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1、钻 井 液 （ drilling fluid）钻 井 液 是 钻 探 过 程 中 ， 孔 内 使 用 的 循 环 冲 洗 介 质 。 钻 井 液 是 钻 井 的 血 液 ， 又 称 钻孔 冲 洗 液 。 钻 井 液 按 组 成 成 分 可 分 为 清 水 、 泥 浆 、 无 粘 土 相 冲 洗 液 、 乳 状 液 、 泡 沫 和压 缩 空 气 等 。 清 水 是 使 用 最 早 的 钻 井 液 ， 无 需 处 理 ， 使 用 方 便 ， 适 用 于 完 整 岩 层 和 水 源充 足 的 地 区 。 泥 浆 是 广 泛 使 用 的 钻 井 液 ， 主 要 适 用 于 松 散 、 裂 隙 发 育
2、、 易 坍 塌 掉 块 、 遇水 膨 胀 剥 落 等 孔 壁 不 稳 定 岩 层 。旋 转 钻 井 初 期 ， 钻 井 液 的 主 要 作 用 是 把 岩 屑 从 井 底 携 带 至 地 面 。 目 前 ， 钻 井 液 被 公认 为 至 少 有 以 下 十 种 作 用 ：（ 1） 清 洁 井 底 ， 携 带 岩 屑 。 保 持 井 底 清 洁 ， 避 免 钻 头 重 复 切 削 ， 减 少 磨 损 ， 提高 效 率 。（ 2） 冷 却 和 润 滑 钻 头 及 钻 柱 。 降 低 钻 头 温 度 ， 减 少 钻 具 磨 损 ， 提 高 钻 具 的 使 用寿 命 。（ 3） 平 衡 井 壁 岩 石
3、 侧 压 力 ， 在 井 壁 形 成 滤 饼 ， 封 闭 和 稳 定 井 壁 。 防 止 对 油 气 层的 污 染 和 井 壁 坍 塌 。（ 4） 平 衡 （ 控 制 ） 地 层 压 力 。 防 止 井 喷 ， 井 漏 ， 防 止 地 层 流 体 对 钻 井 液 的 污 染 。（ 5） 悬 浮 岩 屑 和 加 重 剂 。 降 低 岩 屑 沉 降 速 度 ， 避 免 沉 沙 卡 钻 。（ 6） 在 地 面 能 沉 除 砂 子 和 岩 屑 。（ 7） 有 效 传 递 水 力 功 率 。 传 递 井 下 动 力 钻 具 所 需 动 力 和 钻 头 水 力 功 率 。（ 8） 承 受 钻 杆 和 套
4、管 的 部 分 重 力 。 钻 井 液 对 钻 具 和 套 管 的 浮 力 ， 可 减 小 起 下 钻时 起 升 系 统 的 载 荷 。（ 9） 提 供 所 钻 地 层 的 大 量 资 料 。 利 用 钻 井 液 可 进 行 电 法 测 井 ， 岩 屑 录 井 等 获 取井 下 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 。 钻 井 液 的 运 用 历 史很 久 以 前 ， 人 们 钻 井 通 常 是 为 了 寻 找 水 源 ， 而 不 是 石 油 。 实 际 上 ， 他 们 偶
5、 然 间 发 现石 油 时 很 懊 恼 ， 因 为 它 把 水 污 染 了 ！ 最 初 ， 钻 井 是 为 了 获 得 淡 水 和 海 水 ， 前 者 用 于 饮 用 、洗 涤 和 灌 溉 ； 后 者 用 作 制 盐 的 原 料 。 直 到 19 世 纪 早 期 ， 由 于 工 业 化 增 加 了 对 石 油 产品 的 需 求 ， 钻 井 采 油 才 逐 渐 普 及 。有 记 载 的 最 早 的 钻 井 要 追 溯 到 公 元 前 三 世 纪 的 中 国 。 他 们 使 用 一 种 叫 做 绳 式 顿 钻 钻井 的 技 术 ， 实 现 方 式 是 先 使 巨 大 的 金 属 钻 具 下 落 ，
6、 然 后 用 一 种 管 状 容 器 收 集 岩 石 的 碎 片 。中 国 人 在 这 项 技 术 上 比 较 领 先 ， 中 国 也 被 公 认 为 是 第 一 个 在 钻 探 过 程 中 有 意 使 用 流 体 的国 家 。 此 处 所 讲 的 流 体 是 指 水 。 它 能 软 化 岩 石 ， 从 而 使 钻 具 更 容 易 穿 透 岩 石 ， 同 时 有 助于 清 除 被 称 作 钻 屑 的 岩 石 碎 片 。 （ 从 钻 孔 中 清 除 钻 屑 这 一 点 非 常 重 要 ， 因 为 只 有 这 样 ，钻 头 才 能 没 有 阻 碍 地 继 续 深 钻 。 ） 1833 年 ， 一
7、位 名 叫 弗 劳 威 勒 (Flauville) 的 法 国 工 程 师 有 一 次 观 察 绳 式 顿 钻 钻 井作 业 。 作 业 进 行 中 ， 钻 井 设 备 钻 出 了 水 。 这 时 他 意 识 到 喷 出 的 水 对 把 钻 屑 从 井 中 提 出 会非 常 有 效 。 使 用 流 动 的 液 体 从 钻 孔 中 清 除 钻 屑 的 原 理 由 此 确 立 。 他 设 想 了 一 种 装 置 ， 按照 这 一 设 想 ， 泵 将 水 沿 钻 杆 的 内 侧 送 至 钻 孔 内 ， 而 当 水 经 钻 杆 和 钻 孔 壁 间 的 缝 隙 返 回 到地 表 后 ， 就 会 将 钻
