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钻井液固相的数学分析非加重钻井液的固相分析1．连续相全部是水时，有V l = 0.625（ρm －1）【V x (某种固相的百分数%)=(ρm-1)/(ρx-1)】2．连续相中混有部分油时，有V l = 0.625（ρm －1－ρo V o ）3．特殊情况下，当体系中的固相全部为重晶石时，有V h = 0.3125（ρm －1）式中：V l —低密度固相的体积百分数，%；V h —高密度固相的体积百分数，%；ρm —钻井液密度，g/cm 3；【ρx —某种固相或加重剂的密度】ρo —油的密度，一般取0.84 g/cm 3；V o —液相中油的体积百分数，%。
加重钻井液的固相分析1．在非含油的淡水体系中，各固相组份有如下关系：lh m s h s l V V V ρρρρρ--⋅+-=)1(水 lh s s l m h V V V ρρρρρ---⋅-=)1(水 V s = V l + V h式中：V s —体系中总固相的体积分数，%；ρ水—水的密度，取1g/cm 3；ρl —低密度固相的密度，一般取2.6g/cm 3；ρh —加重材料的密度，g/cm 3；其余同上。
2．加重钻井液体系中含有部分油相时的固相分析lh m o o s h o s l V V V V V ρρρρρρ--+⋅+--=)1(水 lh o s o o s l m h V V V V V ρρρρρρ----⋅-⋅-=)1(水 式中符号意义同上。
3．含有可溶性盐的加重钻井液体系固相分析lh m o o s h w w l V V V V ρρρρρρ--+⋅+⋅=lh w w o o s l m h V V V V ρρρρρρ-⋅-⋅-⋅-= 式中：ρw —含有可溶性盐的钻井液体系中液相（滤液）的比重，g/cm 3；一般采用下式计算：ρw = ρ水（1 + 1.94×10－6×〔Cl －〕0.95）〔Cl －〕—滤液中Cl －的浓度，mg/l ；V w —含有可溶性盐的钻井液体系中水相的体积分数，%；可由下式确定：V w = V 水（1 + 5.88×10－8×〔Cl －〕1.2）V 水—纯水的体积分数，现场采用蒸馏方式得到，%。
钻井液固相控制技术及设备第一章钻井液中的固相及其影响第一节概论钻井液是钻井过程中使用的循环流体，它是液体固体和化学处理剂的混合物。
钻井液中的固体颗粒分为有害固相和有用固相，岩屑是钻井中的最主要的有害固相。
有害固相在钻井过程中将影响钻井液的物理性能，使钻井液的密度、粘度、动切力、失水、泥饼、研磨性、粘滞性、流动阻力增加，其结果导致损害油气层，降低钻速，增加钻盘扭矩，起下钻遇阻，粘附卡钻，井漏井喷等井下复杂情况，对钻井液循环系统造成磨损。
第二节钻井液的作用与组成一、 作用：1、清洗井底2、携带岩屑3、冷却和润滑钻头及钻柱4、形成泥饼保护井壁5、控制与平衡地层压力6、悬浮钻屑和加重剂沉砂7、提供地层资料保护油气储层防止伤害8作为动力液传递水功率。
二、 钻井液组成1、水－淡水、盐水、咸水和饱和盐水2、膨润土－钠膨润土，钙膨润土3、化学处理剂－无机类、有机类、表面活性剂类、高分子聚合物类4、油－轻质油或厚油类5、加重剂－重晶石类、赤铁矿6、气－空气、天然气，三、 液相选择的原则选择何种液相主要取决于对所钻地层需要的抑制作用。
液相抑制能力强可防止流体减少和活性固体的膨胀，抑制地层的造浆。
