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钻井液固控技术-2012

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钻井 液固控 技术 2012
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• 所谓 钻井液固相控制 ,就是指在保存适量有用固相的前提下,尽可能地清除无用固相。通常将钻井液固相控制简称为固控 (① 用固相 ),如膨润土、加重材料以及非水溶性或油溶性的化学处理剂;② 用固相 ),如钻屑、劣质土和砂粒等。1. 井液固相及粒度分布• 密度固相) : 4.0 g/• 低密度固相) : 4 .mmm钻井液中固相的粒度分布情况m类别 外观描述 粒径范围/ 对应目数 质量分数 /%砂粗中中细>2 0002500074粒 <2 / of a in 润土粒度分布• of a in <2 ) mof a 按照我国国家标准和 井液用重晶石粉的 200目筛筛余量均小于 3%,即要求至少有97%的重晶石颗粒的粒径在 74 以下。一般认为,绝大多数重晶石粉颗粒的粒度范围为 2 。• (1)小于 2 的颗粒约占 8%;• (2)小于 30 的颗粒约占 76% ;• (3)小于 40 的颗粒约占 83%。mof a mmmmm m3/h;• φ= d = m, = of m/)1( 2 而钻屑的粒度处于 这样一个极宽的范围。在小于 1 的胶体颗粒和亚微米颗粒中,膨润土所占的体积分数明显超过钻屑,而在大于 5 的较大颗粒中,则几乎全部是钻屑的颗粒。mof a in a mm相控制的目的和意义)• of of of 振动筛② 制沉降(旋流器,离心机)③ 学絮凝) , 释) . ① 化学絮凝法• 化学絮凝法是在钻井液中加入适量的 絮凝剂 (如部分水解聚丙烯酰胺 ),使某些细小的固体颗粒通过絮凝作用聚结成较大颗粒,然后用机械方法排除或在沉砂池中沉除。这种方法是机械固控方法的补充,两者相辅相成。目前广泛使用的不分散聚合物钻井液体系正是依据这种方法,使其总固相含量保持在所要求的 4%以下。化学絮凝方法还可用于清除钻井液中过量的膨润土。由于膨润土的最大粒径在 5μ 离心机一般只能清除粒径 6μ 此用机械方法无法降低钻井液中膨润土的含量。 化学絮凝总是安排在钻井液通过所有固控设备之后进行。② 稀释法• 稀释法 既可用清水或其它较稀的流体直接稀释循环系统中的钻井液,也可在泥浆池容量超过限度时用清水或性能符合要求的新浆,替换出一定体积的高固相含量的钻井液,使总的固相含量降低。 如果用机械方法清除有害固相仍达不到要求 ,便可用稀释的方法进一步降低固相含量。也有时是在机械固控 设备缺乏或出现故障 的情况下不得不采用这种方法。稀释法虽然操作简便、见效快,但在加水的同时必须补充足够的处理剂,如果是加重钻井液还需补充大量的重晶石等加重材料,因而会使钻井液 成本 显著增加。为了尽可能降低成本,一般应遵循以下原则: (1)稀释后的钻井液总体积不宜过大; (2)部分旧浆的排放应在加水稀释前进行,不要边稀释边排放; (3)一次性多量稀释比多次少量稀释的费用要少。动筛网孔尺寸/ 相当于英制目数/00表 8石油钻井中通用的振动筛筛网规格用于钻井液固相控制的旋流器(一种带有圆柱部分的立式锥形容器,其结构如图 8体上部的圆柱部分为进浆室, 其内径即旋流器的规格尺寸, 侧部有一切向进浆口;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 15o~ 20o。 底部的开口称做底流口,其口径大小可调 。② 流器)9)(20 2 用离心的方法将 重力加速度提高若干倍 ,则颗粒的沉降速度就会增大若干倍,这正是使用旋流器和离心机控制固相的基本原理。通常将这类固控措施称做强制沉降 (旋流器的 平衡点• 如果旋流器的底流口尺寸调节适当,那么在给旋流器输入纯液体时,液体将全部从溢流口排出;而含有可分离固相的液体输入时,固体将会从底流口排出,每个排出的固体颗粒表面都粘附着一层液膜。 此时的底流口大小称做该旋流器的平衡点 。漩流器的类型• 旋流器的分离能力与旋流器的尺寸有关,直径越小分离的颗粒也越小。下表列出了各种尺寸的旋流器可以分离的固相颗粒直径范围。旋流器直径/ 0 75 100 150 200可分离的颗粒直径/ 4~ 10 7~ 30 10~ 40 15~ 52 32~ 64m分离点 ( 如果某一尺寸的颗粒在流经旋流器之后有 50%从底流被清除,其余 50%从溢流口排出后又回到钻井液循环系统,那么该尺寸就称做这种旋流器的 50%分离点,简称分离点 (显然,旋流器的分离点越低,表明其分离固相的效果越好。下表列出了几种规格的旋流器在正常情况下的分离点。旋流器直径/ 00 150 100 75分离点/ μm 65~ 70 30~ 34 16~ 18 11~ 13(1)除砂器: 直径为 150~ 300种型号的除砂器处理钻井液的能力为 20~ 120h。处于正常工作状态时,它能够清除大约 95%大于 74 的钻屑和大约 50%大于 30 的钻屑。为了提高使用效果,在选择其型号时,对钻井液的许可处理量应该是钻井时最大排量的 2)除泥器 : 直径为 100~ 150处理能力不应低于 10~ 15h。正常工作状态下的除泥器可清除约 95%大于 40 的钻屑和约 50%大于 15 的钻屑 。除泥器的许可处理量,应为钻井时最大排量的 1. 5倍。(3)微型旋流器 :直径为 50输入压力为 处理能力不应低于 5h。分离粒度范围为 7~25 。主要用于处理某些非加重钻井液,以清除超细颗粒。mmmmm③ 泥浆清洁器 ( 泥浆清洁器 (一组旋流器和一台细目振动筛的组合。上部为旋流器,下部为细目振动筛。泥浆清洁器处理钻井液的过程分为两步:第一步是旋流器将钻井液分离成低密度的溢流和高密度的底流,其中溢流返回钻井液循环系统,底流落在细目振动筛上;第二步是细目振动筛将高密度的底流再分离成两部分,一部分是重晶石和和其它小于网孔的颗粒透过筛网,另一部分是大于网孔的颗粒从筛网上被排出。所选筛网一般在 100~ 325目之间,通常多使用 150目。• 泥浆清洁器主要用于从加重钻井液中除去比重晶石粒径大的钻屑。加重钻井液在经过振动筛的一级处理之后,仍含有不少低密度固体的颗粒。这时如果再单独使用旋流器进行处理,重晶石会大量地流失。使用泥浆清洁器的优点就在于:既降低了低密度固体的含量,又避免了大量重晶石的损失。④ 心机)离心机可用于处理加重钻井液以回收重晶石和清除细小的钻屑颗粒。具体做法是,钻井液用离心机处理后,将底流的固相颗粒回收,而将溢流的流体 (主要包含低密度固体 )丢弃。F 1 104 1 kg/104 1 lb/ 103 1 1 kg/14.2 1 1 • 1 0• 1 • 1 1 1 1051 ) = • 1 ) = • 1 D(达西 )=01 • 1 P(泊) == ( ℉ 5F
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