石油工业钻井粒度分析

为了钻探一口成功的油井，大多数钻井操作员都会使用良好的钻井液或泥浆（图1）。泥浆冷却和润滑钻具，在压力下通过注入帮助附着岩石，并清理钻孔，带走破碎的岩石碎片。这些泥浆系统通常是WBM（水基泥浆）、OBM（油性泥浆）或SOBM（合成油性泥浆）。

这些系统的一个主要问题，尤其是在不同的井上重复使用时，是被称为低重量固体（LGS）的非常细的微米固体（小于5微米）的堆积。

泥浆中LGS的产生：

– 较低的渗透速率

– 较高的泵压

– 增加固体表面积、塑性粘度

– 增加屈服点和凝胶强度

风险：被卡住并失去钻孔

图1：石油钻机的说明

粒度分析（PSA）在石油工业钻井中的应用

基于激光衍射的粒度分析（PSA）是一种易于使用的测量液体和干燥产品的技术。从WBM、OBM到SOBM，所有不同携载液的泥浆系统都可以进行测试。这种分析可以检测钻井液中是否存在5µm颗粒，以避免井内的固井过程（图2）。

图2：钻井液的粒度分布

颗粒形状分析在石油工业钻井中的应用

使用光学显微镜（图3）、CILAS粒度分析仪和Expert shape软件进行尺寸和形状分析。

图3：尺寸和形状装置

图4：用于尺寸和形状分析的图像阈值

图5：通过激光衍射和光学显微镜测定的粒度分布

阈值处理可以减少图片内部的噪声，并擦除接触边界的粒子。此外，可以对每个颗粒进行识别，以确定尺寸和形状因素，如紧密度因素或纵横比（图4）。根据ISO 13322-1中描述的方法，从6000多个颗粒中确定尺寸分布。

一种特定的设计使得对通过激光衍射分析的相同样品进行灰化分析并比较这两种技术成为可能。

用激光衍射法和光学显微镜法测定颗粒大小可以达到很好的精度。颗粒形状因子的确定也可以提供有关工艺质量和特定特性的重要信息。

粒度分析（PSA）在钻井石油工业中的应用

图6：钻井液中使用的材料的尺寸分布

形状因素对钻井效率的影响

图7：特性粘度与纵横比之间的关系

与钻井泥浆一样，LCM（井漏材料）（如碳酸钙和硫酸钡（图6））的粒度测量也很重要。后者被用作加重材料以增加泥浆的表观密度，并且可以通过适当的分散方案进行测量。通过调节载液的粘度，称重材料的稳定性使其能够在不沉淀的情况下进行粒度测量。

除了粒度分布外，形状参数还提供了许多关于钻井液特性的信息。

颗粒的形态在钻井液的触变行为中起着重要作用。触变性是某些流体的粘度随时间变化的特性。

例如，具有相同体积的颗粒的特性粘度[h]与其纵横比直接相关（图5）。

此外，一些粘土的流变特性在结构和岩土工程中具有重要意义。

结论

颗粒尺寸的测量是钻井液配方的关键，其本身对钻井效率起着重要作用。

CILAS粒度分析仪使用方便、快速、准确且非常可靠，适用于液体和干燥配方。

凭借其稳健的设计，它们能够在现场进行测试和分析，而不受灰尘或振动的影响，并为日常分析提供可靠的分析，即使在不经意的工业条件下也是如此。

根据这些信息，可以快速准确地评估钻井液的状况。形状分析使控制颗粒形态以完成材料特性知识成为可能。

可以根据这些准确的数据做出决定，以便在严重事件发生之前以最有效的方式纠正问题。通过采用稳健的分析方法，公式制定者可以使用该工具快速生成可重复的粒度数据，这反过来又有助于开发适合在不同地质中钻探的公式。