第三节固相颗粒粒度的影响（固相颗粒粒度通常指颗粒的大小尺寸）一、固相颗粒粒度对钻速的宏观影响宏观上钻井液中不同性质的固相颗粒对钻速影响不同，小于1微米的胶体要比粗颗粒的影响更严重，在固相量大于6%时，分散性钻井液细颗粒与不分散钻井液细颗粒固相对钻速的影响几乎一样，当固相含量低于6%时，不分散钻井液比分散钻井液的钻速要高，固相含量越低，钻速差别越大，这是因为固相含量低于6%时，分散性钻井液中的胶体颗粒所占的百分比越大。
二、 固体颗粒粒度的微观影响任何水基钻井液中的颗粒，其表面都吸附水分子，自由液体受到约束。
钻井液中的钻屑在钻井循环中不断破裂，其表面积不断增加，因而增加了吸附的水分子。
一个小颗粒被立体型分裂后，颗粒变为多少倍，表面积就增加多少倍。
储气库井煤层防塌钻井液技术储气库井12 1/4″井眼穿山西、太原、本溪煤层与碳质泥岩，煤层段井斜为50°～75°左右，累计段长48米，钻井周期长延长了侵泡时间，井眼大携砂困难（返速0.76m/s），根据上述难点，钻井液处理主要做好以下几个方面：1.处理好钻井液组份做到硬性封堵，评价好封堵性;2.控制好高固相钻井液的流型，解决好携砂性能;3.对比分析储气库井各项数据，得出结论与建议。
标签：硬性封堵;钻井液流型;数据分析一.处理好钻井液组份做到硬性封堵，评价好封堵性1.1封堵性评价钻井液的失水控制要得当，减少降滤失剂，适当增加固相颗粒含量可以提高泥饼封堵性，控制自由水与结合水出入，高温高压失水仪更好的模拟了井下环境，对泥浆封堵性的评价更为准确和可靠。
1.2现场处理思路储气库井煤层要求高封堵，不一定高固相，梯配好固相颗粒组分，尽量减少降滤失剂加量，预防泥包及保证好钻井液流型防止井下形成岩屑床，对封堵性要求越高的地层越要使钻井液中保留一定的自由水，使得钻井液有一定的溶解空间，易于调整钻井液性能。
1.3现场处理经验该井施工中安全通过煤层且起下钻正常，从上述性能分析，梯配好固相颗粒组分控制住高温高压失水，不刻意加降滤失剂去控中压失水，放弃控制漏斗粘度转为控制钻井液流型，保证好12 1/4″井眼的携砂性能防粘卡，是穿煤层的性能控制的关键环节。
1.4处理建议通过实验室小型试验优化好配方，控制好穿煤层的钻井液性能，重点处理好钻井液中固相颗粒和降滤失剂的组分。
二.控制好高固相钻井液的流型，解决好携砂性能2.1 钻井液流型与携砂性的关系从流体力学角度分析钻井液携砂性能，以钻井液层流（紊流）状态下环空携砂效率为例进行说明：（1）计算环空中流动速度：υa=0.408×Q/（D2-D2po）（1.1）（2）计算幂律模式流变参数：ηa=0.5×lg（φ300/φ3）（2.1）Ka=（5.11×φ300）/511ηa（2.2）（3）鉆屑剪切应力的计算：τctg=7.9[Tctg（20.8-ρ）]0.5（3.1）（4）钻屑剪切速率的计算：γctg=（τctg/ Ka）1/ηa（4.1）（5）钻屑在环空中滑落速度的计算：υb=1/60×1.22×τctg[（γctg×Dctg）/ρ0.5]0.5（5.1）（6）环空中钻井液携带钻屑速度的计算：υT-ctg=υa-υb（6.1）（7）环空中钻井液携带钻屑效率的计算：ET-ctg=υT-ctg/υa×100（7.1）由以上公式推导：环空中钻井液携带钻屑的效率ET-ctg与范氏旋转粘度计300r/min读数φ300成反比、φ300/φ3读数成反比、钻屑直径Dctg成反比。
