| 词条 | 钻井液 |
| 释义 | 海上钻井平台 钻井液（drilling fluid） 钻井液（原称泥浆）是指钻井中使用的工作流体。它可以是液体或气体。因此，钻井液应确切地称为钻井流体。钻探过程中，孔内使用的循环冲洗介质。又称钻孔冲洗液。钻井液按组成成分可分为清水、泥浆、无粘土相冲洗液、乳状液、泡沫和压缩空气等。清水是使用最早的钻井液，无需处理，使用方便，适用于完整岩层和水源充足的地区。泥浆是广泛使用的钻井液，主要适用于松散、裂隙发育、易坍塌掉块、遇水膨胀剥落等孔壁不稳定岩层。 钻井液是钻探过程中，孔内使用的循环冲洗介质。钻井液是钻井的血液，又称钻孔冲洗液。钻井液按组成成分可分为清水、泥浆、无粘土相冲洗液、乳状液、泡沫和压缩空气等。清水是使用最早的钻井液，无需处理，使用方便，适用于完整岩层和水源充足的地区。泥浆是广泛使用的钻井液，主要适用于松散、裂隙发育、易坍塌掉块、遇水膨胀剥落等孔壁不稳定岩层。 钻井液主要功用是：①冷却钻头、清净孔底、带出岩屑。②润滑钻具。③停钻时悬浮岩屑，保护孔壁防止坍塌，平衡地层压力、压住高压油气水层。④输送岩心，为孔底动力机传递破碎孔底岩石需要的动力等。钻井中钻井液的循环程序包括：钻井、液罐、经泵→地面、管汇→立管→水龙带、水龙头→钻柱内→钻头→钻柱外环形空间→井口、泥浆(钻井液)槽→钻井液净化设备→钻井液罐。 § 功能 钻具 钻井液在钻井液泵的作用下经过地面管线，立柱、水龙带进入钻杆，然后通过钻头水眼喷向井底，再携带着钻头钻下来的岩屑，从钻杆与地层（或套管）之间的环空上返至地面，在地面经过振动筛等固控设备将岩屑出去后，返回钻井液池。其主要功能如下： 1.冲洗井底：钻井液可在钻头水眼处形成高速的液流，喷向井底。这高速喷出的钻井液可将由于钻井液压力与地层压力差而被压持在井底的岩屑冲起，起冲洗井底的作用。 2.携带岩屑：当钻井液在环空的上返速度大于岩屑的沉降速度时，钻井液可将井中的岩屑带出，即在一定的上返速度下，钻井液有携带岩屑（简称携岩）的作用。 3.平衡地层压力：钻井液的液柱压力必须与地层压力相平衡才能达到防止井喷或者钻井液大量漏进地层的目的。可通过调整钻井液密度控制钻井液的液柱压力，使它与地层压力相平衡。 4.冷却与润滑钻头：钻井液可将钻井过程中钻具（钻头与钻柱）与地层摩擦产生的热带至地面，起冷却作用。同时，钻井液能有效地降低钻具与地层的摩擦，起润滑作用。 5.稳定井壁：可在钻井液中加入适当的处理机，使钻井液具有抑制页岩膨胀和（或）分散的能力，同时产生薄而韧的滤饼，起稳定井壁的作用。 6.悬浮岩屑和密度调整材料：当停止循环时，钻井液处于静止状态，其中的膨润土颗粒可互相联结，形成结构，将岩屑悬浮起来。若钻井液中加有密度调整材料（如重晶石），则在停止循环时，钻井液也可将它悬浮起来。钻井液悬浮岩屑和密度调整材料的能力，可使钻井液停止循环后易于再启动。 7.获取地层信息：通过钻井液携带出的岩屑，可以获取地层许多信息，如油气显示、地层物性等。 8.传递功率：钻井液可将钻井液泵的功率经钻柱从钻头水眼高速喷射传到井底，提高钻头的破岩能力，加快钻井速度。 § 组成 钻井液由分散介质、分散相和钻井液处理剂组成。 钻井液中的分散介质可以是水、油或者气体。 钻井液中的分散相，若是悬浮体则为粘土和（或）密度调整材料；若为乳状液则为油或水；若为泡沫则为气体。 钻井液处理剂是为调节钻井液性能而加入钻井液中的化学剂。