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钻井液的功能及钻井液固相控制的重要性

钻井液的功能及钻井液固相控制的重要性

现代钻井中不可缺少地要使用循环流体,除少量循环流体使用的是气体和泡沫外,绝大多数钻井用的循环流体都是液体,因此称钻井过程中使用的循环流体为钻井液。由于早期的钻井液只是黏土和水的混合液体,几乎没有其他化学成分,油田现场习惯称其为“泥浆”。

钻井液在钻井过程中起着重要的作用。其主要功能有:

1)清洗井底

钻头在钻进过程中破碎岩石从而产生了大量岩屑,这些岩屑就是靠不断循环的钻井液来清除的。若岩屑不能被及时清除,则它将被重复破碎,就会影响钻头继续钻进岩石。

2)冷却、润滑钻头及钻柱

钻进过程中,钻头上因承受很严重的钻压负荷,导致钻头轴承及钻头工作面发热。同时,由于钻柱在旋转过程中不断地与井壁摩擦,不仅产生热量,而且加速钻柱磨损、增加功率消耗,而钻井液则可通过循环及时把热量带走,对钻具进行冷却,同时还能起到润滑作用,从而减小摩擦所产生的副作用。

3)形成泥饼,保护井壁

地层深处的岩石由于受顶部和周围岩石的压力而处于三维受压状态。当井眼钻开后,井眼周围的岩石必然要承受来自各个方向上的挤压而产生一个应力增量值,即应力集中。在这种情况下,如果井眼处岩石的强度不够大,就可能导致井壁垮塌。但若用含有加重剂、滤失量低的钻井液作用在周围井壁上,将使岩石上的应力减小,从而使“压缩性垮塌”的机会减少。但钻井液的密度不能过大,否则将导致岩石的“裂缝性破碎”,进而引起钻井液的漏失。并且加有各种添加剂的钻井液在循环过程中会在井壁上形成一层泥饼,优质的泥饼不但可以保护井壁不被钻井液冲刷,而且能减少钻井液漏向地层。

4)控制与平衡地层压力

当钻进到高压油(气)层时,若地层的油(气)层压力高于钻井液柱的压力,将发生“井喷”导致钻井事故。为此应配制密度适宜的钻井液,使钻井液柱的压力等于(通常是略大于)地层压力,以保证安全、快速地钻进。但密度不能过大,否则有可能把油(气)层堵死。

5)悬浮岩屑和加重剂

钻井过程中,钻井液在井眼环形空间的流速不可能太高,而清水由于密度低使其悬浮能力差,为把岩屑和加重剂循环排出地面,钻井液中还要加入其他各种添加剂以增加其悬浮能力。

6)提供所钻地层的有关地质资料

通过对流出地面的钻井液取样分析,可获得所钻地层的岩性及油气含量等资料。

7)将水功率传给钻头

钻井液从钻头水眼流到井底时,不仅清洗井底岩屑,而且还能降能量传到井底辅助机械破岩,喷射钻井就是利用钻头水功率的一种钻井工艺。国内外的钻井实践证明,喷射钻井工艺提高了钻井速度,并降低了钻井成本。

8)在地面分离清除钻屑

分散于钻井液中的固相颗粒称为钻井液中的固相。钻井液中的固相,一是来源于钻屑,二是为满足钻井工艺要求而人为加入的。

按固相在钻井液中所起的作用可分为两类:

一类是有用固相,如膨润土、化学处理剂、重晶石等;

另一类是有害固相,如钻屑、劣质膨润土、砂粒等。所谓钻井液的固相控制,就是清除有害固相,保留有用固相,或者将钻井液中的固相总含量及粒度级别控制在钻井工艺所要求的范围之内,以满足钻井过程对钻井液性能的要求。通常,将钻井液的固相控制过程简称为固控,油田现场也习惯称其为泥浆净化。

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