钻井液的固相及其含量的控制舒儒宏(渤海钻探钻井技术服务公司泥浆公司)摘要钻井液的固相含量是指单位体积钻井液中固相物质的质量。
钻井液的固相控制，就是使用一切可以利用的手段，最经济地、最大限度的清除在钻井液中的钻屑，目的是维护钻井液性能，减少钻井事故，提高钻速，降低成本。
认识钻井液的固相类型、掌握它在钻井液中作用及对它的要求、控制方法等，对今后的工作意义重大。
关键词类型作用要求方法钻井液中的固相，包括人为加入的粘土和加重材料以及钻屑。
前两者是钻井液的主要成分，使钻井液具有所需要的性能，后者属于有害成分，使钻井液的性能变坏，如果钻井液中的钻屑过多，将会引起一系列问题。
例如：钻井液密度升高，粘切增大，泥饼变厚，会加剧设备的磨损，会影响固井质量，影响测井，损害油气层；也可能引起卡钻，、井漏等井下复杂情况；还会使钻速降低，钻井液维护处理费用增加和钻井总成本增加等。
可见，搞好钻井液固相含量的控制，维持有用的固相含量，清除钻屑，对于保证钻井工艺的顺利进行，对于提高钻速和降低成本都是至关重要的。
如果将钻井液中的有害固相控制在适当的范围，可以有以下几方面的好处：降低钻井的扭矩和摩阻；减小抽吸压力和压力激动；减小压差卡钻的可能性；减小测井工具的阻卡；可以改善下套管的条件；提高固井质量；延长钻头寿命；减轻设备磨损；增强井眼稳定性；提高钻速；降低钻井液和钻井成本等11方面。
一、钻井液中固相的类型1、按照作用可分为(1)有用固相：例如粘土和加重材料以及非水溶性或油溶性的化学处理剂。
(2)有害固相：例如钻屑、劣质土和砂粒等。
2、按照尺寸大小(1)砂：不能通过200目筛网，即大于74微米的固体。
(2)淤泥：即2--74微米的固体。
(3)粘土：即小于2微米的固体。
3、按照固体的密度可分为(1)低密度固体，即密度小于2.7的固体，如粘土和钻屑。
(2)高密度固体，即密度大于4.2的固体，也就是平时说的加重剂。
4、按照反应活性可分为(1)活性固体，即容易与水发生反应的或相互之间易发生反应的固体。
钻井液的固相及其含量的控制舒儒宏(渤海钻探钻井技术服务公司泥浆公司)摘要钻井液的固相含量是指单位体积钻井液中固相物质的质量。
钻井液的固相控制，就是使用一切可以利用的手段，最经济地、最大限度的清除在钻井液中的钻屑，目的是维护钻井液性能，减少钻井事故，提高钻速，降低成本。
认识钻井液的固相类型、掌握它在钻井液中作用及对它的要求、控制方法等，对今后的工作意义重大。
关键词类型作用要求方法钻井液中的固相，包括人为加入的粘土和加重材料以及钻屑。
前两者是钻井液的主要成分，使钻井液具有所需要的性能，后者属于有害成分，使钻井液的性能变坏，如果钻井液中的钻屑过多，将会引起一系列问题。
例如：钻井液密度升高，粘切增大，泥饼变厚，会加剧设备的磨损，会影响固井质量，影响测井，损害油气层；也可能引起卡钻，、井漏等井下复杂情况；还会使钻速降低，钻井液维护处理费用增加和钻井总成本增加等。
可见，搞好钻井液固相含量的控制，维持有用的固相含量，清除钻屑，对于保证钻井工艺的顺利进行，对于提高钻速和降低成本都是至关重要的。
如果将钻井液中的有害固相控制在适当的范围，可以有以下几方面的好处：降低钻井的扭矩和摩阻；减小抽吸压力和压力激动；减小压差卡钻的可能性；减小测井工具的阻卡；可以改善下套管的条件；提高固井质量；延长钻头寿命；减轻设备磨损；增强井眼稳定性；提高钻速；降低钻井液和钻井成本等11方面。
一、钻井液中固相的类型1、按照作用可分为(1)有用固相：例如粘土和加重材料以及非水溶性或油溶性的化学处理剂。
