钻孔冲洗介质.ppt

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1、第六讲第六讲 钻孔冲洗介质钻孔冲洗介质第一节第一节概述概述一、钻孔冲洗介质的功用一、钻孔冲洗介质的功用钻孔中的冲洗介质又称钻探的钻孔中的冲洗介质又称钻探的“血液血液”。一旦钻孔中冲洗。一旦钻孔中冲洗介质停止循环，或者选择不当时，就会发生烧钻，钻进时破介质停止循环，或者选择不当时，就会发生烧钻，钻进时破碎的岩粉不能及时排出孔外，甚至不能进尺。同时还会发生碎的岩粉不能及时排出孔外，甚至不能进尺。同时还会发生孔壁坍塌夹埋钻具等一系列孔内事故。孔壁坍塌夹埋钻具等一系列孔内事故。因此，正确选择和合理使用冲洗介质是提高钻探效率和因此，正确选择和合理使用冲洗介质是提高钻探效率和降低钻探成本的必要手段。降低钻

2、探成本的必要手段。钻孔冲洗介质的主要功用有：钻孔冲洗介质的主要功用有：1 1冷却钻头冷却钻头 钻钻头头在在破破碎碎孔孔底底岩岩石石时时，因因磨磨擦擦而而产产生生大大量量的的热热，如如不不及及时时冷冷却却，会会使使切切削削具具很很快快摩摩损损，降降低低破破碎碎岩岩石石的的效效率率，甚甚至至会会发生烧钻事故。发生烧钻事故。2 2清洗孔底清洗孔底 把破碎的岩粉及时的排出孔外，以防岩粉在孔底堆积产生把破碎的岩粉及时的排出孔外，以防岩粉在孔底堆积产生重复破碎，增加钻头、钻具的磨损，影响钻头的寿命和钻进效重复破碎，增加钻头、钻具的磨损，影响钻头的寿命和钻进效率。故要求冲洗介质具有较大的输送及悬浮岩粉的能力

3、。率。故要求冲洗介质具有较大的输送及悬浮岩粉的能力。3 3保护孔壁保护孔壁 在在钻钻进进中中，由由于于破破坏坏了了岩岩层层的的平平衡衡状状态态，如如果果岩岩层层本本身身稳稳定定性性差差，易易发发生生变变形形甚甚至至坍坍塌塌。因因此此，冲冲洗洗介介质质应应具具有有一一定定的的比比重重以以平平衡衡地地层层的的压压力力。同同时时还还要要求求冲冲洗洗介介质质具具有有造造壁壁性能，能在孔壁上形成一层薄而致密的泥皮，以保护孔壁。性能，能在孔壁上形成一层薄而致密的泥皮，以保护孔壁。4 4润滑钻具润滑钻具 由由于于钻钻具具在在孔孔内内回回转转速速度度大大，阻阻力力也也大大。故故要要求求冲冲洗洗液液在在钻钻具具

4、上上形形成成一一层层润润滑滑层层，减减少少功功率率的的损损耗耗、钻钻具具的的磨磨损损，提高钻具的使用寿命。提高钻具的使用寿命。5 5其他功能其他功能随着钻探技术的发展，冲洗液还可以起到以下功能随着钻探技术的发展，冲洗液还可以起到以下功能（1 1）破碎孔底岩石破碎孔底岩石,它又包括：它又包括：A.A.直接破碎岩石，如石油钻井总的高压喷射钻井，液力直接破碎岩石，如石油钻井总的高压喷射钻井，液力切割岩石；切割岩石；b.b.驱动孔底动力机带动钻头破碎岩石，如液力冲击钻进；驱动孔底动力机带动钻头破碎岩石，如液力冲击钻进；c.c.对岩石起减硬效应，即冲洗液中含有某些盐时，对一对岩石起减硬效应，即冲洗液中含

