第五章钻孔冲洗要点

冲洗介质种类：
按介质：气体的和液体的。 按形成的分散体系：纯空气的，液/气的，固/液，液/液和纯液体的。 纯气体作为冲洗介质的有：压缩空气、天然气、内燃机废气和氮气。液/气分散体 系用作冲洗介质的是雾或湿空气。气/液分散体系的是充气液体和稳定泡沫。 泥浆是固/液分散体系——它是粘土在液体中的分散体系。水基泥浆与油基泥浆。水基 泥浆进一步划分为分散性和抑制性。
•
• •
•
5. 破碎孔底岩石
• 直接破碎岩石。例如：石油钻井中的高压喷射钻 井，液力切割岩石； • 驱动孔底动力机带动钻头破碎岩石，如液力冲击 钻进，螺杆钻进； • 对岩石起减硬效应，即冲洗液中含某些盐时，对 一些岩石能降低其硬度，有利于钻头碎岩。
6. 输送岩矿芯至地表 反循环连续取芯钻进利用冲洗液的循环，将钻头钻取 的岩矿芯连续不断地通过钻杆内孔输送出地表。
• •
• •
4. 保护孔壁
• • 复杂地层：松散、破碎、坍塌、遇水膨胀等岩层； 维护孔壁的影响因素：冲洗液类型、冲洗液的性能参数、在环空中 的流态。 矿化度高的聚合物泥浆，具有较好的抑制孔壁的效应，特别是含钾 的聚合物泥浆。 油基泥浆具有最强的抑制孔壁的能力。 冲洗液的性能参数包括比重、流变参数（粘度与切力）和失水特性， 它们影响到钻孔和地层间的压力平衡、抽漏和压裂地层、岩层的膨 胀、分散和垮塌等孔壁不稳定问题。 复杂地层钻进时，维护孔壁是能否持续钻进的关键。
•
一. 清水
• • • 清水和矿化水。 优点：冲洗孔底时易呈涡流状态，冲洗效果好，冷却能力强，比 重低，有较高的机械钻速。 缺点：在孔内循环过程中渗入地层量大，易引起地层的膨胀、分 散、坍塌和掉块；一些岩层易被冲蚀和溶解；循环停止时对孔内 岩屑无悬浮能力。 适用：一般用于地层压力不大的稳定和非冲蚀性岩层中。如大部 分完整的岩浆岩和变质岩中。在取水容易的地区用于部分漏失和 完全漏失的稳定岩层中。
2. 冷ห้องสมุดไป่ตู้钻头
• • • • 钻头与岩石摩擦会产生大量的热； 小口径金刚石钻进，由于转速高：烧钻。 冷却钻头的效果，取决于单位时间流经孔底的冲洗液量 和冲洗介质的热容量和粘度。 水的粘度低，热容量大，冷却能力强。空气的粘度低， 热容量小，需要较大的流量，才能有效地冷却钻头。泥 浆的粘度大，流速低，冷却能力不如清水。
抗外界干扰，性能稳定
• • •
防止盐侵、钙侵、粘土侵、水泥侵和温度升高。 不妨碍或有利于取芯、防斜、测井等工作 不污染矿石品质，不损害油气水层。在孔壁上形成的泥皮要薄而 韧，电阻率适当，以利于电测井工作。
不腐蚀钻具和地面的循环设备；无毒无污染 成本低，原料来源广泛 废弃的泥浆应易于处理
•
• • •
3. 润滑钻具和钻头
• 润滑不良时，钻具与孔壁因强烈摩擦而产生高温，引起钻具的磨损。 而且回转钻具消耗的功率很大。同时，因不均衡的回转引起钻具强 烈振动，造成钻具的磨损和钻头的损坏。 良好的润滑对提高钻头的寿命及牙轮轴承的寿命。 冲洗液的润滑效果，取决于在钻具和孔壁岩石表面形成的润滑膜的 强度。 润滑膜的强度取决于使用的冲洗液类型和往冲洗液中添加的添加剂 的种类和数量。 乳状液，表面活性剂溶液，乳化泥浆和油基泥浆的润滑性能远高于 空气、清水和普通的水基泥浆。表面活性剂的添加，可提高冲洗液 的润滑性能。
