如何正确使用钻井液净化与固相控制系统1.docx

如何正确使用钻井液净化与固相控制系统1.docx

《如何正确使用钻井液净化与固相控制系统1.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《如何正确使用钻井液净化与固相控制系统1.docx（6页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

如何正确使用钻井液净化与固相控制系统1

如何正确使用

钻井液净化与固相控制系统

（装备处）

序言：

根据西南油气田2011年一季度钻井事故分析和技术提速会的要求，5月5日装备处在公司钻井液技术研讨会上针对如何正确使用钻井液净化设备做了介绍，针对两会反映出钻井液净化设备使用存在的误区，特准备了如何正确使用钻井液净化与固控设备、固控系统的科学使用和钻井液固控设备性能与使用维护三份资料，以供使用者参考。

一、钻井液净化与固相控制的意义

如何保障安全、优质、快速钻井和保护油气层，无疑钻探工程作为一个系统其血液就是“钻井液”，血液的好坏肯定会影响钻井生命，而其中钻井液净化与固相控制系统是钻井生命中确保钻井液好坏不可分割的整体，正确使用好净化与固相控制设备是确保我们钻探工程板块正常业务开展的基本要求。

1、钻井液的净化与固控

钻井液中的固相，按其作用分两类。

（1）有用固相：

膨润土、化学处理剂、重晶石粉等。

（2）有害固相：

钻屑（清水开钻，利用钻屑自然造浆除外）、劣质膨润土、砂粒等。

钻井液固相控制就是清除有害固相，保存有用固相，净化钻井液，以满足钻井工艺对钻井液性能的要求。

2、作用

（1）、钻井液固控是实现优化钻井的重要手段之一。

（2）、正确地进行固相控制可以：

保护油气层；降低钻井扭矩和摩阻；降低环空抽吸的压力波动；降低压差卡钻的可能性；提高钻井速度；延长钻头寿命；减轻设备的磨损；提高钻井液循环系统易损件的寿命；增加井眼稳定性；改善下套管条件；减轻环境污染；降低钻井费用等。

经验统计，在低密度范围内，钻井液中固相含量每减少1%（相当于钻井液密度下降0.016g/cm3），在软地层机械钻速可提高8%左右；钻头使用可降低一半。

如果筛网能用到200目，或用到325目，就可完全省去除砂除泥清洁器，大大简化固控设备和系统，从而产生巨大的效益。

二、钻井液中固相的分类

根据API的规定，按固相力度大小分成三类：

粘土（或胶体）粒度小于2μm

泥粒度小于2~74μm

砂粒度大于74μm

API对重晶石粒度的规定：

小于74μm的粒度应占到97%，其中小于44μm的粒度应占到其94%。

对于膨润土，小于74μm的粒度应该有96%以上。

颗粒大小对钻井液性能的影响主要取决于颗粒表面积的大小，表面积大，吸附的水就多。

如1颗直径为100μm的钻屑从井底被携带到地面，未被清除经钻井泵的多次循环，钻头的重复切削，就会变成12.5万个直径为2μm的小颗粒。

这不但增加了清除的困难，还使表面积增大到50倍。

这就增加用水量，流动性变坏，直接影响钻进。

三、钻井液净化与固控设备

钻井液净化系统主要完成钻井液的净化确保钻井工艺的需要，主要包括振动筛、除砂器、除泥器、离心机等主要净化设备。

表1各种固控设备分离能力

固相控制设备

分离颗粒尺寸，μm

标准筛网振动筛（60~10目）

>250

细网振动筛（200~60目）

74~250

特细网振动筛（325~200目）

44~74

除砂器

44~74

除泥器

8~44

中低速离心机（2200rpm）

5~7

高速离心机（3000rpm）

2~5

1、固控设备的原理及作用

振动筛是第一级固控，工作性能的优劣直接影响后几级固控设备的工作效果和泥浆体系的好坏，工作性能主要考虑处理量，排泥流畅情况，适应高目数筛网的使用，正常工作能达到120目以上。

除砂器是固控设备中的第二级固控设备，它的工作原理是旋流器的离心分离与重力排砂相结合，它的分离点为74μm左右。

除泥器是第三级固控设备，工作原理和除砂器一样，只是工作范围不同，除泥器所处理泥浆是除砂器溢流泥浆，分离点为43μm左右。

离心机是第四级固控设备，工作原理是离心机转鼓高速旋转，在离心力的作用下使得泥浆中的固相按颗粒大小梯度沉降，与转鼓有差速螺旋推进器分离将沉降的相应大颗粒固相推出（底流），清质的泥浆母液回流到罐内，离心机的分离点高速为1-5μm，中速为10-15μm。

离心机的工作效率比较高，离心机最初引进石油钻井是因为在加重泥浆中离心机能增加泥浆密度的同时可以降低粘度，还可以节约大量的泥浆药品，后来实践中离心机的除固相性能表现的很突出，而增密度降粘度的独有性能在现场并没有得到普及运用。

