Question

钻孔冲洗液的功用和种类

Answer 1

(一)冲洗液的功用

钻孔冲洗液是指地质钻探过程中,以其多种功能满足地质钻探工作需要的各种循环介质的总称。冲洗液的循环是通过泥浆泵来维持的。从泥浆泵排出的高压冲洗液经过高压胶管、水龙头、主动钻杆、钻杆柱、取心筒到钻头,从钻头底部水口流出,以清洗孔底并携带岩屑,然后再沿钻杆柱与孔壁(或套管)形成的环形空间向上流动,到达地面后经循环槽、沉淀池流到泥浆池,再进入泥浆泵循环使用。冲洗液流经的各类管件、槽池、设备构成的一整套系统,称为钻孔冲洗液的循环系统。

冲洗液是地质钻探工程不可或缺的重要组成部分。随着地质勘探工作的增加和找矿区域的不断扩大,找矿区域地层的复杂程度也相应增加,钻孔也将越来越深,钻孔冲洗液在确保安全、优质、快速成孔中起着越来越重要的作用。冲洗液最基本的功用有以下几点:

1.冷却和润滑钻头、钻具

钻进过程中钻头一直在一定压力下高速旋转并破碎岩层,产生很多热量,同时钻具也不断地与孔壁摩擦而产生热量,正是通过冲洗液连续循环作用,将产生的这些热量及时地不断吸收,然后带到地面释放到大气中,才使钻头、钻具冷却,延长了其使用寿命。由于冲洗液的存在,使钻头、钻具均在液体内旋转,因此在很大程度上降低了钻具与孔壁的摩擦阻力,起到了很好的润滑作用。

2.携带和悬浮岩粉

冲洗液最基本的功用就是通过其本身的循环,将孔底被钻头破碎的岩屑携带到地面,以保持钻孔的清洁,使起下钻畅通无阻,并保证钻头在孔底始终接触和破碎新地层,不造成重复切削岩屑,保持安全快速钻进。在加单根钻杆、起下钻或因故停止冲洗液循环时,冲洗液又将孔内的岩屑悬浮在其中,让岩屑不会很快下沉,防止沉砂、卡钻、埋钻等事故的发生。

3.稳定孔壁和平衡地层压力

钻孔孔壁稳定,孔眼规则是实现安全、优质快速成孔,提高岩(矿)心采取率,防止孔斜的基本条件。性能良好的冲洗液应能借助于液相的滤失作用,在孔壁上形成一层薄而带韧性的泥皮,以稳固已钻穿的地层并阻止液相侵入孔壁地层,减弱泥页岩水化膨胀和分散的程度。与此同时,在钻进过程中还需要根据孔内情况的变化,不断调整冲洗液的密度,使液柱压力能够平衡地层压力,从而防止孔壁坍塌、冲洗液漏失或孔内涌水等复杂情况的发生。在石油钻井中,还可预防井喷等情况的发生。

4.传递液动力

在液动冲击回转钻进、射流反循环等特殊钻探方法中,通过冲洗液传递动力,可以提高钻探效率及钻探质量。目前其已被广泛应用。

其实,通过实践表明,作为一种优质冲洗液仅做到以上几点是不够的,上述几点只是其最基本的功用。现代成孔(成井)技术在油气钻井方面还要求泥浆必须与所钻遇的油气层匹配,以满足保护油气层的要求,为了满足地质要求,所使用的泥浆必须有利于测井工作,不影响对地层的评价,泥浆还应对钻探人员不发生污染,对孔内钻具及地面设备不产生腐蚀或尽可能减轻腐蚀等。

(二)钻孔冲洗液的种类

到目前为止,钻孔冲洗液按大类可分为:水基冲洗液、油基冲洗液、合成基冲洗液及含气循环介质。

水基冲洗液又可分为清水无固相冲洗液、细分散冲洗液、粗分散冲洗液、不分散低固相冲洗液等;或分为清水、低固相泥浆、聚合物泥浆、盐水泥浆等。下面,就对常用的几类冲洗液的应用范围及基本作用做简要介绍。

1.清水

钻进稳定地层时,多数时候都采用清水做钻孔冲洗液。用清水冲洗钻孔的优点是:钻进效率高,钻头冷却效果好,使用简便,劳动强度低等。所以,清水被广泛采用。

2.泥浆

泥浆是黏土分散在清水中形成的冲洗液。钻进不稳定地层或复杂地层时,无论是水敏性地层还是无胶结松散破碎地层,使用泥浆冲洗钻孔均可获得良好的护壁携砂效果。通过加入不同的泥浆处理剂,可人为调节泥浆性能,用以对付涌水、井喷、部分漏失、处理孔内事故等许多复杂情况。因此,油气井钻进几乎全部使用泥浆做冲洗液,而地质钻探钻进复杂地层时也采用泥浆做钻孔冲洗液。

3.乳状液

在稳定地层采用小口径金刚石钻进,特别是金刚石绳索取心钻进稳定地层时,为了减少钻具与孔壁之间的摩擦阻力,钻具可以高转速旋转,多用水包油型乳状液(即乳化液)做钻孔冲洗液,或采用表面活性水溶液(即润滑冲洗液)冲洗钻孔,以期获得良好的润滑效果。

4.特殊用途冲洗液

钻进盐层时使用的饱和盐水冲洗液,钻进漏失地层时采用的泡沫冲洗液,地热井钻进时使用的抗高温冲洗液等,都是特殊用途冲洗液。

5.空气

采用压缩空气清洗钻孔,有利于提高机械钻速,更适用于缺水地区及漏失地层钻进。空气钻进已在锚杆、锚索等边坡稳固,地灾治理中得到广泛应用。高压空气不但能冲洗钻孔、冷却钻具,同时还可作为启动冲击器的动力介质,传输动力。