鉆井液組成及作用

1、鉆井液(drilling fluid )鉆井液是鉆探過程中，孔內(nèi)使用的循環(huán)沖 鉆孔沖洗液。鉆井液按組成成分可分為清水、 沫和壓縮空氣 等。清水是使用最早的鉆井液， 層和水源充足 的地區(qū)。泥漿是廣泛使用的鉆井 坍塌掉塊、遇水膨脹剝落等孔壁不穩(wěn)定巖層。旋轉(zhuǎn)鉆井初期，鉆井液的主要作用是把巖 被公認(rèn)為至少有以下十種作用：清潔井底，攜帶巖屑。洗介質(zhì)。鉆井液是鉆井的血液 泥漿、無粘土相沖洗液、乳狀 無需處理，使用方便，適用于 液，主要適用于松散、屑從井底攜帶至地面。裂隙發(fā)，又稱 液、泡 完整巖 育、易目前，鉆井液（1）提高效率。（2） 用壽命。（3）冷卻和潤滑鉆頭及鉆柱平衡井壁巖石側(cè)壓力， 層的污染和井

2、壁坍塌。平衡（控制）地層壓力（4） 染。（5）（6）（7）（8）懸浮巖屑和加重劑。降 在地面能沉除砂子和巖 有效傳遞水力功率。傳 承受鉆桿和套管的部分鉆時起升系統(tǒng)的載荷。（9）提供所鉆地層的大量資取井下資料。保持井底清潔，避免鉆頭重復(fù)切。降低鉆頭溫度，減少鉆具磨損在井壁形成濾餅，封閉和穩(wěn)定井。防止井噴，井漏，防止地層流低巖屑沉降速度，避免沉沙卡鉆 屑。遞井下動力鉆具所需動力和鉆頭 重力。鉆井液對鉆具和套管的浮料。利用鉆井液可進(jìn)行電法測井削，減少磨損，提高鉆具的使壁。防止對油氣體對鉆井液的污水力功率。力，可減小起下，巖屑錄井等獲（10）水力破碎巖石。鉆井液通過噴嘴所形成的高速射 流能夠直接破碎或

3、輔助破碎巖石。鉆井液的運用歷史很久以前，人們鉆井通常是為了尋找水源 發(fā)現(xiàn)石油時很 懊惱，因為它把水污染了！最初 用于飲用、洗滌和灌溉；后者用作制鹽的原料 加了對石油產(chǎn)品的需求，鉆井采油才逐漸普及有記載的最早的鉆井要追溯到公元前三世 ，實現(xiàn)方式是先使巨大的金屬鉆 國人在這項技術(shù)上比較領(lǐng)先，中 的國家。此處所講的流體是指水 時有助于清除被稱作鉆屑的巖石 只有這樣，鉆頭才能沒有阻礙地，而不是石油。實際上，他們偶然間 ，鉆井是為了獲得淡水和海水，前者 。直到19世紀(jì)早期，由于工業(yè)化增鉆鉆井的技術(shù) 石的碎片。中 有意使用流體 穿透巖石，同 常重要，因為紀(jì)的中國。他們使用一種叫做 具下落，然后用一種管狀容

4、器 國也被公認(rèn)為是第一個在鉆探 。它能軟化巖石，從而使鉆具 碎片。（從鉆孔中清除鉆屑這 繼續(xù)深鉆。）繩式頓 收集巖 過程中 更容易 一點非的法國工程師有一次觀察繩式頓鉆鉆時他意識到噴出的水對把鉆屑除鉆屑的原理由此確立。他設(shè)送至鉆孔內(nèi)，而當(dāng)水經(jīng)鉆桿和。此操作程序沿用至今。鉆探油井期間，鉆井工人驅(qū)趕一群牛趟 會形成泥漿，它是一種粘稠的、泥漿從井中想了一鉆孔壁1833年，一位名叫弗勞威勒 （Flauville） 井作業(yè)。作業(yè) 進(jìn)行中，鉆井設(shè)備鉆出了水。這 提出會非常有效。使用流動的液體從鉆孔中清 種裝置，按照這一設(shè)想，泵將水沿鉆桿的內(nèi)側(cè) 間的縫隙返回到地表后，就會將鉆屑一并帶出1900年，在德克薩斯

