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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。
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。
教学设计
【导入新课】
今天我们来讲旋流器的使用与维护。
钻井液旋流分离器作为钻井液固相控制设备之一，在钻井液的循环过程中起到了相当重要的作用，它能够将钻井液中的细固相进一步清除，使得钻井液能够进入下一个循环过程，所以，学会使用旋流分离器也是每一位钻井液工必备技能。
【授课内容】
一、振动筛的工作原理
1、结构
钻井液固相控制的旋流分离器是一种带有圆柱部分的立式锥形容器，其结构如图所示：
锥体上部的圆柱部分为进浆室，其内径即旋流器的规格尺寸，侧部有一沿切向的进浆口，顶部中心有一涡流导管，构成溢流口，壳体下部呈圆锥形，锥角为15-20°，底部的开口称为底流口，分离出的钻屑由此排出，其口径大小可调。
2、工作原理
旋流分离器工作时，含有固体颗粒的钻井液由进浆口沿切线方向进入旋流器，沿器壁高速旋转，由于离心作用，较大较重的颗粒被甩向旋流器内壁，同时在中心部形成一个负压区。
粗颗粒沿壳体螺旋下降，由底流口排出，而夹带细颗粒的旋流液在接近底部时容积越来越小，被迫改变方向进入负压区，形。
高密度钻井液的维护及处理措施元坝16井二开井段地层复杂易掉块，引起阻卡和井塌等复杂情况，且掉块尺寸大钻头难破碎，极易发生卡钻事故。
针对这一施工难题，研究了一种正电胶钻井液体系，室内对正电胶的防塌封堵率及抑制性进行了评价，并在元坝16井二开井段进行了应用。
室内实验及现场施工应用证明：该钻井液体系抑制性能好、封堵防塌、悬浮携带、润滑防卡能力强，解决了该区块易发生掉快、井塌难题，避免了卡钻等事故，克服了大井径、长裸眼携砂难等问题，满足了元坝16井二开高密度井段的施工要求。
标签：高密度钻井液；难点；对策；维护TB1 元坝16井二开井段的情况元坝16井二开井段裸眼段长，井眼尺寸大，大井眼钻进裸眼段长，环空大，返速低。
井筒极易发生沉砂或砂桥阻卡。
雷四段以灰岩为主夹硬石膏，注意膏、盐侵及塑性缩径；自流井组、须家河组为目的层之一，防污染储层，主要问题是注意防塌、防漏、防盐膏侵。
该井段井塌主要类型有高陡地层井塌、易水化性地层井塌、地应力引起的井塌等三大类。
从实钻资料看，该地区地层倾角大，砂泥岩互层薄而多，软硬交界面多，岩性变化大，砂岩胶结性好、强度高，泥岩胶结性差、强度低，中间填充物富含伊利石，易水化膨胀，产生掉块。
二开中后期地层压力系数大，使钻井液密度1.14g/cm3一度达到2.26g/cm3，高密度、高固相给钻井液性能的维护与处理带来很大困难。
2 解决问题的措施（1）本井段采用正电胶聚合醇钻井液体系：本井段从井深3030m用311.2mm 钻头钻进至井深5176m，层位：雷口坡组第三段中完。
下入273.1mm套管至井深5176m。
本井段钻进过程中钻遇多个显示层段，泥浆密度由 1.14g/cm3升至2.27g/cm3，本井段地层压力不等，气层压力变化大，在平衡气层压力安全钻进的基础上，最大限度的保护了气层。
（2）正点胶聚合醇钻井液体系有很强的抑制性，正电胶润湿反转原理能使井壁亲水性变成亲油性特点，提高钻井液的抑制能力，减少泥页岩地层因吸水膨胀产生水敏缩径、垮塌的情况，加速保护井壁的滤饼形成；正电胶能提高钻井液的携沙和悬浮能力，具有良好的剪切稀释性；能在安全钻进的基础上提高钻速。
固控设备基本流程
艾潽机械
泥浆固控设备就是对泥浆中的有害固相颗粒进行控制，通过科学地布置固控设备，形成合理、高效的钻井液固控流程可以清除泥浆中的有害固相，保留有用固相，满足钻井工艺对泥浆性能的要求。
新型泥浆固控设备采用五级固控，固相控制流程如下。
(1)一级固控设备—去除大颗拉。
经井底循环返回的钻井掖中含有较大的钻屑，钻并液经井口至1#罐的连接管进入泥浆振动筛，通过泥浆振动筛将钻井掖中粒度大于74μm的钻屑颗粒筛分出来，完成一级固相控制。
(2)二级固控设备—清除气体。
真空除气器是用于去除在钻井过程中侵入钻井掖的气体的专用泥浆处理设备，它能够迅速、有效地清除泥浆中所含的气体(包括空气),除气器对于恢复泥浆密度，防止潜在井喷、井塌危险的发生其有重要作用。
(2)三级固控设备—去除较大颗粒。
经过泥浆振动筛处理后的泥浆进入到除砂器中.除砂器将泥浆较大的砂粒(粒度44μm—74μm)分离出来，完成除砂过程，即为二级固控。
(3)四级固控设备—去除小颗粒。
经过除砂器处理后的泥浆进入到除泥器中，除泥器将泥浆小的砂拉(较度8μm—44μm)分离出来.完成除泥过程.即为四级泥浆固控。
(4)五级固控设备—去除较小颗拉。
经过除泥器处理后的泥浆进入到卧式螺旋离心机中，卧式螺旋离心机将泥浆较小的砂拉(粒度2μm一8μm)分离出来，完成离心过程，即为五级固相控制。
