楊 健，蔡利山

（1.中國(guó)石化西南油氣分公司，四川成都 610041；2.中國(guó)石化石油工程技術(shù)研究院，北京 102200）

0 前言

鉆井液中固相顆粒在配伍各種工業(yè)添加劑的液相中分散均勻度以及分散后所形成多相流體的流動(dòng)性是決定鉆井液綜合性能的重要因素。在鉆井工作實(shí)踐中，人們認(rèn)識(shí)到固相含量是影響鉆井液流動(dòng)性優(yōu)劣的關(guān)鍵因素［1］。隨著鉆井工程對(duì)鉆井液技術(shù)不斷提出更高的要求，固相含量及固相性質(zhì)對(duì)于影響鉆井工程安全性的各項(xiàng)技術(shù)性能的研究也更加深入，例如流變性能、潤(rùn)滑性能、攜帶能力等［2］。大量的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐也證實(shí)，體系中低密度固相（即劣質(zhì)固相）含量的升高會(huì)直接降低機(jī)械鉆速［3］。由于固相含量對(duì)鉆井液性能及現(xiàn)場(chǎng)調(diào)控工藝的影響表現(xiàn)在多個(gè)方面，由此加速了包括流體性能調(diào)控以及維護(hù)控制工藝技術(shù)的研究和進(jìn)步，如用作改善液相物理化學(xué)性質(zhì)使之與各種固相材料形成的固-液混合相具有更高技術(shù)指標(biāo)的各種化工材料的不斷研發(fā)和投入使用，新型固相控制類機(jī)械不斷推出，效能也不斷提高［4］。為了評(píng)價(jià)固相調(diào)控手段對(duì)于劣質(zhì)固相的去除效果，需要盡可能準(zhǔn)確地測(cè)定鉆井液體系中各種固相物質(zhì)的含量。但操作中發(fā)現(xiàn)固相分析存在以下兩個(gè)較為明顯的問(wèn)題：①分析計(jì)算中個(gè)別變量的物理意義容易混淆，尤其對(duì)于液相含鹽的情況；②采用現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)分析計(jì)算時(shí)，得到的結(jié)果誤差較大，甚至嚴(yán)重偏離實(shí)際情況。由于固相分析結(jié)果是直接用于現(xiàn)場(chǎng)鉆井液維護(hù)方案制定與施工技術(shù)的指導(dǎo)，因此其準(zhǔn)確性對(duì)維護(hù)效果影響很大，有必要就固相分析操作中存在的問(wèn)題進(jìn)行分析討論，使現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員能夠明確劣質(zhì)固相污染程度，并根據(jù)低密度固相含量情況合理制定固相控制方案，以避免固相控制操作的“過(guò)度化”，在考慮經(jīng)濟(jì)性的同時(shí)確保調(diào)控效果。

在現(xiàn)場(chǎng)鉆井液性能技術(shù)指標(biāo)監(jiān)控過(guò)程中，關(guān)于漿體固相含量的測(cè)定與計(jì)算，水基體系一般籠統(tǒng)說(shuō)明是執(zhí)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 16783.1—2014《石油天然氣工業(yè) 鉆井液現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試 第1 部分：水基鉆井液》［5］。由于編制過(guò)程中部分常量的取值范圍有所不同，必然導(dǎo)致最終計(jì)算結(jié)果的差異，例如，低密度固相（鉆屑）的密度為2.5～2.8 g/cm3，高密度固相（加重材料）的密度為4.2～4.5 g/cm3，體系中油類物質(zhì)（通常為鉆井液潤(rùn)滑劑類）密度為0.8～0.9 g/cm3，計(jì)算時(shí)取值不同會(huì)導(dǎo)致最終結(jié)果的差異較大。一般而言，劣質(zhì)固相（鉆屑）含量以及固相數(shù)據(jù)的精確度與漿體性能參數(shù)的變化并不是線性關(guān)系，現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)中，由于固相含量對(duì)鉆井液性能的影響具有積累效應(yīng)，當(dāng)劣質(zhì)固相達(dá)到鉆井液體系的容忍極限時(shí)，鉆井液性能變化出現(xiàn)拐點(diǎn)，給現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)作業(yè)帶來(lái)極大困難。因此，盡可能準(zhǔn)確地給出鉆井液中各種固相的含量，對(duì)于提高鉆井液性能維護(hù)效率，降低維護(hù)成本具有重要意義。本文首先測(cè)試一系列現(xiàn)場(chǎng)用鉀基聚磺鉆井液體系的總固相含量、水含量、油含量，再分別根據(jù)GB/T 16783.1—2014《石油天然氣工業(yè)鉆井液現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試第1部分：水基鉆井液》和《鉆井手冊(cè)·上（甲方）》計(jì)算鉆井液的水相密度、鹽矯正后固含量、低密度固相含量、高密度固相含量。分析了固相含量計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性，指出了操作和計(jì)算中需要注意的幾個(gè)問(wèn)題，并探討了固相含量數(shù)值合理范圍。此外，對(duì)固相含量測(cè)定與分析計(jì)算中出現(xiàn)的計(jì)算值與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際操作結(jié)果偏離較大的現(xiàn)象作了實(shí)例分析。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 材料與儀器

