钻屑和粘土对重泥浆流变性能的影响及筛网目数在固相控制中的作用

王志龙，杨龙龙，罗跃，张斌，刘毅

（1.长江大学化学与环境工程学院，湖北荆州434023；2.中国石油塔里木油田分公司勘探事业部，新疆库尔勒841000）

钻屑和粘土对重泥浆流变性能的影响及筛网目数在固相控制中的作用

王志龙1，杨龙龙1，罗跃1，张斌2，刘毅2

（1.长江大学化学与环境工程学院，湖北荆州434023；2.中国石油塔里木油田分公司勘探事业部，新疆库尔勒841000）

高密度钻井液体系的使用中，流变性的调控是性能维护的关键，实验测试了钻屑、粘土对塔里木油田大北301井、104井、克深5井泥浆性能的影响；利用分样筛测试了筛网目数对钻井液流变性的关系；并利用Winner2116型激光粒度仪测试了钻井液的粒径分布。实验结果表明：对于重泥浆需采用更为严格的固控措施，降低体系中的粘土和钻屑含量、振动筛的筛网应控制在200目以内。

重泥浆；钻屑；粘土；流变性；影响

重泥浆流变性的稳定和维护是保证重泥浆正常使用的关键，对钻井机械钻速及井眼净化和地面固相的清除起着十分重要的作用，同时对钻井工程的成败也有着重要的影响。国内外钻井实践表明，钻井液的流变性对提高机械钻速、井眼净化、井眼稳定和地面清除固相的效果都有十分重要的作用[1-6]。钻井过程中不可避免的会有钻屑和地层粘土矿物进入循环系统，因而针对现场实际情况合理的控制其含量对于体系性能的稳定和维护十分必要，振动筛是现场固控的重要手段，现场使用的筛网目数在60至120目范围，对于重泥浆而言，势必会在体系中残有更多的无用固相，因而选择合适的筛网目数对于流变性的稳定亦将起到重要作用。

1实验方法

参考SY/T 5612-93钻井液测试程序，用ZNND6型六速旋转粘度计测定钻井液的流变参数。实验中的粘土、钻屑取自塔里木油田，其中钻屑经清洗、干燥、粉碎后过80目分样筛。实验中大北104井、大北301井、克深5井泥浆的比重依次为1.97、2.45、2.04g·cm-3。

2结果与讨论

2.1 粘土的加量对钻井液流变性的影响

膨润土是抗高温高密度水基钻井液的重要组成部分，其在钻井液中的含量及微观结构态对钻井液的流变性有着重要的影响。实验中，改变钻井液中膨润土含量，测量高密度钻井液流变参数的变化情况。具体实验结果见图1～3。

图1 粘土对大北104井泥浆性能的影响Fig.1Clay effect on the performance of the big north 104 well mud

图2 粘土对克深5井泥浆性能的影响Fig.2Clay effect on the properties of grams of 5 wells deep mud

图3 粘土对大北301井泥浆流变性的影响Fig.3Clay effect on the properties of grams of 5 wells deep mud

由图1～3可知，密度为2.0g·cm-3左右的钻井液体系，当膨润土含量低于4%时，钻井液的表观粘度、塑性粘度和动切力均在可接受的范围之内；而当膨润土含量超过4%时，这些流变参数则急剧升高，尤其是动切力增加的程度高。而动切力反映的是钻井液在层流流动时，粘土颗粒之间及高分子聚合物之间形成网架结构的强度。密度为2.4g·cm-3的超高密度钻井液体系，当粘土的加量超过3%时体系的流变性已经完全被破坏。因此，综合考虑钻井液的沉降性和流变性，中高密度钻井液中膨润土含量控制在4%～5%比较合适，超高密度钻井液应控制在3%以内。

2.2 钻屑的加量对钻井液流变性的影响

钻井过程中产生的钻屑始终是钻井液的大敌，它的混入会给钻井液性能尤其是流变性带来很大影响。在钻井中因钻屑重复切削、破碎和水化分散，将产生大量的细小颗粒，有一部分会以胶体微粒形式存在于钻井液中，特别是蒙脱石含量高的钻屑，更易分散为微细颗粒，由于其活性很强，颗粒表面亲水性强，会吸附大量水，降低游离水含量，同时由于颗粒间的相互作用，致使钻井液流变性变差，严重时会丧失流变性。实验测试了钻屑对不同钻井液体系流变性的影响，测试结果见图4～6。

