4.3 钻井液循环系统[优教课堂].ppt
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1、4.3钻井液净化设备4.3.1 概述: 1.钻井液的固相控制 现代钻机中都要用循环流体: 液体(多数) ;气体;泡沫剂 。故称钻井循环流体为钻井液(习惯上称为泥浆),1,课堂教育,钻井液的功能: 1)、冲洗井底,冲刷地层,利于钻进。 2)、带出岩屑,悬浮岩屑。 3)、冷却和润滑钻头、钻具。 4)、平衡地层压力,防止井漏、井喷。 5)、形成泥饼,保护井壁,防止井壁坍塌。 6)、向井下动力钻具传递动力。 7)、地质录井。,2,课堂教育,清水的缺点: 黏度低,悬浮岩屑能力低,易沉沙卡钻,形不成泥饼,井壁易塌,不能平衡地层压力。,3,课堂教育,钻井液的主要成分有: (1)水(淡水,盐水,饱和盐水等);
2、 (2)膨润土(钠膨润土,钙膨润土,有机土或抗盐土等); (3)化学处理剂(有机类,无机类,表面活性剂类或生物聚合物类等); (4)油(轻质油或原油等); (5)气体(氮气或天然气)。,4,课堂教育,不同的钻井流体形成的分散体系不同,所起的作用不同。从物理化学观点看,钻井液是一种多相不稳定体系。为满足钻井工艺要求,改善钻井液性能,常在钻井液中加入各种不同的添加剂。钻井液在循环过程中,不能始终保持其优良性能,而要被钻屑、油、气、水、盐及矿物污染,其中钻屑是最严重的污染。,5,课堂教育,钻屑污染是指在循环过程中,钻屑在机械及化学作用下,分散成大小不等的颗粒而混入钻井液中,使钻井液性能变坏,给钻井工
3、程及油、气层带来危害。,6,课堂教育,分散于钻井液中的固体颗粒称为钻井液中的固相。钻井液中的固相: 一是来源于被破碎岩石产生的钻屑; 二是为钻井工艺要求而人为加入的。 按固相在钻井液中所起的作用可分为有用固相和有害固相两类。 钻屑是有害固相的主要来源,而且存在于钻井过程的始终,带来很多危害。因此必须消除有害固相。,7,课堂教育,泥浆中有害固相的危害1、堵塞油气通道,损害油气层: 1)、钻井液压力大于地层压力时,钻井液向地层渗透,小于地层油气通道的的固相随之深入,形成堵塞。即污染油层。 2)、降低机械钻速(单位时间内钻头所钻井眼的进尺)。 固相含量小于8范围内:固相含量每增加1,机械钻速下降约1
4、0。,8,课堂教育,3)、诱发井下事故: 固相导致: A.密度压漏地层; B.黏度钻头易泥包,起钻拔活塞,诱发井喷、 下钻引起压力激动,引起井漏; C.泥饼变松、变厚失水大,导致井壁塌;井眼变 小,易卡钻;引发压差卡钻。 D.泥饼摩擦系数扭矩增加,动力消耗大,钻具事 故多,钻具寿命短;,9,课堂教育,4、缩短机械设备寿命:增大磨损,钻头消耗增 加,泥浆泵易损件消耗增加。,10,课堂教育,5、增加钻井成本:相邻两井比较,11,课堂教育,所谓钻井液的固相控制,就是清除有害固相,保存有用固相,或者将钻井液中的固相总量及粒度级配控制在要求的范围内,以满足钻井工艺对钻井液性能的要求。通常将钻井液的固相控
5、制简称为固控,习惯上也称为泥浆的净化。,12,课堂教育,2.钻井液中固相的分类及粒度分布 根据不同的特点,钻井液中的固相有不同的分类方法。 按固相的密度可分为:高密度固相和低密度固相。前者是根据钻井要求特意加入的重质材料,以提高钻井液的密度。 加有重质材料的钻井液称为加重钻井液或加重泥浆。,13,课堂教育,低密度固相包括普通钻屑;配置钻井液所需的膨润土和处理剂。 不含重质材料的钻井液,称为非加重钻井液或非加重泥浆。 根据美国石油学会(API)的规定,按固相颗粒的大小可将钻井液中的固相分为三大类: 粘土(或胶质) 粒度小于2m 泥 粒度为274m 砂(或API砂) 粒度74m,14,课堂教育,1
