鉆井液的案例
鉆井液技術的詳解
②油連續相鉆井液
油連續相鉆井液（習慣稱為油基鉆井液）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。它基本經歷了原油鉆井液（1930年初）、油基鉆井液、油包水（反相乳化）鉆井液（1960年至今）等三個階段。
原油鉆井液。主要成分是原油。
油基鉆井液。以柴油（或原油）為連續相，以氧化瀝青為分散相，再配以加重劑和各種化學處理劑配制而成。
油包水（反相乳化）鉆井液。一柴油（或原油）為連續相，以水為分散相呈小水滴分散在水中（水可占60%的體積），以有機膨潤土（親油鵬潤土）和氧化瀝青等穩定劑，再配以加重劑和各種化學處理劑等配制而成。1978年以來開始在我國鉆井現場使用。
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。20世紀80年代我國標準化委員會鉆井液體系分委會把鉆井液分為：不分散地固相聚合物鉆井液、淡水鉆井液、鹽水鉆井液、飽和鹽水鉆井液、鈣處理鉆井液、鉀基鉆井液、油基鉆井液、氣體鉆井液等八大體系。
API(美國石油學會)及LADC(國際鉆井承包商協會)認可的鉆井液體系如下：不分散鉆井液體系、分散性鉆井液體系、鈣處理鉆井液體系、聚合物鉆井液體系、低固相鉆井液體系、飽和鹽水鉆井液體系、修井完井鉆井液體系、油基鉆井液體系和空氣、霧、泡沫和氣體體系。
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）。
展開 頁巖鉆井液鉆井井壁穩定性分析案例
模型建立及求解
本案例涉及到的物理場數學方程包括：巖體變形控制方程、鉆井液滲流方程、水分擴散方程、溫度場方程以及彈塑性屈服準則方程。以上各方程之間相互耦合，探討滲流壓力、溫度應力、水分濃度對井壁穩定性影響。井壁的穩定性與傾角、地應力及鉆井液的壓力具有關系，巖層的彈性模量、泊松比與內摩擦角與內聚力均與含水率有關。
物理場方程
鉆井液壓力分布
徑向應力
塑性區域
斜井鉆井液壓力
硫化氫傳感器在石油鉆井液硫化氫監測中的應用
水溶液為氫硫酸，酸性較弱，比碳酸弱，但比硼酸強。能溶于水，易溶于醇類、石油溶劑和原油。有一個值得注意的點就是硫化氫為易燃危化品，與空氣混合能形成爆炸性混合物，遇明火、高熱能引起燃燒爆炸。
硫化氫氣體是石油鉆井過程中經常遇到的三種腐蝕性氣體之一，具有很高的毒性。在地層中它可以以富集的形式存在，可以混合在少量的地層流體中，常見的方法是與石油和天然氣混合，在石油和天然氣開采過程中到達地面。在鉆井過程中，可能會影響或破壞鉆井液及其性能，因此國內外石油工業都非常重視，并采取了各種治理措施。
限于硫化氫(H2s)的危險，國家職業安全接觸限值規定，15mg/m3限時加權平均值是日工作8h的暴露安全極限;22mg/m3為短期暴露限值;30mg/m3是最大暴露限值。
硫化氫對人體的危害
硫化氫的毒性較一氧化碳大5~6倍，幾乎與氰同樣劇毒。硫化氫質量濃度不同，對人的危害也不同，輕則對人體造成刺激，重則會致使人在幾分鐘內死亡。
硫化氫對設備材料的危害
硫化氫能加速非金屬材料的老化。在地面設備、井口裝置、井下工具中，有橡膠、浸油石墨、石棉等非金屬材料制作的密封件。它們在硫化氫環境中使用一定時間后，橡膠會產生鼓泡脹大，失去彈性;浸油石墨及石棉繩上的油被溶解而導致密封件的失效。
