钻井液固相控制技术特点与现场应用

【摘 要】分析了油田钻井液固相控制技术和设备现状，总结了现代钻井工程对钻井液固控提出的要求，根据目前钻井液固相控制方面存在的问题，提出了一些建议。

【关键词】油田 钻井液 固相控制 机械清除 固控设备

中图分类号：TE355 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）35-261-01

固相控制是钻井液工作的核心内容之一。可以毫不夸张地说，钻井液性能的一切变化都与固相有关。科学合理钻井液固相控制是经济有效地保持钻井液性能优异的的重要手段。钻井液固相控制方法可分为机械方法、稀释法、化学絮凝法等，固相控制设备一般包括振动筛、除砂器、除泥器、清洁器、离心机等[1]。

1 钻井液固相控制现状

目前，油田钻井队普遍配备了40～80目筛布的直线振动筛、Φ300mm除砂器、30～60m3/h处理量的低速离心机等三级钻井液净化设备，固控采用化学絮凝沉淀、机械清除与稀释相结合的方法，能清除74?m以上的大部分颗粒，使用强化离心机对非加重钻井液可取得较好的效果。对于高造斜点井、大型丛式井组和因地面条件限制无法进行大循环的井，目前配备的固控设备很难满足需要。强造浆地层和高机械钻速导致钻井液固相含量高、流变性难以控制，需要经常大量排放及反复使用稀释剂进行处理，由此容易造成井下复杂，加重环境影响，增加钻井液成本。对于加重钻井液，能连续使用的只有振动筛，所以其固相控制难度更大。深井井段，所钻地层粘土矿物以伊利石等分散能力差的矿物为主。

2 钻井工程对钻井液固相控制的要求

①提高机械钻速。相对于其他方面，钻井液固相控制对提高机械钻速还有很大潜力可挖。②保障井下安全。③保护油气层。钻井液高固相含量，特别是分散过细的固相粒子，易进入储层孔隙中，堵塞油气运移通道，降低储层渗透率，损害油气层。④减少环境影响。⑤降低钻井液成本。良好的固相控制可以减少钻井液排放。

3 地层特点

钻井液固相控制要针对地层特点进行，不能抛开地层谈固相控制。以渤海湾盆地济阳坳陷为例，按沉积顺序，其下第三系地层包括孔店组、沙河街组和东营组，上第三系地层包括馆陶组、明化镇组和第四系平原组。粘土矿物类型主要有蒙皂石、蒙皂石/伊利石、伊利石/蒙皂石、伊利石、高岭石、绿泥石等，纵向分布类型以蒙皂石伊利石正常转化型为主，基本上不存在蒙皂石伊利石不正常转化型[2]。以东营凹陷为例，其泥岩粘土矿物纵向分布类型自上而下可分为3个带。第一带是埋深浅于2000～2400m的蒙皂石或蒙皂石/伊利石带，层位主要是明化镇组、馆陶组、东营组和凹陷边缘的沙一段、沙二段和沙三段。粘土矿物易水化分散，造浆能力强，是钻井液固相控制的重点。第二带是埋深界于2000～2400m至3300m之间的伊利石/蒙皂石带，以伊利石/蒙皂石为主，相对含量为73%～32%，造浆能力有所减弱。第三带是埋深大于3300m的伊利石带，其粘土矿物水化分散能力很弱，钻井液固相控制方式以机械清除为主。

4 固相控制方面存在的的问题及解决办法

4.1 钻井液体系

油田中浅井或深井的中浅井阶段，以东营凹陷为例，大体深度在3300m以浅，也即泥岩粘土矿物纵向分布类型的第一带和第二带，粘土矿物水化分散、造浆能力强，目前普遍使用的钻井液体系是不分散钻井液体系，有利于钻井液固相控制，实现钻井液“低固相”，能满足钻井工程对钻井液的各种要求。深井阶段，以东营凹陷为例，大体深度在3300m以深，也即泥岩粘土矿物纵向分布类型的第三带，粘土矿物以伊利石为主，其次为绿泥石，其水化分散能力弱，在钻井过程中易出现硬脆性剥蚀掉块或坍塌，应对这类地层，比较经济有效的水基钻井液体系是分散型的聚磺防塌体系。但强分散体系中稀释剂的大量使用、高PH值等做法促进了活性固相的进一步分散，增加了固相控制的难度。使用细目振动筛强化机械清除，减少分散剂用量能基本满足深井对钻井液的各种要求。

4.2 钻井液固相分析

目前，现场人员比较注重钻井液流变性、滤失性等方面的性能，对钻井液固相对钻井液性能的影响关系关注较少。应对钻井液固相组成、含量、粒度以及变化趋势等进行分析，有助于判断钻井液出现的一些问题随时间的延长及井深的增加，在钻井液固相含量没有大的变化的情况下，膨润土含量逐步降低，固相颗粒粒度更细，塑性粘度、动切力及静切力增加。测定不同固相控制设备处理后的钻井液固相颗粒粒度，可以了解这些设备能清除什么粒径的粒子，有助于正确选用固控设备[3]。

4.3 固控设备组合

钻进过程中，泥页岩等地层产生的钻屑等活性固相颗粒在钻井液中会不断水化分散，同时受外力的剪切破碎，粒度更细，比表面积更大，吸水更多，导致塑性粘度不断升高，增加了钻井液净化难度[3]。作为第一级固相控制设备的振动筛，担负着在第一时间清除无用固相的任务，是最关键固控设备。平动椭圆振动筛可改变钻屑的运动轨迹，大大减轻“糊筛”现象，配合多联使用及采用细目、超细目筛布，效果更好。因此，良好的固控设备组合为：使用120～200目筛布的平动椭圆振动筛为第一级固控设备，将增大处理量至正常循环流量的Φ100 mm除泥器作为第二级，2500～3200r/min转速的高速离心机为第三级。对于加重钻井液，可尝试高速离心机之前增加一台转速为1600～2200r/min的低速离心机，以回收重晶石，使其继续参与循环。溢流进入高速离心机，清除低密度固相采取上述组合可实现最经济、最简化的固控设备升级，从而提高钻井液固相控制水平。

5 结束语

①在上部地层，钻井液固相控制应采用化学絮凝、机械清除与稀释相结合的方法。②推广使用大处理量离心机，或将多台并联使用，处理量应能满足正常钻井液循环排量。③在中浅井或深井的中浅井阶段选择不分散钻井液体系，深井采用分散体系也尽量减少引起固相粒子破碎、分散的处理剂用量。④在深井阶段，钻井液固相控制应以机械清除为主，高密度井坚持使用细目振动筛是关键。⑤小尺寸旋流器的使用及高低速离心机配合在加重钻井液中的使用在现场还有一些问题没有解决，应加强这方面的实践研究。（6）钻井周期过长导致的钻井液优质活性固相过低、亚微米级胶粒含量过高的问题，可采取以部分优质钻井液置换的方法加以解决。

参考文献：

[1] 鄢捷年.钻井液工艺学.山东东营：中国石油大学出版社，2001