毕业设计（论文）题 目： 泥浆固相含量对钻井的影响及控制方法 摘 要泥浆固相控制系统是石油钻井设备中的主要设备之一。在对钻井质量要求日趋提高的现代钻井工艺中，泥浆净化的质量直接影响钻井质量和钻井成本，高质量的泥浆固控系统在钻井工程中起着必不可少的作用。固控系统根据钻井需要配有振动筛、除砂器，除泥器、离心机等不同形式和级别的净化设备，泥浆固控系统的作用是对钻井液进行循环、净化，保证泥浆的密度、粘度等参数满足钻井工艺的要求。关键词：固相控制；固控设备；泥浆；振动筛；旋流分离器；离心机目 录第1章 前言1第2章 泥浆的分类和作用32.1 泥浆的分类32.2 泥浆的作用42.3 泥浆中固相分类5第3章 高固相含量对钻井的影响73.1 高固相含量的危害73.2 固相含量对钻井的影响73.2.1 固相含量对钻井速度的影响83.2.2 固相类型对钻井速度的影响83.3 泥浆固相对油气层的损害9第4章 固相控制方法及设备114.1 固相控制方法114.1.1 大池子沉淀114.1.2 清水稀释114.1.3 替换部分泥浆114.1.4 利用机械设备清处固相114.1.5 化学絮凝114.2 泥浆固控设备134.2.1 振动筛134.2.2 除砂器、除泥器164.2.3 离心机20第5章 结论26参考文献28致谢29第1章 前言钻井是油气田勘探开发的重要手段。是从地面向地层深处钻出一条具有一定直径直达油气层的孔道，实质上就是不断破碎岩石，并设法把岩屑不断的清除以保证钻进的持续进行。因此开辟破碎岩石、清除岩屑的新途径，积极探索和实验的钻井方法即是钻井科学研究的核心。当前钻井工程中占主导地位的钻井方法仍然是旋转钻进、泥浆循环排屑法。当然，钻井工艺技术水平也在的不断提高，钻井科学研究的广度和深度都不断加强，对各项钻井技术都提出了更高的要求，钻井新工艺技术也不断涌现。在通常采用的旋转钻进、泥浆循环排屑钻井方法中，泥浆具有冷却和冲洗钻头、清扫井底岩屑、携带和悬浮岩屑、稳定井壁、控制地层压力等多方面的作用，因此，人们常常把钻井液比喻成钻井的血液。泥浆工艺技术是现代钻井工艺的重要组成部分，特别是随着钻井新工艺新记住的发展，对泥浆性能控制要求的日益提高。实践证明，泥浆性能的好坏，使用，维护和处理是否得当，直接关系着钻井机械钻速、钻头寿命、井下问题、地面设备磨损(特别是泥浆泵磨损)、泥浆费用以及整个钻井综合成本。钻井固相为泥浆中所含的固体成分，其体积或质量百分比即为我们通常所说的钻井液固相含量。钻井固相按其作用可分为两类：有用固相和有害固相。正因为钻井液固相含量及颗粒大小与钻井综合成本有着如此重要的关系，钻井液固相控制才在钻井工程中显得至关重要。泥浆固相控制就是要清除泥浆中的有害固相，保存有用固相。以满足钻井工艺对泥浆性能的要求。通常将泥浆固相控制简称为固控，泥浆固相控制系统是所有用于泥浆固相控制设备的总称。现代泥浆固相控制是现代钻井的重要手段，是直接影响安全、优质、快速钻井和保护油气层的重要因素，也是钻井工艺进入科学阶段的重要标志。具体来说，泥浆固相控制具有以下重要作用：防止油气通道堵塞、破坏，降低钻井扭矩和摩阻、降低环空抽吸压力波动、降低压差卡钻的可能性、提高钻井速度，延长钻头寿命，减轻设备磨损、提高泥浆循环系统易损件的寿命，增加井眼稳定性，改善井下导管条件，减轻环境污染，维持和调整泥浆的使用性能，减少钻井的费用等。固相控制的方法很多常用的有大池子沉淀、稀释法、替代法、机械法、化学絮凝法五种。