1、1探讨钻探中泥浆性能的调整【摘要】本文从介绍钻探对泥浆的要求入手，从而了解泥浆的具体要求。进而探讨泥浆的性能指标以及调整泥浆性能的基本原则。最后，在此基础上研究讨论了泥浆性能调整及应用。 【关键词】钻探；泥浆；性能；调整 中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号： 一、前言 在钻探过程中泥浆的性能对于钻进过程有着十分重要的影响。泥浆的性能必须及时调整不然就会导致钻进速度减慢甚至是井内安全事故。因此，钻探过程中必须时刻对泥浆的性能进行调整。钻探过程中泥浆性能调整也成为我们研究的重要课题。 二、钻探对泥浆的要求 1、地学研究对泥浆的要求 科学钻探中,使用的泥浆必须确保不对采取的岩心、测井数据
2、、泥浆录井数据、孔内流体分析数据等产生干扰。地学研究对泥浆的要求是: (1)确保能从所钻岩层中获得最多的信息; (2)泥浆罐中的泥浆所含的钻屑与岩粉应尽可能少; (3)与钻屑、岩粉、地层流体、可溶性气体不发生化学反应; (4)为了避免泥浆中的矿物质材料(如膨润土)污染所钻的地层,泥浆应为无固相或低固相; 2(5)泥浆应能确保地球化学对地层流体的入流位置和气体含量的探测以及对溶解于其中的正负离子与气体的半连续化学分析。 2、钻井工程技术对泥浆的要求 从技术的角度看,泥浆需具有以下基本功能与特性:(1)控制井内压力,防止井壁坍塌(泥浆密度);(2)将钻屑自井内携带至地表(粘度);(3)泥浆循环停止
3、时悬浮钻屑(静切力);(4)冷却、润滑钻头与钻杆(油和其它添加剂);(5)在井壁周围形成一层不透水的泥皮以保护井壁(泥饼强度,失水性能);(6)在地表能易于将钻屑分离(粘度/静切力);(7)抵消钻柱和套管柱的部分重力(密度);(8)对整个钻井系统和工具无损害(含砂量低、无腐蚀性);(9)耐温性好;(10)便于固相控制;(11)不污染环境;(12)抗生物降解;(13)pH 值稳定(711)。 三、泥浆的性能指标 泥浆属于塑性流体,它的物理稳定性和化学稳定性及流变性都具有塑性流体的一些基本特征。要求泥浆在使用中达到配比合理、性质稳定,不得产生离析、聚沉现象。泥浆各性能指标的合理调整配合是保证泥浆性
4、能优良的关键。 密度。泥浆的密度是指同体积泥浆与水的质量之比。泥浆密度的选择应把所钻地层的稳固况、地下水的承压情况及钻进效率综合考虑作为选择依据。因为泥浆液柱的静压力可以有效地平衡井壁侧压力、地下水出水压力,以防止孔壁坍塌和涌水,还对悬浮和携带钻渣有利。但密度过大,会造成钻速下降,泵压过高。一般在地层正常情况下,密度在1?051?15 t/m3 之间比较适宜。 3粘度。泥浆的粘度是泥浆分子之间、固相颗粒之间、液相与固相之间的内部摩擦力。泥浆粘度的选定应根据孔壁稳固情况、钻孔漏失、钻效等作综合考虑。在正常地层钻进时粘度指标一般为 1822 s。过高则易出现糊钻、岩粉不能及时沉淀,造成密度升高影响
5、钻进效率、水泵负荷增大等;过低则对携带岩粉、护壁不利,还极易冲刷破坏井壁泥皮。调整办法:应根据需要,在泥浆中加入增粘剂、降粘剂或补充新鲜优质泥浆。 失水量。失水量指泥浆中的自由水,在一定压力下单位时间内释放、渗透的量的数值。由于泥浆中存在有自由水,失水是不可避免的。但过大则易破坏井壁粘土矿物的结构形态,降低孔壁的支撑能力,同时在孔壁上形成厚而疏松的泥皮,降低护壁效果,还易出现泥皮剥落造成事故。 含沙量。是指泥浆中不能通过 200 目筛网沙子所占泥浆体积的百分数。含沙量的高低对施工安全、钻具及水泵磨损、生产效率有很大关系。含沙量过大时,可造成孔壁泥皮疏松,影响孔壁稳定。同时可使钻具、水泵的磨损加
6、剧,施工材料用量增加,还易造成断、脱钻具事故,或钻具因停泵在孔内滞留时,岩粉沉淀造成埋钻。所以,要求含沙量不能超过 3%。可通过加入 PHP 进行选择性絮凝沉淀或进行机械、人工除沙。必要时,可通过陈浆排放来降低含沙量。 四、调整泥浆性能的基本原则 处理泥浆使之改性的方法有机械、物理和化学三种。机械法如用大循环、过筛或旋流除砂器等机械方法清除泥浆中的含砂，以降低含砂量。物理法有改变泥浆中的水和粘土的配比或添加加重剂等改变泥浆性能。以上 2 种方法在一定程度上调节泥浆的某些性能，但不能有效地控制泥4浆的变化，以适应各种地层钻进时对泥浆性能的要求。在泥浆中加入化学药剂来改变泥浆的性质，调节泥浆性能的