(2)有害固相：例如钻屑、劣质土和砂粒等。
2、按照尺寸大小(1)砂：不能通过200目筛网，即大于74微米的固体。
(2)淤泥：即2--74微米的固体。
(3)粘土：即小于2微米的固体。
3、按照固体的密度可分为(1)低密度固体，即密度小于2.7的固体，如粘土和钻屑。
(2)高密度固体，即密度大于4.2的固体，也就是平时说的加重剂。
4、按照反应活性可分为(1)活性固体，即容易与水发生反应的或相互之间易发生反应的固体。
国内外钻井液技术发展现状钻井液技术是石油钻探的重要环节，近年来在国内外得到了广泛关注和发展。
以下是国内外钻井液技术发展现状的概述：1. 国内钻井液技术现状：近年来，我国钻井液技术取得了显著的进步。
通过持续研究和现场实践，国内钻井液技术在多个方面取得了新的进展。
在钻井液体系方面，研究者们关注提高钻井液的抑制性，适用于页岩气水平井和强水敏性易塌地层，以及深井超深井、海洋深水钻井的需要。
此外，还开展了新的研究和应用探索，尤其是近油基钻井液的成功应用，为水基钻井液部分替代油基钻井液奠定了基础。
在钻井液材料方面，国内研究者重视低成本钻井液开发，简化钻井液配方，完善钻井液固相控制技术等。
此外，还针对不同地层和钻井条件，研发了微泡钻井液、强封堵钻井液、环保钻井液和无土/固相水基钻井液等。
2. 国外钻井液技术现状：国外钻井液技术发展较为成熟，主要体现在以下几个方面：（1）水基钻井液：国外水基钻井液研究主要聚焦于提高钻井液的抑制性、抗污染能力和稳定性，以适应复杂地层和环境敏感地区的钻井需求。
（2）油基钻井液：油基钻井液在国外得到了广泛应用，特别是在深井、海洋钻井等领域。
研究者关注提高油基钻井液的性能，如抗高温、抗盐、抗钙等特性。
（3）合成基钻井液：合成基钻井液在国外研究较为成熟，如烃类合成基钻井液、生物质合成基钻井液等。
这些钻井液具有优良的性能，可适应不同钻井条件。
（4）环保钻井液：随着环保意识的提高，国外研究者关注开发环保型钻井液，以减少钻井液对环境的影响。
总之，国内外钻井液技术均在不断发展，研究方向主要集中在提高钻井液的性能、降低钻井液成本、开发环保型钻井液等方面。
未来钻井液技术将继续朝着高效、环保、智能化的方向发展。
58高密度钻井液稳定性和流变性控制技术鲁小庆 高 峰 苏 敏 张丽宁 西部钻探钻井液分公司【摘 要】高密度尤其是超高密度高温钻井液存在稳定性和流变性难以控制的技术难题。
为能够最好地改善高密度水基钻井液固相含量大、固相颗粒的分散程度相对高、钻井液体系中自由水量少和积累不易处理的问题，使用控制坂土含量、保持钻井液的强抑制性等处理工艺技术，使得高密度钻井液具有很好的流变性特点。
【关键词】高密度钻井液；悬浮稳定性；流变性；机理研究一、高密度钻井液稳定性与流变性调控技术思路1.高密度钻井液中，其颗粒的相互作用与环境介质性质、颗粒表面性质及润湿性有着密切关系，另外还与颗粒表面覆盖的吸附层的成分、覆盖率、吸附强度、厚度等有关。
因此, 要提高加重剂在钻井液中的悬浮能力，一方面要求钻井液具有合适的动切力和静切力以提高势能；另一方面要求加重剂在钻井液中具有很好的分散性。
2.高密度钻井液流变性调控技术思路悬浮理论认为, 影响悬浮液黏度的重要因素是悬浮液中固体颗粒的体积分数。
而固相之间以及固相与液相之间的物理、化学作用可以造成悬浮液中固相容积分率增大。