硫化氫對金屬材料的腐蝕。硫化氫溶于水形成弱酸，對金屬的腐蝕形式有電化學失重腐蝕、氫脆和硫化物應力腐蝕開裂,以后兩者為主，一般統稱為氫脆破壞。氫脆破壞往往造成井下管柱的突然斷落、地面管匯和儀表的爆破、井口裝置的破壞，甚至發生嚴重的井噴失控或著火事故。
硫化氫對鉆井液的污染：
硫化氫主要是對水基鉆井液有較大的污染。它會使鉆井液性能發生很大變化，如密度下降，pH值下降，粘度上升，以至形成流不動的凍膠；顏色變為瓦灰色、墨色或墨綠色。從而使鉆井液的流變性能變差，形成固定的凝膠。
展開 鉆井的血液—泥漿
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。
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關于鉆井,你想了解的都在這…
==鉆井液==
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。
展開 鉆井現場事故及復雜情況分析
25、鉆井中井下復雜情況：
鉆進中由鉆井液的類型與性能選擇不當、井身質量較差等原因，造成井下遇阻、遇卡、以及鉆進時嚴重蹩跳、井漏、井噴等，不能維持正常鉆井和其他作業的正常進行的現象。
26、鉆井事故：
是指由于檢查不周、違章操作、處理井下復雜情況的措施不當或疏忽大意，而造成的鉆具折斷、頓鉆、卡鉆及井噴失火等惡果。
27、卡鉆drill rod sticking：
凡是所下管柱及土具在井內不能上提、下放或轉動的現象。因孔壁掉塊、鍵槽或縮徑等使孔內鉆具提升受阻的孔內事故。
二、卡鉆事故
卡鉆事故是鉆井過程中鉆具失去了活動的自由，既不能轉動又不能上下活動的鉆井事故。鉆柱在井內停止時間過久或其它原因造成不能上提、下放或轉動，有時甚至不能循環的事故。主要有粘附卡鉆、沉砂卡鉆、砂橋卡鉆、井塌卡鉆、縮徑卡鉆、泥包卡鉆、落物卡鉆及鉆具脫落下頓卡鉆等。
1、壓差粘附卡鉆：
由于井筒中的鉆井液和地層之間的壓差較大，壓差迫使電纜或下井儀器切入泥餅，當壓差產生的力大于電纜的最大安全拉力就發生吸附卡。吸附卡多數是吸附電纜造成儀器遇卡。這種情況一般發生在鉆井中使用了密度較高的鉆井液或鉆井過程中發生鉆井液漏失，而測井時電纜在井中靜止時間過長。在進行地層測試或井壁取心作業過程中，易發生壓差粘附。
2、壓差卡鉆（泥餅粘附卡鉆）：
鉆井中井下鉆具靜止不動時，鉆柱的一些部位在井下壓差作用下貼于井壁并與井壁泥餅粘合在一起而產生的卡鉆。也稱粘附卡鉆或泥餅卡鉆。鉆柱在鉆井液液柱壓力與地層壓力之差的作用下，緊貼在井壁上造成的卡鉆。
3、掉塊卡鉆：
由于地層、巖性破碎，泥漿護壁作用不明顯時隨著鉆桿的高速運動和旋轉極易造成掉塊卡鉆。
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04
投入式止回閥
投入式止回閥與鉆桿接頭相連，在打鉆進入油氣層前，投人式止回閥的聯頂接頭預先連接在鉆柱上需要的部位，此時閥中并無止回閥組件，鉆井液循環暢通無阻。當鉆進以及起下鉆作業中發生井噴時，投入式止回閥并不妨礙關井立管壓力真實數據的獲取。只是當根據作業需要封閉鉆具中孔時才將止回閥組件投入鉆柱管串，使止回閥組件坐落在聯頂接頭上，防止鉆柱內流體上行。
