钻井液组成及作用

1、钻井液 (drilling fluid )钻井液是 钻探过程中，孔内使用的循环冲 钻孔冲洗液。钻井液按组成成分可分为清水、 沫和压缩空气 等。清水是使用最早的钻井液， 层和水源充足的地区。泥浆是广泛使用的钻井 坍塌掉块、遇水膨胀剥落等孔壁不稳定岩层。旋转钻井初期，钻井液的主要作用是把岩 被公认为至少有以下十种作用：洗介质。钻井液是钻井的血液 ，又称 泥浆、无粘土相冲洗液、乳状 液、泡 无需处理，使用方便，适用于 完整岩 液，主要适用于松散、裂隙发 育、易屑从井底携带至地面。目前，钻井液削，减少磨损，,提高钻具的使壁。防止对油气体对钻井液的污O水力功率。力，可减小起下,岩屑录井等获(1)清洁井底

2、，携带岩屑。 提高效率。(2 ) 冷却和润滑钻头及钻柱 用寿命。(3)平衡井壁岩石侧压力， 层的污染和井 壁坍塌。(4)平衡(控制)地层压力 染。(5)悬浮岩屑和加重剂。降(6) 在地面能沉除砂子和岩 (7 )有效传递水力功率。传 (8) 承受钻杆和套管的部分 钻时起升系统的载荷。(9)提供所钻地层的大量资保持井底清洁，避免钻头重复切。降低钻头温度，减少钻具磨损 在井壁形成滤饼，封闭和稳定井 。防止井喷，井漏，防止地层流 低岩屑沉降速度，避免沉沙卡钻 屑。递井下动力钻具所需动力和钻头 重力。钻井液对钻具和套管的浮料。利用钻井液可进行电法测井取井下资料。(10)水力破碎岩石。钻井液通过喷嘴所形成

3、的高速射流能够直接破碎或辅助破碎岩石。钻井液的运用历史很久以前 发现石油时很 用于饮用、洗 加了对石油产有记载的 钻钻井的技术 石的碎片。中 有意使用流体 穿透岩石，同 常重要，因为,人们钻井通常是为了寻找水源 懊恼，因为它把水污染了！最初 涤和灌溉；后者用作制盐的原料 品的需求，钻井采油才逐渐普及 最早的钻井要追溯到公元前三世 ,实现方式是先使巨大的金属钻 国人在这项技术上比较领先，中 的国家。此处所讲的流体是指水 时有助于清除被称作钻屑的岩石 只有这样，钻头才能没有阻碍地,而不是石油。实际上，他们 偶然间,钻井是为了获得淡水和海水，前者。直到19世纪早期，由于工业化增纪的中国。他们使用一种

4、叫做 具下落，然后用一种管状容器 国也被公认为是第一个在钻探 。它能软化岩石，从而使钻具 碎片。(从钻孔中清除钻屑这 继续深钻。)绳式顿 收集岩 过程中 更容易 一点非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 提出会非常有 效。使用流动的液体从钻孔中清 种装置，按照 这一设想，泵将水沿钻杆的内侧 间的缝隙返回 到地表后，就会将钻屑一并带出1900 年，在德克萨斯州的Spindletop过了一个灌满 水的地坑。被牛趟过的水坑中就 状的水和泥土 的混合物，钻井工人用泵将它 但工程师们已不再只依赖水和泥土作为钻井液

5、 心调配，以满足各种钻探条件下的具体需要。 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。 的末端。钻探过程与使用手持式电钻或螺丝钻 头那样只钻入几英寸或几厘米，现代油井可深 钻屑沿孔道的螺旋槽被从钻孔中带出。这种方 井。钻探深井 时，钻屑是随循环泥浆一起被带 现出钻井液的 重要性。它的用途很广并可解时他意识到喷出的水对把钻屑 从井中 除钻屑的原理由此确立。他设 想了一 送至钻孔内，而当水经钻杆和 钻孔壁 。此操作程序沿用至今。钻探油井期间，钻井工人驱赶一群牛趟会形成泥浆，它是一种粘稠的、泥浆送入钻孔中。钻井液如今仍被称作泥浆，的原料。他们对混合物的成分进行精现代化的

6、钻井液确实是油井的命脉。使用这种技术时，钻头位于旋转岩管钻入一块木头的过程类似。不象钻木达地下几千英尺或几千米。钻木时，法对钻浅孔有效，却不适用于钻探深到地表上。油井钻得越深，就 愈加体 决各种问题，而这些问题各处差异极大。钻井液的类型及组成钻井液按 体等。钻井液主 油（原油、柴 润土、加重材 物。水基钻水基钻井 理剂为分散相 处理剂等。水 分散钻井液（ 井液（1966 今）阶段等。分散介质（连续相）可分为水基要由液相、固相和化学处理剂组 油）或乳状液（混油乳化液和反 料）和无用固相（岩石）。化学井液液是一种以水为分散介质，以粘 的溶胶悬浮体混合体系。其主要基钻井液基本经历了五个阶段，1921