五级固控设备全部采用主要用干复杂井况和要求较高的井况，在实际位用过程中，可以跟据钻井作业的需要，采用其中的一级成几级泥浆固控流程。
经过艾潽机械生产的五级泥浆固控后的泥浆固相含量，可以完全达到国内钻井作业对泥浆质量的要求。
Z J50D T钻机固控系统使用说明书川油广汉宏华有限公司中国 .四川 .广汉.中山大道南二段邮编：618300 电话：0086-0838-******* Issue Date:August 2005Printed in CHINA目录1、用途与功能 (2)2、主要技术参数 (2)3、主要配套设备 (3)4、固控系统工艺流程与原理 (4)5、固控系统布局及安装 (6)6、固控系统操作、维护与保养 (7)7、主要配套设备的操作、维护与保养 (8)附图：ZJ50DBS钻机固控系统流程图1、用途与功能固控系统是为ZJ50DT钻机的辅助配套设备，系统整体性能满足5000米钻井工艺技术要求。
在钻井作业中，起着储存、调配钻井液，控制钻井液中的固相含量，保持、维护钻井液优良性能，提高钻井效率，保证井下安全的作用。
2、固控系统技术参数2.1 泥浆罐数量 4个2.2 系统总容积： 246 m32.3罐体最大外形尺寸 14000mm×3000mm×2700mm2.4 各泥浆罐有效容积：振动筛罐 34.8m3中间罐 70.8m3加重罐 63.3m3储备罐 77.5m32.5 各主要管径规格井口溢流管 DN350（14″）罐间渡槽连通管 DN300（12″）泥浆泵吸入管 DN250（12″）除砂、除泥泵吸入管 DN200（8″）除砂、除泥泵排出管 DN150（6″）加重泵吸入管 DN200（8″）加重泵排出管 DN150（6″）剪切泵吸入管 DN150（6″）剪切泵排出管 DN125（5″）中压泥浆管线 DN75（3″）由壬连接，压力6.4MPa 清水管线 DN75（3″）由壬连接，压力0.5MPa 3.主要配套设备3.6.1 振动筛 3台型号： derrick FLC20003.6.2除气器 1台型号： ZCQ2/63.6.3 除砂清洁器 1台型号：ZQJ250×2/1.5×0.63.6.4 除泥清洁器 1台型号：ZQJ100×10/1.5×0.63.6.5 泥浆搅拌器型号： JB-15 14台型号： JB-7.5 2台3.5.6 卧式螺旋卸料沉降离心机 1台型号：LW450×1000N3.6.7 砂泵 2台型号： SB6"×8"-75kw3.6.8 砂泵 1台型号： SB6"×8"-30kw3.6.9 砂泵(加重泵) 2台型号： SB6"×8"-55kw3.6.10 剪切泵 1台型号： WJQ5*6JC-553.6.11混合漏斗 3套型号：ZHP150-7.03.6.12 补给泵 2台型号: SB6"×8"-11kw3.6.13 旋转泥浆枪DN50 17只4、固控系统工艺流程与原理固控系统流程原理参见附图（ZJ50DT钻机固控系统流程图）整套系统工艺流程设计满足钻井液的<筛析—离心分离>固相控制及泥浆加重、添加化学药剂调配钻井液性能的要求。
钻井液固相含量对钻井作业的影响及其控制—钻井液固相控制工艺及原理钻井液中的固相含量是指单位体积钻井液中的固相含量的质量，单位用kg.m-3或g.cm-3表示。
固相含量对钻井液性能有重要影响，如粘土含量过高，是钻井液的年粘度和切力增加；岩屑含量过高，是滤饼的渗透率增加，滤矢量增大，滤饼增厚，易发生卡钻事故。
因此，钻井液的固相含量必须严格控制。
控制工艺原理如下：固相控制主要是有四种形式1 自然沉降法2 稀释法3 替代法4 机械法一、钻井液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。
二、固控设备的工作体系和原理1、固控原理分级清除钻屑是固控设备体系工作原理，大体上分有四级：振动筛、除砂清洁器、除泥清洁器、离心机（两台）2、固控体系分离点----有这样一种固相颗粒，经过固控设备处理后，有50%在底流中，有50%在溢流中，我们把这个固相颗粒粒度点叫分离点，这主要指非全过流处理设备。
理论上除砂清洁器分离点74μm除泥清洁器分离点43μm离心机分离点15μm高速离心机分离点2μm分离点不是一个定数,根据不同振动筛筛网目数以及泥浆体系不同而不同。
离心机的分离能力取决于固、液相的密度差及沉降区长度，固液两相密度差越相近，也就是进料的浆液年度越大，则分离沉降就越难以进行。
在实际生产中工艺条件影响离心机分离效果的因素主要有三个：进料温度，进料速率，异常工艺条件。
三、固液分离基本原理1.沉降原理当固体和液体（或两个液相）间存在着密度差时，便可采用离心沉降方法莱实现固液分离。
在离心场中，当颗粒重于液体时离心力会使其沿径向向外运动；当颗粒轻于液体时，离心力将使其沿径向向内运动。
因此，离心沉降可以认为是较轻颗粒中立沉降法的一种延伸，并且能够分离通常在重力场中稳定的浑浊液。
任何一种分离过程的机理，均依赖于两种组分间是否存在相对运动。
因而存在两种可能性：固体通过流体床沉降；液体通过固体床沉降。