實(shí)驗(yàn)所用鉆井液體系均為鉀基聚磺鉆井液體系，隨機(jī)從川西工區(qū)800多組樣品中抽取。

ZNG-A型固相含量測(cè)定儀，青島同春公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

采用ZNG-A 型固相含量測(cè)定儀測(cè)定鉆井液的總固相含量、水含量、油含量。具體地，按照操作要求，量取20 mL的水基鉆井液，將漿杯緊固密封后接通電源加熱灼燒，直至樣品中的液相部分完全蒸餾，一般需要加熱70～80 min。加熱蒸餾過(guò)程結(jié)束后，讀取量筒中收集液相的體積（毫升數(shù)），據(jù)此計(jì)算得到總固相含量、水含量、油含量。

分別根據(jù)GB/T 16783.1—2014《石油天然氣工業(yè)鉆井液現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試第1 部分：水基鉆井液》和1990年6月第一版的《鉆井手冊(cè)·上（甲方）》［6］，計(jì)算鉆井液的水相密度、鹽矯正后固含量、低密度固相含量、高密度固相含量。

2 結(jié)果與討論

2.1 鉆井液體系相關(guān)數(shù)據(jù)處理

為了確保分析數(shù)據(jù)的客觀性和普遍性，獲取數(shù)據(jù)的樣品均隨機(jī)抽取于川西工區(qū)800 多組樣品中，密度范圍為1.19～2.24 kg/L，基本上涵蓋了現(xiàn)場(chǎng)鉆井液密度使用頻率最高的范圍，體系液相除因地層水礦化度引起的Cl－背景值以外，其余Cl－含量均為人工添加KCl 所致。表1 和表2 分別列舉的5 組現(xiàn)場(chǎng)鉆井液樣品相關(guān)參數(shù)的測(cè)試值和采用兩種方法計(jì)算得出相關(guān)參數(shù)（水相密度、鹽矯正后固含量、低密度固相含量、高密度固相含量）的計(jì)算值。由表2可知，分別采用GB/T 16783.1—2014《石油天然氣工業(yè)鉆井液現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試第1 部分：水基鉆井液》（方法A）和1990 年6 月第一版的《鉆井手冊(cè)·上（甲方）》（方法B）的方法計(jì)算得出的高、低密度固相含量具有相同的變化趨勢(shì)，且采用方法B得出的數(shù)值稍高，但比較符合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況。根據(jù)方法B得出的固相含量數(shù)據(jù)指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)固相控制操作時(shí)，可能導(dǎo)致低密度固相清除力度加大，但這有利于現(xiàn)場(chǎng)鉆井液性能維護(hù)。

表1 鉆井液相關(guān)參數(shù)的測(cè)試值

表2 鉆井液相關(guān)參數(shù)的計(jì)算值

2.2 固相含量計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確性分析

影響固相含量計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確性的因素主要有：①體系含鹽量；②漿體密度測(cè)定值；③實(shí)驗(yàn)操作時(shí)蒸餾器的密封性；④體系中各種固相成分密度變化情況。關(guān)于這3種因素的影響簡(jiǎn)要敘述如下：

（1）體系鹽含量。該因素對(duì)固相含量數(shù)值的影響主要體現(xiàn)在計(jì)算方法的準(zhǔn)確性上，若用于鹽含量的計(jì)算公式的準(zhǔn)確性高，則對(duì)應(yīng)的固相分析數(shù)據(jù)比較準(zhǔn)確。

