第五章钻孔冲洗要点.ppt

1、,钻孔冲洗是钻井的三大基本工序之一，钻孔冲洗作业的优劣，在很大程度上决定着钻井工作的快慢和优劣。掌握钻孔冲洗的基本原理和工艺技术，是优质高产地完成钻井工作的前提。 钻孔冲洗使用多种多样的冲洗介质，特别是各种类型的泥浆。泥浆是解决复杂地层钻进的主要手段。,第五章 钻孔冲洗,钻 井 液 循 环 示 意 图,钻孔冲洗液的功用 钻孔冲洗（或吹孔）是钻井过程的重要环节。冲洗的实质是冲洗介质在孔内连续的或定期的循环。由于冲洗（或吹洗）使用的介质主要是用液体（包括充气液体和泡沫），因此常称为冲洗液，它在孔内的循环，称为钻孔冲洗。 冲洗的目的：1.为了从孔底清除碎岩的产物岩屑（岩粉）; 2.冷却和润滑孔底的碎

2、岩工具和孔内钻具 3.护壁 4.在石油钻井中维持井内压力平衡等作用。,第一节 冲洗液的功用及对冲洗液的要求,从井中清除钻屑； 清洁井底； 控制地下压力； 冷却和润滑钻头、钻杆和钻铤； 起介质的作用使钻屑在地面泥浆池中沉降； 在井壁上形成滤饼（使井壁与渗透层分隔开）； 防止地层坍塌； 避免损害产层的产能； 部分地帮助承担钻柱和套管的重量； 减少下套管的费用； 防止钻杆疲劳腐蚀； 有利于电测解释； 将地面水马力传输到钻头上； 在停止循环时悬浮岩屑和加重材料； 这些所有的功能必须做到不对井队人员造成任何危险。,作用,1. 清洗孔底，携带和悬浮岩屑 冲洗液清洗孔底和携带岩屑的能力，决定于送入孔内的冲洗

3、液量及冲洗液的性能指标，其次也与钻具和钻头的结构有关。 流速要求：小口径金刚石钻进，0.8m/s(正循环时)；石油钻井，0.35-0.5m/s。 目前的石油钻及水井钻中趋向于降低上返速度; 冲洗液的携带和悬浮岩屑的能力-切力和粘度； 有效携带岩屑的前提下可降低冲洗液的上返速度。 泥浆悬浮岩屑的能力主要取决于泥浆的静切力值。 钻杆、钻铤和岩心管与孔壁的间隙大小，决定着冲洗液流通的环状断面的大小，当泵量一定时影响着冲洗液的上返速度，影响孔内岩屑的排出； 钻头水口、水槽的尺寸和分布，影响着冲洗液从钻头唇面下及时排除岩屑的能力。,钻井液的作用,2. 冷却钻头 钻头与岩石摩擦会产生大量的热； 小口径金刚

4、石钻进，由于转速高：烧钻。 冷却钻头的效果，取决于单位时间流经孔底的冲洗液量和冲洗介质的热容量和粘度。 水的粘度低，热容量大，冷却能力强。空气的粘度低，热容量小，需要较大的流量，才能有效地冷却钻头。泥浆的粘度大，流速低，冷却能力不如清水。,钻井液的作用,3. 润滑钻具和钻头 润滑不良时，钻具与孔壁因强烈摩擦而产生高温，引起钻具的磨损。而且回转钻具消耗的功率很大。同时，因不均衡的回转引起钻具强烈振动，造成钻具的磨损和钻头的损坏。 良好的润滑对提高钻头的寿命及牙轮轴承的寿命。 冲洗液的润滑效果，取决于在钻具和孔壁岩石表面形成的润滑膜的强度。 润滑膜的强度取决于使用的冲洗液类型和往冲洗液中添加的添加

5、剂的种类和数量。 乳状液，表面活性剂溶液，乳化泥浆和油基泥浆的润滑性能远高于空气、清水和普通的水基泥浆。表面活性剂的添加，可提高冲洗液的润滑性能。,钻井液的作用,4. 保护孔壁 复杂地层：松散、破碎、坍塌、遇水膨胀等岩层； 维护孔壁的影响因素：冲洗液类型、冲洗液的性能参数、在环空中的流态。 矿化度高的聚合物泥浆，具有较好的抑制孔壁的效应，特别是含钾的聚合物泥浆。 油基泥浆具有最强的抑制孔壁的能力。 冲洗液的性能参数包括比重、流变参数（粘度与切力）和失水特性，它们影响到钻孔和地层间的压力平衡、抽漏和压裂地层、岩层的膨胀、分散和垮塌等孔壁不稳定问题。 复杂地层钻进时，维护孔壁是能否持续钻进的关键。

6、,钻井液的作用,5. 破碎孔底岩石 直接破碎岩石。例如：石油钻井中的高压喷射钻井，液力切割岩石； 驱动孔底动力机带动钻头破碎岩石，如液力冲击钻进，螺杆钻进； 对岩石起减硬效应，即冲洗液中含某些盐时，对一些岩石能降低其硬度，有利于钻头碎岩。,6. 输送岩矿芯至地表 反循环连续取芯钻进利用冲洗液的循环，将钻头钻取的岩矿芯连续不断地通过钻杆内孔输送出地表。 7. 传递孔底信息 实行自动测试和控制，孔底信息可通过冲洗介质传输至地表。 8. 其他功用 保温作用等。,钻井液的作用,冲洗液的性能应在较大范围内可调 良好的冷却散热能力和润滑性能，以延长钻头寿命和提高钻进效率； 水包油乳状液和表面活性剂溶液，除

