王志龍，楊龍龍，羅躍，張斌，劉毅

（1.長(zhǎng)江大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，湖北荊州434023；2.中國(guó)石油塔里木油田分公司勘探事業(yè)部，新疆庫(kù)爾勒841000）

鉆屑和粘土對(duì)重泥漿流變性能的影響及篩網(wǎng)目數(shù)在固相控制中的作用

王志龍1，楊龍龍1，羅躍1，張斌2，劉毅2

（1.長(zhǎng)江大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，湖北荊州434023；2.中國(guó)石油塔里木油田分公司勘探事業(yè)部，新疆庫(kù)爾勒841000）

高密度鉆井液體系的使用中，流變性的調(diào)控是性能維護(hù)的關(guān)鍵，實(shí)驗(yàn)測(cè)試了鉆屑、粘土對(duì)塔里木油田大北301井、104井、克深5井泥漿性能的影響；利用分樣篩測(cè)試了篩網(wǎng)目數(shù)對(duì)鉆井液流變性的關(guān)系；并利用Winner2116型激光粒度儀測(cè)試了鉆井液的粒徑分布。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：對(duì)于重泥漿需采用更為嚴(yán)格的固控措施，降低體系中的粘土和鉆屑含量、振動(dòng)篩的篩網(wǎng)應(yīng)控制在200目以內(nèi)。

重泥漿；鉆屑；粘土；流變性；影響

重泥漿流變性的穩(wěn)定和維護(hù)是保證重泥漿正常使用的關(guān)鍵，對(duì)鉆井機(jī)械鉆速及井眼凈化和地面固相的清除起著十分重要的作用，同時(shí)對(duì)鉆井工程的成敗也有著重要的影響。國(guó)內(nèi)外鉆井實(shí)踐表明，鉆井液的流變性對(duì)提高機(jī)械鉆速、井眼凈化、井眼穩(wěn)定和地面清除固相的效果都有十分重要的作用[1-6]。鉆井過(guò)程中不可避免的會(huì)有鉆屑和地層粘土礦物進(jìn)入循環(huán)系統(tǒng)，因而針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況合理的控制其含量對(duì)于體系性能的穩(wěn)定和維護(hù)十分必要，振動(dòng)篩是現(xiàn)場(chǎng)固控的重要手段，現(xiàn)場(chǎng)使用的篩網(wǎng)目數(shù)在60至120目范圍，對(duì)于重泥漿而言，勢(shì)必會(huì)在體系中殘有更多的無(wú)用固相，因而選擇合適的篩網(wǎng)目數(shù)對(duì)于流變性的穩(wěn)定亦將起到重要作用。

1實(shí)驗(yàn)方法

參考SY/T 5612-93鉆井液測(cè)試程序，用ZNND6型六速旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)測(cè)定鉆井液的流變參數(shù)。實(shí)驗(yàn)中的粘土、鉆屑取自塔里木油田，其中鉆屑經(jīng)清洗、干燥、粉碎后過(guò)80目分樣篩。實(shí)驗(yàn)中大北104井、大北301井、克深5井泥漿的比重依次為1.97、2.45、2.04g·cm-3。

2結(jié)果與討論

2.1 粘土的加量對(duì)鉆井液流變性的影響

膨潤(rùn)土是抗高溫高密度水基鉆井液的重要組成部分，其在鉆井液中的含量及微觀結(jié)構(gòu)態(tài)對(duì)鉆井液的流變性有著重要的影響。實(shí)驗(yàn)中，改變鉆井液中膨潤(rùn)土含量，測(cè)量高密度鉆井液流變參數(shù)的變化情況。具體實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖1～3。

圖1 粘土對(duì)大北104井泥漿性能的影響Fig.1Clay effect on the performance of the big north 104 well mud

圖2 粘土對(duì)克深5井泥漿性能的影響Fig.2Clay effect on the properties of grams of 5 wells deep mud

圖3 粘土對(duì)大北301井泥漿流變性的影響Fig.3Clay effect on the properties of grams of 5 wells deep mud