1. 清洗孔底，携带和悬浮岩屑
• • • • • • • • 冲洗液清洗孔底和携带岩屑的能力，决定于送入孔内的冲洗液量及冲洗液 的性能指标，其次也与钻具和钻头的结构有关。 流速要求：小口径金刚石钻进，>0.8m/s(正循环时)；石油钻井，0.350.5m/s。 目前的石油钻及水井钻中趋向于降低上返速度; 冲洗液的携带和悬浮岩屑的能力--切力和粘度； 有效携带岩屑的前提下可降低冲洗液的上返速度。 泥浆悬浮岩屑的能力主要取决于泥浆的静切力值。 钻杆、钻铤和岩心管与孔壁的间隙大小，决定着冲洗液流通的环状断面的 大小，当泵量一定时影响着冲洗液的上返速度，影响孔内岩屑的排出； 钻头水口、水槽的尺寸和分布，影响着冲洗液从钻头唇面下及时排除岩屑 的能力。
7. 传递孔底信息 实行自动测试和控制，孔底信息可通过冲洗介质传输 至地表。
8. 其他功用 保温作用等。
• • •
冲洗液的性能应在较大范围内可调
良好的冷却散热能力和润滑性能，以延长钻头寿命和提高钻进效率；
水包油乳状液和表面活性剂溶液，除有较好的冷却能力，还有良 好的润滑作用，是小口径金刚石钻进常用的冲洗液； 泥浆应尽量降低固相含量，必要时加入专门的润滑添加剂，才能 有较好的冷却和润滑特性。
液/液分散体系——乳状液，由水和油组成的分散体系。油包水型和水包油型。 纯液体性的冲洗液——水、（淡水、海水和咸水）各种溶液和油。溶液有无机盐溶液 （如饱和盐水）和无机盐与有机高分子化合物复合溶液（无固相钻井液）。 常用的冲洗介质：空气、充气液体、稳定泡沫、泥浆和乳状液，清水和无固相钻井液。
•
• •
作用 清洁井底； 控制地下压力； 钻孔冲洗（或吹孔）是钻井过程的重要环节。冲洗的实质是 冷却和润滑钻头、钻杆和钻铤； 冲洗介质在孔内连续的或定期的循环。由于冲洗（或 起介质的作用使钻屑在地面泥浆池中沉降； 吹洗）使用的介质主要是用液体（包括充气液体和泡 在井壁上形成滤饼（使井壁与渗透层分隔开）； 沫），因此常称为冲洗液，它在孔内的循环，称为钻 防止地层坍塌； 孔冲洗。 避免损害产层的产能； 部分地帮助承担钻柱和套管的重量； 冲洗的目的 ：1.为了从孔底清除碎岩的产物——岩屑（岩 减少下套管的费用； 粉）; 防止钻杆疲劳腐蚀； 2.冷却和润滑孔底的碎岩工具和孔内钻具 有利于电测解释； 将地面水马力传输到钻头上； 3.护壁 在停止循环时悬浮岩屑和加重材料； 4.在石油钻井中维持井内压力平衡等作用。 这些所有的功能必须做到不对井队人员造成任何危险。
钻孔冲洗是钻井的三大基本工序之一，钻孔冲洗作业的优劣，在很大程 度上决定着钻井工作的快慢和优劣。掌握钻孔冲洗的基本原理和工艺 技术，是优质高产地完成钻井工作的前提。 钻孔冲洗使用多种多样的冲洗介质，特别是各种类型的泥浆。泥浆是解 决复杂地层钻进的主要手段。
钻
井
液
循
环 示 意 图
钻孔冲洗液的功用 从井中清除钻屑；