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鉆井的血液-泥漿

發(fā)布時(shí)間：2020-04-13 03:42:45

鉆井液的概念

鉆井液(Dlilling Fluids)是指油氣鉆井過程中以其多種功能滿足鉆井工作需要的各種循環(huán)流體的總稱

。鉆井液又稱做鉆井泥漿(Drilling Muds)

，或簡(jiǎn)稱為泥漿(Muds)

。

鉆井液的分類

鉆井液由分散介質(zhì)

、分散相和添加劑組成。鉆井液按分散介質(zhì)(連續(xù)相)可分為水基鉆井液

、油基鉆井液

、氣體型鉆井流體等。鉆井液主要由液相

、固相和化學(xué)處理劑組成

。液相可以是水(淡水、鹽水)、油(原油

、柴油)或乳狀液（混油乳化液和反相乳化液)

。固相包括有用固相(膨潤(rùn)土、加重材料)和無用固相(巖石)

?div id="m50uktp" class="box-center"> ；瘜W(xué)處理劑包括無機(jī)、有機(jī)及高分子化合物

。

1）水基鉆井液

水基鉆井液是一種以水為分散介質(zhì)

，以粘土(膨潤(rùn)土)、加重劑及各種化學(xué)處理劑為分散相的溶膠懸浮體混合體系

。其主要組成是水

、粘土、加重劑和各種化學(xué)處理劑等

。

2）油連續(xù)相鉆井液

油連續(xù)相鉆井液(習(xí)慣稱為油基泥漿)

，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。

3）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

。

鉆井液循環(huán)系統(tǒng)

鉆井液的循環(huán)是通過循環(huán)泥漿泵來維持的

，泥漿泵排出的高壓鉆井液經(jīng)過地面高壓管匯、立管

、水龍帶

、水龍頭、方鉆桿

、鉆桿

、鉆鋌到鉆頭，從鉆頭噴嘴噴出

，以清洗井底并攜帶巖屑

。然后再沿鉆柱與井壁（或套管）形成的環(huán)形空間向上流動(dòng)，在到達(dá)地面后經(jīng)排出管線流入泥漿池

，再經(jīng)各種固控設(shè)備進(jìn)行處理后返回上水池

，最后進(jìn)入泥漿泵循環(huán)再用

。鉆井液流經(jīng)的各種管件

、設(shè)備構(gòu)成了一整套鉆井液循環(huán)系統(tǒng)

。

鉆井液的功能

目前，鉆井液被公認(rèn)為至少有以下十種作用：

1）清潔井底

、攜帶巖屑

。保持井底清潔，避免鉆頭重復(fù)切削

，減少磨損

，提高效率。
2）冷卻和潤(rùn)滑鉆頭及鉆柱

。降低鉆頭溫度

，減少鉆具磨損，提高鉆具的使用壽命

。
3）平衡井壁巖石側(cè)壓力

，在井壁形成濾餅，封閉和穩(wěn)定井壁

。防止對(duì)油氣層的污染和井壁坍塌

。
4）平衡(控制)地層壓力。防止井噴

，井漏

，防止地層流體對(duì)鉆井液的污染。
5）懸浮巖屑和加重劑

。降低巖屑沉降速度

，避免沉沙卡鉆。

6）在地面能沉除砂子和巖屑

。
7）有效傳遞水力功率

。傳遞井下動(dòng)力鉆具所需動(dòng)力和鉆頭水力功率。

8）承受鉆桿和套管的部分重力

。鉆井液對(duì)鉆具和套管的浮力

，可減小起下鉆時(shí)起升系統(tǒng)的載荷。
9）供所鉆地層的大量資料

。利用鉆井液可進(jìn)行電法測(cè)井

，巖屑錄井等獲取井下資料。
10）水力碎巖石

。鉆井液通過噴嘴所形成的高速射流能夠直接破碎或輔助破碎巖石

。

鉆井液的組成
1）水基鉆井液是由膨潤(rùn)土(Bentonite)、水(或鹽水)

、各種處理劑

、加重材料以及鉆屑所組成的多項(xiàng)分散體系

。其中膨潤(rùn)土和鉆屑的平均密度均為2.6g/cm3，通常稱它們?yōu)榈兔芏裙滔?div id="4qifd00" class="flower right">

；?/span>加重材料常被稱為高密度固相

。

最常用的加重材料為API重晶石，其密度為4.2g/cm3

。由于在水基鉆井液中膨潤(rùn)土是最常用的配漿材料

，在其中主要起提粘切、降濾失和造壁等作用

，因而又將它和重晶石等加重材料稱做有用固相

，而將鉆屑稱做無用固相。

在鉆井液中

，應(yīng)通過各種固控措施盡量減少鉆屑的含量

，膨潤(rùn)土的用量也應(yīng)以夠用為度，不宜過大

，否則會(huì)造成鉆井液粘切過高

，還會(huì)嚴(yán)重影響機(jī)械鉆速，并對(duì)保護(hù)油氣層產(chǎn)生不利影響

。
2）油基鉆井液是以水滴為分散相

，油為連續(xù)相，并添加適量乳化劑

、潤(rùn)濕劑

、親油的固體處理劑(有機(jī)土、氧化瀝青等)