根据悬浮液黏度理论可知, 悬浮液的黏度与能量消散的速度有关, 单位体积悬浮液中非有效流动相体积分数越大, 能量消散的速度就越慢, 悬浮液的黏度就越大。
我们根据推导出的计算钻井液悬浮体系的总黏度公式：η=ηs+ηG=f (φs+φδ+φE+φc) +ηG (ηs为单位体积悬浮黏度;ηG为悬浮液结构黏度;φs为固相体积分率;φδ为溶剂化层体积分率;φE为束缚水体积分率;φc为沉积液体积分率)由以上公式可以管窥出高密度水基钻井液流变性调控的思路应是一通过降低膨润土的含量来减小φs、φδ、φE、φc和ηG;二是减少总固相含量以减小φs、φδ、φE、φc和ηG; 三是重晶石粒度级配来减小φc;四是使用高效处理剂以减少处理剂的种类和加量以减小φδ。
二、控制高密度钻井液稳定性与流变性的技术应用1.控制膨润土的用量来控制其流变性根据黏度计算公式, 减小φs、φδ、φE、φc和ηG值可以减少总黏度, 而减少膨润土的用量就是减少这些数值的主要方式。
钻井液固相清除的方法
钻井泥浆的固相清除对钻井液非常主要，是控制经常事故的主要方法之一。
良好的钻井液能够防止井涌，井喷等事故的发生。
钻井现场要根据钻井液是否加重，是含重晶石还是赤铁矿加重，采用不同的固相控制方法。
常用的固相控制方法有：
1、稀释：是指把比在用钻井液体系固相低的流体（水、油、混合物或预先配制好的稀浆等）加入循环系统中，使钻井液体系固相含量降低。
2、沉淀：利用重力沉降来清除固相。
大循环时在井场建一个大的地面池，钻井液通过地面池，使固相就此沉降。
另外振动筛下的沉砂罐也是发生沉降的场所。
3、替换部分钻井液：用清水或低固相含量的钻井液替换出一定体积的高固相钻井液，从而达到降低钻井液固相含量的目的。
4、化学—机械分离：当固相颗粒太小，普通的机械方法不能去除时，此时可借助于化学絮凝和凝结使颗粒变大，再利用固控设备清除固相。
钻井液固相的数学分析非加重钻井液的固相分析1．连续相全部是水时，有V l = 0.625（ρm －1）【V x (某种固相的百分数%)=(ρm-1)/(ρx-1)】2．连续相中混有部分油时，有V l = 0.625（ρm －1－ρo V o ）3．特殊情况下，当体系中的固相全部为重晶石时，有V h = 0.3125（ρm －1）式中：V l —低密度固相的体积百分数，%；V h —高密度固相的体积百分数，%；ρm —钻井液密度，g/cm 3；【ρx —某种固相或加重剂的密度】ρo —油的密度，一般取0.84 g/cm 3；V o —液相中油的体积百分数，%。
加重钻井液的固相分析1．在非含油的淡水体系中，各固相组份有如下关系：lh m s h s l V V V ρρρρρ--⋅+-=)1(水 lh s s l m h V V V ρρρρρ---⋅-=)1(水 V s = V l + V h式中：V s —体系中总固相的体积分数，%；ρ水—水的密度，取1g/cm 3；ρl —低密度固相的密度，一般取2.6g/cm 3；ρh —加重材料的密度，g/cm 3；其余同上。
2．加重钻井液体系中含有部分油相时的固相分析lh m o o s h o s l V V V V V ρρρρρρ--+⋅+--=)1(水 lh o s o o s l m h V V V V V ρρρρρρ----⋅-⋅-=)1(水 式中符号意义同上。