8、屑 一 并 带 出 。 此 操 作 程 序 沿 用 至 今 。1900 年 ， 在 德 克 萨 斯 州 的 Spindletop 钻 探 油 井 期 间 ， 钻 井 工 人 驱 赶 一 群 牛 趟过 了 一 个 灌 满 水 的 地 坑 。 被 牛 趟 过 的 水 坑 中 就 会 形 成 泥 浆 ， 它 是 一 种 粘 稠 的 、 泥 浆 状 的水 和 泥 土 的 混 合 物 ， 钻 井 工 人 用 泵 将 它 送 入 钻 孔 中 。 钻 井 液 如 今 仍 被 称 作 泥 浆 ， 但 工 程师 们 已 不 再 只 依 赖 水 和 泥 土 作 为 钻 井 液 的 原 料 。 他 们 对 混 合
9、物 的 成 分 进 行 精 心 调 配 ， 以满 足 各 种 钻 探 条 件 下 的 具 体 需 要 。 现 代 化 的 钻 井 液 确 实 是 油 井 的 命 脉 。 今 天 如 果 没 有 它们 ， 就 不 可 能 钻 出 深 井 。旋 转 钻 探 已 基 本 上 取 代 了 绳 式 顿 钻 钻 井 。 使 用 这 种 技 术 时 ， 钻 头 位 于 旋 转 岩 管 的 末端 。 钻 探 过 程 与 使 用 手 持 式 电 钻 或 螺 丝 钻 钻 入 一 块 木 头 的 过 程 类 似 。 不 象 钻 木 头 那 样 只钻 入 几 英 寸 或 几 厘 米 ， 现 代 油 井 可 深 达 地
10、 下 几 千 英 尺 或 几 千 米 。 钻 木 时 ， 钻 屑 沿 孔 道 的螺 旋 槽 被 从 钻 孔 中 带 出 。 这 种 方 法 对 钻 浅 孔 有 效 ， 却 不 适 用 于 钻 探 深 井 。 钻 探 深 井 时 ，钻 屑 是 随 循 环 泥 浆 一 起 被 带 到 地 表 上 。 油 井 钻 得 越 深 ， 就 愈 加 体 现 出 钻 井 液 的 重 要 性 。它 的 用 途 很 广 并 可 解 决 各 种 问 题 ， 而 这 些 问 题 各 处 差 异 极 大 。 钻 井 液 的 类 型 及 组 成钻 井 液 按 分 散 介 质 （ 连 续 相 ） 可 分 为 水 基 钻 井
11、 液 、 油 基 钻 井 液 、 气 体 型 钻 井 流 体 等 。钻 井 液 主 要 由 液 相 、 固 相 和 化 学 处 理 剂 组 成 。 液 相 可 以 是 水 （ 淡 水 、 盐 水 ） 、 油（ 原 油 、 柴 油 ） 或 乳 状 液 （ 混 油 乳 化 液 和 反 相 乳 化 液 ） 。 固 相 包 括 有 用 固 相 （ 膨 润 土 、加 重 材 料 ） 和 无 用 固 相 （ 岩 石 ） 。 化 学 处 理 剂 包 括 无 机 、 有 机 及 高 分 子 化 合 物 。 水 基 钻 井 液水 基 钻 井 液 是 一 种 以 水 为 分 散 介 质 ， 以 粘 土 （ 膨 润
12、 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 液 基 本 经 历 了 五 个 阶 段 ， 即 天 然 钻 井 液 （ 1904-1921 年 ） 、 细 分 散 钻 井 液（ 1921-1946 年 ） 、 粗 分 散 钻 井 液 （ 1946-1973 年 ） 、 不 分 散 低 固 相 钻 井 液 （ 1966年 至 今 ） 、 无 固 相 钻 井 液 （ 1968 年 至 今 ） 、 聚 合 物 钻 井 液 （
13、 1978 年 至 今 ） 阶 段 等 。水 基 钻 井 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
14、（ 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 （ 如 ： 聚 阴 离 子 纤 维 素 、 羧 甲 基 纤 维 素 等 ）为 主 体 ， 配 以 降 粘 剂 ， 降 滤 失 剂 、 防 塌 剂 和 润 滑 剂 等 多 种 化 学
15、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 。 油 连 续 相 钻 井 液油 连 续 相 钻 井 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
16、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 。 它 基 本 经 历 了 原 油 钻 井 液 （ 1930 年 初 ） 、油 基 钻 井 液 、 油 包 水 （ 反 相 乳 化 ） 钻 井 液 （ 1960 年 至 今 ） 等 三 个 阶 段 。（ 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
