钻井液 中的固相

        一般来说，钻井液中的固相物质主要是指配浆粘土、加重物质和其他的固体物质，还有钻进过程中不断进入钻井液的岩屑（包括地层粘土）。固相物质可使钻井液获得所需要的密度、粘度和流动性，以满足悬浮和携带岩屑的要求。由于钻井液向地层的渗滤，固相物质可留在井壁上形成坚固的泥饼，起保护和稳定井壁的作用。

        泥浆的固相颗粒分成两大类：一类是有用的固相物质叫必须固相，有用固相是指维持钻井液性能所必须具有的固相物质，主要指膨润土和化学处理剂，如加重剂（重晶石粉）等。另一类有害的固相物又称不必须固相，包括钻屑、劣质粘土（组成粘土的成分是复杂的，其中蒙脱石为有效的造浆成分，叫有效粘土，而伊利石、高岭石等叫无效或低效粘土）等。在不加重的前提下，膨润土只要占到钻井液体积的 2%~4% 即可满足其流变性和失水等要求，加多了亦能成为有害固相。有害固相越多，钻井液的密度、粘度、动切力、失水、泥饼厚度、流动阻力等越大，不但降低钻速，而且易引起粘附卡钻、井漏等，降低了钻井效率，提高了泥浆成本。因而去除有害固相，意义非常重大。

一、 固相对钻速的影响

        固相含量高，密度就高，井底压差增大，提高了液柱对岩石的压持效应，不利于碎岩。另外，固相含量高，粘度、切力上升，流变性能变差，降低了水马力的发挥，井底清洗效果差，钻速大大降低。关于固相类型对钻速的影响，一般认为砂子、重晶石等惰性固相颗粒对钻速的影响较小，岩屑、劣质土的影响居中，优质粘土的影响最大。钻井液的固相含量相同，若粘度不同，对钻速的影响也不同，这主要是因为钻井液中固相颗粒的粒度分布不同，钻井液中细颗粒的含量越高，对钻速的影响越大。

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        从表 11-1 看出，超细颗粒及胶体物质占整个固相的 3/4 ，根据“在固相总量一定的条件下，粒度越小，比表面积越大，被束缚自由水越多”的原理，这部分小颗粒物质大大提高了固相颗粒间、固相与液相间的摩擦力，是影响塑性粘度的主要因素，因而影响钻速。

二、固相对泥饼的影响

        钻井液失水量要小，泥饼应薄而韧。泥饼的厚度主要取决于固相颗粒的尺寸、数量、形状及在一定压力下的可塑性。泥饼过厚，一方面会造成起下钻不畅，产生抽吸或压力激动，诱发井塌或井喷；另一方面，增大了钻具与井壁的接触面，易引发卡钻事故，另外，钻杆会出现泥皮结垢现象。所以要控制固相含量，提高泥饼质量。

三、固相对循环系统的影响

        固相含量越大，对循环系统的机械磨损就越大。钻屑中有许多砂子硬度超过了金属硬度，能使泥浆泵缸套过早磨损，增加了维修时间，降低了钻井效率，降低了钻头寿命，特别是金刚石钻头的寿命。另外，固相含量大，冲击回转钻具、孔底动力钻具如螺杆钻寿命都会降低。

        特别值得一提的是有用固相与有害固相的划分应根据泥浆的种类和使用目的来确定，如细分散泥浆在钻进过程中，由于钻屑的水化、膨胀及冲蚀作用，会继续分散，致使发生泥浆的稠化现象，引起泥浆质量恶化、性能变坏，此时混入膨润土成分并非有用固相。 `

四、固相含量与含砂量的测定

1.  钻井液固相含量及其测定

        钻井液中所含固相物质的多少称为钻井液的固相含量，一般用体积含量来表示。例如：钻井液的固相含量是 8% ，是指钻井液中固相含量的体积占整个钻井液体积的 8% 。

        钻井液中各种固相含量的数据是固相控制的依据，因而必须对各类固相进行测定和计算。目前，国内外已有多种确定钻井液中各类固相含量的方法，我国现场普遍采用的常规测量方法有蒸馏法和亚甲基蓝试验法（具体可参考有关书籍）。

2.    含砂量

        泥浆含砂量是指泥浆中不能通过 200 孔 / 英寸筛子即直径大于 0.074mm 的砂子所占泥浆体积的百分数。这些砂子的来源，一方面是造浆用粘土中带来的（原浆中的），另一方面是钻出的岩粉混入泥浆中的。这些砂子是一些非粘土矿物，如长石、石英、氧化铁、灰岩颗粒等。岩心钻探特别是金刚石钻进时岩粉颗粒较细，因此混入的细砂也较多。

        泥浆中含砂量高时，对钻探设备（主要指泥浆泵缸套、活塞、阀门、阀门座等）及钻具、钻头磨损很大，并易造成沉砂卡钻，增大泥浆比重，影响泥皮质量，降低钻速。因此，岩心钻过去规定含砂量应小于泥浆体积的 4% 。金刚石钻探中，含砂量应尽可能更小。这是因为金刚石钻进时，钻具与孔壁间隙很小（只有几毫米），含砂量大的泥浆，钻进回转阻力大，钻具磨损也更严重。

        粘土的类型不同，造浆率不同，含砂量也不同。高岭土泥浆含砂量比膨润土泥浆高，因为同体积泥浆中前者粘土用量多。

        测定泥浆含砂量的方法有：

        （ 1 ） 含砂量量杯。 它是用水稀释泥浆后，利用泥浆中砂子沉淀方法来测定含砂量的。试验时将 50ml 泥浆及 450ml 水灌入量杯内，充分摇动至混合均匀，然后垂直静置 1min ，按斯脱克沉降定律，大于 0.074mm 直径的砂子可以沉降下来，从量杯下端刻度可以直接读出砂子的体积数。由于是用 50 毫升泥浆测定，因此换算成体积含砂量百分数时应当乘以 2 。

        以前也测静置 3min 的含砂量，按沉降速度计算，大于 0.025 的颗粒可以沉淀下来。

        应当指出，用此仪器时，往往有许多未分散的泥团沉淀，影响读数的准确性。此仪器有玻璃和铁壳两种，铁壳量杯用于现场不易损坏。

        （ 2 ） 筛析法。 过滤筒中有 200 孔 / 英寸的筛网。玻璃量杯（用于计算泥浆容积及含砂量容积）直径 45 毫米，最大容积 200 毫升。

         测定时，往玻璃量杯中灌入定量（ 20 ～ 40ml ）泥浆，加水至约 160ml 处，用手盖住量杯口，将泥浆和水摇匀，慢慢倒入过滤筒内过筛（滤出部分不要），边倒泥浆边用小水冲洗，直至泥浆冲洗干净，筛网上仅留下砂子为止。然后将过滤筒上的砂子，经过漏斗用水冲到玻璃量杯中，读出砂子的容积，换算成泥浆体积含砂量的百分数。