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1、第 六 講 鉆 孔 沖 洗 介 質(zhì) 第 一 節(jié) 概 述一 、 鉆 孔 沖 洗 介 質(zhì) 的 功 用鉆 孔 中 的 沖 洗 介 質(zhì) 又 稱 鉆 探 的 “ 血 液 ” 。 一 旦 鉆 孔 中 沖洗 介 質(zhì) 停 止 循 環(huán) ， 或 者 選 擇 不 當(dāng) 時(shí) ， 就 會 發(fā) 生 燒 鉆 ， 鉆 進(jìn) 時(shí)破 碎 的 巖 粉 不 能 及 時(shí) 排 出 孔 外 ， 甚 至 不 能 進(jìn) 尺 。 同 時(shí) 還 會 發(fā)生 孔 壁 坍 塌 夾 埋 鉆 具 等 一 系 列 孔 內(nèi) 事 故 。因 此 ， 正 確 選 擇 和 合 理 使 用 沖 洗 介 質(zhì) 是 提 高 鉆 探 效 率 和降 低 鉆 探 成 本 的 必 要 手 段

2、 。 鉆 孔 沖 洗 介 質(zhì) 的 主 要 功 用 有 ：1 冷 卻 鉆 頭 鉆 頭 在 破 碎 孔 底 巖 石 時(shí) ， 因 磨 擦 而 產(chǎn) 生 大 量 的 熱 ， 如 不 及時(shí) 冷 卻 ， 會 使 切 削 具 很 快 摩 損 ， 降 低 破 碎 巖 石 的 效 率 ， 甚 至 會發(fā) 生 燒 鉆 事 故 。2 清 洗 孔 底 把 破 碎 的 巖 粉 及 時(shí) 的 排 出 孔 外 ， 以 防 巖 粉 在 孔 底 堆 積 產(chǎn) 生重 復(fù) 破 碎 ， 增 加 鉆 頭 、 鉆 具 的 磨 損 ， 影 響 鉆 頭 的 壽 命 和 鉆 進(jìn) 效率 。 故 要 求 沖 洗 介 質(zhì) 具 有 較 大 的 輸 送 及 懸

3、 浮 巖 粉 的 能 力 。 3 保 護(hù) 孔 壁 在 鉆 進(jìn) 中 ， 由 于 破 壞 了 巖 層 的 平 衡 狀 態(tài) ， 如 果 巖 層 本 身穩(wěn) 定 性 差 ， 易 發(fā) 生 變 形 甚 至 坍 塌 。 因 此 ， 沖 洗 介 質(zhì) 應(yīng) 具 有 一定 的 比 重 以 平 衡 地 層 的 壓 力 。 同 時(shí) 還 要 求 沖 洗 介 質(zhì) 具 有 造 壁性 能 ， 能 在 孔 壁 上 形 成 一 層 薄 而 致 密 的 泥 皮 ， 以 保 護(hù) 孔 壁 。4 潤 滑 鉆 具 由 于 鉆 具 在 孔 內(nèi) 回 轉(zhuǎn) 速 度 大 ， 阻 力 也 大 。 故 要 求 沖 洗 液在 鉆 具 上 形 成 一 層 潤

4、滑 層 ， 減 少 功 率 的 損 耗 、 鉆 具 的 磨 損 ，提 高 鉆 具 的 使 用 壽 命 。 5 其 他 功 能隨 著 鉆 探 技 術(shù) 的 發(fā) 展 ， 沖 洗 液 還 可 以 起 到 以 下 功 能（ 1） 破 碎 孔 底 巖 石 ,它 又 包 括 ：A.直 接 破 碎 巖 石 ， 如 石 油 鉆 井 總 的 高 壓 噴 射 鉆 井 ， 液 力切 割 巖 石 ；b.驅(qū) 動 孔 底 動 力 機(jī) 帶 動 鉆 頭 破 碎 巖 石 ， 如 液 力 沖 擊 鉆 進(jìn) ；c.對 巖 石 起 減 硬 效 應(yīng) ， 即 沖 洗 液 中 含 有 某 些 鹽 時(shí) ， 對 一些 巖 石 能 降 低 其 硬

