泥浆固相对钻井的影响及控制方法研究

摘　要：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，因此，本文针对泥浆中固相含量对钻井的影响展开分析讨论，旨在提高在钻井过程中对泥浆固相控制的重视程度，尽量避免因泥浆固相影响钻井施工质量。

关键词：泥浆　固相　钻井

一、前言

根据长期钻井实践，钻井过程中，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。

二、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。

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，如设清水钻速为100，固相含量升高至7%时钻速降为50%，即降为原来的一半。从统计得出固相含量每降低1%，钻速至少可以提高10%。

另外，在不同的固相含量范围，钻速随固相含量的降低而升高的幅度不同。泥浆固相含量在7%(约相当于密度为1.08g/cm)以下时，钻速提高很快；而超过7%时，降低固相含量提高钻速的效果就不明显。

2.固相类型对钻井速度的影响

实践证明，泥浆中固相类型对钻速影响差异较大。砂子、重晶石等惰性固相对钻速影响较小，钻屑、低造浆率的劣质土的影响居中，而高造浆率粘土的影响最大。当泥浆中固相含量相同时，颗粒尺寸不一样对钻速影响不同，小于1 的溶胶颗粒对钻速影响最大。实验得出，小于1 颗粒对钻速影响为大于1 颗粒的13倍。这从固相含量相同分散泥浆和不分散泥浆的钻速差别很大而得到证实。

三、泥浆固相对油气层的损害

固相损害是指固相颗粒在油气层的渗流通道中造成堵塞而使渗透率下降的现象。入井流体中含有多种固相颗粒。有的固相颗粒是为了达到某一目的而加入的，如加重剂、桥堵剂和压裂支撑等；有的因相颗粒是无意混入而又不易除去的，如岩屑、杂质和铁锈等。外来固相堵塞损害的机理是当井筒中流体的液柱压力大于油气层孔隙压力时，固相颗粒就会随液相一起被压入油气层，从而缩小油气层孔道半径，甚至堵死孔喉，造成油气层损害。

影响固相损害的内因是储集层孔喉的尺寸与分布、裂缝的宽度与分布情况。一般认为，渗透性好的油气层，尤其是裂缝性油气层，外来固相颗粒侵入油气层的深度和所造成的损害程度相对较大。

影响固相损害的外因有以下三点：

1.固相颗粒的浓度。工作液中固相颗粒的浓度越大，固相堵塞就越严重。实践表明。射孔液中合同相颗粒1%～2%就可把炮眼堵死。

2.施工作业参数。最主要的参数包括压差、剪切速率和作业时间等。显然，压差越大，作业时间越长，造成的固相损害就越严重。

3.固相颗粒的尺寸、分布及其与孔喉尺寸的匹配关系。一般认为，如果颗粒直径与孔喉直径的比值大于 ，则颗粒是不易进入储集层的，这时会在井壁上形成泥饼；如果颗粒直径与孔喉直径的比值在 ~ 之间，则会造成浅部堵塞；如果颗粒直径小于孔喉直径的 ，则颗粒会进入储层深处。根据这一原理，可选择适当粒径、适当浓度的含固相颗粒的工作液，并施以适当的压差等，这样就会在短时间内在井壁附近很小的范围造成严重堵塞而形成一个屏蔽带。由于屏蔽带的存在，阻止了固相颗粒以及滤液的进一步侵入，从而达到保护油气层的目的。当需要时，可用射孔或溶蚀等措施来除去屏蔽带。

四、固相控制方法研究

1.大池子沉淀

这种方法现场使用较为普遍。固体与液体存在目睹差，经过一定时间后，岩屑会在中立作用下从泥浆中沉降分离出来。如果在情况允许的条件下，向泥浆中加入高分子絮凝剂，那么泥浆中的岩屑和劣质粘土就不分散并絮凝成团簇絮凝状，而加快固体颗粒的沉降速度。沉降法对清水钻进，特别是对不分散无固相泥浆(聚丙烯酰胺溶液)是很有效的。但是，当泥浆粘度稍大(如大于20 )特别是具有切力时，颗粒下沉速度便显著变慢，在它们尚未下沉至池底就被冲离大池子进入泥浆槽和上水池，而起不到清除固相的作用。

2.清水稀释

当泥浆粘度切力较高时，单靠在大池子中自然沉淀得不到好的效果。这是可以加清水稀释泥浆。当水加入泥浆后，泥浆体积变大，固体含量相对降低。然而清水的加图会使泥浆的性能改变，为了保证原来的性能，还需要加入适量的处理剂。同时要放掉大量泥浆。这种方法既造成浪费，有不安全，尽量不用。

3.替换部分泥浆

用清水或固相含量低的泥浆替换出一定体积的固相含量较高的泥浆，从而达到降低泥浆固相含量的目的。与稀释法比替换法可以减少清水和处理剂的用量，对原有泥浆性能影响也较小。但也不是清处固相的好方法。

4.利用机械设备清处固相

通常用于泥浆固相分离的设备有振动筛、旋流分离器、离心机三大类。根据清除固相颗粒尺寸不同，旋流分离器又分为除砂器、除泥器。

5.化学絮凝

60年代末期国外将聚合物絮凝剂引入泥浆中，不分散低固相聚合物优质泥浆得到应用，从而使钻井速度大幅度提高。国内自1974年开始研制和试验该类泥浆及其用剂，在全国各油田推广应用，已成为喷射钻井技术中不可缺少的必要条件。下面简要介绍有机聚合物絮凝剂。

五、认识与总结

综上，我们在实际钻井过程中，要合理的控制泥浆固相在泥浆中的百分含量以及合理控制泥浆固相类型可以使钻速及泥浆性能达到较理想的效果。另外，振动筛、旋流分离器、离心机是钻井过程中必不可少的三大固控系统，在固控中起到了非常重要的作用，再合理的结合使用化学絮凝就能更有效的控制泥浆中固相，才能保证泥浆的性能使钻井安全、优质、快速的进行下去。参考文献[1]鄢捷年．钻井液工艺学．东营：石油大学出版社，2001.[2]陈庭根．钻井工程理论与技术．东营：中国石油大学出版社，2006.