钻井液使用与维护

钻井液的功用
钻井液的功用
1、携带和悬浮岩屑,清洗井底，保持井眼清洁 钻井液首要和最基本的功用，就是通过其本身的循环，将井
底被钻头破碎的岩屑携至地面，以保持井眼清洁使起下钻畅通 无阻，并保证钻头在井底始终接触和破碎新地层，不造成重复 切削，保证安全、快速钻进。
钻井液的功用
2、稳定井壁和平衡地层压力，防止井下事故发生
井壁稳定、井眼规则是实现安全、优质、快速钻井的基本条件。性能良 好的钻井液应能借助液相的滤失作用，在井壁上形成一层薄而韧的泥饼，以 稳固已钻开的地层并阻止液相侵入地层，减弱泥页岩水化膨胀和分散的程度。 与此同时，在钻进过程中需通过不断调节钻井液密度，使液柱压力能够平衡 地层压力，从而防止井塌和井喷等井下复杂情况的发生。
钻井液的概念
●钻井液（Drilling Fluids） 是指油气钻井过程中以其多种功 能满足钻井工作需要的各种循环 流体的总称。钻井液又称作钻井 泥浆（Drilling Muds），或简称 为泥浆（Muds）。它是石油钻井 的“血液”。
钻井液的概念
●钻井液的循环通过泥浆泵来维持。从泥浆泵排除的高压钻 井液经地面高压管汇﹑立管﹑水龙带﹑水龙头﹑方钻杆﹑钻杆 ﹑钻铤到钻头，从钻头喷嘴喷出。再沿钻柱与井壁（或套管） 形成的环形空间向上流动，到达地面后经排出管线流入泥浆 池，再经各种固控设备进行处理后进入泥浆泵循环再用。 ●钻井液流经的各种管件﹑设备构成了一整套钻井液循环系 统。
项目二：钻井液巡回路线的检查
☆严格遵守本岗位操作 规程； ☆遇到故障迅速做出反 应； ☆优良的道德品质，爱 岗敬业和创新意识。
☆了解钻井对钻井液 设备的要求； ☆会巡回检查各项点， 作好记录；进行钻井液巡回路 线检查，正确检查各项点；
☆根据要求安装钻井液设 备；
钻井液的辅助功用
控制钻具和套管 的腐蚀速率
提供所钻地层的有 关资料
支撑钻柱和套管 的部分重量
保护油气层
1、按固相含量分：
钻井液的分类
无固相 钻井液
固相含量
低固相 钻井液
2、按密度分：
钻井液的分类
加重 钻井液
密度大小
非加重 钻井液
3、按流体介质分：
钻井液的分类
水基 钻井液
气体型 钻井液
流体介质
油基钻井液的各种优良特性，又对环境污染小，尤其适用于海上钻井。
◎气体钻井液
气体型钻井流体主要适用于钻低压油气层、易漏失地层以及某些 稠油油层。其特点是密度低，钻速快，可有效保护油气层，并能有效 防止井漏等复杂情况的发生。
(1)空气或天然气钻井流体（Air/ Natural Gas Drilling Fluids） 钻井中使用干燥的空气或天 然气作为循环流体。关键是必须 有足够大的注入压力，以保证能 达到将全部钻屑从井底携至地面 的环空流速。
防塌钻井液体系。 特点: ☆在各种无机盐中，以KCl抑制粘土水化的效果最好。聚合
物处理剂的存在使该钻井液体系具有聚合物钻井液的各种优良 特性。
☆在钻遇泥页岩地层时，具有理想的防塌效果。
◎油基钻井液
定义：以油（通常使用柴油或矿物油）作为连续相的钻井液为油基钻 井液。主要以油水比在（50～80）: (50～20)油包水乳化钻井液 最为常用。
钻井液的功用
4、停止循环时悬浮环空中的钻屑 及加重材料
在接单根、起下钻或因故停止 循环时，钻井液将井内的钻屑悬浮 在钻井液中，使钻屑不会很快下沉， 防止沉砂卡钻等情况的发生。
钻井液的功用
5、给钻头传递水动力 钻井液在钻头喷嘴处以极高的流速冲击井底，从而提高了钻
井速度和破岩效率。高压喷射钻井正是利用了这一原理，即采 用高泵压钻进，使钻井液所形成的高速射流对井底产生强大的 冲击力，从而显著地提高钻速。
☆理解钻井液工岗位职责。
素质目标
能力目标
知识目标
项目二：钻井液巡回路线的检查
学习任务 ☆能够进行钻井液巡回路线的检查，正确检查各项工作点的内 容并做好记录 ☆会安装钻井液设备 ☆会叙述钻井液工岗位职责
任务一 钻井液工岗位职责和HSE要求