7、-1946 年）、粗分散 钻井液年至今）、无固相钻井液（1968钻井液、油基钻井液、气体型成。液相可以是水（淡水、盐相乳化液）。固相包括有用固处理剂包括无机、有机及高分土（膨润土）、加重剂及各种 组成是水、粘土、加重剂和各 即天然钻井液（1904-1921钻井流水）、 相（膨 子化合化学处种化学年）、细（1946-1973 年）、不分散低固相钻年至今）、聚合物钻井液（1978年至水基钻井液还可分为：（1 ）淡水钻井液。氯化钠含量低于10mg/cm³,钙离子含量低于0.12mg/cm³。（2）盐水钻井 液（包括海水及咸水钻井液）。氯化钠含量高于10mg/cm&

8、amp;sup3;（3）钙处理钻井液。钙离子含量低于0.12mg/cm³。（4）饱和盐水钻井液。含有一种或多种可溶性盐的饱和溶液。（5）混合乳化（水包油）钻井 液。含有3%-40%乳化油类的水基钻井液（6）不分散低固相聚合物钻井液。固相含量低于4%,含有适量 聚合物。（7）钾基钻井液。氯化钾含量高于 3% 。 1978年以来开始在我国钻井现场使用。（8）聚合物钻井液。它是以聚合物（如： 聚阴离子纤维素、竣甲基纤维素等）为主体，配以 降粘剂，降滤失剂、防塌剂和润 液。它是 20世纪80年代发展起来的一种 液、两性离子 聚合物钻井液、全阳离子聚合物 钻井液等。油连续相钻井液油连续

9、相钻井液（习惯称为油基钻井液） 分散介质，以加重剂、各种化学处理剂及水等 要组成是原油、柴油、加重剂、化学 处理齐 年初）、油基 钻井液、油包水（反相乳化）钻（1 ）原油钻井液。主要成分是原油。滑剂等多种化学处理剂所组成的钻井新型钻井液体系。包括阳离子聚合物钻井钻井液、深井聚合物钻井液和正电胶是一种以油（主要是柴油或原 油）为 为分散相的溶胶悬浮混合体系。其主扎 它基本经历了原油钻井液 （1930 井液（1960年至今）等三个阶段。续相，以氧化沥青为分散相，再配以（2）油基 钻井液。以柴油（或原油）为连 加重剂和各种化学处理剂配制而成。（3）油包水（反相乳化 ）钻井液。一柴油（或 原油）为连续

10、相 ，以水为分散相 呈小水滴分散 在水中（水可占 60%的体积），以有机膨润土（亲油鹏润土）和氧化沥青等稳定剂，再配以加重剂和各 种化学处理剂等配制而成 。1978年以来开始在我 国钻井现场使用。气体型钻井流体气体钻井液是以空气或天然气作为钻井循环流体的钻井液。泡沫钻井液是以泡沫作为钻井循环流体的钻井液。主要组成是液体、气 体及泡沫稳定剂等。20世纪80年代我国标准化委 员会钻井液体系分委会把钻井 液分为：不分散地 固相聚合物钻 井液、淡水钻井液、盐水钻井液、饱和盐水钻井液、钙处理钻 井液、钾基钻井液、油基钻井液、气体钻井液等八大体系。API（美国石油学会）及LADC（国际钻井承包商协会）认可

11、的钻井液体系如下：不分散钻井液体系、分散性钻井液体系、钙处理钻井液体系、聚合物钻井液体系、低固相钻 井液体系、饱和盐水钻井液体系、修井完井钻井液体系、油基钻井液体系和空气、雾、泡沫和气体体系。钻井液的选用标准钻井液是 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：钻井循环的要求钻井循环对钻井液的要求是泵压低（粘度动泵压低（静 切力低），润滑性能好，摩擦力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 油气层时要靠钻井液的压力柱来平衡油气的压 有克服不稳定地层的性能，例如泥岩吸水膨胀 成跨塌，盐岩 遇水而形成 溶洞等，即要求有不低），携砂能力强（

12、动切力高），启低，磨损小（固体颗粒少）。力取得平衡，钻井液密度稳定 ；钻井 力要求钻井液密度适当。要求 钻井液 造成井眼收缩； 殛左、火山岩 遇水造 同性质的钻井液。钻开油气 层后，钻井液与油气层接触，为 的失水小、泥 饼薄（钻井液失水后，固压差固防止钻井液损害油气层，要求 钻井液体颗粒在井壁上形成泥饼环）、固相要求钻井液保护油气层含量低、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。保护环境和生态钻井液中 常含有原油、柴油和各种油类以 井液对环境和生态可能造成的影响，要求使用及含有大量的化学处理剂，为防止钻无害、无毒的钻井液。钻井液的主要作用地下钻井作业的严酷环境促进了对

13、钻井液 中完成以下多 项关键任务：悬浮、压力控制、悬浮沿钻杆向下或从钻孔中向上流动的钻井液的研究和开发，要求能够在钻井过程岩层稳定性、浮力、润滑和冷 去上有时会停止运动。出现这种情况只能有两种原因：一是出现了故障，二是在更换钻头时将钻杆提出了钻孔。钻探停止时,悬浮在钻井液 中的钻屑就会沉入钻孔的底部， 种非常有趣的特性，而该特性可以解决这一问 液流速降低而 增加。钻井液停止流动后，就会 可使岩石钻屑悬浮在其中，从而防止它们沉 它就会越变越 稀薄，恢复到其以前稀薄的液体压力控制许多人都看到过石油从钻井台中喷入高空 实际上，这类 井喷罕有发生,也并不值得庆祝 式来开采石油。泥浆被设计为可以抵消岩层