2、固控设备使用现状

（1）振动筛使用比较好,能使用高目筛网的比率较高,但这不是全过程的,尤其1开和2开前期造浆严重时,大部分只能使用40—80目；分圆型，普通椭圆型，直线型（易筛糊），均衡椭圆型（集圆型和直线型优点，处理量是直线型的20~30%）。

振动筛的选择依据不低于泵排量与钻井岩屑量的和。

（2）除砂器、除泥器使用效果一般，振动筛使用100目筛网后除砂器、除泥器几乎不出物料，而尤其1开和2开前期造浆严重时工作正常率又很低；

（3）离心机在非加重泥浆体系中使用效果较好，但是加重泥浆体系中几乎不能采用，因为加重的重晶石、铁矿粉被大量分离排出，影响了加重泥浆体系。

3、振动筛

是唯一能适用于加重钻井液的常规分离设备，担负清除大量钻屑的任务。

筛糊（或桥筛）和堵筛（或砂堵）：

网孔尺寸越小，钻井液粘度越大，筛糊现象越明显。

在网孔尺寸相同的条件下，编制钢丝越细，筛网许可处理量就越大，但筛网的寿命会越短。

特别注意两点：

（1）筛网的张紧程度必须按要求执行。

否则，可从7-10天的寿命降至2-3小时；

（2）及时清洗筛网。

4、除气器

能有效地控制钻井液的气侵，避免由于气侵钻井液的再循环导致钻井泵的气锁，引发井喷事故；可以安全有效的排除有毒有害和易燃气体。

不直接参与钻井液的固相控制，但钻井液含气较多，会使钻井液密度下降，致使离心压力下降，影响旋流器的工作，降低泵的容积效率和吸入能力，产生汽蚀降低泵的寿命。

5、除砂除泥清洁器

（1）除砂器：

（旋流器直径在150-300mm）清除约95%大于74μm的钻屑和约50%大于40μm的钻屑。

（2）除泥器：

（旋流器直径在100-150mm），清除约95%大于40μm的钻屑和约50%大于15μm的钻屑。

可除去12-13μm的重晶石，用其处理加重泥浆不合理。

（3）清洁器：

下接超细网振动筛，将底流的部分再分离，回收一部分重晶石。

筛网一般在100-325目之间。

6、离心机

主要用在加重钻井液中回收重晶石和清除细小固相及胶体，在非加重钻井液中清除钻屑，也可用离心机对旋流器的底流排除物进行二次分离，回收液相，排除钻屑。

离心机的转速和容量对处理量和分离粒度有很大影响。

工作转速3250rpm，处理量6L/s的高速离心机，对水基加重钻井液可分离重晶石至2μm，钻屑至3μm。

而工作转速为2500rpm时，可分离重晶石至6μm，钻屑9μm。

工作转速为1900rpm,可分离钻屑至10-12μm

表2离心机分类及性能

类型

转速rpm

离心力g

处理量m3/h

中分点μm

重晶石回收离心机

1600~1800

500~700

2.3~9

4~7

大处理量离心机

1900~2200

800

23~49

5~7

高速离心机

2500~3000

1200~2100

15~25

2~5

四、合理配置

1、对加重的钻井液，回收重晶石经济，其中第一级振动筛对固相控制极为重要，若使用细筛网，经济效益高。

如能用150目以上的筛网，可省去清洁器。

若用粗筛网，可用清洁器除去砂子，但可能会损失部分重晶石。

2、离心机：

1级离心机主要是降低粘度，另是回收重晶石。

2级离心机适用于昂贵的加重油基钻井液，分离排掉细颗粒。

3、钻井液净化系统的常规组合

根据钻井液化学性能的不同和钻井工艺需求，目前的钻井液固相处理一般分以下几种。

（1）、一级固控（振动筛）

（2）、二级固控（振动筛+除砂除泥一体清洁器）

（3）、三级固控（振动筛+除砂除泥一体清洁器+离心机）

（4）、四级固控（振动筛+除砂除泥一体清洁器+中速离心机+高速离心机）

（5）、五级固控（振动筛+除砂器+除泥器+中速离心机+高速离心机）

参考文献：

1、《设备管理与使用维护手册》2005年4月石油大学出版社

2、《国外钻井岩屑处理技术与国内应用研制分析》《石油机械》2009.第9期胡小刚

3、《钻机固控系统设备配置的研究》《甘肃科技》2010李秉跃

4、《钻井液固控设备的选择及应用》濮阳中原锐实达石油设备有限公司

5、钻井液技术发展态势石油大学（北京）2003.8

6、《我国钻井液技术发展中的几个问题》西南石油大学罗平亚2004

7、《石油钻采机械》石油工业出版社

8、《钻井手册》中国石油集团公司