（2）鉆井液密度值測(cè)量的準(zhǔn)確性。鉆井液密度測(cè)定是否準(zhǔn)確，對(duì)固相成分分析計(jì)算影響很大，密度數(shù)值誤差Δρ≥0.03 時(shí)，可能導(dǎo)致固相數(shù)據(jù)無(wú)法使用?，F(xiàn)場(chǎng)鉆井液經(jīng)常會(huì)包裹一定量的氣泡，這會(huì)導(dǎo)致密度數(shù)據(jù)嚴(yán)重失真，鑒于此，在進(jìn)行固相含量測(cè)定操作時(shí)，建議采用壓力式密度計(jì)對(duì)漿體密度進(jìn)行校正測(cè)量，這樣可以最大限度地減小測(cè)定密度的誤差。

（3）儀器因素。目前測(cè)定鉆井液固相含量采用的ZNG-A 型固相含量測(cè)定儀的配套蒸餾器的絲扣連接部位是否密封，對(duì)數(shù)值讀取影響很大。如果操作時(shí)蒸餾器的絲扣連接部位沒(méi)有徹底擰緊，會(huì)導(dǎo)致一部分蒸餾物直接從連接處散逸（實(shí)操時(shí)會(huì)有絲扣連接處冒煙現(xiàn)象），一旦發(fā)生這種情況，意味著固相含量測(cè)定操作失敗。

（4）體系中不同固相密度的影響。一般而言，組成鉆井液體系固相的成分主要有商業(yè)坂土、鉆屑、加重材料、人工添加的功能性材料、可溶性鹽類［7］，其中鉆屑和加重材料的密度可能會(huì)不斷變化。鉆屑的主要成分是鉆進(jìn)時(shí)遇到的各類巖石，而不同種類巖石的密度是有差異的，鉆井最常鉆遇的地層有砂巖、泥巖、泥頁(yè)巖、灰?guī)r等，這些巖石的密度在1.5～2.8 g/cm3范圍變化，例如泥巖的密度一般為1.5～2.0 g/cm3，砂巖的密度為2.0～2.7 g/cm3，灰?guī)r的密度為2.5～2.8 g/cm3。由于鉆進(jìn)過(guò)程中鉆遇地層以及鉆屑的混入量在不斷變化，這會(huì)給最終的固相計(jì)算數(shù)值帶來(lái)程度不等的誤差。

在上述各因素所可能造成的誤差中，因儀器導(dǎo)致的誤差屬于系統(tǒng)誤差，可以通過(guò)儀器校驗(yàn)和檢定加以減少；操作過(guò)程中存在的偶然誤差和過(guò)失誤差，可通過(guò)各環(huán)節(jié)操作強(qiáng)化管理和數(shù)據(jù)復(fù)核加以減少；鉆遇地層變化造成的固相密度變化帶來(lái)的數(shù)據(jù)處理誤差屬于不可控誤差，只能根據(jù)經(jīng)驗(yàn)定性判斷；鹽含量的誤差屬于可控誤差，它和所使用計(jì)算公式的準(zhǔn)確性直接相關(guān)。表3列出了鹽含量對(duì)固相含量準(zhǔn)確性影響的分析評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)。直觀起見，固相含量均采用單位g/L的數(shù)值。