图4 钻屑对大北104井泥浆流变性的影响Fig.4Drilling cuttings affect Dabei 104 wells slurry rheological property

图5 钻屑对克深5井泥浆流变性的影响Fig.5Drilling cuttings affect Keshen 5 wells slurry rheological property

图6 钻屑对大北301井泥浆流变性的影响Fig.6Drilling cuttings affect DaBei 301 Wells slurry rheological property

由图4～6可以清楚地看出，随着钻屑含量的增加，钻井液粘度随之增加，对于80目的钻屑，比重为2.0g· cm-3左右的体系中加量为10%，而比重为2.0g·cm-3的体系中加量为5%时，钻井液的流变性已明显恶化。

2.3 筛网目数对钻井液流变性的影响及粒度分析

克深5、大北301和大北104井泥浆的流变性测试结果见表1～3。

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

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

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

由表1～3可知，随着筛网目数的增大，钻井液粘度、动切力都表现为逐渐下降，筛网目数超过200目后，其粘度下降更快，而动切力下降相对平稳。其原因是200目以上的筛网会筛除部分加重材料（取自现场的钻井液其加重材料采用重晶石和铁矿粉同时加重），从流变性控制而言，在不筛除加重剂的前提下，应尽可能选用目数大的筛网。

用Winner2116型激光粒度仪测试不同筛网筛分后钻井液的粒径分布，为直观了解筛网目数对钻井液粒度分布的影响，将粒径分布中值D50对筛网目数作图。

图7 粒度分布与筛网目数关系图Fig.7Particle size distribution and sieve mesh diagram

由图7可知，筛网目数增加，粒径分布中值相应减小，趋势清楚明显。因此，若现场条件允许，选用较大目数的筛网进行固相控制应该更加合理，也利于流变性的维护和稳定。

3结论

（1）对于密度为2.0g·cm-3的中高密度钻井液体系，要维护较好的流变性，应充分采取各种固控手段，将粘土侵污量应控制在5%以内；钻屑侵污量应控制在10%以内。

（2）对于密度为2.4g·cm-3的超高密度钻井液体系，粘土、钻屑对其影响程度明显高于对中高密度钻井液体系的影响。因此，结合试验数据对于高密度钻井液体系，粘土侵污量应控制在3%，钻屑侵污量应控制在5%以内。

（3）筛网目数对流变性的调控具有明显的作用，高于200目会筛除部分重晶石。因而，筛网目数应小于200目，在此前提下尽可能使用目数大的筛网。

（4）现场重泥浆的粒径分布测试结果表明，小于74μm的固相颗粒占有相当比重，为了更好的控制固相含量，应充分利用除砂器、除泥器和离心机等设备。

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图4 BTBCT分子结构式Fig.4The molecular structure of BTBCT

3结论

制备的BTBCT-Tb3+:改性纳米硅粒子的粒径为50～60nm，表明：在纳米硅中引入的无机及金属离子，SiO2粒子表面因吸附或表面电性原因而形成了带负电的双电层，这种带负电的双电层使纳米氧化物粒子具有静电稳定作用，它们在分散液中分散均匀，且无团聚；因此，BTBCT-Tb3+:纳米氧化物的分散液存放时间大于6个月；以274nm紫外光激发，BTBCT-Tb3+:纳米氧化物分散液的发射光谱在491，546，587nm处，在546nm处强度最大，且发光强度超过900（a.u.），这与以274nm紫外光激发，Tb3+的特征发射峰相同，表明纳米氧化物不会削弱BTBCT-Tb3+配合物的发光强度。

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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

王志龙（1962-），男，副教授，毕业于西南石油学院油田化学专业学士（1982）、油气田开发工程专业硕士（1995），现在长江大学化工学院从事油田化学科研和教学工作。