5、有某些盐时，对一些岩石能降低其硬度，有利于钻头破碎岩石。些岩石能降低其硬度，有利于钻头破碎岩石。（2 2）输输送送岩岩矿矿心心至至地地表表，反反循循环环连连续续取取心心钻钻进进利利用用冲冲洗洗液液的的循循环环，将将钻钻头头钻钻取取的的岩岩矿矿心心连连续续不不断断的的通通过过钻钻杆杆内内孔孔输输送出地表。送出地表。（3 3）传传递递孔孔底底信信息息，实实行行自自动动测测试试和和控控制制，孔孔底底信信息息可可通通过冲洗介质传输到地表。过冲洗介质传输到地表。二、冲洗介质的类型及适用条件二、冲洗介质的类型及适用条件目前钻探中常用的冲洗介质类型有：目前钻探中常用的冲洗介质类型有：1 1清水清水 清水粘度

6、小，因此钻具回转和水泵工作阻力小；液柱压清水粘度小，因此钻具回转和水泵工作阻力小；液柱压力对阻碍孔底岩石破碎的影响小，故钻进效率比用泥浆时高；力对阻碍孔底岩石破碎的影响小，故钻进效率比用泥浆时高；清水中岩粉容易净化，对钻具和水泵的磨损小；此外清水洗清水中岩粉容易净化，对钻具和水泵的磨损小；此外清水洗孔成本低，操作方便，机场清洁。孔成本低，操作方便，机场清洁。因此，在稳固的岩层和钻孔深度不大的漏失地区（当水因此，在稳固的岩层和钻孔深度不大的漏失地区（当水源丰富时）应尽量采用清水作为钻孔冲洗介质。源丰富时）应尽量采用清水作为钻孔冲洗介质。2 2泥浆泥浆 泥浆是由优质粘土与水混合后（根据不同的地层需

7、要泥浆是由优质粘土与水混合后（根据不同的地层需要加入一定数量的有机或无机化学处理剂，以改善泥浆的性加入一定数量的有机或无机化学处理剂，以改善泥浆的性能）所形成的一种胶体悬浮液。能）所形成的一种胶体悬浮液。在复杂地层钻进时多采用这类冲洗液冲洗钻头。通过在复杂地层钻进时多采用这类冲洗液冲洗钻头。通过对泥浆性能的调整，能有效地对付涌水、井喷、部分漏失、对泥浆性能的调整，能有效地对付涌水、井喷、部分漏失、钻孔缩径、坍塌掉块等许多复杂情况。钻孔缩径、坍塌掉块等许多复杂情况。3 3乳化液乳化液 这这类类冲冲洗洗液液的的基基本本组组成成成成分分为为油油（机机油油或或重重柴柴油油）和乳化剂（即表面活性剂和水）

8、通过强力搅拌配成。和乳化剂（即表面活性剂和水）通过强力搅拌配成。乳化液乳化液具有良好的润滑、冷却、排粉、减振等性能。具有良好的润滑、冷却、排粉、减振等性能。4 4空气空气 采用压缩空气或高压天然气冲洗钻孔，国内外在石油钻采用压缩空气或高压天然气冲洗钻孔，国内外在石油钻井中应用较多，近年来在岩芯钻探中也开始采用。井中应用较多，近年来在岩芯钻探中也开始采用。由于空气的比重小，流速快，有利于孔底清洁和提高钻由于空气的比重小，流速快，有利于孔底清洁和提高钻速。特别是在干旱缺水地区具有重要的经济意义。速。特别是在干旱缺水地区具有重要的经济意义。纯空气钻进只适用于干燥地层。在潮湿地层易泥包粘卡纯空气钻进只

