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流體的總稱。鉆井液又稱做鉆井泥漿(Drilling Muds)，或簡稱為泥漿(Muds)。

鉆井液的分類

      鉆井液由分散介質、分散相和添加劑組成。鉆井液按分散介質(連續相)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(膨潤土、加重材料)和無用固相(巖石)。化學處理劑包括無機、有機及高分子化合物。

   1）水基鉆井液

  水基鉆井液是一種以水為分散介質，以粘土(膨潤土)、加重劑及各種化學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、加重劑和各種化學處理劑等。

   2）油連續相鉆井液

  油連續相鉆井液(習慣稱為油基泥漿)，是一種以油(主要是柴油或原油)為分散介質，以加重劑、各種化學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流體的鉆井液，泡沫鉆井液是以泡沫作為鉆井循環流體的鉆井液。主要組成是液體、氣體及泡沫穩定劑等。

鉆井液循環系統

    鉆井液的循環是通過循環泥漿泵來維持的，泥漿泵排出的高壓鉆井液經過地面高壓管匯、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）形成的環形空間向上流動，在到達地面后經排出管線流入泥漿池，再經各種固控設備進行處理后返回上水池，最后進入泥漿泵循環再用。鉆井液流經的各種管件、設備構成了一整套鉆井液循環系統。

鉆井液的功能

    目前，鉆井液被公認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，避免鉆頭重復切削，減少磨損，提高效率。
   2） 冷卻和潤滑鉆頭及鉆柱。降低鉆頭溫度，減少鉆具磨損，提高鉆具的使用壽命。
   3） 平衡井壁巖石側壓力，在井壁形成濾餅，封閉和穩定井壁。防止對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。傳遞井下動力鉆具所需動力和鉆頭水力功率。  

   8） 承受鉆桿和套管的部分重力。鉆井液對鉆具和套管的浮力，可減小起下鉆時起升系統的載荷。
   9）  供所鉆地層的大量資料。利用鉆井液可進行電法測井，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分散體系。其中膨潤土和鉆屑的平均密度均為2.6g/cm3，通常稱它們為低密度固相；而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，應通過各種固控措施盡量減少鉆屑的含量，膨潤土的用量也應以夠用為度，不宜過大，否則會造成鉆井液粘切過高，還會嚴重影響機械鉆速，并對保護油氣層產生不利影響。
     2）油基鉆井液是以水滴為分散相，油為連續相，并添加適量乳化劑、潤濕劑、親油的固體處理劑(有機土、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試標準，需檢測的鉆井液常規性能包括：密度、漏斗粘度、塑性粘度、動切力、靜切力、API濾失量、HTHP濾失量、PH值、堿度、含砂量、固相含量、膨潤土含量和濾液中各種離子的質量濃度等。
   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）是兩個等同的術語。鉆井液密度是確保安全、快速鉆井和保護油氣層的一個十分重要的參數。通過鉆井液密度的變化，可調節鉆井液在井筒內的靜液柱壓力，以平衡地層孔隙壓力。有時亦用于平衡地層構造應力，以避免井塌的發生。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生井涌甚至井噴，還會造成井塌、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)是指鉆井液流動和變形的特性。該特性通常是由不同的流變模式及參數來表征的.此外，漏斗粘度(Funnel Viscosity)、表現粘度(Apparent Viscosity)和靜切力(Gel Strength)等也是鉆井液的重要流變參數。由于鉆井液的流變性與攜巖、井壁穩定、提高機械鉆速和環空水力參數計算等一系列鉆井工作密切相關，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，當鉆頭鉆過滲透性地層時，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)。在液體發生滲濾的同時，鉆井液中的固相顆粒會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，針對裸眼井壁有效地起到穩定和保護作用，這就是鉆井液的所謂造壁性。

   由于泥餅的滲透率遠遠小于地層的滲透率，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侵入地層。在鉆井液工藝中，通常用一個重要參數—濾失量(Water Loss or Foltration Rate)來表征鉆井油液的滲濾速率。

鉆井液的選用標準
     鉆井液是鉆井的“血液”，在鉆井作業中起著非常重要的作用。因此對鉆井液要求很高，主要有四個方面：  

   1）鉆井循環的要求

   鉆井循環對鉆井液的要求是泵壓低(粘度低)，攜砂能力強(動切力高)，啟動泵壓低(靜切力低)，潤滑性能好，摩擦力低，磨損小(固體顆粒少)。  

   2）要保持井眼的穩定
  鉆穿的地層要用鉆井液的壓力柱與地層壓力取得平衡，鉆井液密度穩定；鉆井油氣層時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。要求鉆井液有克服不穩定地層的性能，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，即要求有不同性質的鉆井液。  

  3）要求鉆井液保護油氣層
 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)、固相含量低、濾液的水化作用低(濾液進入地層后與地層中的液體發生的化學作用)等。  

   4）保護環境和生態
  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處理劑，為防止鉆井液對環境和生態可能造成的影響，要求使用無害、無毒的鉆井液。

? 鉆井的血液—泥漿

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