由圖1～3可知，密度為2.0g·cm-3左右的鉆井液體系，當(dāng)膨潤(rùn)土含量低于4%時(shí)，鉆井液的表觀粘度、塑性粘度和動(dòng)切力均在可接受的范圍之內(nèi)；而當(dāng)膨潤(rùn)土含量超過(guò)4%時(shí)，這些流變參數(shù)則急劇升高，尤其是動(dòng)切力增加的程度高。而動(dòng)切力反映的是鉆井液在層流流動(dòng)時(shí)，粘土顆粒之間及高分子聚合物之間形成網(wǎng)架結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度。密度為2.4g·cm-3的超高密度鉆井液體系，當(dāng)粘土的加量超過(guò)3%時(shí)體系的流變性已經(jīng)完全被破壞。因此，綜合考慮鉆井液的沉降性和流變性，中高密度鉆井液中膨潤(rùn)土含量控制在4%～5%比較合適，超高密度鉆井液應(yīng)控制在3%以內(nèi)。

2.2 鉆屑的加量對(duì)鉆井液流變性的影響

鉆井過(guò)程中產(chǎn)生的鉆屑始終是鉆井液的大敵，它的混入會(huì)給鉆井液性能尤其是流變性帶來(lái)很大影響。在鉆井中因鉆屑重復(fù)切削、破碎和水化分散，將產(chǎn)生大量的細(xì)小顆粒，有一部分會(huì)以膠體微粒形式存在于鉆井液中，特別是蒙脫石含量高的鉆屑，更易分散為微細(xì)顆粒，由于其活性很強(qiáng)，顆粒表面親水性強(qiáng)，會(huì)吸附大量水，降低游離水含量，同時(shí)由于顆粒間的相互作用，致使鉆井液流變性變差，嚴(yán)重時(shí)會(huì)喪失流變性。實(shí)驗(yàn)測(cè)試了鉆屑對(duì)不同鉆井液體系流變性的影響，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖4～6。

圖4 鉆屑對(duì)大北104井泥漿流變性的影響Fig.4Drilling cuttings affect Dabei 104 wells slurry rheological property

圖5 鉆屑對(duì)克深5井泥漿流變性的影響Fig.5Drilling cuttings affect Keshen 5 wells slurry rheological property

圖6 鉆屑對(duì)大北301井泥漿流變性的影響Fig.6Drilling cuttings affect DaBei 301 Wells slurry rheological property

由圖4～6可以清楚地看出，隨著鉆屑含量的增加，鉆井液粘度隨之增加，對(duì)于80目的鉆屑，比重為2.0g· cm-3左右的體系中加量為10%，而比重為2.0g·cm-3的體系中加量為5%時(shí)，鉆井液的流變性已明顯惡化。

2.3 篩網(wǎng)目數(shù)對(duì)鉆井液流變性的影響及粒度分析

克深5、大北301和大北104井泥漿的流變性測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1～3。

表1 克深5井鉆井液性能分析Tab.1Drilling fluid performance analysis on KeShen 5

表2 大北301井泥漿性能分析Tab.2Drilling fluid performance analysis on DaBei 301

表3 大北104井泥漿性能分析Tab.3Drilling fluid performance analysis on DaBei 104

由表1～3可知，隨著篩網(wǎng)目數(shù)的增大，鉆井液粘度、動(dòng)切力都表現(xiàn)為逐漸下降，篩網(wǎng)目數(shù)超過(guò)200目后，其粘度下降更快，而動(dòng)切力下降相對(duì)平穩(wěn)。其原因是200目以上的篩網(wǎng)會(huì)篩除部分加重材料（取自現(xiàn)場(chǎng)的鉆井液其加重材料采用重晶石和鐵礦粉同時(shí)加重），從流變性控制而言，在不篩除加重劑的前提下，應(yīng)盡可能選用目數(shù)大的篩網(wǎng)。

用Winner2116型激光粒度儀測(cè)試不同篩網(wǎng)篩分后鉆井液的粒徑分布，為直觀了解篩網(wǎng)目數(shù)對(duì)鉆井液粒度分布的影響，將粒徑分布中值D50對(duì)篩網(wǎng)目數(shù)作圖。

圖7 粒度分布與篩網(wǎng)目數(shù)關(guān)系圖Fig.7Particle size distribution and sieve mesh diagram