9、适用于干燥地层。在潮湿地层易泥包粘卡钻具。如果将高压空气中混入一定比例的发泡溶液形成空气钻具。如果将高压空气中混入一定比例的发泡溶液形成空气泡沫，空气泡沫能适用于含水地层。泡沫，空气泡沫能适用于含水地层。5.5.无固相冲洗液无固相冲洗液无固相冲洗液无固相冲洗液是含有无机盐和有机高分子（或聚合物）是含有无机盐和有机高分子（或聚合物）的溶液，它与泥浆相比，因不含固相，比重低，因而有较高的溶液，它与泥浆相比，因不含固相，比重低，因而有较高的钻进速度。的钻进速度。它的性能也可在一定的范围内调节，因而与清水相比有它的性能也可在一定的范围内调节，因而与清水相比有叫好的携带岩屑和悬浮岩屑的能力。它可在孔壁上

10、形成薄膜叫好的携带岩屑和悬浮岩屑的能力。它可在孔壁上形成薄膜而起保护孔壁的作用。由于这些特点，随着各种聚合物的发而起保护孔壁的作用。由于这些特点，随着各种聚合物的发展，无固相冲洗液在钻探中得到愈来愈广泛的应用。展，无固相冲洗液在钻探中得到愈来愈广泛的应用。第二节第二节 钻探泥浆一、概述一、概述（一）泥浆的组成（一）泥浆的组成泥浆是粘土在水中均匀混合后，形成的一种胶体悬浮液。粘土在水中混合后，粘土中放出的离子与水中放出的离子进行交换，使粘土颗粒带电。由于电荷的作用使粘土颗粒吸附水，粘土颗粒表面形成一层水化膜。这种作用叫水化作用。由由于于造造浆浆粘粘土土片片状状的的颗颗粒粒的的边边角角部部分分水水

11、化化膜膜较较薄薄，易易互互相相粘粘连连，使使粘粘土土颗颗粒粒连连结结在在一一起起形形成成连连续续的的网网状状结结构构，如如图图2-3-42-3-4所所示示。自自由由水水被包围在网状结构内。被包围在网状结构内。这这种种网网状状结结构构的的形形成成，使使泥泥浆浆具具备备了了粘粘度度、切切力力、比比重重和和阻阻止止泥泥浆浆向向孔孔壁壁失失水水等等一一系系列列性性能能。且且这这些些性性能能可可通通过过处处理理剂剂进进行行调调整整，以以达达到在各地层钻进时对泥浆性能的要求。到在各地层钻进时对泥浆性能的要求。（二）泥浆的类型（二）泥浆的类型目前钻探中使用的泥浆类型有：目前钻探中使用的泥浆类型有：水基泥浆、

12、低固相泥浆、水基泥浆、低固相泥浆、混油泥浆、充气泥浆。混油泥浆、充气泥浆。1 1水基泥浆水基泥浆以水为分散介质组成的泥浆。其主要组成是粘土、水和以水为分散介质组成的泥浆。其主要组成是粘土、水和化学处理剂。其中粘土为分散相，水为分散介质。水基泥浆化学处理剂。其中粘土为分散相，水为分散介质。水基泥浆是钻探中使用最久，应用广泛的一种泥浆。是钻探中使用最久，应用广泛的一种泥浆。属于这种类型的泥浆有：属于这种类型的泥浆有：（1）淡水泥浆）淡水泥浆：（2）盐水泥）盐水泥浆：浆：（3）钙处理泥浆）钙处理泥浆（1）淡水泥浆）淡水泥浆淡淡水水泥泥浆浆的的使使用用最最早早，又又称称为为细细分分散散泥泥浆浆。它它是

13、是用用粘粘土土、淡淡水水和和一一般般处处理理剂剂组组成成。其其含含盐盐量量（NaCl）1%，含钙量（，含钙量（Ca2+）120ppm。淡淡水水泥泥浆浆的的特特点点是是固固相相（粘粘土土）含含量量高高且且高高度度分分散散于于水水中中。通通过过高高含含量量粘粘土土的的分分散散程程度度来来调调整整泥泥浆浆的的各各种种性能，以满足地层的要求。性能，以满足地层的要求。（2 2）盐水泥浆）盐水泥浆用用氯氯化化钠钠（NaClNaCl）1%1%的的盐盐水水和和粘粘土土配配制制的的泥泥浆浆称称为为盐盐水水泥泥浆浆，其其含含盐盐量量多多少少视视地地层层而而定定。如如在在盐盐层层中中钻钻进进时时，需需用用含含盐盐量