稀释法是用清水或其他较稀的液体来稀释泥浆：替代法是利用清水或性能符合要求的泥浆来替代出一部分固相较高的泥浆，从而减轻总的固相含量：机械法是通过振动筛、除砂器、除泥器、离心机等机械设备，利用筛分、离心分离、中立分离等原理，将泥浆中的固相成分按颗粒、密度大小不同而分离开，根据需要进行取舍，以达到控制固相的目的。化学方法是利用不分散体系泥浆来控制钻屑，使之不分散或絮凝，他常常是机械或其他方法的补充。其中由于机械法固控效果好，成本低，且尚无新的固控方法可以替代，故在钻井施工中被普遍采用。第2章 泥浆的分类和作用2.1 泥浆的分类泥浆是粘土颗粒分散在水中而构成的。粘土颗粒是分散体，水是分散介质(或称分散相)，泥浆就是以粘土分散体，水为分散介质的分散体系。通常我们把洗井液惯称为泥浆，这样构成泥浆的分散体就不止是粘土颗粒，而分散介质也不止是水了。以分散和分散介质不同来划分泥浆的分类和组成(见表2-1)。表2-1 泥浆的分类类型组成分散体分散介质水基泥浆淡水泥浆粘土淡水钙处理泥浆粘土水中钙离子浓度大于80毫克/每升盐水泥浆粘土水中含盐量大于1%饱和盐水泥浆粘土饱和盐水低固相泥浆粘土含量少于7%淡水或矿化水油基泥浆沥青、烟黑、亲油粘土柴油或原油乳化泥浆水包油型(混油泥浆)粘土、油滴淡水或矿化水油包水型水、粘土柴油或原油注：上表均系指一般比重的泥浆。若重泥浆，则分散体里还有加重剂颗粒。目前普遍使用的是水基泥浆和混油泥浆。油基泥浆在钻开油层取心钻进时使用，目的是为了消除泥浆对含油岩心的影响。油包水型的泥浆主要是用于超深井、钻易垮塌的页岩层和低压油、气层，它具有抗高温、防垮塌、不腐蚀钢材和较小损害油、气层等优点，是一种良好的洗井液。2.2 泥浆的作用洗井是钻井过程中不可缺少的一个环节。有人把泥浆比作钻井的血液。泥浆停止循环时，钻井工作就不能继续进行。随着钻井生产的发展和泥浆技术水平的提高，人们对于泥浆在钻井中的作用和意义的认识也在逐步的提高。目前，大家公认泥浆是关系钻井成败的主要因素之一。泥浆的作用和地位更加突出，泥浆也更加受到普遍的重视了。泥浆的主要功用如下：(1)携带和悬浮钻屑。泥浆的一个基本功用，就是要把钻头破碎的岩屑从井底带出井眼，保持井眼净化。当接单根或临时停止循环时，泥浆又能把井眼内的钻屑悬浮住，不至于很快下沉，防止尘沙卡钻。这就要求泥浆具有适当的粘度和流变性能。(2)稳定井壁：井壁稳定，井眼规则是优质快速钻井的重要基础条件，也是泥浆措施的基本立足点。泥浆的组成必须对钻遇的泥页岩的水化膨胀和分散具有较强的抑制作用，同时，泥浆的滤失性能应有利于在井壁上形成薄而韧、摩擦系数小的泥饼。(3)冷却和冲洗钻头，清扫井底岩屑。如果泥浆液柱压力大于地层流体压力，这个压力差将把钻头破碎的岩屑紧紧地吸在井底，同时泥浆固相颗粒还可能在井底形成泥饼。如果泥浆液流不能及时清扫井底岩屑，保持井底净化，就造成重复切削，降低井底钻头的破碎效率。井底净化直接影响机械钻速和钻头进尺，因而十分重要。影响井底净化的因素较多，从泥浆本身来说，比重轻，剪切稀释能力大，固相含量少，最初瞬时失水大等，有利于保持井底净化。(4)泥浆比重能在较大范围内调节，以建立与地层压力相平衡的液柱压力，防止喷、漏、塌、卡等井下复杂情况。平衡压力钻井部仅仅是一种防喷、漏的措施，它对井底净化，提高钻速，以及减小泥浆对油层的侵害，提高油井产量等方面，仍然具有重要的意义。2.3 泥浆中固相分类不能简单地把泥浆中的固体看成是没什么区别的，如进行深入的分析则会发现，这些固体的成分、性质、颗粒的大小和在泥浆中的作用极为不同，这些固体可能是粘土，也可能是砂或岩屑，其颗粒直径可能大至几毫米或小至1以下，它们对钻井速度、泥浆性能和井下地层的影响也有很大的差别。根据泥浆中固体的性质可将其区分为两大类。