1、第六讲 钻孔冲洗介质 第一节 概述 一、钻孔冲洗介质的功用 钻孔中的冲洗介质又称钻探的 “血液 ”。一旦钻孔中 冲洗介质停止循环，或者选择不当时，就会发生烧钻，钻进 时破碎的岩粉不能及时排出孔外，甚至不能进尺。同时还会 发生孔壁坍塌夹埋钻具等一系列孔内事故。 因此，正确选择和合理使用冲洗介质是提高钻探效 率和降低钻探成本的必要手段。 钻孔冲洗介质的主要功用有： 1冷却钻头 钻头在破碎孔底岩石时，因磨擦而产生大量的热，如不及 时冷却，会使切削具很快摩损，降低破碎岩石的效率，甚至会 发生烧钻事故。 2清洗孔底 把破碎的岩粉及时的排出孔外，以防岩粉在孔底堆积产生 重复破碎，增加钻头、钻具的磨损，影响
2、钻头的寿命和钻进效 率。故要求冲洗介质具有较大的输送及悬浮岩粉的能力。 3保护孔壁 在钻进中，由于破坏了岩层的平衡状态，如果岩层本身 稳定性差，易发生变形甚至坍塌。因此，冲洗介质应具有一 定的比重以平衡地层的压力。同时还要求冲洗介质具有造壁 性能，能在孔壁上形成一层薄而致密的泥皮，以保护孔壁。 4润滑钻具 由于钻具在孔内回转速度大，阻力也大。故要求冲洗液 在钻具上形成一层润滑层，减少功率的损耗、钻具的磨损， 提高钻具的使用寿命。 5其他功能 随着钻探技术的发展，冲洗液还可以起到以下功能 （ 1） 破碎孔底岩石 ,它又包括： A.直接破碎岩石，如石油钻井总的高压喷射钻井，液力 切割岩石； b.驱
3、动孔底动力机带动钻头破碎岩石，如液力冲击钻进 ； c.对岩石起减硬效应，即冲洗液中含有某些盐时，对一 些岩石能降低其硬度，有利于钻头破碎岩石。 （ 2）输送岩矿心至地表， 反循环连续取心钻进利用冲洗液 的循环，将钻头钻取的岩矿心连续不断的通过钻杆内孔输 送出地表。 （ 3）传递孔底信息， 实行自动测试和控制，孔底信息可通 过冲洗介质传输到地表。 二、冲洗介质的类型及适用条件 目前钻探中常用的冲洗介质类型有： 1清水 清水粘度小，因此钻具回转和水泵工作阻力小；液 柱压力对阻碍孔底岩石破碎的影响小，故钻进效率比用泥浆 时高；清水中岩粉容易净化，对钻具和水泵的磨损小；此外 清水洗孔成本低，操作方便，
4、机场清洁。 因此，在稳固的岩层和钻孔深度不大的漏失地区（ 当水源丰富时）应尽量采用清水作为钻孔冲洗介质。 2泥浆 泥浆是由优质粘土与水混合后（根据不同的地层需要 加入一定数量的有机或无机化学处理剂，以改善泥浆的性 能）所形成的一种胶体悬浮液。 在复杂地层钻进时多采用这类冲洗液冲洗钻头。通过 对泥浆性能的调整，能有效地对付涌水、井喷、部分漏失 、钻孔缩径、坍塌掉块等许多复杂情况。 3乳化液 这类冲洗液的基本组成成分为油（机油或重柴油） 和乳化剂（即表面活性剂和水）通过强力搅拌配成。 乳化液 具有良好的润滑、冷却、排粉、减振等性能 。 4空气 采用压缩空气或高压天然气冲洗钻孔，国内外在石 油钻井中
5、应用较多，近年来在岩芯钻探中也开始采用。 由于空气的比重小，流速快，有利于孔底清洁和提 高钻速。特别是在干旱缺水地区具有重要的经济意义。 纯空气钻进只适用于干燥地层。在潮湿地层易泥包 粘卡钻具。如果将高压空气中混入一定比例的发泡溶液形成 空气泡沫，空气泡沫能适用于含水地层。 5.无固相冲洗液 无固相冲洗液 是含有无机盐和有机高分子（或聚合物） 的溶液，它与泥浆相比，因不含固相，比重低，因而有较高 的钻进速度。 它的性能也可在一定的范围内调节，因而与清水相比有 叫好的携带岩屑和悬浮岩屑的能力。它可在孔壁上形成薄膜 而起保护孔壁的作用。由于这些特点，随着各种聚合物的发 展，无固相冲洗液在钻探中得到
