钻井用液（有平衡井壁岩石侧压力等作用的井液）

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更新时间：2023-05-19
钻井用液
有平衡井壁岩石侧压力等作用的井液
钻井用液简称钻井液，是钻井的血液，又称钻孔冲洗液；是钻井、打孔过程中，孔内使用的循环冲洗介质。目前，钻井用液被公认的十种作用：（1）清洁井底，携带岩屑。（2）冷却和润滑钻头及钻柱。（3）平衡井壁岩石侧压力，在井壁形成滤饼，封闭和稳定井壁。（4）平衡（控制）地层压力。（5）悬浮岩屑和加重剂。（6）在地面能沉除砂子和岩屑。（7）有效传递水力功率。（8）承受钻杆和套管的部分重力。（9）提供所钻地层的大量资料。（10）水力破碎岩石。钻井液通过喷嘴所形成的高速射流能够直接破碎或辅助破碎岩石。
基本信息
中文名
钻井用液
外文名
Drilling fluid
别名
井液
类别
水基钻井用液、油基钻井用液、气体型钻井流体等三种
功能
控压、稳定岩层、润滑、冷却
主要成分
水、粘土、加重剂和各种化学处理剂等
收起
分类及成分
钻井用液按分散介质（连续相）可分为水基钻井用液、油基钻井用液、气体型钻井流体等三种。
①水基钻井用液
水基钻井用液是一种以水为分散介质，以粘土（膨润土）、加重剂及各种化学处理剂为分散相的溶胶悬浮体混合体系。其主要组成是水、粘土、加重剂和各种化学处理剂等。
水基钻井用液还可分为：
（1）淡水钻井液。氯化钠含量低于10mg/cm³，钙离子含量低于0.12mg/cm³。
（2）盐水钻井液（包括海水及咸水钻井液）。氯化钠含量高于10mg/cm³。
（3）钙处理钻井液。钙离子含量低于0.12mg/cm³。
（4）饱和盐水钻井液。含有一种或多种可溶性盐的饱和溶液。
（5）混合乳化（水包油）钻井液。含有3%-40%乳化油类的水基钻井液
（6）不分散低固相聚合物钻井液。固相含量低于4%，含有适量聚合物。
（7）钾基钻井液。氯化钾含量高于3%。1978年以来开始在我国钻井现场使用。
（8）聚合物钻井液。它是以聚合物为主体，配以降粘剂，降滤失剂、防塌剂和润滑剂等多种化学处理剂所组成的钻井液。它是20世纪80年代发展起来的一种新型钻井液体系。包括阳离子聚合物钻井液、两性离子聚合物钻井液、全阳离子聚合物钻井液、深井聚合物钻井液和正电胶钻井液等。
②油连续相钻井用液
油连续相钻井用液（习惯称为油基钻井液）是一种以油（主要是柴油或原油）为分散介质，以加重剂、各种化学处理剂及水等为分散相的溶胶悬浮混合体系。其主要组成是原油、柴油、加重剂、化学处理剂和水等。
（1）原油钻井液。主要成分是原油。
（2）油基钻井液。以柴油（或原油）为连续相，以氧化沥青为分散相，再配以加重剂和各种化学处理剂配制而成。
（3）油包水（反相乳化）钻井液。一柴油（或原油）为连续相，以水为分散相呈小水滴分散在水中（水可占60%的体积），以有机膨润土（亲油鹏润土）和氧化沥青等稳定剂，再配以加重剂和各种化学处理剂等配制而成。1978年以来开始在我国钻井现场使用。
③气体型钻井流体
气体钻井液是以空气或天然气作为钻井循环流体的钻井液。
泡沫钻井液是以泡沫作为钻井循环流体的钻井液。主要组成是液体、气体及泡沫稳定剂等。
20世纪80年代我国标准化委员会钻井液体系分委会把钻井液分为：不分散地固相聚合物钻井液、淡水钻井液、盐水钻井液、饱和盐水钻井液、钙处理钻井液、钾基钻井液、油基钻井液、气体钻井液等八大体系。
API(美国石油学会)及LADC(国际钻井承包商协会)认可的钻井液体系如下：
不分散钻井液体系、分散性钻井液体系、钙处理钻井液体系、聚合物钻井液体系、低固相钻井液体系、饱和盐水钻井液体系、修井完井钻井液体系、油基钻井液体系和空气、雾、泡沫和气体体系。