（一）安全生产和劳动保护 1．安全生产 安全生产是企业管理中的一个基本原则，其含义是在生产过 程中保障人身安全和设备安全。 也就是说，既要消除危害人身安全与健康的一切有害因素， 也要消除损坏设备、产品或原料的一切危害因素，保障生产的 正常进行。
◎气体钻井液
(2)雾状钻井流体(Mist Gas Drilling Fluids) 将少量液体分散在空气介质中所形成的雾状流体。是空气钻井流
体和泡沫钻井流体之间的一种过渡形式。 (3)泡沫钻井流体(Foam Drilling )
将气体介质（一般为空气） 分散在液体中，并添加适量发泡 剂和稳定剂形成的分散体系。 (4)充气钻井液(Aerated Drilling )
钻井工程对钻井液性能的要求
3．要求钻井液保护油气层 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．保护环境和生态 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。
为了降低钻井液密度，将气 体（一般为空气）均匀地分散在 钻井液中而形成的。混入的气体 越多，钻井液密度越低。
◎保护油气层钻井液
在储层中钻进时使用的一类钻井液。该类钻井液不仅能满足钻井 工程和地质的要求，而且应能满足保护油气层的需要。
比如，钻井液密度和流变参数应调整至合理范围，滤失量应尽可 能低，选用的处理剂应与油气层相配伍，应选用合适的暂堵剂。
2．要保持井眼的稳定 钻穿的地层要用钻井液的压力柱与地层压力取得平衡，要求钻井 液密度稳定；钻开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。钻井液还要有克服不稳定地层的性能，例如泥 页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。
（一）安全生产和劳动保护
石油工业安全生产的基本原则主要包括： （1）安全第一，预防为主； （2）管生产必须管安全； （3）安全具有否决权； （4）企业行政负责人是安全生产的第一责任者。
（一）安全生产和劳动保护
2、劳动保护 钻井液工在生产劳动中，存在的危害因素主要有：因电气设备漏 电、不安全用电、违规用电等带来的危害；高空落物伤害；钻井液处 理剂的腐蚀及毒性危害等。 为了真正实现安全生产，确保人身安全与健康及生产设备始终处 于安全状态，工作在生产一线的钻井液工，必须严格遵守各项规章制 度、严格按照操作规程作业、严格履行岗位职责和HSE要求。
☆查阅资料，分析问题 和解决问题的能力。
☆能够识别钻井液 ； ☆能够叙述钻井液的概 念、分类和组成； ☆根据钻井液的循环系 统分析其作用。
素质目标
☆能够识别钻井液；
☆会叙述钻井液的概 念、类型和组成；
☆会叙述钻井液在钻 井中的作用。
能力目标
知识目标
项目一：钻井液的认识
学习任务 ☆掌握钻井液的概念 ☆通过钻井液巡回路线能够分析钻井液的功用 ☆掌握钻井液的分类和组成
钻井工程对钻井液性能的要求
钻井液是钻井的“血液”，在钻井作业中起着非常重要的作用。 因此对钻井液要求很高，主要有四个方面：
1．钻井循环的要求 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）。
钻井工程对钻井液性能的要求
制而成的水基钻井液。 特点: ☆可容纳较多的固相，适合于配制较高密度的钻井液； ☆容易在井壁上形成较致密的泥饼，失水较低； ☆某些分散钻井液具有较强的抗温能力，适合于深井和超深
井使用。
◎水基钻井液
2、钙处理钻井液 定义： 体系主要由含Ca2+（含两个正电荷的钙离子）的无机絮凝剂、
降粘剂和降滤失剂组成。 特点: ☆抗盐、钙污染的能力强； ☆抑制粘土的水化分散作用，控制页岩坍塌和井径扩大，减
（二）钻井液工岗位责任制与HSE要求
2. 钻井液工岗位职责