5、州的 Spindletop 過了一個灌滿 水的地坑。被牛趟過的水坑中就狀的水和泥土的混合物，鉆井工人用泵將它送入鉆孔中。鉆井液如今仍被稱作泥漿， 進(jìn)行精 命脈。但工程師們已不再只依賴水和泥土作為鉆井液 心調(diào)配，以滿足各種鉆探條件下的具體需要。 今天如果沒有它們，就不可能鉆出深井。旋轉(zhuǎn)鉆探已基本上取代了繩式頓鉆鉆井。 的末端。鉆探過程與使用手持式電鉆或螺絲鉆 頭那樣只鉆入幾英寸或幾厘米，現(xiàn)代油井可深 鉆屑沿孔道的螺旋槽被從鉆孔中帶出。這種方 井。鉆探深井時，鉆屑是隨循環(huán)泥漿一起被帶的原料。他們對混合物的成分 現(xiàn)代化的鉆井液確實是油井的使用這種技術(shù)時，鉆頭位于旋 鉆入一塊木頭的過程類似。不 達(dá)地下

6、幾千英尺或幾千米。鉆 法對鉆淺孔有效，卻不適用于 到地表上。油井鉆得越深，就轉(zhuǎn)巖管象鉆木木時，鉆探深愈加體現(xiàn)出鉆井液的重要性。它的用途很廣并可解 決各種問題，而這些問題各 處差異極大。鉆井液的類型及組成鉆井液按分散介質(zhì)（連續(xù)相）可分為水基 體等。鉆井液主要由液相、固相和化學(xué)處理劑組 油（原油、柴油）或乳狀液（混油乳化液和反 潤土、加重材料）和無用固相（巖石）?；瘜W(xué) 物。水基鉆井液水基鉆井液是一種以水為分散介質(zhì)，以粘 理劑為分散相的溶膠懸浮體混合體系。其主要 處理劑等。水 基鉆井液基本經(jīng)歷了五個階段，鉆井液、油基鉆井液、氣體型成。液相可以是水（淡水、鹽 相乳化液）。固相包括有用固 處理劑包括無機

7、、有機及高分鉆井流水）、相（膨子化合土（膨潤土）、加重劑及各種組成是水、粘土、加重劑和各即天然鉆井液（1904-1921年）、細(xì)化學(xué)處種化學(xué)分散鉆井液（1921-1946年）、粗分散 鉆井液（1946-1973年）、不分散低固相鉆 井液（1966年至今）、無固相鉆井液（1968年至今）、聚合物鉆井液（1978年至 今）階段等。水基鉆井液還可分為：（1）淡水鉆井液。氯化鈉含量 低于10mg/cm，鈣離子含量低于 0.12mg/cm。（2）鹽水鉆井液（包括海水及咸水 鉆井液）。氯化鈉含量高于10mg/cm。（3）鈣處理鉆井液。鈣離子含 量低于0.12mg/cm。（4）飽和鹽水鉆井液。含有一種或多種

8、可溶性鹽的飽和溶液。（5）混合乳化（水包油）鉆井 液。含有3%-40%乳化油類的水基鉆井液（6）不分散低固相聚合物鉆井 液。固相含量低于4%，含有適量聚合物。（7）鉀基鉆井液。氯化鉀含量高于3%。1978年以來開始在我國鉆 井現(xiàn)場使用。（8）聚合物鉆井液。它是以聚 合物（如：聚陰離子纖維素、羧甲基纖維素等） 為主體，配以降粘劑，降濾失劑、防塌劑和潤 滑劑等多種化學(xué)處理劑所組成的鉆井 液。它是20世紀(jì)80年代發(fā)展起來的一種新型鉆井液體系。包括陽離子 聚合物鉆井 液、兩性離子聚合物鉆井液、全陽離子聚合物鉆井液、深井聚合物鉆井液和正電膠 鉆井液等。油連續(xù)相鉆井液油連續(xù)相鉆井液（習(xí)慣稱為油基鉆井液）