6、5,课堂教育,钻井中固相颗粒的大小不等,各种颗粒的含量也不等。固相颗粒的大小称为粒度(及粗细程度)。各种颗粒占固相总量的百分数称为级配。 钻井过程中,随地层的岩性钻头中类型和钻井参数的不同,钻井液中的固相含量及粒度级配也不一样。,16,课堂教育,4.3.2 固相控制方法 近二十年来,随着喷射钻井、优化钻井、优质钻井液和油气层保护技术的全面实施,固控工艺得到了迅速的发展、推广和普及。 固控的任务是:1.从钻井液中清除有害固相,使固相含量不超出 要求。2.降低钻井液中细微颗粒的比例,保持合理的固 相粒度和级配。,17,课堂教育,常用的固控方法有:冲稀法,替换法,自然沉降法,化学沉降法及机械清除法。
7、 冲稀法:就是为保持固相含量基本不变,往高固相含量的钻井液中加入清水或其它较稀液体,冲稀成低固相含量的钻井液(同时还应加入适量化学处理剂)。 替换法:就是为保持钻井液总的体积不变,把高固相含量的钻井液放掉一部分,然后在替入等量的处理剂溶液和低固相钻井液,混均后再用。,18,课堂教育,自然沉降法: 井内返出的钻井液在地面循环过程中,因地面钻井液液池体积大,流速低,钻井液中的岩屑颗粒在重力作用下沉降到底部而被分离,上部的钻井液再入井循环使用。 化学沉降法:就是在钻井液中加入少量化学沉淀剂使分散的微小岩屑一接触这些化学剂就产生絮凝作用形成较大的颗粒,而迅速沉降。 机械清除法:利用机械设备强制清除有害
8、固相,改变固相级配。,19,课堂教育,机械清除设备配置,20,课堂教育,机械清除的特点: 1)设备配套,逐级清除。 2)固相控制容易,泥浆性能稳定,泥浆损失少,污染小。 3)固控成本较低。,21,课堂教育,五十年代以前,主要是用振动筛来清除钻井液中的固相。,22,课堂教育,由于振动筛清除固相的能力有限,到五十年代中期,旋流分离器开始用于钻井液中的固相控制。,23,课堂教育,到六十年代随着钻井工艺的发展,对固控的要求越来越高,因而又发展使用了除泥旋流器,离心机等机械设备。,24,课堂教育,由于不同固控设备仅对一定颗粒尺寸范围内的固相才能发挥最大效能,因此各种固控设备应合理组合成为一个系统进行应用
9、。到七十年代,这种机械固控系统已是现代钻井装备的重要组成部分。我国的固控技术是八十年代发展起来的。,25,课堂教育,当钻井液中侵入气体后,钻井液的性能随之改变,也影响砂泵,钻井泵的正常吸入和工作。因此钻井液中的气体也被列入清除之列,清除钻井液中气体的除气器也属于固控设备。,26,课堂教育,应该指出,固控系统通常不仅仅指上述的各种固控设备,而是包括从泥浆返出井口开始到进入钻井泵吸入口的整个地面流程。这段流程中包括了前述的机械固控设备、除气器、泥浆搅拌器、泥浆池、泥浆配置设备等。但整个系统中的关键设备是各种固控设备,即振动筛、除砂器、除泥器、泥浆清洁器、离心机及除气器。其它的则属于辅助设备。,27
10、,课堂教育,表7-3列出了部分固控设备的处理能力和处理的粒度范围。,28,课堂教育,典型的机械固相控制系统。,29,课堂教育,30,课堂教育,31,课堂教育,32,课堂教育,4.3.3 振动筛 钻井作业中利用振动的筛网回收钻井液中的液相,并且以是否能通过筛网为标准,将大小不等的固相颗粒分成两组或两组以上的机械设备,称为钻井振动筛,简称振动筛。,33,课堂教育,从井底返出的钻井液首先经过振动筛清除较大的固相颗粒,故称振动筛为第一级固控设备,它适合于各种钻井液的筛分。,34,课堂教育,35,课堂教育,目前石油矿场使用的几乎都是单轴惯性振动筛,它由筛箱、筛网、隔振弹簧及激振器等组成,。,36,课堂教
11、育,37,课堂教育,38,课堂教育,由主轴、轴承和偏心块等构成的激振器,旋转时产生周期性的惯性力,迫使筛箱、筛网和弹簧等部件在底座上作简谐振动或准简谐振动,促使由泥浆盒均匀流至筛网表面的泥浆中的液固相分离,即液体和较小颗粒通过筛网孔流向除砂器,而较大颗粒顺筛网表面移向砂槽。 筛网的振动方式决定着钻屑在筛网上的分离粒度、运移速度、排屑量和液体处理量等。,39,课堂教育,激振器与筛架的相对位置以及激振器转动的方向决定着振动的轨迹形状。,40,课堂教育,如果把激振器安装在筛架的重心位置,则振动轨迹呈圆周形状,如图7-18a所示。此刻,钻屑在筛架上运动的方向和速度取决于激振器的转动方向、振动频率和振幅
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