5、度 ， 有 利 于 鉆 頭 破 碎 巖 石 。 （ 2） 輸 送 巖 礦 心 至 地 表 ， 反 循 環(huán) 連 續(xù) 取 心 鉆 進(jìn) 利 用 沖 洗 液的 循 環(huán) ， 將 鉆 頭 鉆 取 的 巖 礦 心 連 續(xù) 不 斷 的 通 過 鉆 桿 內(nèi) 孔 輸送 出 地 表 。（ 3） 傳 遞 孔 底 信 息 ， 實(shí) 行 自 動 測 試 和 控 制 ， 孔 底 信 息 可 通過 沖 洗 介 質(zhì) 傳 輸 到 地 表 。 二 、 沖 洗 介 質(zhì) 的 類 型 及 適 用 條 件目 前 鉆 探 中 常 用 的 沖 洗 介 質(zhì) 類 型 有 ：1 清 水 清 水 粘 度 小 ， 因 此 鉆 具 回 轉(zhuǎn) 和 水 泵 工

6、作 阻 力 小 ； 液 柱 壓力 對 阻 礙 孔 底 巖 石 破 碎 的 影 響 小 ， 故 鉆 進(jìn) 效 率 比 用 泥 漿 時(shí) 高 ；清 水 中 巖 粉 容 易 凈 化 ， 對 鉆 具 和 水 泵 的 磨 損 小 ； 此 外 清 水 洗孔 成 本 低 ， 操 作 方 便 ， 機(jī) 場 清 潔 。 因 此 ， 在 穩(wěn) 固 的 巖 層 和 鉆 孔 深 度 不 大 的 漏 失 地 區(qū) （ 當(dāng) 水源 豐 富 時(shí) ） 應(yīng) 盡 量 采 用 清 水 作 為 鉆 孔 沖 洗 介 質(zhì) 。 2 泥 漿 泥 漿 是 由 優(yōu) 質(zhì) 粘 土 與 水 混 合 后 （ 根 據(jù) 不 同 的 地 層 需 要加 入 一 定 數(shù) 量

7、 的 有 機(jī) 或 無 機(jī) 化 學(xué) 處 理 劑 ， 以 改 善 泥 漿 的 性能 ） 所 形 成 的 一 種 膠 體 懸 浮 液 。 在 復(fù) 雜 地 層 鉆 進(jìn) 時(shí) 多 采 用 這 類 沖 洗 液 沖 洗 鉆 頭 。 通 過對 泥 漿 性 能 的 調(diào) 整 ， 能 有 效 地 對 付 涌 水 、 井 噴 、 部 分 漏 失 、鉆 孔 縮 徑 、 坍 塌 掉 塊 等 許 多 復(fù) 雜 情 況 。 3 乳 化 液 這 類 沖 洗 液 的 基 本 組 成 成 分 為 油 （ 機(jī) 油 或 重 柴 油 ）和 乳 化 劑 （ 即 表 面 活 性 劑 和 水 ） 通 過 強(qiáng) 力 攪 拌 配 成 。乳 化 液 具

8、有 良 好 的 潤 滑 、 冷 卻 、 排 粉 、 減 振 等 性 能 。 4 空 氣 采 用 壓 縮 空 氣 或 高 壓 天 然 氣 沖 洗 鉆 孔 ， 國 內(nèi) 外 在 石 油 鉆井 中 應(yīng) 用 較 多 ， 近 年 來 在 巖 芯 鉆 探 中 也 開 始 采 用 。 由 于 空 氣 的 比 重 小 ， 流 速 快 ， 有 利 于 孔 底 清 潔 和 提 高 鉆速 。 特 別 是 在 干 旱 缺 水 地 區(qū) 具 有 重 要 的 經(jīng) 濟(jì) 意 義 。 純 空 氣 鉆 進(jìn) 只 適 用 于 干 燥 地 層 。 在 潮 濕 地 層 易 泥 包 粘 卡鉆 具 。 如 果 將 高 壓 空 氣 中 混 入 一

