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錄井公司，山東 東營 257000)

油氣勘探的鉆進過程中，地層中的氣體進入鉆井液，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攪拌鉆井液，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、擴散等分子作用下進入鉆井液，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的氣體部分會自行揮發出來，同時，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，而要想實現氣體分析采集和分析，就需要對鉆井液進行高速攪拌，加速氣體分子的運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 鉆井液的常規攪拌氣體逸散方式

根據攪拌鉆井液使氣體逸散出來以供進行氣體含量分析的目的，那么這種攪拌裝置稱為脫氣器，這種脫氣器屬現場負責氣體分析的錄井設備之一。脫氣器分為電動式連續脫氣器，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脫氣。通常高情況下，現場脫氣器用的基本上都是電動式連續脫氣器。

1.1 電動式連續式脫氣器

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

攪拌棒安裝在脫氣室內，脫氣室的上方有一環形擋板，擋板的上方空間為集氣室。攪拌棒浸入在鉆井液內。電機工作時，高速旋轉的攪拌棒按照一定的方向，順時針或逆時針，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及碰到環形擋板后會產生徑向、軸向和切向運動。

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

1.2 存在的問題

如上所述，氣體的逸散是進過了攪拌產生的一系列碰撞過程，這也是一種理想狀態下的氣體逸散方式。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，即當密度、粘度和切力都大或任何一項大時，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象。

1.3 問題分析

這種現象是容易理解的。其實，鉆井液中的氣體逸散實質上就是氣體分子的擴散運動，當密度、粘度和切力大時，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。常規條件下的攪拌棒是一個鋼制的水平圓棒。

電機轉動時帶動圓棒做軸向轉動，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，氣體分子擴散的能力也就越低。起初，圓柱形的設計目的也是為了能夠減少轉動阻力，但是，這種設計卻降低了攪拌棒自身對鉆井液的破碎效率，所以，要從攪拌棒自身結構上進行改進。

2 攪拌棒的優化解決

傳統攪拌棒設計的主體功能是實現了對鉆井液的攪動，但卻缺少了對鉆井液的破碎作用，這是在高密度、高粘度和切力大時造成氣體分子不易擴散的主要原因。要解決這個問題，首先就要分析如何使攪拌棒對鉆井液在攪動的同時又形成破碎作用。

圖1 攪拌棒的優化設計

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

綜上分析，在攪拌棒的設計上缺少了一個自身破碎裝置，即在轉動攪動的同時能夠對鉆井液形成初次破碎，如圖4所示。在原攪拌棒的基礎上增加破碎齒，當鉆井液攪動起來后，首先經過破碎齒，破碎齒增加了對鉆井液的破碎面積，增加了氣體分子的擴散勢能，提高了破碎效果。

3 結語

通過對攪拌棒的優化設計，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高效，能更加接近地反映地層中的真實氣體含量情況。

[1]地質錄井方法與技術；集團公司井控教材編寫組，石油工業出版社，2001年9月.