投入式止回閥由止回閥組件和一個聯頂接頭組成。聯頂接頭事先裝在靠近鉆鋌的鉆柱上，當發生溢流或井噴和進行不壓井起下鉆作業時，投入鉆具水眼的止回閥組件，將自動鎖緊在聯頂接頭處，即可起到止回閥的作用。需要時還可通過此閥循環出受侵鉆井液。
展開 必看！鉆具組合知識基礎
作用是起下鉆頭，向鉆頭傳遞破碎巖石所需的機械能量，給井底施加鉆壓，向井內輸送洗井液及進行其他井下作業。鉆柱一旦出現事故，會帶來一定的經濟損失。因此管理好、使用好、選擇合理的鉆具組合在鉆井過程中尤為重要。
鉆柱的功能
1）提供鉆井液流動通道；
2）給鉆頭提供鉆壓；
3）傳遞扭矩；
4）起下鉆頭；
5）計量井深。
6）觀察和了解井下情況（鉆頭工作情況、井眼狀況、地層情況）；
7）進行其它特殊作業（取芯、擠水泥、打撈等）；
8）鉆桿測試 (Drill-Stem Testing),又稱中途測試。
鉆柱工作狀態
在鉆井過程中，鉆柱是在起下鉆和正常鉆進兩種工序中交替工作的。在起下鉆時，鉆柱處于受拉狀態；而在鉆進時狀態比較復雜，處于受拉、壓、扭等狀態。在轉盤鉆進時，鉆柱的工作狀態和受力尤其復雜，鉆柱好似一根細長的旋轉軸。在部分自重產生的軸向壓力作用下，下部鉆柱不穩定而呈彎曲狀態，由于受到井眼的限制，可產生多次彎曲；上部鉆柱由于旋轉產生的離心力作用也不保持直線狀態，再加上扭距的作用，整個鉆柱呈一個近似螺旋曲線的形式進行著復雜的旋轉運動。
常用鉆具
1、方鉆桿(kelly)
方鉆桿位于鉆柱的最上端，其主要作用是傳遞扭距和承受鉆柱的總量。方鉆桿的驅動部分端面分為正方形和正六邊形，石油鉆井中用的最多的是正方形，水眼為正六邊形，由于壁厚比鉆桿大三倍左右，并用高強度的合金鋼制造,因此具有較高的抗拉強度與抗扭強度。
2、鉆桿(drill pipe)
鉆桿是鉆柱的基本組成部分，它主要用于傳遞扭距和輸送鉆井液。現用鉆桿的管體與接頭是采用對焊方法連接在一起的。為了增大接頭處的強度，管體兩端對焊部分是加厚的，加厚形式有內加厚、外加厚、內外加厚三種。
展開 多場耦合作用下泥頁巖地層強度分析
在石油鉆井環境中,鉆井液中存在多種化學成分,鉆井液時刻與井壁發生作用,導致井眼周圍巖石力學參數為時間的函數。在實驗基礎上得到巖石強度參數與含水量的關系,基于滲流力學理論,建立孔隙壓力與巖石黏聚力及內摩擦角的關系
多場耦合作用下泥頁巖地層強度分析.pdf
案例分享 | Adams Drill 改善油井規劃和鉆井決策
作者：Fred Harvey, MSC Software
石油和天然氣的勘探需要鉆井，鉆井是通過一段鉆桿連接到井底鉆具組合（BHA）上進行，井底鉆具組合包括各種專用鉆井工具，用于鉆穿巖石、測量、管控振動，以及轉向控制。鉆柱沿著預定的軌跡到達特定的富油目標區，通常距離鉆機本身超過15,000英尺。因為每一口井都是獨一無二的，而且鉆井過程極其昂貴，所以用傳統的原型測試方法對設計進行物理測試是不切實際的。
鉆井系統非常復雜，包括流體系統、電氣系統、先進控制系統、機械驅動、鉆機結構和鉆柱，此外還有對高溫和高壓環境作出貢獻的大自然，以及各種地質因素。鉆柱浸沒在鉆井液中，并通過許多具有不同物理特性的地層保持與井眼的接觸。旋轉和軸向運動通過電動頂驅和繩索滑輪系統在地面進行控制；每一個都有自己的機械、液壓和控制系統。鉆井液通過鉆桿泵入井筒，以提供潤滑、冷卻和從鉆頭排出巖屑。這種流體為鉆柱提供了粘性阻尼和浮力效應，但是，當保持靜止時也具有結塊的趨勢。泥漿馬達將液壓能轉換為機械能，從而為鉆頭提供扭矩和額外的轉速。其它具有不同復雜度的設備被用于進行測量、管控振動，以及穩定和維持BHA的方向控制。為了捕獲正確的系統特征，必須在模型中考慮所有這些設備。