7、方法叫做泥浆的化学处理。化学处理泥浆可以改变泥浆的内在性质。广泛地调整泥浆各处性能，以适应地层、岩性对泥浆性能的要求和防止外界因素对泥浆的污染而引起的性能破坏。因此化学处理是目前应用最多的方法，也是最具有前途的方法，在调整泥浆性能实际工作中，为达到预期的效果，必须遵守下列原则： 1、处理剂的选择根据钻进地层岩性、钻孔深度和所用泥浆的具体条件选择处理剂。所选的处理剂必须符合：效果好、加量少、成本低、配制方法容易掌握、货源广、毒性小、不污染或尽量减少环境的污染。 2、处理剂的配方和加量必须根据矿区地层岩性和所有泥浆的具体条件，通过试验来确定，决不可生搬硬套外地经验和书本条文。 3、泥浆各种性能是相
8、互联系相互影响的，一种性能的改变，可以影响其它性能的变化，所以调整泥浆几种主要性能参数时，必须注意其它性能参数的变化。 五、泥浆性能调整及应用 1、提高泥浆润滑性能 提高钻井液的润滑性能是减少钻井摩阻的重要方法之一，因此，钻井界对泥浆润滑系数一直比较重视。 （1）采用几种润滑材料改善水基泥浆的润滑性能。水基泥浆可加人多种润滑材料提高润滑性能，降低钻井摩阻。加人极压润滑剂，在钻柱与套管壁相对运动的条件下，可在两者金属表面形成低熔点压膜，减小5摩阻系数;加人聚合醇类水基润滑剂，由于其在井底温度下呈假油性特征，吸附于钻杆与井壁上，可提高泥浆的润滑性能;加入固体润滑剂石墨，可使钻杆与套管的摩擦变成石墨
9、鳞片间的摩擦;加入塑料小球，可使钻柱与井壁之间的滑动摩擦变成滚动摩擦。 （2）增大极压润滑剂的浓度。试验结果说明，加人 2%的极压润滑剂可使泥浆润滑系数大大减小;润滑剂浓度从 2%增加到 4%，泥浆润滑系数变化幅度不大，增大润滑剂的浓度可改善泥浆的润滑性能。现场试验结果说明，尽管现场泥浆已含有一定量的润滑剂，但再加人 2%的润滑剂之后，泥浆润滑系数明显减小。这说明现场泥浆中的润滑剂添加量是不够的，泥浆润滑性能可改善的余地较大。 2、提高泥浆的防卡能力 提高泥浆的防卡能力，即通过改善泥浆润滑性能来减少泥浆压差卡钻的几率，减小钻柱在井下运动过程中的粘卡阻力。粘卡阻力作为钻井摩阻的一部分，它主要产生
10、于井眼与地层压差较大、泥饼较厚的长裸眼井段，表现为地层与井筒之间的压差所引起的吸附力，以及钻柱与井壁泥饼之间的粘附力。改善泥饼表面的润滑性能、泥饼渗透率及泥浆失水量等因素，可以提高泥浆的防卡能力。 （1）采用润滑剂增强泥饼表面的润滑性。泥饼表面的润滑性与润滑剂的品种、浓度及泥浆中的固相物质含量等有直接关系。一般采用加人润滑剂的办法来增强钻杆和泥饼表面的润滑性，从而起到降低阻力的作用。加人润滑剂可大幅度降低泥浆的泥饼粘附系数，继而有效地降低钻井摩阻;在锦州 9 一 3 及歧口 17 一 2 油田的 2 种现场泥浆中，加入润滑6剂可减小泥饼粘附系数 30%以上，说明现场泥浆可改善程度较大。 （2）
11、改善泥浆的滤失性和泥饼质量。密度大的泥饼可降低井筒内外压力的传递速度，使压差力(也称为吸附力)变得更小。泥浆失水率降低，并且使泥饼变薄，使泥饼对钻柱的包角面积减小，继而减小了钻柱运动阻力，还可使井壁外的泥饼破坏后仍能快速形成致密泥饼。泥饼的致密性和泥浆的滤失量，对降低粘附扭矩或泥饼粘附系数极为有利。 3、减小岩屑床摩阻的调节手段 在大井作业中，常常由于洗井不彻底而形成岩屑床，导致扭矩异常及钻井阻力增大，尤其是起钻摩阻增大，常出现砂桥卡钻故障;另外，还导致钻井液通道变窄使泵压升高引起钻井液漏失等问题。洗井效果差所引起的各种事故屡见不鲜，如我国南海西江 24 一 3 一 A14 井，由于洗井效果不
12、好，导致严重的卡钻事故。提高井眼净化程度，保证起下钻通畅，是减少钻井摩阻的又一有效措施。 （1）调整泥浆流型，确定合适的泥浆排量。提高井眼清洗效率，涉及泥浆水力学问题、泥浆流变性问题，以及钻头倒划眼、高速转动钻柱及定点多次循环等措施。影响岩屑运移的因素包括钻井液流型、环空返速、钻井液密度、环空中的岩屑尺寸、钻杆居中度及钻杆尺寸等。 （2）提高泥浆在低剪切速率下的流变性能。提高钻井液在低剪切速率下的流变性能，有利于清洁井眼。大井钻井经验表明，在低剪切速率下，泥浆粘度读数较高的钻井液能够明显减小岩屑的垂沉现象，大大改善井眼清洁状况。应严格控制泥浆的粘度，保证泥浆对岩屑的悬浮能力。7六、结束语 总之，在探讨钻探中泥浆性能的调整中以上各方面都应该注意。只有做好各方面的工作，才能发挥泥浆最好的性能。相信只要我们不断努力研究，泥浆的性能一定会有大幅度的提高。 参考文献 1沈伟.钻井泥浆性能改进技术研究与实践J. 中国海上油气， 2008. 2胡卫平.浅谈钻探施工中泥浆的使用J.中州煤炭，2012. 3孙长青.钻探中泥浆性能的调整J. 煤炭技术，2011. 4杨干生.科学钻探泥浆性能要求与分析J.探矿工程 2011.