由圖7可知，篩網(wǎng)目數(shù)增加，粒徑分布中值相應(yīng)減小，趨勢(shì)清楚明顯。因此，若現(xiàn)場(chǎng)條件允許，選用較大目數(shù)的篩網(wǎng)進(jìn)行固相控制應(yīng)該更加合理，也利于流變性的維護(hù)和穩(wěn)定。

3結(jié)論

（1）對(duì)于密度為2.0g·cm-3的中高密度鉆井液體系，要維護(hù)較好的流變性，應(yīng)充分采取各種固控手段，將粘土侵污量應(yīng)控制在5%以內(nèi)；鉆屑侵污量應(yīng)控制在10%以內(nèi)。

（2）對(duì)于密度為2.4g·cm-3的超高密度鉆井液體系，粘土、鉆屑對(duì)其影響程度明顯高于對(duì)中高密度鉆井液體系的影響。因此，結(jié)合試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)于高密度鉆井液體系，粘土侵污量應(yīng)控制在3%，鉆屑侵污量應(yīng)控制在5%以內(nèi)。

（3）篩網(wǎng)目數(shù)對(duì)流變性的調(diào)控具有明顯的作用，高于200目會(huì)篩除部分重晶石。因而，篩網(wǎng)目數(shù)應(yīng)小于200目，在此前提下盡可能使用目數(shù)大的篩網(wǎng)。

（4）現(xiàn)場(chǎng)重泥漿的粒徑分布測(cè)試結(jié)果表明，小于74μm的固相顆粒占有相當(dāng)比重，為了更好的控制固相含量，應(yīng)充分利用除砂器、除泥器和離心機(jī)等設(shè)備。

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圖4 BTBCT分子結(jié)構(gòu)式Fig.4The molecular structure of BTBCT

3結(jié)論

制備的BTBCT-Tb3+:改性納米硅粒子的粒徑為50～60nm，表明：在納米硅中引入的無(wú)機(jī)及金屬離子，SiO2粒子表面因吸附或表面電性原因而形成了帶負(fù)電的雙電層，這種帶負(fù)電的雙電層使納米氧化物粒子具有靜電穩(wěn)定作用，它們?cè)诜稚⒁褐蟹稚⒕鶆?，且無(wú)團(tuán)聚；因此，BTBCT-Tb3+:納米氧化物的分散液存放時(shí)間大于6個(gè)月；以274nm紫外光激發(fā)，BTBCT-Tb3+:納米氧化物分散液的發(fā)射光譜在491，546，587nm處，在546nm處強(qiáng)度最大，且發(fā)光強(qiáng)度超過(guò)900（a.u.），這與以274nm紫外光激發(fā)，Tb3+的特征發(fā)射峰相同，表明納米氧化物不會(huì)削弱BTBCT-Tb3+配合物的發(fā)光強(qiáng)度。

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Effects of drilling cuttings and bentonite clay on rheological properties of high density drilling fluid and mesh number impact on solid phase control

WANG Zhi-long1，YANG Long-long1，LUO Yue1，ZHANG Bin2，LIU Yi2
（1.Chemistry and Environmental Engineering College of Yangtze University,Jingzhou 434023,China;2.Department of Exploration Affairs,Tarim Oilfield Branch Company,PetroChina,Ku'erle 841000,China）

The control of rheological property is the key to the performance of maintenance in the use of high density drilling fluid system.The effects of drillings and clay on mud performance were tested.The relationship of sieve mesh number on rheological characteristic was tested.The size distribution of drillings was determined by Winner 2116 laser particle analyzer.The results showed that more strict control measures should be applied to lower the content of drillings and clay.The vibrating screen mesh should be controlled in less than 200 meshes.

high density；drilling fluid；drilling cuttings；bentonite clay；rheology effect

TE254

A

1002-1124（2014）02-0009-04

2013-11-29

王志龍（1962-），男，副教授，畢業(yè)于西南石油學(xué)院油田化學(xué)專業(yè)學(xué)士（1982）、油氣田開(kāi)發(fā)工程專業(yè)碩士（1995），現(xiàn)在長(zhǎng)江大學(xué)化工學(xué)院從事油田化學(xué)科研和教學(xué)工作。