14、量达达到到饱饱和和状状态态的的饱饱和和盐盐水水泥泥浆浆。使使用用中中还还要要在在泥泥浆浆中加入某些有机处理剂，以达到泥浆的某些性能要求。中加入某些有机处理剂，以达到泥浆的某些性能要求。（3 3）钙处理泥浆）钙处理泥浆钙钙处处理理泥泥浆浆是是在在淡淡水水泥泥浆浆中中加加入入絮絮凝凝剂剂（如如石石灰灰、石石膏膏、氯氯化化钙钙）配配制制而而成成的的。并并用用稀稀释释和和降降失失水水剂剂来来调调整整其其性性能能。其主要用于抑制钻进地层的吸水膨胀，防止钻孔缩径。其主要用于抑制钻进地层的吸水膨胀，防止钻孔缩径。2低固相泥浆低固相泥浆凡粘土含量（重量计）凡粘土含量（重量计）10%（如以体积计，小于（如以体积

15、计，小于36%）的泥浆，称为低固相泥浆。）的泥浆，称为低固相泥浆。这种泥浆比重小，流动性好，护壁性能好，并有利于提这种泥浆比重小，流动性好，护壁性能好，并有利于提高机械钻速。常用于松散坍塌地层、溶胀性地层和水敏性地高机械钻速。常用于松散坍塌地层、溶胀性地层和水敏性地层。层。3 3混油泥浆混油泥浆在在上上述述各各种种泥泥浆浆中中，按按照照需需要要加加入入若若干干数数量量的的柴柴油油或或原原油油，形形成成水水包包油油型型（即即O/WO/W型型）混混油油乳乳化化泥泥浆浆。这这种种泥泥浆浆的的流动性好、润滑性好，摩擦系数低。流动性好、润滑性好，摩擦系数低。4 4充气泥浆充气泥浆充充气气泥泥浆浆是是在在

16、原原泥泥浆浆的的基基础础上上，加加入入一一定定数数量量的的发发泡泡剂剂，并并对对泥泥浆浆充充气气。充充气气后后泥泥浆浆内内含含有有细细小小的的泡泡沫沫，使使泥泥浆浆的的比比重重降降低低到到0.60.60.950.95。由由于于泥泥浆浆的的比比重重低低，在在漏漏失失地地层层钻钻进进具具有良好的效果。（此外，石油钻井还常用油基泥浆。）有良好的效果。（此外，石油钻井还常用油基泥浆。）第三章第三章钻井液性能及测试钻井液性能及测试工程学院工程学院窦斌博士、教授窦斌博士、教授20102010年年7 7月月钻井液的性能是钻井液的组成以及其各组分间相互物理钻井液的性能是钻井液的组成以及其各组分间相互物理化学作

17、用的宏观反映，它是反映钻井液质量的具体参数。化学作用的宏观反映，它是反映钻井液质量的具体参数。钻井液性能及其变化，直接影响着机械钻速、钻头寿命、钻井液性能及其变化，直接影响着机械钻速、钻头寿命、孔壁稳定、孔内净化和预防孔内问题等一系列钻井工艺问题。孔壁稳定、孔内净化和预防孔内问题等一系列钻井工艺问题。钻井液的主要性能有钻井液的钻井液的主要性能有钻井液的比重比重、固相含量、钻井液固相含量、钻井液的流变特性（粘度和切力）、钻井液的滤失性能（钻井液的的流变特性（粘度和切力）、钻井液的滤失性能（钻井液的失水量和泥饼厚度）、以及钻井液的含砂量、润滑性、胶体失水量和泥饼厚度）、以及钻井液的含砂量、润滑性、胶体率和率和 pH pH 值等。值等。