(1)活性固体：这些固体在水中水化分散，它们的物理化学性质受水中的离子和泥浆处理剂的影响，这些固体如粘土和以粘土为主要成分的岩屑。(2)惰性固体：这些固体不溶于水，在水中也不水化分散，如重晶石、石灰石、砂等。根据固体对泥浆性能的影响和它们对泥浆、对钻井的作用来看，泥浆中的固体又可分为：(1)有用固体：包括膨润土(颗粒一般小于2)、重晶石等加重料和一些泥浆处理剂。(2)有害固体：(或称无用团体)是指岩屑、劣质粘土和砂粒，它们的颗粒直径皆大于10。各种不同的固体其颗粒直径范围如下：胶体颗粒 02泥 质 274砂 粒 74常用的重晶石为95%通过200号筛，即大部分颗粒处于274范围内在钻进过程中地层岩石不断地被钻头破碎，钻屑进入泥浆，而它们大部分是有害固体，如这些钻屑未能及时地在泥浆返至地面后立即从泥浆中清除，其中的泥页岩和粘土将不断地分散成小的颗粒，使泥浆的总固体含量和泥浆中胶体颗粒的含量升高。因此要保持泥浆固相含量低和胶体含量低必须解决以下问题：(1)使钻头钻碎的岩屑和粘土，在井内由井底带至地面的整个过程中不水化、不分散。(2)使钻屑尽快地由井底返至地面，迅速地从泥浆中清除出去。(3)使泥浆中维持适当数量的小于2的肢体颗粒。胶体颗粒是使泥浆具有必要的良好性能的基础，然而如胶体含量过高又会使钻速降低。因此，要在维持良好的泥浆性能的前提下，尽可能降低泥浆中胶体颗粒的含量。总之，为了提高钻井速度、保证井下安全和维持泥浆良好性能，不仅要保持泥浆低固相含量，而且要尽可能降低泥浆中小于2的胶体颗粒的数量(保持在1.52.5最好)。第3章 高固相含量对钻井的影响3.1 高固相含量的危害长期钻井实践得出，泥浆中固相含量的多少以及这些固体的性质和类型对于钻井速度和井下安全是一个要害问题。使用钠基细分散泥浆以及钙处理泥浆、盐水泥浆等祖分散泥浆时，被钻碎的泥页岩的岩屑不断水化分散，使泥浆中固体的含量越来越高。而这些固体的水化分散作用一直不断地进行着，颗粒变得越来越细小，使泥浆中胶体颗粒增加。其结果使钻井速度大大降低，使泥浆性能极不稳定，出现许多井下复杂情况，并会使油、气层受到损害。分散泥浆固相含量高，颗粒细小，有许多危害，表现为：(1)泥浆固相含量高比重高、机械钻速降低，钻头寿命缩短，使钻井速度下降。(2)泥浆固相含量高，泥浆今大量的钻屑和砂子不易清除，泥饼渗透率高，失水量大，使泥浆滤液和细粘土颗粒侵入油、气层，破坏了生产层的渗透串和生产能力。(3)泥饼厚，质地松散，摩擦系数高，失水量大，造成地层膨胀、缩径、剥落坍塌，导致起下钻遇阻遇卡，易发生粘附卡钻和井塌卡钻。(4)固井质量不好。(5)含砂量高，钻头、钻具和机械设备严重磨损、先期报废，使钻井不能顺利进行。(6)资料不准确，砂样混杂，电测不顺利，电测资料不准确。(7)泥浆性能不稳定，粘度、切力高，流动性不好，易发生粘土侵和化学污染。(8)耗费大量的水、泥浆处理剂和原材料，使泥浆成本和钻井成本提高。3.2 固相含量对钻井的影响多年以来，人们千方百计地想把井打快，因为井打得快就可以使钻井成本降低，还能避免许多井下复杂情况，使油田尽早投入开发和开采。但是，提高钻井速度的努力过去多集中于研制高效钻头和改进钻井工艺方面。五十年代后期开始发现泥浆固相含量高给钻井带来的一系列危害，并对泥浆中的固相进行了许多研究工作。人们注意到，清水钻速最快，而水中一旦进入了固体粒子(粘土颗粒)钻速就显著下降，而且怎么也达不到清水钻速那么高。人们通过大量研究工作总结出泥浆固相含量对钻速影响的三条规律。3.2.1 固相含量对钻井速度的影响 钻速随固相含量升高而下降，如设清