表3 中的11 組數(shù)據(jù)均隨機(jī)取自2018—2021 年間的現(xiàn)場(chǎng)漿體檢測(cè)信息。這些樣品的密度值分布為1.44～2.65 kg/L，Cl－含量值分布為5900～58200 mg/L。表中的“數(shù)值不合理”表示實(shí)測(cè)總固含量＜含鹽量校正固含量；數(shù)據(jù)為負(fù)數(shù)的誤差值表示實(shí)測(cè)總固含量-含鹽量校正固含量＜體系含鹽量理論數(shù)值?？梢钥闯?，按照《鉆井手冊(cè)·（甲方）》（方法B）提供的公式進(jìn)行固相含量計(jì)算時(shí)，誤差范圍一般可以控制在8～50%，11組分析例中，只有一組的誤差值超過(guò)了60%；而采用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 16783.1—2014（方法A）提供公式進(jìn)行固相含量計(jì)算，得到的誤差數(shù)據(jù)的離散性非常大，已無(wú)法在數(shù)值上劃定可控制誤差范圍。實(shí)踐中，通過(guò)對(duì)固相含量數(shù)值的產(chǎn)生及獲取過(guò)程溯源認(rèn)為，最終得到的固相數(shù)值的誤差在30%～70%是合理的，過(guò)高或過(guò)低均為不合理。這是因?yàn)椋孩巽@進(jìn)過(guò)程中低密度固相進(jìn)入鉆井液體系的數(shù)量是不斷變化的；②進(jìn)入鉆井液體系的鉆屑密度也是變化的；③所使用的加重材料的密度也不是恒定不變的，以加重材料一級(jí)達(dá)標(biāo)為基準(zhǔn)，進(jìn)入施工現(xiàn)場(chǎng)的產(chǎn)品其密度值從4.20～4.3x g/cm3的情況均有存在，這種隨機(jī)性因素會(huì)對(duì)固相數(shù)值產(chǎn)生較顯著影響；④體系液相中的鹽類物質(zhì)不是純NaCl，也有較多量的KCl以及現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)需要加入的一定數(shù)量的CaCl2，不同的鹽類物質(zhì)具有不同的偏摩爾效應(yīng)，幾種鹽的混合溶液具有的偏摩爾效應(yīng)最終反映在液相體積分?jǐn)?shù)的變化上，簡(jiǎn)明起見，標(biāo)準(zhǔn)或手冊(cè)所提供的公式一般均以NaCl 為基準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算公式的推導(dǎo)，這些公式用于鉆井液液相參數(shù)的計(jì)算時(shí)必然存在一定的誤差；⑤人工添加的封堵類材料，以不同粒徑的碳酸鈣居多，這會(huì)使樣品的低密度固相數(shù)值增高。此外受測(cè)樣品的取樣時(shí)間點(diǎn)也是隨機(jī)的。在所有這些因素的相互疊加影響下（正疊加與負(fù)疊加同時(shí)存在），實(shí)際操作中“實(shí)測(cè)總固含量-含鹽量校正固含量≠體系含鹽量理論數(shù)值”是合理的，筆者認(rèn)為，以實(shí)測(cè)總固含量-含鹽量校正固含量≥體系含鹽量理論數(shù)值最為合理，并保持誤差30%～70%的波動(dòng)范圍。

表3 兩種不同計(jì)算方法引起的固相含量計(jì)算誤差分析

2.3 固相成分分析操作與計(jì)算中需要注意的幾個(gè)問(wèn)題

實(shí)例計(jì)算結(jié)果分析表明，采用《鉆井手冊(cè)·（甲方）》（文獻(xiàn)［6］）提供公式進(jìn)行固相含量分析計(jì)算比采用GB/T 16783.1—2014《石油天然氣工業(yè)鉆井液現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試第1部分：水基鉆井液》（文獻(xiàn)［5］）提供公式得到的結(jié)果與實(shí)際情況符合度更高，但前提是要正確理解公式中各量的物理意義，并正確運(yùn)用于數(shù)值的處理中。此處以“高、低密度固相體積分?jǐn)?shù)”計(jì)算公式為例明確計(jì)算時(shí)幾個(gè)需要注意的一些問(wèn)題。

公式中的“低密度固相密度×固相含量（即ρL·VS）”項(xiàng)，VS采用固含量測(cè)定實(shí)驗(yàn)得出的總固含量值（體積分?jǐn)?shù)），該數(shù)值為含鹽量校正前的數(shù)值，含有可溶固相。注意計(jì)算時(shí)采用小數(shù)。

“鹽水（體系水相）密度×含鹽水相體積分?jǐn)?shù)（即ρw·Vw）”為含鹽量校正項(xiàng)，直接計(jì)算使用即可。

采用公式“VSF＝1-VW-VO”進(jìn)行固相含鹽量校正，其中VO為測(cè)得的體系油含量，即為溶解性固相（可溶性鹽）校正后的“純固相”；計(jì)算中得到的高密度固相VH和低密度固相VL均為非含鹽“純固相”。