7、有较好的冷却能力，还有良好的润滑作用，是小口径金刚石钻进常用的冲洗液； 泥浆应尽量降低固相含量，必要时加入专门的润滑添加剂，才能有较好的冷却和润滑特性。 抗外界干扰，性能稳定 防止盐侵、钙侵、粘土侵、水泥侵和温度升高。 不妨碍或有利于取芯、防斜、测井等工作 不污染矿石品质，不损害油气水层。在孔壁上形成的泥皮要薄而韧，电阻率适当，以利于电测井工作。 不腐蚀钻具和地面的循环设备；无毒无污染 成本低，原料来源广泛 废弃的泥浆应易于处理,钻探对冲洗液的要求,冲洗介质种类： 按介质：气体的和液体的。 按形成的分散体系：纯空气的，液/气的，固/液，液/液和纯液体的。 纯气体作为冲洗介质的有：压缩空气、天然

8、气、内燃机废气和氮气。液/气分散体系用作冲洗介质的是雾或湿空气。气/液分散体系的是充气液体和稳定泡沫。 泥浆是固/液分散体系它是粘土在液体中的分散体系。水基泥浆与油基泥浆。水基泥浆进一步划分为分散性和抑制性。 液/液分散体系乳状液，由水和油组成的分散体系。油包水型和水包油型。 纯液体性的冲洗液水、（淡水、海水和咸水）各种溶液和油。溶液有无机盐溶液（如饱和盐水）和无机盐与有机高分子化合物复合溶液（无固相钻井液）。 常用的冲洗介质：空气、充气液体、稳定泡沫、泥浆和乳状液，清水和无固相钻井液。,第二节 冲洗介质的种类及使用条件,清水 清水和矿化水。 优点：冲洗孔底时易呈涡流状态，冲洗效果好，冷却能力

9、强，比重低，有较高的机械钻速。 缺点：在孔内循环过程中渗入地层量大，易引起地层的膨胀、分散、坍塌和掉块；一些岩层易被冲蚀和溶解；循环停止时对孔内岩屑无悬浮能力。 适用：一般用于地层压力不大的稳定和非冲蚀性岩层中。如大部分完整的岩浆岩和变质岩中。在取水容易的地区用于部分漏失和完全漏失的稳定岩层中。,冲洗液的种类,二. 空气 密度小，粘度小，在足够的流速下，孔底冲洗干净，钻进效率高。 优点：容易得到，无须化学处理，节省原材料。 缺点：空气压缩机，湿孔或含水层使用困难。 适用：缺水地区，干孔或严重漏失地层。用空气作动力的潜孔锤钻进，用于大口径基岩中的水井钻探和露天矿爆破孔的钻进。在石油及天然气钻井中

10、，天然气或氮气用于钻开生产层。湿空气用于孔内有水而无法用于空气钻进时，将孔内涌水排出孔外。,冲洗液的种类,三. 泥浆 概念：粘土分散在液体（水或油）中形成的分散体系，水基泥浆，油基泥浆。 性能：比重；粘度和切力；失水量。可在较大范围内调节，可适应不同地层的要求；对钻头、牙轮轴承、钻具和套管有一定的润滑作用，可减少其磨损。 适用：风化、破碎、松散和遇水失稳地层（复杂地层）。石油和天然气钻井几乎都是在沉积岩中钻进，冲洗液主要使用泥浆。泥浆称为石油钻井的“血液”。固体矿床勘探钻进，泥浆是对付复杂地层的主要手段。,冲洗液的种类,四. 乳状液 概念：液体（油或水）分散在另一种液体（水或油）中形成的稳定的

11、分散体系。 分为：水包油乳状液、油包水乳状液。 使小口径金刚石钻进的钻进速度和钻进深度大幅度地提高。,冲洗液的种类,五. 无固相冲洗液 概念：含有无机盐和有机高分子（或聚合物）的溶液。 适用：裂隙发育、易坍塌和轻微膨胀的地层。小口径金刚石钻进，绳索取芯钻进中，可防止钻杆内壁结泥皮和降低压损。 完井液：在石油钻井中，无固相钻井液用于钻进生产层，可减轻使用泥浆时对油层的损害,冲洗液的种类,六. 气液混合液 概念：液体（一般为清水）中充以空气而成。 分为：充气液体和稳定泡沫。泡沫靠表面活性剂使气泡均匀而稳定分散在水中而形成的。 特点：由于比重小，粘度大，有较好的携岩和悬浮岩屑的能力，渗入孔壁的气泡有淤塞作用从而起一定的护壁和堵漏作用。 适用：湿孔，有水钻孔中。泡沫洗井：石油钻井，水井钻井或是地质勘探小口径外进。 稳定泡沫：适用于低压油气层和水层，严重漏失和供水地区，干旱和沙漠地带，寒冷冰冻地区。,冲洗液的种类,七. 盐溶液和饱和盐水 概念：