钻井工程中使用的循环流体,由于绝大多数使用的是液体,少数情况使用气体或泡沫,因此又称“钻井液”、“洗井液”,俗称“钻井泥浆”。
钻井流体 - 功用 主要是①清洗井底,携带岩屑;②冷却和润滑钻头及钻柱;③形成泥饼,封护井壁;④控制与平衡地层压力;⑤循环停止时,能悬浮岩屑和加重剂;⑥在地面沉除岩屑;⑦提供所钻地层的岩屑、泥浆、气测等有关资料;⑧将流体功率传给钻头(在用井下动力钻具时)等。
钻井流体 - 组成 主要成分有:①淡水或盐水、饱和盐水等;②钠膨润土或钙膨润土、有机土(经表面活性剂处理的土)、抗盐土等;③无机或有机化合物如天然或合成高分子化合物、表面活性剂等;④柴油、原油等(用于油基钻井液);⑤空气、天然气等(用于气体钻井)。不同成分的组合,形成各种类型的钻井流体。从物理化学观点看,钻井液是一种多相不稳定体系。包括“悬浮体”(如重晶石粉、钻屑、粘土粉)、胶体(如高聚物、膨润土粉)和真溶液(如氯化钠、碳酸钠)。其中起主要作用的是胶体成分,一般称胶态-悬浮体。
处理剂 为了改善钻井流体的性能,满足钻井工程的要求,需要在各类钻井流体中加入处理剂(添加剂)。目前,根据处理剂所起的作用分成:碱度调节剂、除钙剂、除泡剂、起泡剂、降粘剂、增粘剂、絮凝剂、润滑剂、杀菌剂、乳化剂、堵漏剂、加重剂、防腐蚀剂、表面活性剂、页岩抑制剂、降失水剂等16类,总数约100~150种,研究和发展处理剂是提高钻井流体技术水平的重要内容。
钻井流体 - 分类 按比重可分低比重和高比重两种:按对粘土的作用可分抑制性和非抑制性两种(前者加有抑制剂,使流体具有防止钻屑水化和碎裂及稳定井壁作用),按分散体系中的连续相可分为水基(以水为连续相)、油基(以油为连续相)和气体三种。目前,根据地层的特点习惯分成:高碱性淡水泥浆、高碱性石灰泥浆、低碱性淡水泥浆、低碱性盐水泥浆、低碱性石膏泥浆、低碱性饱和盐水泥浆、低固相泥浆、油基泥浆、油包水浮化泥浆、气体等10种。
水基泥浆 是目前研究最多、应用最广泛的一类泥浆,发展过程大概经历了5个阶段:①自然造浆阶段,1901年开始用旋转钻井方法钻井,用清水作循环液体。1914年后,认识到混入的粘土对钻进有利,开始使用泥浆;②细分散泥浆阶段,在浑水泥浆中加入如烧碱、纯碱、丹宁、褐煤等具有分散作用的处理剂,使粘土颗粒变小,从而提高泥浆的稳定性。③粗分散泥浆阶段,在加入分散剂的基础上再加入适量的无机絮凝剂如石灰、石膏等,使粘土颗粒保持在“适度絮凝”状态,可获得更高的抗石膏、抗盐能力。④不分散泥浆阶段,60年代出现了喷射钻井工艺,研究了泥浆水力学及其他有机处理剂。水基泥浆从分散体系发展到不分散体系。前者是把粘土的大颗粒变小、变细,以利于胶态体系的稳定;后者把颗粒变粗、变大,以利于沉淀和清除固相。这一技术的突破,有效地提高了钻井速度。⑤无固相钻井液,70年代,利用有机高聚物、生物聚合物、液体加重剂等配成不含固相的钻井液,彻底消除泥浆中的固相对钻井及油层的影响。目前正处在试验和发展中。