在計(jì)算以“g/L”為量綱的高/低密度固相時(shí)，無(wú)論高密度固相VH還是低密度固相VL，必須使用校正后的固相數(shù)據(jù)VSF，亦即VH＋VL＝VSF，而不能直接使用V（S儀器測(cè)定得出的總固相），因?yàn)閂S＞VH＋VL。這在固相數(shù)據(jù)處理中是最容易被忽視的地方。

在對(duì)樣品進(jìn)行固相數(shù)據(jù)計(jì)算分析時(shí)，必須準(zhǔn)確測(cè)定漿體密度，實(shí)踐表明，當(dāng)密度測(cè)定值與真實(shí)值的誤差Δρ≥0.03 kg/L時(shí)，得到的固相分析數(shù)據(jù)基本失去參考價(jià)值。

液相中可餾出油相密度ρO的取值會(huì)影響計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。國(guó)標(biāo)柴油的密度通常為0.83～0.855 kg/L，因此0.84 kg/L的數(shù)值為多數(shù)計(jì)算處理所采用；但文獻(xiàn)［5］推薦用0.80 kg/L的數(shù)值，甚至有采用0.90 kg/L 數(shù)值的，這些做法都有可能使計(jì)算誤差偏大。鉆井液用潤(rùn)滑材料多為重質(zhì)油，但受熱后可餾出部分的密度大多在0.85 kg/L 左右（接近重質(zhì)柴油密度），因此比較合理的數(shù)值應(yīng)該采用通用的0.84 kg/L。

采用ZNG-A型固相含量測(cè)定儀測(cè)定時(shí)，如果發(fā)現(xiàn)蒸餾器四口連接部位冒煙，表明因儀器密封失效導(dǎo)致操作失敗，應(yīng)立即停止操作，故障排除后重新操作。來(lái)自現(xiàn)場(chǎng)的鉆井液樣品成分比較復(fù)雜，內(nèi)中可能含有各種類型的表面活性劑，蒸餾器部分漿體樣品會(huì)存在受熱后爆沸現(xiàn)象，導(dǎo)致漿體直接進(jìn)入冷凝器后排入接收容器中，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)操作失敗。這種情況比較罕見，但操作時(shí)偶爾會(huì)遇到。一旦發(fā)生這種情況，通常加入消泡劑抑泡的方式已不能奏效，必須采用替換方式獲取固相分析所需基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