(1) 负责本班钻井液管理。深井每半小时、浅井40分钟测量一次 密度和粘度（特殊情况下适当加密测量次数）。每班做一次全套性能 测量，进入2500m以后每班做两次全套性能测量和一次加温性能测量； 如果钻井液进行加药处理，处理前后要各测一次全套性能，做好记录 并收集保管本班所有原始记录和数据资料。
《钻井液的配制与处理》
石油工程系石油工程教研室——郏志刚
情境一钻井液的现场维护 情境二钻井液的配制 情境三常规性能的测量与调整 情境四固控设备的使用与维护 情境五复杂情况下钻井液的选择 情境六非常规井钻井液使用与维护
学习情境一 钻井液的现场维护
项目一：钻井液的认识
☆严格遵守本岗位操作 规程；
☆遇到故障迅速做出反 应；
油基 钻井液
合成基 钻井液
钻井液的综合分类
水基钻井液的分类
分散钻井液（Dispersed Drilling Fluids）
水
钙处理钻井液（Calcium-treated Drilling
基
Fluids）
钻
井 液
盐水钻井液（Saltwater Drilling Fluids）
的
分
聚合物钻井液（Polymer Drilling Fluids）
类
钾基聚合物钻井液（Potassium-based Polymer Drilling Fluids）
钻井液的组成
☆水基钻井液——是由膨润土（Bentonite）、水（或盐水）、各 种处理剂、加重材料以及钻屑所组成的多相分散体系 。
钻井液的组成
☆油基钻井液——是以水滴为分散相，油为连续相，并添加适量 乳化剂、润湿剂、亲油的固体处理剂（有机土、氧化沥青等）、石灰 和加重材料等所形成的乳状液体系。
特点: ☆各种固相颗粒可以保持在较粗的范围内； ☆钻屑不易分散成细微颗粒。 优点: ☆钻井液密度和固相含量低，钻速高，地层损害小 ☆剪切稀释特性强 ☆聚合物处理剂有较强的包被和抑制分散的作用，有利于抑制地 层造浆和保持井壁稳定。
◎水基钻井液
5、甲基聚合物钻井液 定义:以各种聚合物的钾（或铵、钙）盐和KCl为主处理剂的
特点: ➀ 抗高温； ➁ 有很强的抑制性； ➂ 有很强的抗盐、钙的污染能力； ④ 润滑性好； ⑤ 能有效地减轻对油气层的伤害； ⑥ 成本较高、配制工艺复杂、污染环境。
◎合成钻井液
定义：以合成的有机化合物作为连续相，盐水作为分散相，含有乳化 剂、降滤失剂、流型改进剂的一类新型钻井液。
特点： 用无毒且能够生物降解的非水溶性有机物取代了柴油，既保持了
少对油气层的损害。
◎水基钻井液
3、盐水钻井液 定义： 用盐水或海水配制而成。含盐量从1％（Cl-为6000mg/l)直至
饱和(Cl-为189,000mg/l)之前。 特点： 对粘土水化有较强的抑制作用。
◎水基钻井液
4、聚合物钻井液
定义:以某些具有絮凝和包被作用的高分子聚合物作为主处理剂的 水基钻井液体系。
（二）钻井液工岗位责任制与HSE要求
1. 钻井液大班岗位职责
(1) 负责钻井液性能优质稳定，确保各项性能符合设计要求。 (2) 负责对本井钻井液材料计划的提出和送井材料的妥善保管， 合理使用。 (3) 负责对本井钻井液大处理的方案制定、技术指导和组织工作。 (4) 负责全井原始记录的保管、数据资料的收集汇报，及时写出 完井总结。 (5) 负责对小班钻井液工的管理和工作安排，帮助解决现场钻井 液存在的技术难题。 (6) 负责固控设备管理机配件报领和储备。
1-柴油，体积分数0.54； 2-CaCL2 或NaCL，体积分 数0.04； 3-水，体积分数0.30；4-低 密度固体（粘土、钻屑、不 溶性添加剂等），体积分数 0.03；5-高密度固体，体积 分数0.09。
◎水基钻井液
1、分散钻井液 定义： 用淡水、膨润土和各种对粘土与钻屑起分散作用的处理剂配
钻井液的功用
3、冷却和润滑钻头﹑钻具
在钻进中钻头一直在旋转破碎岩层，产生很多热量，同时钻具也不断地 与井壁摩擦而产生热量。钻井液通过不断地循环作用，将这些热量及时吸收， 然后带到地面释放到大气中，从而起到了冷却钻头、钻具并延长其使用寿命 的作用。钻井液的存在使钻头和钻具均在液体内旋转，因此在很大程度上降 低了摩擦阻力，起到了很好的润滑作用。