14、中 事故。压力间 必须达到适当的平衡，即钻井液 油或天然气施加的压力，但这种压力又不能太 井液的重量太 大，可能会使岩石破裂，钻井液液体的压 力随其浓度的变化而变化。在钻 进而增大它对钻孔壁的压力。可调整液体的浓将钻孔堵塞。钻井液被设计为具有一题。钻井液的稠度（或粘度）随钻井形成一种粘稠的凝胶体，这种凝胶体入钻孔底部。而当钻井液又开始流动后，形态。,石油工人为之而欢呼雀跃的情景。,因为钻探的目标是以控制流 量的方 流体的自然压力，从而防止发 生此类 对钻孔壁的压力应足以抵消岩 层和石 大，否则会对油井造成破坏。如果钻也会因此而流失入地下。井液中添加增重剂可以提高其浓度，度以满足油井中的环境要求

15、。裸露岩层的稳定性钻井过程 分为两个阶段：第一阶段是钻穿不含石油的 宣上，目标是尽快 钻穿不含油岩层，到达含油岩层，即储集层。此时的重点是要保持钻孔中裸露岩层的稳定，同时还要避免 钻井液流失。而如果保持钻井液 就会出现向岩 层的透水岩石中渗入的自然趋势 能防止发生这种情况。钻井液可 能会以其它方式与周围的岩石相 水就会溶解其 中的盐分，从而使钻孔壁变得不 液效果会更好。粘土含量高的岩层也容易被水 钻井液，以保持井眼稳定并防止井眼扩大或被 钢套管保护起 来，钢套管用水泥加固，这样既 层后开采的石油提供了通往地表的通道。到达 以避免阻塞岩 石孔隙。保持岩石孔隙不被阻塞 流至地表。浮力一座油井可能深

16、达数千英尺或数千米。而 果将钻杆浸入钻井液，就会产生浮力作用，降 置的压力。压力高于岩层孔隙流体压力，钻井液。在钻井液中加入特殊的添加 齐I，就互作用。例如，如果岩石 含盐量很高， 稳定。在这种情况下，使用油 基钻井 冲刷掉。对这类岩层需使用抑 止性的 冲蚀。随着钻探不断深入，井 眼被用 保持了井眼的稳定性，又为到 达储集 储集层后，必须改变钻井液的 成分，可使石油更顺畅地流入钻孔，然后上一根如此长的钢钻杆将重达数 吨。如 低钻杆重量，并会减小对钻探 机械装润滑和冷却金属钻入岩石时，会因摩擦生热。钻井液可润滑和冷却钻头，使钻探平稳进行，同时延长钻头的寿命。对延伸区域或水平油井而言，润滑可能尤为

17、重要，因 为在这些地方，钻杆、钻头和岩石表面间的摩擦必须保持在最低水平。钻井液的正确维护生问题。PHPA聚合物可包被作用而堵塞网筛的孔越来越多的钻井承包商正在换用大型钻机 高粘度钻井液。高粘度钻井液不像低粘度钻井 钻井液堵塞泥 浆筛而造成漫筛。另外，对水力 要求也增大了 。遇到这种情况怎么办？倒划眼时要泵入更 较大的泥浆泵 。倒划眼要产生更多的固相，如 浆体系中加水，稀释作用可增加分离设备的效 浆，用文丘里混合器和任何搅拌器来混合泥浆 过固控设备。在使用某些聚合物添加剂时，如果使用固 加剂，而是说 要注意加入聚合物的方法，在固 添加剂。并使用固控系统。固控系统不 适用于 液那样容易过筛，高粘度

18、钻井 液能使 旋流器（除续、除泥器等）的尺寸 多的泥浆，理由是较大的钻机 要使用 果没有大泵要使用低粘度泥浆 。往泥 率。可添加任何一种稀释剂来 稀释泥 添加剂，这样就可能保证泥浆 稳定通控设备，混合不当或在高浓度下能发眼，这到不是说不能使用这种添控设备前方不要加入任何种类的泥浆加入其他干聚合物添加剂时，要用文丘里漏斗缓慢加入。The correct maintenance of drilling fluidMore and more drilling contractor are changing with large rig and use solid control system. So

19、lid 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 blocked screen aimless sieve. In addition, hydrocyclone (except desander and desilter etc) size requirement also increased.In t

20、hat 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 use low viscosity mud. Add water into the mud system, dilute effect can increase the efficiency of separation equipment. To add

21、 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 conce

22、ntrations. PHPA polymer can be wrapped function and block the screen holes Not to say cannot use the additive, but that should pay attention to join polymer method, in solid control equipment ahead of any kind, do not join the mud additives.Join other dry polymer, should use additives venturi funnel slowly