可以想象，整個鉆井系統是非常復雜的，由許多非線性子系統組成，這些子系統與流體、地質、控制系統以及鉆柱本身的機械結構相互作用。對于如此復雜的系統，地面幾乎沒有或根本沒有指示的情況下，井下可能已經發生破壞性振動就不足為奇了。物理測試不僅昂貴得令人望而卻步，而且測試數據往往直到鉆井完成并獲得井下數據后才能得到。即使有井下測試數據，也很難從有限的可用信息中了解實際發生的情況。建模為研究鉆井系統，了解可用的物理數據以及評估未來設計的性能提供了可能。
許多方法被用來對鉆井系統進行建模，并取得了不同程度的成功。
展開 我國海上最深最長高溫高壓水平井誕生
但因長水平井水平段很長，且穿越氣層高溫高壓，再加上東方13-2-A1H井井深較深、井斜大，因此鉆井難度很大。針對難題，有限湛江歷時2年精心籌備，其間反復論證和比選鉆完井方案，并聯合高校開展專項技術研究，形成表層預斜與鄰井防碰繞障技術等一系列新技術、新工藝，并在該井作業中成功應用。其中，應用的新型抗高溫油基鉆井液體系、可實施遠程開關的地層隔離閥等，在國內屬首次應用。
自同步變橢圓軌跡振動篩仿真分析
自同步變橢圓軌跡振動篩仿真分析
石油鉆井液振動篩是對泥漿進行過濾回收的主要裝備，篩分速度和篩分效果是振動篩的重要指標，目前最先進的振動篩的振動軌跡是變橢圓形式，即入料端橢圓軌跡的傾角較大，長短軸半徑比值較小，有利于泥漿和巖屑沿豎直方向分離，而出料端橢圓軌跡傾角較小，長短軸半徑比值較大，有利于巖屑向外拋出。
從入料端至出料端，橢圓軌跡是連續均勻變化的，而帶動篩箱產生這一振動軌跡的兩個振動電機是自同步的，即兩個電機無任何相互制約機構，但是電機擺塊能夠自動相互追隨，保持一定的相位差角，進行同轉速運行。
影響篩箱振動軌跡的因素有多種，包括：彈性支撐的剛度、篩箱質量分布、電機水平和高度方向位置、電機擺塊大小、負載有效質量等。目前還沒有成熟的技術能夠根據篩分需求給出各參數的準確數值，而且仿真分析可參考的資料也非常有限。本項目將自同步振動理論于仿真分析進行結合，在理論分析的基礎上形成虛擬樣機，驗證每一個參數對振動軌跡的影響，選擇最佳的參數組合。
振動篩通過4個彈性支撐固定在基礎上，其結構屬于遠超共振系統，及結構的激振頻率遠大于結構的簡諧振動頻率，篩箱運行時兩個振動電機能夠實現自動同步，但是在仿真分析時，必須根據自同步原理的計算公式，對兩個電機的相位差角進行分析：
彈性支撐一般由橡膠材料制成，其壓縮剛度曲線隨著壓縮次數會有一定程度變化并趨于一特定曲線：
確定好各輸入參數的數值后，采用三維模型建立仿真分析模型，采用顯式動力學求解器，求解幾個周期范圍內的篩箱振動軌跡：
運行幾個周期后，篩箱振動軌跡曲線趨于穩定：
整個篩箱的振動位移變化云圖：
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展開 海上鉆井平臺的可燃氣體和有毒氣體泄漏監測
在鉆井、修井及生產的過程中，存在較大的氣體泄漏風險，其中包含了可燃氣、H2S等易燃易爆、有毒有害氣體，對人身安全和設備的安全運行形成了較大的威脅。為了防患于未然，需對這些氣體的泄漏進行實時監測并自動報警，以便根據監測的泄漏情況，采取相應的措施，杜絕安全事故的發生。
