鉆屑和粘土對重泥漿流變性能的影響及篩網目數在固相控制中的作用

王志龍，楊龍龍，羅躍，張斌，劉毅

（1.長江大學化學與環境工程學院，湖北荊州434023；2.中國石油塔里木油田分公司勘探事業部，新疆庫爾勒841000）

鉆屑和粘土對重泥漿流變性能的影響及篩網目數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.長江大學化學與環境工程學院，湖北荊州434023；2.中國石油塔里木油田分公司勘探事業部，新疆庫爾勒841000）

高密度鉆井液體系的使用中，流變性的調控是性能維護的關鍵，實驗測試了鉆屑、粘土對塔里木油田大北301井、104井、克深5井泥漿性能的影響；利用分樣篩測試了篩網目數對鉆井液流變性的關系；并利用Winner2116型激光粒度儀測試了鉆井液的粒徑分布。實驗結果表明：對于重泥漿需采用更為嚴格的固控措施，降低體系中的粘土和鉆屑含量、振動篩的篩網應控制在200目以內。

重泥漿；鉆屑；粘土；流變性；影響

重泥漿流變性的穩定和維護是保證重泥漿正常使用的關鍵，對鉆井機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，同時對鉆井工程的成敗也有著重要的影響。國內外鉆井實踐表明，鉆井液的流變性對提高機械鉆速、井眼凈化、井眼穩定和地面清除固相的效果都有十分重要的作用[1-6]。鉆井過程中不可避免的會有鉆屑和地層粘土礦物進入循環系統，因而針對現場實際情況合理的控制其含量對于體系性能的穩定和維護十分必要，振動篩是現場固控的重要手段，現場使用的篩網目數在60至120目范圍，對于重泥漿而言，勢必會在體系中殘有更多的無用固相，因而選擇合適的篩網目數對于流變性的穩定亦將起到重要作用。

1實驗方法

參考SY/T 5612-93鉆井液測試程序，用ZNND6型六速旋轉粘度計測定鉆井液的流變參數。實驗中的粘土、鉆屑取自塔里木油田，其中鉆屑經清洗、干燥、粉碎后過80目分樣篩。實驗中大北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結果與討論

2.1 粘土的加量對鉆井液流變性的影響

膨潤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構態對鉆井液的流變性有著重要的影響。實驗中，改變鉆井液中膨潤土含量，測量高密度鉆井液流變參數的變化情況。具體實驗結果見圖1～3。

圖1 粘土對大北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，當膨潤土含量低于4%時，鉆井液的表觀粘度、塑性粘度和動切力均在可接受的范圍之內；而當膨潤土含量超過4%時，這些流變參數則急劇升高，尤其是動切力增加的程度高。而動切力反映的是鉆井液在層流流動時，粘土顆粒之間及高分子聚合物之間形成網架結構的強度。密度為2.4g·cm-3的超高密度鉆井液體系，當粘土的加量超過3%時體系的流變性已經完全被破壞。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土含量控制在4%～5%比較合適，超高密度鉆井液應控制在3%以內。

2.2 鉆屑的加量對鉆井液流變性的影響

鉆井過程中產生的鉆屑始終是鉆井液的大敵，它的混入會給鉆井液性能尤其是流變性帶來很大影響。在鉆井中因鉆屑重復切削、破碎和水化分散，將產生大量的細小顆粒，有一部分會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，更易分散為微細顆粒，由于其活性很強，顆粒表面親水性強，會吸附大量水，降低游離水含量，同時由于顆粒間的相互作用，致使鉆井液流變性變差，嚴重時會喪失流變性。實驗測試了鉆屑對不同鉆井液體系流變性的影響，測試結果見圖4～6。

圖4 鉆屑對大北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，鉆井液的流變性已明顯惡化。

2.3 篩網目數對鉆井液流變性的影響及粒度分析

克深5、大北301和大北104井泥漿的流變性測試結果見表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，隨著篩網目數的增大，鉆井液粘度、動切力都表現為逐漸下降，篩網目數超過200目后，其粘度下降更快，而動切力下降相對平穩。其原因是200目以上的篩網會篩除部分加重材料（取自現場的鉆井液其加重材料采用重晶石和鐵礦粉同時加重），從流變性控制而言，在不篩除加重劑的前提下，應盡可能選用目數大的篩網。

用Winner2116型激光粒度儀測試不同篩網篩分后鉆井液的粒徑分布，為直觀了解篩網目數對鉆井液粒度分布的影響，將粒徑分布中值D50對篩網目數作圖。

圖7 粒度分布與篩網目數關系圖Fig.7Particle size distribution and sieve mesh diagram

由圖7可知，篩網目數增加，粒徑分布中值相應減小，趨勢清楚明顯。因此，若現場條件允許，選用較大目數的篩網進行固相控制應該更加合理，也利于流變性的維護和穩定。

3結論

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

（2）對于密度為2.4g·cm-3的超高密度鉆井液體系，粘土、鉆屑對其影響程度明顯高于對中高密度鉆井液體系的影響。因此，結合試驗數據對于高密度鉆井液體系，粘土侵污量應控制在3%，鉆屑侵污量應控制在5%以內。

（3）篩網目數對流變性的調控具有明顯的作用，高于200目會篩除部分重晶石。因而，篩網目數應小于200目，在此前提下盡可能使用目數大的篩網。

（4）現場重泥漿的粒徑分布測試結果表明，小于74μm的固相顆粒占有相當比重，為了更好的控制固相含量，應充分利用除砂器、除泥器和離心機等設備。

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圖4 BTBCT分子結構式Fig.4The molecular structure of BTBCT

3結論

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機及金屬離子，SiO2粒子表面因吸附或表面電性原因而形成了帶負電的雙電層，這種帶負電的雙電層使納米氧化物粒子具有靜電穩定作用，它們在分散液中分散均勻，且無團聚；因此，BTBCT-Tb3+:納米氧化物的分散液存放時間大于6個月；以274nm紫外光激發，BTBCT-Tb3+:納米氧化物分散液的發射光譜在491，546，587nm處，在546nm處強度最大，且發光強度超過900（a.u.），這與以274nm紫外光激發，Tb3+的特征發射峰相同，表明納米氧化物不會削弱BTBCT-Tb3+配合物的發光強度。

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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，畢業于西南石油學院油田化學專業學士（1982）、油氣田開發工程專業碩士（1995），現在長江大學化工學院從事油田化學科研和教學工作。