2.4 固相含量數(shù)值合理范圍探討

2.4.1 符合實(shí)際情況的固相含量數(shù)值的界定

迄今為止，關(guān)于鉆井液體系合理固相含量范圍的確定在行業(yè)內(nèi)沒(méi)有統(tǒng)一的界定，文獻(xiàn)［5］和文獻(xiàn)［6］也均未涉及這方面的數(shù)值參考范圍。這主要緣于以下幾個(gè)原因：①低密度固相污染程度很高時(shí)，鉆井液性能并不是必然變差，直接借助理論數(shù)據(jù)進(jìn)行界定不符合實(shí)際情況；②作為“手冊(cè)”和“標(biāo)準(zhǔn)”類的規(guī)范性文件，給出的技術(shù)數(shù)據(jù)必須建立在嚴(yán)格的數(shù)學(xué)計(jì)算或者是建立在大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析基礎(chǔ)上；③影響固相含量測(cè)定值準(zhǔn)確性的因素很多，這也需要大量的實(shí)踐數(shù)據(jù)的積累作支撐，條件不具備時(shí)無(wú)法進(jìn)行該項(xiàng)工作；④鉆井液屬于多相流體，其流體特性的優(yōu)劣和現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)操作水平、配伍料質(zhì)量以及當(dāng)時(shí)的行業(yè)技術(shù)水平密切相關(guān)，這種界定必須建立在大量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)之上。很顯然，文獻(xiàn)［5］和［6］的編制不具備這種條件，故無(wú)法體現(xiàn)這方面的指導(dǎo)性數(shù)據(jù)。關(guān)于固相含量特別是低密度固相含量對(duì)鉆井液性能的影響，鉆井液流變性能變差和低密度固相含量直接相關(guān)是業(yè)內(nèi)共識(shí)，低密度固相于鉆井液“百害而無(wú)一利”，某些時(shí)候出現(xiàn)的反常情況只是暫時(shí)的，劣質(zhì)固相必然導(dǎo)致鉆井液體系性能的全面惡化。因此業(yè)界主張?jiān)跅l件允許時(shí)盡可能清除體系中的低密度固相，這樣有利于降低現(xiàn)場(chǎng)操作難度，節(jié)約維護(hù)費(fèi)用。介于這種需要，筆者認(rèn)為有必要就“合理固相含量范圍”進(jìn)行界定，以規(guī)范鉆井液設(shè)計(jì)中的相關(guān)內(nèi)容，指導(dǎo)并約束現(xiàn)場(chǎng)鉆井液維護(hù)與處理。關(guān)于這方面的工作，王維［8］根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，給出了冀東地區(qū)鉆井液的ρ-S推薦范圍，見表4。筆者根據(jù)2015～2021 年間檢測(cè)的2000 多組密度范圍1.20～2.60 kg/L的鉆井液樣品固相測(cè)定值的統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果，給出了西南地區(qū)鉆井液的ρ-S推薦范圍，見表5。對(duì)比兩組推薦數(shù)值可以看出，表4 給出的數(shù)值只是一種原則性判斷，對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)工作具有一定的借鑒意義，但無(wú)法指導(dǎo)鉆井液設(shè)計(jì)，特別是關(guān)于“ρ＞1.4 kg/L，推薦固相含量值25%”一組數(shù)據(jù)明顯有誤。在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐中，在鉆井液密度為1.4 kg/L 時(shí)，25%的固相含量已經(jīng)屬于低密度固相污染特別嚴(yán)重的程度。因此文獻(xiàn)［8］中給出的該組數(shù)據(jù)的參考價(jià)值很低。考慮到數(shù)據(jù)采集的時(shí)間跨度較大、數(shù)據(jù)量具備統(tǒng)計(jì)學(xué)意義、數(shù)據(jù)范圍涵蓋幅度較寬等因素，認(rèn)為表5 推薦值對(duì)于國(guó)內(nèi)其它地區(qū)的鉆井液設(shè)計(jì)也具有很好的參考意義。

表4 冀東地區(qū)鉆井液合理ρ-S推薦范圍［8］

對(duì)比表4 和表5 可以看出，同一密度范圍的鉆井液，文獻(xiàn)［8］給出的ρ-S推薦值偏高。例如當(dāng)ρ＞1.4 kg/L 時(shí)，文獻(xiàn)［8］認(rèn)為總固相體積分?jǐn)?shù)S＜25%即算正常，但以西南地區(qū)鉆井施工實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，如果密度為1.40 kg/L 的鉆井液的S＜16%時(shí)，表明該漿體低密度固相污染嚴(yán)重，現(xiàn)場(chǎng)必須加大清除力度，而且現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)情況也顯示，這時(shí)伴隨鉆井液體系流變性能變差的概率也較高。如果以S＜25%的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)密度為1.40 kg/L的鉆井液進(jìn)行固相調(diào)控，現(xiàn)場(chǎng)絕對(duì)無(wú)法接受，最起碼西南地區(qū)是不允許這種情況出現(xiàn)的。表5 的ρ-S推薦值來(lái)自于近2000 組漿體的測(cè)定數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)值，就統(tǒng)計(jì)學(xué)意義而言具有很高的可信度，建議將列舉于表5 的數(shù)據(jù)作為鉆井液固相含量設(shè)計(jì)的參考依據(jù)。

2.4.2 實(shí)踐中固相含量測(cè)定數(shù)值異常情況舉例

在鉆井液固相含量測(cè)定實(shí)踐中，筆者發(fā)現(xiàn)部分漿體的固相測(cè)定數(shù)值明顯不符合實(shí)際情況。為了查找原因，對(duì)測(cè)定過(guò)程及所用儀器進(jìn)行檢查后確定不存在問(wèn)題；對(duì)測(cè)定數(shù)值進(jìn)行核查發(fā)現(xiàn)所得數(shù)據(jù)無(wú)誤。筆者收集了部分比較典型的與實(shí)際情況不符的固相含量測(cè)定數(shù)據(jù)，列于表6。

表6 部分測(cè)定值異常的固相含量數(shù)據(jù)

