淺析提升鉆井液中氣體的攪拌逸散方式

明曉峰(中石化勝利石油工程有限公司地質(zhì)錄井公司，山東 東營 257000)

淺析提升鉆井液中氣體的攪拌逸散方式

明曉峰(中石化勝利石油工程有限公司地質(zhì)錄井公司，山東 東營 257000)

油氣勘探的鉆進(jìn)過程中，地層中的氣體進(jìn)入鉆井液，隨鉆井液上返至地面，地面的脫氣裝置攪拌鉆井液，溶解在鉆井液中的氣體就會逸散出來以供檢測。本文探討的是如何能夠更加高效地?cái)嚢桡@井液，以取得最佳的氣體逸散效果。

鉆井液；攪拌；逸散；檢測

地下地層中的流體，包括油、氣、水的單相或其混合相，在壓差的作用下，通過滲濾、擴(kuò)散等分子作用下進(jìn)入鉆井液，并隨壓力釋放而在井口形成最大體積膨脹量。返至井口鉆井液中的小分子量游離狀態(tài)的氣體部分會自行揮發(fā)出來，同時(shí)，由于鉆井液對氣體的吸附和粘著作用，部分小分子量和大分子量的氣體很難自行揮發(fā)，而要想實(shí)現(xiàn)氣體分析采集和分析，就需要對鉆井液進(jìn)行高速攪拌，加速氣體分子的運(yùn)動而將氣體逸散出來。但是，由于攪拌方式的不同，氣體逸散的效率也存在很大程度上的差異。

1 鉆井液的常規(guī)攪拌氣體逸散方式

根據(jù)攪拌鉆井液使氣體逸散出來以供進(jìn)行氣體含量分析的目的，那么這種攪拌裝置稱為脫氣器，這種脫氣器屬現(xiàn)場負(fù)責(zé)氣體分析的錄井設(shè)備之一。脫氣器分為電動式連續(xù)脫氣器，浮子式脫氣器和熱真空蒸餾脫氣器等。不同類型的脫氣器脫氣效率和脫氣方式有差別：浮子式脫氣器脫氣效率低，電動式連續(xù)脫氣器的脫氣效率比浮子式的高，熱真空蒸餾脫氣器的脫氣器效率高但不是連續(xù)脫氣。通常高情況下，現(xiàn)場脫氣器用的基本上都是電動式連續(xù)脫氣器。

1.1 電動式連續(xù)式脫氣器

電動式連續(xù)脫氣器的攪拌裝置是攪拌棒，攪拌棒在異步電動機(jī)的帶動下高速旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速可達(dá)650轉(zhuǎn)∕分至1750轉(zhuǎn)∕分，電機(jī)功率越大攪拌棒的轉(zhuǎn)速越快。

攪拌棒安裝在脫氣室內(nèi)，脫氣室的上方有一環(huán)形擋板，擋板的上方空間為集氣室。攪拌棒浸入在鉆井液內(nèi)。電機(jī)工作時(shí)，高速旋轉(zhuǎn)的攪拌棒按照一定的方向，順時(shí)針或逆時(shí)針，攪動鉆井液，鉆井液在高速攪拌下旋起飛濺，飛濺的鉆井液在脫氣室內(nèi)及碰到環(huán)形擋板后會產(chǎn)生徑向、軸向和切向運(yùn)動。

在碰到脫氣室壁和環(huán)形擋板后，鉆井液受到了各個(gè)方向的力的作用，在各個(gè)方向力的作用下，鉆井液被破碎，氣體逸散而出進(jìn)入集氣室，然后在色譜設(shè)備泵的抽吸下進(jìn)入色譜分析儀。

1.2 存在的問題

如上所述，氣體的逸散是進(jìn)過了攪拌產(chǎn)生的一系列碰撞過程，這也是一種理想狀態(tài)下的氣體逸散方式。但是，鉆井液往往不是單相流體，按組成成分可分為清水、泥漿、無粘土相沖洗液、乳狀液、泡沫和壓縮空氣等，鉆井液的性能包括：密度、漏斗粘度、塑性粘度、動切力、靜切力、API濾失量、HTHP濾失量、pH值、堿度、含沙量、固相含量、膨潤土含量、和濾液中各種離子濃度等。其中，影響氣體逸散的主要因素有密度、粘度和切力，即當(dāng)密度、粘度和切力都大或任何一項(xiàng)大時(shí)，鉆井液中的氣體越不容易通過攪拌逸散出來，往往造成氣體峰值檢測普遍降低的現(xiàn)象。

1.3 問題分析

這種現(xiàn)象是容易理解的。其實(shí)，鉆井液中的氣體逸散實(shí)質(zhì)上就是氣體分子的擴(kuò)散運(yùn)動，當(dāng)密度、粘度和切力大時(shí)，對氣體分析的粘附力就大，氣體就越不容易得到攪拌而逸散。常規(guī)條件下的攪拌棒是一個(gè)鋼制的水平圓棒。

電機(jī)轉(zhuǎn)動時(shí)帶動圓棒做軸向轉(zhuǎn)動，從而將鉆井液攪拌起來。如果鉆井液的密度、粘度和切力大，大到鉆井液幾乎呈漿糊狀，則攪拌越困難，氣體分子擴(kuò)散的能力也就越低。起初，圓柱形的設(shè)計(jì)目的也是為了能夠減少轉(zhuǎn)動阻力，但是，這種設(shè)計(jì)卻降低了攪拌棒自身對鉆井液的破碎效率，所以，要從攪拌棒自身結(jié)構(gòu)上進(jìn)行改進(jìn)。

2 攪拌棒的優(yōu)化解決

傳統(tǒng)攪拌棒設(shè)計(jì)的主體功能是實(shí)現(xiàn)了對鉆井液的攪動，但卻缺少了對鉆井液的破碎作用，這是在高密度、高粘度和切力大時(shí)造成氣體分子不易擴(kuò)散的主要原因。要解決這個(gè)問題，首先就要分析如何使攪拌棒對鉆井液在攪動的同時(shí)又形成破碎作用。

圖1 攪拌棒的優(yōu)化設(shè)計(jì)

攪拌棒轉(zhuǎn)動時(shí)將鉆井液攪動起來，按照攪拌液體形成的方式，鉆井液在脫氣室內(nèi)產(chǎn)生徑向、軸向和切向的高速流動，同時(shí)，由于攪拌棒是按照一個(gè)方向轉(zhuǎn)動的，所以，當(dāng)產(chǎn)生的舉升力在碰到環(huán)形擋板后變高速回落，在切力的作用下從脫氣室外側(cè)的鉆井液出口噴涌而出。

綜上分析，在攪拌棒的設(shè)計(jì)上缺少了一個(gè)自身破碎裝置，即在轉(zhuǎn)動攪動的同時(shí)能夠?qū)︺@井液形成初次破碎，如圖4所示。在原攪拌棒的基礎(chǔ)上增加破碎齒，當(dāng)鉆井液攪動起來后，首先經(jīng)過破碎齒，破碎齒增加了對鉆井液的破碎面積，增加了氣體分子的擴(kuò)散勢能，提高了破碎效果。

3 結(jié)語

通過對攪拌棒的優(yōu)化設(shè)計(jì)，克服了高密度、高粘度和高切力鉆井液的脫氣效果，使氣體檢測更加真實(shí)高效，能更加接近地反映地層中的真實(shí)氣體含量情況。

[1]地質(zhì)錄井方法與技術(shù)；集團(tuán)公司井控教材編寫組，石油工業(yè)出版社，2001年9月.