用液质量标准
（1 ）钻井循环要求
钻井循环对钻井液的要求是泵压低（粘度低），携砂能力强（动切力高），启动泵压低（静切力低），润滑性能好，摩擦力低，磨损小（固体颗粒少）。
（2）保持住井眼的稳定性
钻穿的地层要用钻井液的压力柱与地层压力取得平衡，钻井液密度稳定；钻井油气层时要靠钻井液的压力柱来平衡油气的压力要求钻井液密度适当。要求钻井液有克服不稳定地层的性能，例如泥岩吸水膨胀造成井眼收缩；砾岩、火山岩遇水造成跨塌，盐岩遇水而形成溶洞等，即要求有不同性质的钻井液。
（3）钻井液保护油气层
钻开油气层后，钻井液与油气层接触，为防止钻井液损害油气层，要求钻井液的失水小、泥饼薄（钻井液失水后，固压差固体颗粒在井壁上形成泥饼环）、固相含量低、滤液的水化作用低（滤液进入地层后与地层中的液体发生的化学作用）等。
（4）环保（生态环境保护）
钻井液中常含有原油、柴油和各种油类以及含有大量的化学处理剂，为防止钻井液对环境和生态可能造成的影响，要求使用无害、无毒的钻井液。
钻井用液作用
目前起到悬浮、压力控制、岩层稳定性、浮力、润滑和冷却。
悬浮：沿钻杆向下或从钻孔中向上流动的钻井液有时会停止运动。出现这种情况只能有两种原因：一是出现了故障，二是在更换钻头时将钻杆提出了钻孔。钻探停止时，悬浮在钻井液中的钻屑就会沉入钻孔的底部，将钻孔堵塞。钻井液被设计为具有一种非常有趣的特性，而该特性可以解决这一问题。钻井液的稠度（或粘度）随钻井液流速降低而增加。钻井液停止流动后，就会形成一种粘稠的凝胶体，这种凝胶体可使岩石钻屑悬浮在其中，从而防止它们沉入钻孔底部。而当钻井液又开始流动后，它就会越变越稀薄，恢复到其以前稀薄的液体形态。
压力控制：压力间必须达到适当的平衡，即钻井液对钻孔壁的压力应足以抵消岩层和石油或天然气施加的压力，但这种压力又不能太大，否则会对油井造成破坏。如果钻井液的重量太大，可能会使岩石破裂，钻井液也会因此而流失入地下。液体的压力随其浓度的变化而变化。在钻井液中添加增重剂可以提高其浓度，进而增大它对钻孔壁的压力。可调整液体的浓度以满足油井中的环境要求。泥浆被设计为可以抵消岩层中流体的自然压力，从而防止发生此类事故。
裸露岩层的稳定性在钻井过程中分为两个阶段：第一阶段是钻穿不含石油的岩层，目标是尽快钻穿不含油岩层，到达含油岩层，即储集层。此时的重点是要保持钻孔中裸露岩层的稳定，同时还要避免钻井液流失。而如果保持钻井液压力高于岩层孔隙流体压力，钻井液就会出现向岩层的透水岩石中渗入的自然趋势。在钻井液中加入特殊的添加剂，就能防止发生这种情况。
钻井液可能会以其它方式与周围的岩石相互作用。例如，如果岩石含盐量很高，水就会溶解其中的盐分，从而使钻孔壁变得不稳定。在这种情况下，使用油基钻井液效果会更好。粘土含量高的岩层也容易被水冲刷掉。对这类岩层需使用抑止性的钻井液，以保持井眼稳定并防止井眼扩大或被冲蚀。随着钻探不断深入，井眼被用钢套管保护起来，钢套管用水泥加固，这样既保持了井眼的稳定性，又为到达储集层后开采的石油提供了通往地表的通道。到达储集层后，必须改变钻井液的成分，以避免阻塞岩石孔隙。保持岩石孔隙不被阻塞可使石油更顺畅地流入钻孔，然后上流至地表。
浮力正常一座油井可能深达数千英尺或数千米。而一根如此长的钢钻杆将重达数吨。如果将钻杆浸入钻井液，就会产生浮力作用，降低钻杆重量，并会减小对钻探机械装置的压力。
润滑和冷却当金属钻入岩石时，会因摩擦生热。钻井液可润滑和冷却钻头，使钻探平稳进行，同时延长钻头的寿命。对延伸区域或水平油井而言，润滑可能尤为重要，因为在这些地方，钻杆、钻头和岩石表面间的摩擦必须保持在最低水平。