3．含有可溶性盐的加重钻井液体系固相分析lh m o o s h w w l V V V V ρρρρρρ--+⋅+⋅=lh w w o o s l m h V V V V ρρρρρρ-⋅-⋅-⋅-= 式中：ρw —含有可溶性盐的钻井液体系中液相（滤液）的比重，g/cm 3；一般采用下式计算：ρw = ρ水（1 + 1.94×10－6×〔Cl －〕0.95） 〔Cl －〕—滤液中Cl －的浓度，mg/l ；V w —含有可溶性盐的钻井液体系中水相的体积分数，%；可由下式确定：V w = V 水（1 + 5.88×10－8×〔Cl －〕1.2） V 水—纯水的体积分数，现场采用蒸馏方式得到，%。
一、选择题(54分)1、泥浆含砂量是指大于74微米的颗粒在泥浆中的体积百分数，因此测试时需用（）目数的过滤网过滤泥浆样。
A、150B、200C、325D、100正确答案：B学生答案：A2、压差对滤失量的影响是()。
A、随压差增大而增大B、不随压差而变化C、压差越大滤失量反而越小D、都有可能正确答案：D学生答案：3、能在盐水中造浆的粘土矿物是（）。
A、高岭石B、凹凸棒石C、蒙脱石D、绿泥石正确答案：B学生答案：4、粘土晶体随着环境的变化可能带有的电荷（）。
A、永久负电荷B、可变负电荷C、正电荷D、都有可能正确答案：D学生答案：5、氯化钠的含量超过（）统称为盐水钻井液。
A、0.5%B、1%C、1.5%D、2%正确答案：B学生答案：6、泥浆中的活性固相是指()。
A、泥浆中的有用固相B、泥浆中的钻屑C、能与处理剂起化学反应的固相D、上述都是正确答案：C学生答案：7、下列那种基团叫酰胺基（）。
A、B、C、D、正确答案：A学生答案：8、宾汉塑性模型常用来描述（）液体的流动特性。
A、塑性流体B、牛顿流体C、膨胀流体D、假塑性流体正确答案：A学生答案：9、在水中易膨胀分散的粘土矿物是（）。
A、高岭石B、云母C、蒙脱石D、绿泥石正确答案：C学生答案：10、粘土颗粒处于边－边和边－面联结状态称为（）。
A、解絮凝B、分散C、絮凝D、聚结正确答案：C学生答案：11、低固相钻井液若使用宾汉模式,其动塑比值一般应保持在（）Pa/mPa·s。
A、0.48B、1.0C、4.8D、2.1正确答案：A学生答案：12、屈服值的定义是引起流体流动所需的（）。
A、剪切速率B、粘度C、剪切应力正确答案：C学生答案：13、标准API滤失量测定的压力要求是（）。
A、686kPaB、7MPaC、100PaD、100kPa正确答案：A学生答案：14、不分散低固相聚合物钻井液中膨润土与钻屑的比值应大于（）。
A、1B、1/21/3D、1/4正确答案：B学生答案：15、钻井液密度越高，机械钻速越（）。
钻井液中加重剂、岩屑及黏土等固体颗粒所组成的体系称为固相。
按其作用可分为有用固相和无用固相(也叫有害固相)。
有用固相是指有助于改善钻井液性能的固相，如膨润土、加重剂(青石粉、重晶石及肽铁矿)等；无用固相是指不能改善钻井液性能，甚至影响钻井液性能，危害钻井正常进行的固相。
钻井液中固相含量高可导致形成厚的滤饼，容易引起压差卡钻；形成的滤饼渗透率高，滤失量大，造成储层损害和井眼不稳定；造成钻头及钻柱的严重磨损，尤其是造成机械钻速降低。
钻井液固相控制就是采用机械除砂、化学除砂的方法清除大部分无用固相，保留有用固相，以满足钻井工艺对钻井液性能要求的工艺，简称固控。
钻井液固相控制技术主要包括四个方面的内容：
一、使用好化学絮凝剂，抑制黏土分散；
二、加强固控设备的使用，控制劣质固相；
三、加重前，适当排放泥浆，降低黏土含量和固相含量；
四、提高钻井液抑制性，减少分散性处理剂的使用。