9、 定 比 例 的 發(fā) 泡 溶 液 形 成 空 氣泡 沫 ， 空 氣 泡 沫 能 適 用 于 含 水 地 層 。 5.無 固 相 沖 洗 液無 固 相 沖 洗 液 是 含 有 無 機(jī) 鹽 和 有 機(jī) 高 分 子 （ 或 聚 合 物 ）的 溶 液 ， 它 與 泥 漿 相 比 ， 因 不 含 固 相 ， 比 重 低 ， 因 而 有 較 高的 鉆 進(jìn) 速 度 。 它 的 性 能 也 可 在 一 定 的 范 圍 內(nèi) 調(diào) 節(jié) ， 因 而 與 清 水 相 比 有叫 好 的 攜 帶 巖 屑 和 懸 浮 巖 屑 的 能 力 。 它 可 在 孔 壁 上 形 成 薄 膜而 起 保 護(hù) 孔 壁 的 作 用 。 由 于

10、 這 些 特 點(diǎn) ， 隨 著 各 種 聚 合 物 的 發(fā)展 ， 無 固 相 沖 洗 液 在 鉆 探 中 得 到 愈 來 愈 廣 泛 的 應(yīng) 用 。 第 二 節(jié) 鉆 探 泥 漿一 、 概 述（ 一 ） 泥 漿 的 組 成 泥 漿 是 粘 土 在 水 中 均 勻 混 合 后 ， 形 成 的 一 種 膠 體懸 浮 液 。 粘 土 在 水 中 混 合 后 ， 粘 土 中 放 出 的 離 子 與 水中 放 出 的 離 子 進(jìn) 行 交 換 ， 使 粘 土 顆 粒 帶 電 。 由 于 電 荷的 作 用 使 粘 土 顆 粒 吸 附 水 ， 粘 土 顆 粒 表 面 形 成 一 層 水化 膜 。 這 種 作 用

11、叫 水 化 作 用 。 由 于 造 漿 粘 土 片 狀 的 顆 粒 的 邊 角 部 分 水 化膜 較 薄 ， 易 互 相 粘 連 ， 使 粘 土 顆 粒 連 結(jié) 在 一 起形 成 連 續(xù) 的 網(wǎng) 狀 結(jié) 構(gòu) ， 如 圖 2-3-4所 示 。 自 由水 被 包 圍 在 網(wǎng) 狀 結(jié) 構(gòu) 內(nèi) 。這 種 網(wǎng) 狀 結(jié) 構(gòu) 的 形 成 ， 使 泥 漿 具 備 了 粘 度 、切 力 、 比 重 和 阻 止 泥 漿 向 孔 壁 失 水 等 一 系 列 性能 。 且 這 些 性 能 可 通 過 處 理 劑 進(jìn) 行 調(diào) 整 ， 以 達(dá)到 在 各 地 層 鉆 進(jìn) 時(shí) 對 泥 漿 性 能 的 要 求 。 （ 二 ）

12、泥 漿 的 類 型目 前 鉆 探 中 使 用 的 泥 漿 類 型 有 ： 水 基 泥 漿 、 低 固 相 泥 漿 、混 油 泥 漿 、 充 氣 泥 漿 。1 水 基 泥 漿以 水 為 分 散 介 質(zhì) 組 成 的 泥 漿 。 其 主 要 組 成 是 粘 土 、 水 和化 學(xué) 處 理 劑 。 其 中 粘 土 為 分 散 相 ， 水 為 分 散 介 質(zhì) 。 水 基 泥 漿是 鉆 探 中 使 用 最 久 ， 應(yīng) 用 廣 泛 的 一 種 泥 漿 。屬 于 這 種 類 型 的 泥 漿 有 ： （ 1） 淡 水 泥 漿 ： （ 2） 鹽 水泥 漿 ： （ 3） 鈣 處 理 泥 漿 （ 1） 淡 水 泥 漿淡

13、 水 泥 漿 的 使 用 最 早 ， 又 稱 為 細(xì) 分 散 泥 漿 。 它 是 用粘 土 、 淡 水 和 一 般 處 理 劑 組 成 。 其 含 鹽 量 （ NaCl） 1%，含 鈣 量 （ Ca2+） 120ppm。淡 水 泥 漿 的 特 點(diǎn) 是 固 相 （ 粘 土 ） 含 量 高 且 高 度 分 散于 水 中 。 通 過 高 含 量 粘 土 的 分 散 程 度 來 調(diào) 整 泥 漿 的 各 種性 能 ， 以 滿 足 地 層 的 要 求 。 （ 2） 鹽 水 泥 漿用 氯 化 鈉 （ NaCl） 1%的 鹽 水 和 粘 土 配 制 的 泥 漿 稱 為 鹽水 泥 漿 ， 其 含 鹽 量 多 少