在現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)中，當(dāng)鉆井液密度高于1.25 kg/L時(shí)，就要考慮進(jìn)行加重操作了，而表6列出的測(cè)定數(shù)據(jù)中，有3 組密度為1.38～1.40 kg/L 實(shí)測(cè)樣品的加重劑含量為零，其余6 組的加重劑含量和實(shí)際情況也相差很大。例如加重劑含量最高的第9組實(shí)測(cè)例（密度為1.60 kg/L），其高密度固相體積分?jǐn)?shù)只有8.8%（以加重劑密度為4.2 g/cm3計(jì)，漿體中加重劑含量?jī)H為370 g/L），這顯然嚴(yán)重偏離現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際水平。實(shí)際上，如果密度為1.60 kg/L的鉆井液總固相分?jǐn)?shù)以合理推薦高限23%計(jì)，其加重劑體積分?jǐn)?shù)應(yīng)不低于13%，理想值可以達(dá)到15%～16%。從各種密度范圍鉆井液固相含量測(cè)定值統(tǒng)計(jì)情況看，受測(cè)樣品的密度越低，固相數(shù)據(jù)測(cè)定值誤差越大，但也有例外。例如表6 所列密度為1.16 kg/L 的鉆井液（10#樣品）仍然含有高密度固相，就常識(shí)而言，密度為1.16 kg/L的鉆井液是不需要加重的，但分析數(shù)值仍然顯示有加重劑存在。這是因?yàn)?0#樣品取自井深7032 m，該井在上部井段的施工作業(yè)中使用的高密度鉆井液在取樣時(shí)肯定會(huì)有部分殘留，導(dǎo)致固相成分中仍會(huì)含有少量加重劑，這也從側(cè)面證明，文獻(xiàn)［6］推薦的計(jì)算方法更為合適。至于部分測(cè)定數(shù)據(jù)與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際嚴(yán)重偏離的情況只能說(shuō)明影響固相數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的因素比較復(fù)雜。關(guān)于鉆井液固相數(shù)據(jù)計(jì)算與分析結(jié)果的合理性，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 16783.2—2012《石油天然氣工業(yè)鉆井液現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試第2部分：油基鉆井液》［9］”存在同樣的問(wèn)題：按照標(biāo)準(zhǔn)提供的計(jì)算程序得到的固相含量值與實(shí)測(cè)得出的數(shù)值相差很大。為了直觀驗(yàn)證這一問(wèn)題，筆者專門配制了3 種密度分別為1.50、1.80 和2.10 kg/L 的油基鉆井液體系，配制時(shí)只是按照配方要求配伍了20 g/L有機(jī)土，沒(méi)有添加任何低密度材料，但以文獻(xiàn)［9］提供的計(jì)算程序得出的固相數(shù)據(jù)中，竟然含有100～150 g/L 的低密度固相，唯一合理的解釋就是所使用的加重材料中含有等量的低密度固相，但質(zhì)檢數(shù)據(jù)表明，企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q/SHCG 90—2016《鉆井液用加重材料技術(shù)要求》一級(jí)達(dá)標(biāo)的重晶石材料不可能含有如此數(shù)量的低密度雜質(zhì)。

3 結(jié)論

現(xiàn)場(chǎng)工作中，由于鉆井液體系中固相物質(zhì)的組成及部分固相成分的密度不斷變化，導(dǎo)致固相含量測(cè)定值與計(jì)算值有程度不等的偏差，但不影響測(cè)定結(jié)果對(duì)現(xiàn)場(chǎng)工藝過(guò)程的指導(dǎo)作用。

國(guó)家標(biāo) 準(zhǔn)GB/T 16783.1—2006/ISO 10414：2001中給出的固相含量計(jì)算公式誤差較大，建議采用“鉆井手冊(cè)（甲方）上冊(cè)”所列公式進(jìn)行固相數(shù)據(jù)的處理與計(jì)算。建議在適當(dāng)時(shí)候?qū)υ摌?biāo)準(zhǔn)中關(guān)于鉆井液固相測(cè)定操作部分進(jìn)行適當(dāng)修訂。

鉆井液固相含量合理范圍的界定因地區(qū)、操作人員以及固控設(shè)備技術(shù)水平的變化而呈現(xiàn)較大差異，客觀地講，鉆井液固相控制水平標(biāo)志著一個(gè)時(shí)期鉆井液技術(shù)提升的幅度，所謂“合理范圍”也是相對(duì)的。