、石灰和加重材料等所形成的乳狀液體系

。

鉆井液性能

按照API推薦的鉆井液性能測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，需檢測(cè)的鉆井液常規(guī)性能包括：密度

、漏斗粘度

、塑性粘度、動(dòng)切力

、靜切力

、API濾失量、HTHP濾失量

、PH值

、堿度、含砂量

、固相含量

、膨潤(rùn)土含量和濾液中各種離子的質(zhì)量濃度等。
1）鉆井液密度
鉆井液的密度是指每單位體積鉆井液的重量

，常用g/cm3（或kg/cm3）表示

。在鉆井工程上

，鉆井液密度和泥漿比重（Mud Weight）是兩個(gè)等同的術(shù)語。鉆井液密度是確保安全

、快速鉆井和保護(hù)油氣層的一個(gè)十分重要的參數(shù)

。通過鉆井液密度的變化，可調(diào)節(jié)鉆井液在井筒內(nèi)的靜液柱壓力

，以平衡地層孔隙壓力

。有時(shí)亦用于平衡地層構(gòu)造應(yīng)力

，以避免井塌的發(fā)生

。如果密度過高，將引起鉆井液過度增稠

、易漏失

、鉆速下降、對(duì)油氣層損害加劇和鉆井液成本增加等一系列問題

；而密度過低則容易發(fā)生井涌甚至井噴

，還會(huì)造成井塌、井徑縮小和攜屑能力下降

。

2）鉆井液的流變性
鉆井液的流變性(Rheological Properties of Drilling Flrids)是指鉆井液流動(dòng)和變形的特性

。該特性通常是由不同的流變模式及參數(shù)來表征的.此外，漏斗粘度(Funnel Viscosity)

、表現(xiàn)粘度(Apparent Viscosity)和靜切力(Gel Strength)等也是鉆井液的重要流變參數(shù)

。由于鉆井液的流變性與攜巖、井壁穩(wěn)定

、提高機(jī)械鉆速和環(huán)空水力參數(shù)計(jì)算等一系列鉆井工作密切相關(guān)

，因此它是鉆井液最重要的性能之一。

3)鉆井液的濾失造壁性
在鉆井過程中

，當(dāng)鉆頭鉆過滲透性地層時(shí)

，由于鉆井液的液柱壓力一般總是大于地層孔隙壓力，在壓差作用下

，鉆井液的液體便會(huì)滲入地層

，這種特性常稱為鉆井液的濾失性(Filtration Properties Fluids)。在液體發(fā)生滲濾的同時(shí)

，鉆井液中的固相顆粒會(huì)附著并沉積在井壁上形成一層泥餅(Mud Cake)

。隨著泥餅的逐漸加重以及在壓差作用下被壓實(shí)，針對(duì)裸眼井壁有效地起到穩(wěn)定和保護(hù)作用

，這就是鉆井液的所謂造壁性

。

由于泥餅的滲透率遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于地層的滲透率，因而形成的泥餅還可以有效地阻止鉆井液中的固相和濾液繼續(xù)侵入地層

。在鉆井液工藝中

，通常用一個(gè)重要參數(shù)—濾失量(Water Loss or Foltration Rate)來表征鉆井油液的滲濾速率

。

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(duì)鉆井液要求很高

，主要有四個(gè)方面：

1）鉆井循環(huán)的要求

鉆井循環(huán)對(duì)鉆井液的要求是泵壓低(粘度低)，攜砂能力強(qiáng)(動(dòng)切力高)

，啟動(dòng)泵壓低(靜切力低)

，潤(rùn)滑性能好，摩擦力低

，磨損小(固體顆粒少)

。

2）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力取得平衡，鉆井液密度穩(wěn)定

；鉆井油氣層時(shí)要靠鉆井液的壓力柱來平衡油氣的壓力要求鉆井液密度適當(dāng)

。要求鉆井液有克服不穩(wěn)定地層的性能，例如泥巖吸水膨脹造成井眼收縮

；礫巖

、火山巖遇水造成跨塌，鹽巖遇水而形成溶洞等

，即要求有不同性質(zhì)的鉆井液

。

3）要求鉆井液保護(hù)油氣層
鉆開油氣層后，鉆井液與油氣層接觸

，為防止鉆井液損害油氣層

，要求鉆井液的失水小、泥餅薄(鉆井液失水后

，固壓差固體顆粒在井壁上形成泥餅環(huán))

、固相含量低、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

。

4）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(duì)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。

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