钻井液处理剂，若按元素组成，可分为无机钻井液处理剂（包括无机的酸、碱、盐和氧化物等）和有机钻井液处理剂（如表面活性剂和高分子等）；若按用途，则可分为下列15类，即钻井液pH值控制剂、钻井液除钙剂、钻井液起泡剂、钻井液絮凝剂、页岩抑制剂（又称防塌剂）、钻井液缓蚀剂、钻井液降粘剂、钻井液增粘剂、钻井液降滤失剂、钻井液润滑、解卡剂、温度稳定剂、密度调整材料、堵漏材料。在钻井液处理剂按用途分类中最后两类之所以称为材料是因为它们用量较大，一般超过5%。 § 钻井液的正确维护 越来越多的钻井承包商正在换用大型钻机并使用固控系统。固控系统不适用于高粘度钻井液。高粘度钻井液不像低粘度钻井液那样容易过筛，高粘度钻井液能使钻井液堵塞泥浆筛而造成漫筛。另外，对水力旋流器（除砂器、除泥器等）的尺寸要求也增大了。 遇到这种情况怎么办？倒划眼时要泵入更多的泥浆，理由是较大的钻机要使用较大的泥浆泵。倒划眼要产生更多的固相，如果没有大泵要使用低粘度泥浆。往泥浆体系中加水，稀释作用可增加分离设备的效率。可添加任何一种稀释剂来稀释泥浆，用文丘里混合器和任何搅拌器来混合泥浆添加剂，这样就可能保证泥浆稳定通过固控设备。 在使用某些聚合物添加剂时，如果使用固控设备，混合不当或在高浓度下能发生问题。PHPA聚合物可包被作用而堵塞网筛的孔眼，这到不是说不能使用这种添加剂，而是说要注意加入聚合物的方法，在固控设备前方不要加入任何种类的泥浆添加剂。 加入其他干聚合物添加剂时，要用文丘里漏斗缓慢加入。 § 钻井液的负面作用 钻井液在使用过程中，对油气层有一定程度的损害，主要表现在： (1)固相颗粒及泥饼堵塞油气通道； (2)滤失液使地层中粘土膨胀而堵塞地层孔隙； (3)钻井液滤液中离子与地层离子作用产生沉淀堵塞通道； (4)产生水锁效应，增加油气流动阻力 § 运用历史 很久以前，人们钻井通常是为了寻找水源，而不是石油。实际上，他们偶然间发现石油时很懊恼，因为它把水污染了！最初，钻井是为了获得淡水和海水，前者用于饮用、洗涤和灌溉；后者用作制盐的原料。直到 19 世纪早期，由于工业化增加了对石油产品的需求，钻井采油才逐渐普及。 有记载的最早的钻井要追溯到公元前三世纪的中国。他们使用一种叫做绳式顿钻钻井的技术，实现方式是先使巨大的金属钻具下落，然后用一种管状容器收集岩石的碎片。中国人在这项技术上比较领先，中国也被公认为是第一个在钻探过程中有意使用流体的国家。此处所讲的流体是指水。它能软化岩石，从而使钻具更容易穿透岩石，同时有助于清除被称作钻屑的岩石碎片。（从钻孔中清除钻屑这一点非常重要，因为只有这样，钻头才能没有阻碍地继续深钻。） 1833 年，一位名叫弗劳威勒 (Flauville) 的法国工程师有一次观察绳式顿钻钻井作业。作业进行中，钻井设备钻出了水。这时他意识到喷出的水对把钻屑从井中提出会非常有效。使用流动的液体从钻孔中清除钻屑的原理由此确立。他设想了一种装置，按照这一设想，泵将水沿钻杆的内侧送至钻孔内，而当水经钻杆和钻孔壁间的缝隙返回到地表后，就会将钻屑一并带出。此操作程序沿用至今。 1900 年，在德克萨斯州的 Spindletop 钻探油井期间，钻井工人驱赶一群牛趟过了一个灌满水的地坑。被牛趟过的水坑中就会形成泥浆，它是一种粘稠的、泥浆状的水和泥土的混合物，钻井工人用泵将它送入钻孔中。钻井液如今仍被称作泥浆，但工程师们已不再只依赖水和泥土作为钻井液的原料。他们对混合物的成分进行精心调配，以满足各种钻探条件下的具体需要。现代化的钻井液确实是油井的命脉。今天如果没有它们，就不可能钻出深井。 旋转钻探已基本上取代了绳式顿钻钻井。使用这种技术时，钻头位于旋转岩管的末端。钻探过程与使用手持式电钻或螺丝钻钻入一块木头的过程类似。