14、 視 地 層 而 定 。 如 在 鹽 層 中 鉆 進(jìn) 時(shí) ， 需用 含 鹽 量 達(dá) 到 飽 和 狀 態(tài) 的 飽 和 鹽 水 泥 漿 。 使 用 中 還 要 在 泥 漿中 加 入 某 些 有 機(jī) 處 理 劑 ， 以 達(dá) 到 泥 漿 的 某 些 性 能 要 求 。（ 3） 鈣 處 理 泥 漿鈣 處 理 泥 漿 是 在 淡 水 泥 漿 中 加 入 絮 凝 劑 （ 如 石 灰 、 石 膏 、氯 化 鈣 ） 配 制 而 成 的 。 并 用 稀 釋 和 降 失 水 劑 來 調(diào) 整 其 性 能 。其 主 要 用 于 抑 制 鉆 進(jìn) 地 層 的 吸 水 膨 脹 ， 防 止 鉆 孔 縮 徑 。 2 低 固 相

15、泥 漿凡 粘 土 含 量 （ 重 量 計(jì) ） 10%（ 如 以 體 積 計(jì) ， 小 于 36%）的 泥 漿 ， 稱 為 低 固 相 泥 漿 。這 種 泥 漿 比 重 小 ， 流 動 性 好 ， 護(hù) 壁 性 能 好 ， 并 有 利 于 提高 機(jī) 械 鉆 速 。 常 用 于 松 散 坍 塌 地 層 、 溶 脹 性 地 層 和 水 敏 性 地層 。 3 混 油 泥 漿在 上 述 各 種 泥 漿 中 ， 按 照 需 要 加 入 若 干 數(shù) 量 的 柴 油 或 原油 ， 形 成 水 包 油 型 （ 即 O/W型 ） 混 油 乳 化 泥 漿 。 這 種 泥 漿 的流 動 性 好 、 潤 滑 性 好 ， 摩

16、 擦 系 數(shù) 低 。4 充 氣 泥 漿充 氣 泥 漿 是 在 原 泥 漿 的 基 礎(chǔ) 上 ， 加 入 一 定 數(shù) 量 的 發(fā) 泡 劑 ，并 對 泥 漿 充 氣 。 充 氣 后 泥 漿 內(nèi) 含 有 細(xì) 小 的 泡 沫 ， 使 泥 漿 的 比重 降 低 到 0.60.95。 由 于 泥 漿 的 比 重 低 ， 在 漏 失 地 層 鉆 進(jìn) 具有 良 好 的 效 果 。 （ 此 外 ， 石 油 鉆 井 還 常 用 油 基 泥 漿 。 ） 第 三 章 鉆 井 液 性 能 及 測 試工 程 學(xué) 院竇 斌 博 士 、 教 授2010年 7月 鉆 井 液 的 性 能 是 鉆 井 液 的 組 成 以 及 其 各

17、 組 分 間 相 互 物 理化 學(xué) 作 用 的 宏 觀 反 映 ， 它 是 反 映 鉆 井 液 質(zhì) 量 的 具 體 參 數(shù) 。鉆 井 液 性 能 及 其 變 化 ， 直 接 影 響 著 機(jī) 械 鉆 速 、 鉆 頭 壽 命 、孔 壁 穩(wěn) 定 、 孔 內(nèi) 凈 化 和 預(yù) 防 孔 內(nèi) 問 題 等 一 系 列 鉆 井 工 藝 問 題 。鉆 井 液 的 主 要 性 能 有 鉆 井 液 的 比 重 、 固 相 含 量 、 鉆 井 液的 流 變 特 性 （ 粘 度 和 切 力 ） 、 鉆 井 液 的 濾 失 性 能 （ 鉆 井 液 的失 水 量 和 泥 餅 厚 度 ） 、 以 及 鉆 井 液 的 含 砂 量 、 潤 滑 性 、 膠 體率 和 pH 值 等 。