加重鉆井液，以清除超細顆粒。,泥漿清潔器(Mud Cleaner),泥漿清潔器(Mud Cleaner)是一組旋流器和一臺細目振動篩的組合。上部為旋流器，下部為細目振動篩。泥漿清

14、潔器處理鉆井液的過程分為兩步：第一步是旋流器將鉆井液分離成低密度的溢流和高密度的底流，其中溢流返回鉆井液循環(huán)系統(tǒng)，底流落在細目振動篩上；第二步是細目振動篩將高密度的底流再分離成兩部分，一部分是重晶石和和其它小于網孔的顆粒透過篩網，另一部分是大于網孔的顆粒從篩網上被排出。所選篩網一般在100325目之間，通常多使用150目。 泥漿清潔器主要用于從加重鉆井液中除去比重晶石粒徑大的鉆屑。加重鉆井液在經過振動篩的一級處理之后，仍含有不少低密度固體的顆粒。這時如果再單獨使用旋流器進行處理，重晶石會大量地流失。使用泥漿清潔器的優(yōu)點就在于：既降低了低密度固體的含量，又避免了大量重晶石的損失。,Centrif

15、uges（離心機）,離心機可用于處理加重鉆井液以回收重晶石和清除細小的鉆屑顆粒。 具體做法是，鉆井液用離心機處理后，將底流的固相顆?；厥眨鴮⒁缌鞯牧黧w(主要包含低密度固體)丟棄。,5.5 ARRANGEMENTS OF SOLIDS CONTROL EQUIPMENT SYSTEM,Converting factors,1 atm = 9.80665* 104 Pa 1 kg/cm2= 9.80665* 104 Pa 1 psi(lb/in2)= 6.8948* 103 Pa 1 atm= 1 kg/cm2= 14.2 psi 1 lb=0.453592 kg 1 kgf=9.80665 N 1 dyn=10-5 N 1 lbf=4.44822 N,1 ft = 30.48 cm 1 in = 2.54 cm 1 bbl =1.59 * 105cm3 1 Gal(英) 4.546092 L 1 Gal(美) 3.78543 L 1 D(達西)=0.987*10m-12 1 lbf=