不象钻木头那样只钻入几英寸或几厘米，现代油井可深达地下几千英尺或几千米。钻木时，钻屑沿孔道的螺旋槽被从钻孔中带出。这种方法对钻浅孔有效，却不适用于钻探深井。钻探深井时，钻屑是随循环泥浆一起被带到地表上。油井钻得越深，就愈加体现出钻井液的重要性。它的用途很广并可解决各种问题，而这些问题各处差异极大 § 选用标准 钻井液是钻井的“血液”，在钻井作业中起着非常重要的作用。因此对钻井液要求很高，主要有四个方面： ①钻井循环的要求 钻井循环对钻井液的要求是泵压低（粘度低），携砂能力强（动切力高），启动泵压低（静切力低），润滑性能好，摩擦力低，磨损小（固体颗粒少）。 ②要保持井眼的稳定 钻穿的地层要用钻井液的压力柱与地层压力取得平衡，钻井液密度稳定；钻井油气层时要靠钻井液的压力柱来平衡油气的压力要求钻井液密度适当。要求钻井液有克服不稳定地层的性能，例如泥岩吸水膨胀造成井眼收缩；砾岩、火山岩遇水造成跨塌，盐岩遇水而形成溶洞等，即要求有不同性质的钻井液。 ③要求钻井液保护油气层 钻开油气层后，钻井液与油气层接触，为防止钻井液损害油气层，要求钻井液的失水小、泥饼薄（钻井液失水后，固压差固体颗粒在井壁上形成泥饼环）、固相含量低、滤液的水化作用低（滤液进入地层后与地层中的液体发生的化学作用）等。 ④保护环境和生态 钻井液中常含有原油、柴油和各种油类以及含有大量的化学处理剂，为防止钻井液对环境和生态可能造成的影响，要求使用无害、无毒的钻井液。 § 备注 1.页岩 这里提到的页岩是指粘土含量高的岩石，页岩与水相遇即引起粘土膨胀和（或）分散以及井壁坍塌等问题，因此需要处理剂予以抑制。 2.5% 在钻井液中所涉及的物质含量，除另外有说明外，均指一定体积的溶剂或分散介质中所含物质的质量。如这里所讲的超过5%是指100ml水中所含处理剂超过5g。 § 钻井液的迅速发展 钻井液在钻井作业和保护油气层中起到的作用和各方面对钻井液的严格要求，促使钻井液技术取得了迅速的发展。经过多年的科研开发和生产实践，钻井液已从仅满足钻头钻进发展到适应各方面需求的钻井液体系。例如为快速钻井服务的低粘度、低摩擦、低固相的聚合物钻井液，防卡钻井液，针对岩石特点的防塌钻井液，钻盐岩层的饱和盐水钻井液，保护油气层的低密度水包油钻井液，防堵塞油气通道的油基钻井液和开发低压油气田的泡沫钻井液等。形成了较为完整的钻井液体系。 如今优质的钻井液已不是由一两种材料（例如膨润土，俗称搬土）配制的，保持钻井液的性能要依靠加入各种处理剂。例如钻井液润滑剂、高温稳定剂、防塌处理剂和防卡处理剂等。据1992年统计，处理剂系列已发展到10类202种，形成油田化学的一个重要分支。 为清除钻井液中的固相颗粒，钻井液中的固相颗粒处理系统已经得到了加强和改进。钻井液中的固相颗粒像钻屑、重晶石等，使钻井液的流动性能变坏，不但破坏了钻井液性能的稳定，而且增大了循环系统的摩擦力，使设备过早磨损。清除钻井液中固体含量的主要方法是加强振动筛的振动频率，采用增加筛网的目数和双层筛网，提高除砂器、除泥器的除砂效率。另外，有时还用增设分离器来清除钻井液中的微细颗粒。 为了提高钻井液的使用和测量标准，我国目前已经采用了比较先进的美国石油学会标准和规范及其钻井液测量仪器和设备 § 参考资料 [1] 赵福麟 油田化学 石油大学出版社 2000：17~19 [2] 徐惠峰 钻井技术手册（三）固井 北京 石油工业出版社 1988：237 [3] 刘希圣 完井工程 北京 石油工业出版社 1988：98 |
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