6、愈来愈广泛的应用。 第二节 钻探泥浆 一、概述 （一）泥浆的组成 泥浆是粘土在水中均匀混合后，形成的一种 胶体悬浮液。粘土在水中混合后，粘土中放出的离子 与水中放出的离子进行交换，使粘土颗粒带电。由于 电荷的作用使粘土颗粒吸附水，粘土颗粒表面形成一 层水化膜。这种作用叫水化作用。 由于造浆粘土片状的颗粒的边角部分水化 膜较薄，易互相粘连，使粘土颗粒连结在一起 形成连续的网状结构，如图 2-3-4所示。自由 水被包围在网状结构内。 这种网状结构的形成，使泥浆具备了粘度 、切力、比重和阻止泥浆向孔壁失水等一系列 性能。且这些性能可通过处理剂进行调整，以 达到在各地层钻进时对泥浆性能的要求。 （二）
7、泥浆的类型 目前钻探中使用的泥浆类型有： 水基泥浆、低固相泥浆 、混油泥浆、充气泥浆。 1水基泥浆 以水为分散介质组成的泥浆。其主要组成是粘土、水和 化学处理剂。其中粘土为分散相，水为分散介质。水基泥浆 是钻探中使用最久，应用广泛的一种泥浆。 属于这种类型的泥浆有： （ 1）淡水泥浆 ： （ 2）盐水泥 浆： （ 3）钙处理泥浆 （ 1）淡水泥浆 淡水泥浆 的使用最早，又称为细分散泥浆。它是用 粘土、淡水和一般处理剂组成。其含盐量（ NaCl） 1% ， 含钙量（ Ca2+） 120ppm。 淡水 泥浆 的特点是固相（粘土）含量高且高度分散 于水中。通过高含量粘土的分散程度来调整泥浆的各种 性
8、能，以满足地层的要求。 （ 2）盐水泥浆 用氯化钠（ NaCl） 1%的盐水和粘土配制的泥浆称为盐 水泥浆，其含盐量多少视地层而定。如在盐层中钻进时，需 用含盐量达到饱和状态的饱和盐水泥浆。使用中还要在泥浆 中加入某些有机处理剂，以达到泥浆的某些性能要求。 （ 3）钙处理泥浆 钙处理 泥浆是在淡水泥浆中加入絮凝剂（如石灰、石膏 、氯化钙）配制而成的。并用稀释和降失水剂来调整其性能 。其主要用于抑制钻进地层的吸水膨胀，防止钻孔缩径。 2低固相泥浆 凡粘土含量（重量计） 10% （如以体积计，小于 36% ）的泥浆，称为低固相泥浆。 这种泥浆比重小，流动性好，护壁性能好，并有利于提 高机械钻速。常
9、用于松散坍塌地层、溶胀性地层和水敏性地 层。 3混油泥浆 在上述各种泥浆中，按照需要加入若干数量的柴油或原 油，形成水包油型（即 O/W型）混油乳化泥浆。这种泥浆的 流动性好、润滑性好，摩擦系数低。 4充气泥浆 充气 泥浆是在原泥浆的基础上，加入一定数量的发泡剂 ，并对泥浆充气。充气后泥浆内含有细小的泡沫，使泥浆的 比重降低到 0.60.95。由于泥浆的比重低，在漏失地层钻进 具有良好的效果。（此外，石油钻井还常用油基泥浆。） 第三章 钻井液性能及测试 工程学院 窦斌博士、教授 2010年 7月 钻井液的性能是钻井液的组成以及其各组分间相互物理 化学作用的宏观反映，它是反映钻井液质量的具体参数。 钻井液性能及其变化，直接影响着机械钻速、钻头寿命 、孔壁稳定、孔内净化和预防孔内问题等一系列钻井工艺问 题。 钻井液的主要性能有钻井液的 比重 、 固相含量、钻井液 的流变特性（粘度和切力）、钻井液的滤失性能（钻井液的 失水量和泥饼厚度）、以及钻井液的含砂量、润滑性、胶体 率和 pH 值等。