9、是一種以油（主要是柴油或原 油）為 分散介質(zhì)，以加重劑、各種化學(xué)處理劑及水等 為分散相的溶膠懸浮混合體系。其主 要組成是原油、柴油、加重劑、化學(xué)處理劑和水等。它基本經(jīng)歷了原油鉆井液（1930 年初）、油基鉆井液、油包水（反相乳化）鉆 井液（1960年至今）等三個階段。（1）原油鉆井液。主要成分是 原油。（2）油基鉆井液。以柴油（或原油）為連 續(xù)相，以氧化瀝青為 分散相，再配以 加重劑和各種化學(xué)處理劑配制而成。（3）油包水（反相乳化）鉆井液。一柴油（或原油）為連續(xù)相，以水為分散相 呈小水滴分散在水中（水可占60%的體積），以有機膨潤土（親油鵬 潤土）和氧化 瀝青等穩(wěn)定劑，再配以加重劑和各種化學(xué)處

10、理劑等配制而成。1978年以來開始在我 國鉆井現(xiàn)場使用。氣體型鉆井流體氣體鉆井液是以空氣或天然氣作為鉆井循環(huán)流體的鉆井液。泡沫鉆井液是以泡沫作為鉆井循環(huán)流體的 鉆井液。主要組成是液體、氣 體及泡 沫穩(wěn)定劑等。20世紀(jì)80年代我國標(biāo)準(zhǔn)化委員會鉆井液體系分委會把鉆井液分為：不分散地 固相聚合物鉆井液、淡水鉆井液、鹽水鉆井液、飽和鹽水鉆井液、鈣處理鉆井液、 鉀基鉆井液、油基鉆井液、氣體鉆井液等八大體系。API（美國石油學(xué)會）及LADC（國際鉆井承包商協(xié)會）認(rèn)可的鉆井液體系如下：不分散鉆井液體系、分散性鉆井液體系、 鈣處理鉆井液體系、聚合物鉆 井液體 系、低固相鉆井液體系、飽和鹽水鉆井液體系、修井完井

11、鉆井液體系、油基 鉆井液 體系和空氣、霧、泡沫和氣體體系。鉆井液的選用標(biāo)準(zhǔn)鉆井液是鉆井的“血液”，在鉆井作業(yè)中起著非常重要的作用。因此對鉆井液要求 很高，主要有四個方面：鉆井循環(huán)的要求鉆井循環(huán)對鉆井液的要求是泵壓低（粘度 動泵壓低（靜切力低），潤滑性能好，摩擦力要保持井眼的穩(wěn)定鉆穿的地層要用鉆井液的壓力柱與地層壓 油氣層時要靠鉆井液的壓力柱來平衡油氣的壓 有克服不穩(wěn)定地層的性能，例如泥巖吸水膨脹 成跨塌，鹽巖 遇水而形成溶洞等，即要求有不要求鉆井液保護(hù)油氣層低），攜砂能力強（動切力高），啟 低，磨損小（固體顆粒少）。力取得平衡，鉆井液密度穩(wěn)定；鉆井 力要求鉆井液密度適當(dāng)。要求鉆井液 造成井眼收