海上鉆井平臺是海上油氣開發的重要手段，鉆井平臺不但管線、閥門、可燃材料、電機設備眾多，而且配有高溫高壓系統設施，其通風結構設計非常復雜，一旦存在老化或腐蝕，極易發生重大氣體泄漏安全事故，其救援難度遠遠高于陸地。因此，海上鉆井平臺的油氣泄漏監測極其重要，具有重要作用和意義。
海上鉆井作業環境惡劣,空間狹小,鉆井過程中會產生可燃氣體和有毒氣體,需要及時識別并對氣體進行定位。鉆井平臺在油氣開發過程中主要產生的可燃氣體為CH4、C2H6等，有毒氣體包括H2S和SO2等，前者泄漏后易引起爆炸，后者對工作人員身體健康危害巨大，可導致快速急性致死，因此必須對鉆井平臺氣體泄露進行全方位有效監測。
傳統氣體監測手段中，會在管道、閥門、儲罐、鉆井甲板、鉆井液處理區和油氣井測試區等所有可燃或有毒氣體出現的設備和場所全部布置接觸式傳感器。在密閉空間，通常將傳感器布置在進風口，在室外平臺，需要考慮平臺長年的主風方向布置傳感器。ISweek工采網技術工程師推薦監測CH4、H2S和SO2等氣體濃度的傳感器:
甲烷傳感器 CH4傳感器TGS6814：TGS6814是催化燃燒式的氣體傳感器,是TGS6812的升級版本。可以檢測100%LEL水平爆炸下限的甲烷氣體，亦可以檢測H2，此傳感器不但具有優異的耐久性與快速響應能力，與此同時,線性輸出與輸出的高度穩定性也是其主要特征。TGS6814的蓋帽內有特殊設計的過濾層，使其對有機蒸汽的交叉靈敏度很低。此外，此傳感器對硅化合物的耐受性更佳，更適應惡劣環境。
展開 井下破巖過程計算機仿真分析
一般來講，最常見的是旋進式鉆井過程，巖石在鉆頭的旋轉切割作用下被粉碎，然后在鉆井液的攜帶作用下被運送至數千米以上的地面。
今天以一種典型的井下造穴刀具為例，和大家探討破巖工具在破巖過程中的受力分析和優化的過程。
這個結構很簡單，刀柄與刀頭通過銷軸連接，不過內部有通道，從刀柄一直到刀頭的端部，是走泥漿或水的。初步鉆井完成后，采用此工具將指定部位直徑擴大，形成洞穴。
工具下井后，在水力反推作用下，刀頭折疊抵住井壁，刀柄旋轉，則刀頭部位的金剛石顆粒對井壁巖石開始切割，可以將直筒形狀的井壁切出一個很大的直徑，這種刀具適用于比較軟的巖層。
ABAQUS中提供了多種材料失效模式，我們根據巖石的材料特性定義材料模型，
由于切割過程中巖石不多脫落，刀頭與周邊巖石的表面及內部的任何部位都有可能接觸，因此需要定義整體模型的接觸關系：
計算時采用顯式分析方法，對刀柄施加一定的下壓力和轉速，便實現了刀具的旋轉和切割：
根據刀具的受力分布對刀具進行結構優化：
根據刀具表面的磨損情況在刀具表面焊接防磨涂層：
通過計算機仿真分析可以完成的工作有：
1、 判斷刀具的主要磨損區域，從而在磨損區域焊接抗磨材料，提高工具壽命；
2、 得到各零部件受力情況，從而控制井上鉆壓及轉盤扭矩，避免產生斷裂事故或塑變問題，因為工具斷裂是小事，但是打撈不上來廢掉的是一口井，是大事故；
3、 對刀具進行結構優化
此方法還可以解決沖擊、金屬切削、巖土爆破等工程問題。
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展開 固井振蕩器適用井深計算
得到應力云圖如下：套管最大應力值為1080MPa，高于35CrMo材料的屈服強度835MPa，該固井振蕩器不適用于鉆井液密度高于1.75g/cm3并且目的油層在4500m以深的油水井固井。