12、縮；礫巖、火山巖遇水誥 同性質(zhì)的鉆井液。防止鉆井液損害油氣層，要求鉆井液 體顆粒在井壁上形成泥餅環(huán)）、固相鉆開油氣層后，鉆井液與油氣層接觸，為 的失水小、泥 餅薄（鉆井液失水后，固壓差固 含量低、濾液的水化作 用低（濾液進(jìn)入地層后與地層中的液體發(fā) 生的化學(xué)作用）等。保護(hù)環(huán)境和生態(tài)鉆井液中常含有原油、柴油和各種油類以 及含有大量的化學(xué)處理劑，為 防止鉆 井液對環(huán)境和 生態(tài)可能造成的影響，要求使用 無害、無毒的鉆井液。地下鉆井作業(yè)的嚴(yán)酷環(huán)境促進(jìn)了對鉆井液 中完成以下多項關(guān)鍵任務(wù)：懸浮、壓力控制、懸浮沿鉆桿向下或從鉆孔中向上流動的鉆井液 有兩種原因：的研究和開發(fā)，要求能夠在鉆 巖層穩(wěn)定性、浮力、潤滑

13、和冷井過程 卻。況只能是出現(xiàn)了故障，二是在更換鉆頭時將鉆桿提出了 鉆孔。鉆探停止時，具有一 隨鉆井 凝膠體有時會停止運動。出現(xiàn)這種情懸浮在鉆井液中的鉆屑就會沉入鉆孔的底部， 種非常有趣的特性，而該特性可以解決這一問 液流速降低而 增加。鉆井液停止流動后，就會將鉆孔堵塞。鉆井液被設(shè)計為 題。鉆井液的稠度（或粘度） 形成一種粘稠的凝膠體，這種鉆井液的主要作用形態(tài)。，石油工人為之而歡呼雀躍的 ，因為鉆探的目標(biāo)是以控制流 流體的自然壓力，從而防止發(fā) 對鉆孔壁的壓力應(yīng)足以抵消巖 大，否則會對油井造成破壞。 也會因此而流失入地下。井液中添加增重劑可以提高其 度以滿足油井中的環(huán)境要求。情景。量的方生此類層和

14、石如果鉆可使巖石鉆屑懸浮在其中，從而防止它們沉 入鉆孔底部。而當(dāng)鉆井液又 開始流動后， 它就會越變越稀薄，恢復(fù)到其以前稀薄的液體壓力控制許多人都看到過石油從鉆井臺中噴入高空 實際上，這類 井噴罕有發(fā)生，也并不值得慶祝 式來開采石油。泥漿被設(shè)計為可以抵消巖層中 事故。壓力間必須達(dá)到適當(dāng)?shù)钠胶?，即鉆井液 油或天然氣施加的壓力，但這種壓力又不能太 井液的重量太大，可能會使巖石破裂，鉆井液濃度，液體的壓力隨其濃度的變化而變化。在鉆 進(jìn)而增大它對鉆孔壁的壓力?？烧{(diào)整液體的濃裸露巖層的穩(wěn)定性鉆井過程分為兩個階段：第一階段是鉆穿 不含石油的巖層，目標(biāo)是盡快鉆穿不含油巖層，到達(dá)含油巖 層，即儲集層。此時的重點

15、是要保持鉆孔中裸露 巖層的穩(wěn)定 同時還要避免 鉆井液流失。而如果保持鉆井液 就會出現(xiàn)向巖層的透水巖石中滲入的自然趨勢 能防止發(fā)生這種情況。鉆井液可能會以其它方式與周圍的巖石相 水就會溶解其中的鹽分，從而使鉆孔壁變得不 液效果會更好。粘土含量高的巖層也容易被水 鉆井液，以保持井眼穩(wěn)定并防止井眼擴大或被 鋼套管保護(hù)起來，鋼套管用水泥加固，這樣既 層后開采的石油提供了通往地表的通道。到達(dá) 以避免阻塞巖石孔隙。保持巖石孔隙不被阻塞 流至地表。浮力一座油井可能深達(dá)數(shù)千英尺或數(shù)千米。而 果將鉆桿浸入鉆井液，就會產(chǎn)生浮力作用，降 置的壓力。潤滑和冷卻金屬鉆入巖石時，會因摩擦生熱。鉆井液可潤滑和冷卻鉆 頭，使

16、鉆探平穩(wěn)進(jìn)行 同時延長鉆頭的壽命。對延伸區(qū)域或水平油井 些地方，鉆桿、鉆頭和巖石表面間的摩擦必須 鉆井液的正確維護(hù)，壓力高于巖層孔隙流體壓力，鉆井液。在鉆井液中加入特殊的添加 劑，就互作用。例如，如果巖石 含鹽量很高， 穩(wěn)定。在這種情況下，使用油 沖刷掉。對這類巖層需使用抑 沖蝕。隨著鉆探不斷深入，井 保持了井眼的穩(wěn)定性，又為到 儲集層后，必須改變鉆井液的 可使石油更順暢地流入鉆孔，基鉆井 止性的 眼被用 達(dá)儲集 成分， 然后上越來越多的鉆井承包商正在換用大型鉆機高粘度鉆井液。高粘度鉆井液不像低粘度鉆井 鉆井液堵塞泥 漿篩而造成漫篩。另外，對水力 要求也增大了。遇到這種情況怎么辦？倒劃眼時要泵

17、入更 較大的泥漿泵。倒劃眼要產(chǎn)生更多的固相，如 漿體系中加水，稀釋作用可增加分離設(shè)備的效 漿，用文丘里混合器和任何攪拌器來混合泥漿 過固控設(shè)備。在使用某些聚合物添加劑時，如果使用固一根如此長的鋼鉆桿將重達(dá)數(shù) 低鉆桿重量，并會減小對鉆探而言，潤滑可能尤為重要，因 保持在最低水平。噸。如機械裝，為在這并使用固控系統(tǒng)。固控系統(tǒng)不適用于液那樣容易過篩，高粘度鉆井液能使 旋流器（除砂器、除泥器等）的尺寸多的泥漿，理由是較大的鉆機要使用 果沒有大泵要使用低粘度泥漿。往泥 率?？商砑尤魏我环N稀釋劑來稀釋泥 添加劑，這樣就可能保證泥漿穩(wěn)定通控設(shè)備，混合不當(dāng)或在高濃度下能發(fā)生問題。PHPA聚合物可包被作用而堵塞

18、網(wǎng)篩的孔眼，這到不是說不能使用這種添加劑，而是說要注意加入聚合物的方法，在固控設(shè)備前方不要加入任何種類的泥漿 添加劑。加入其他干聚合物添加劑時，要用文丘里漏斗緩慢加入。The correct maintenance of drilling fluid作用和各方面對鉆井液的嚴(yán)格 的科研開發(fā)和生產(chǎn)實踐，鉆井 液體系。例如為快速鉆井服務(wù) 井液，針對巖石特點的防塌鉆 密度水包油鉆井液，防堵塞油 等。形成了較為完整的鉆井液 例如膨潤土，俗稱搬土）配制 鉆井液潤滑劑、高溫穩(wěn)定劑、固相顆粒處理系統(tǒng)已經(jīng)得到了 ，使鉆井液的流動性能變壞， 的摩擦力，使設(shè)備過早磨損。 動頻率，采用增加篩網(wǎng)的目數(shù)要求，液已從的低粘

19、井液，氣通道 體系。的，保 防塌處 形成油加強和不但破清除鉆和雙層More and more drilling contractor are changing with large rig and use solid control system. Solid control system does not apply to high viscosity mud. High viscosity mud not as easy as low viscous drilling sieve, high viscous drilling can make drilling mud caused by

20、blocked screen aimless sieve. In addition, hydrocyclone (except desander and desilter etc) size requirement also increased.In that case? backreaming to pump into the more mud, reason is the bigger drilling rig to use bigger mud pump. backreaming will generate more solid phase, if no big pump should

21、use low viscosity mud. Add water into the mud system, dilute effect can increase the efficiency of separation equipment. To add any kind of thinner to dilute the mud, and use venturi mixer and any agitator to mix slurry additive, that will probably guarantee mud stability through solid control equipment.In the use of certain polymer additives, if use solid control equipment, mixed undeserved or what can happen in high concentrations. PHPA polymer can be wrapped function and block the screen holes Not to say cannot use t