鑽井流體

鑽井流體 - 功用 主要是①清洗井底，攜帶岩屑；②冷卻和潤滑鑽頭及鑽柱；③形成泥餅，封護井壁；④控制與平衡地層壓力；⑤循環停止時，能懸浮岩屑和加重劑；⑥在地面沉除岩屑；⑦提供所鑽地層的岩屑、泥漿、氣測等有關資料；⑧將流體功率傳給鑽頭（在用井下動力鑽具時）等。

鑽井流體 - 組成 主要成分有:①淡水或鹽水、飽和鹽水等;②鈉膨潤土或鈣膨潤土、有機土(經表面活性劑處理的土)、抗鹽土等；③無機或有機化合物如天然或合成高分子化合物、表面活性劑等；④柴油、原油等（用於油基鑽井液）；⑤空氣、天然氣等（用於氣體鑽井）。不同成分的組合，形成各種類型的鑽井流體。從物理化學觀點看，鑽井液是一種多相不穩定體系。包括“懸浮體”（如重晶石粉、鑽屑、粘土粉）、膠體(如高聚物、膨潤土粉)和真溶液（如氯化鈉、碳酸鈉）。其中起主要作用的是膠體成分，一般稱膠態-懸浮體。

處理劑 為了改善鑽井流體的性能，滿足鑽井工程的要求，需要在各類鑽井流體中加入處理劑（添加劑）。目前，根據處理劑所起的作用分成：鹼度調節劑、除鈣劑、除泡劑、起泡劑、降粘劑、增粘劑、絮凝劑、潤滑劑、殺菌劑、乳化劑、堵漏劑、加重劑、防腐蝕劑、表面活性劑、頁岩抑制劑、降失水劑等16類,總數約100～150種,研究和發展處理劑是提高鑽井流體技術水平的重要內容。

鑽井流體 - 分類 按比重可分低比重和高比重兩種：按對粘土的作用可分抑制性和非抑制性兩種（前者加有抑制劑，使流體具有防止鑽屑水化和碎裂及穩定井壁作用），按分散體系中的連續相可分為水基（以水為連續相）、油基（以油為連續相）和氣體三種。目前，根據地層的特點習慣分成：高鹼性淡水泥漿、高鹼性石灰泥漿、低鹼性淡水泥漿、低鹼性鹽水泥漿、低鹼性石膏泥漿、低鹼性飽和鹽水泥漿、低固相泥漿、油基泥漿、油包水浮化泥漿、氣體等10種。

水基泥漿 是目前研究最多、應用最廣泛的一類泥漿,發展過程大概經歷了5個階段:①自然造漿階段,1901年開始用旋轉鑽井方法鑽井，用清水作循環液體。1914年後,認識到混入的粘土對鑽進有利,開始使用泥漿；②細分散泥漿階段，在渾水泥漿中加入如燒鹼、純鹼、丹寧、褐煤等具有分散作用的處理劑,使粘土顆粒變小,從而提高泥漿的穩定性。③粗分散泥漿階段，在加入分散劑的基礎上再加入適量的無機絮凝劑如石灰、石膏等,使粘土顆粒保持在“適度絮凝”狀態，可獲得更高的抗石膏、抗鹽能力。④不分散泥漿階段，60年代出現了噴射鑽井工藝，研究了泥漿水力學及其他有機處理劑。水基泥漿從分散體系發展到不分散體系。前者是把粘土的大顆粒變小、變細，以利於膠態體系的穩定；後者把顆粒變粗、變大，以利於沉澱和清除固相。這一技術的突破，有效地提高了鑽井速度。⑤無固相鑽井液，70年代，利用有機高聚物、生物聚合物、液體加重劑等配成不含固相的鑽井液，徹底消除泥漿中的固相對鑽井及油層的影響。目前正處在試驗和發展中。

為了克服鑽遇某些複雜地層（如岩鹽、石膏、泥頁岩）時碰到的困難；適應鑽定向井、高温井和完井、修井的需要，以及給油田開發和儲量計算提供可靠的各種地質參數（如原始含油飽和度等）研究了油基泥漿，其發展經歷了3個階段：①原油階段,水基泥漿會損害油層，而油則對地層中的粘土和水溶性物質的影響較小。30年代初期，曾試用原油做鑽井液。但原油沒有切力,濾失量大,含有易揮發的餾分會引起火災，以及所含遊離水會濕潤粘土並進入地層，因而影響了使用。②油基泥漿階段，在原油或柴油中加入乳化劑和其他處理劑，能懸浮鑽屑和加重劑，濾失量低，改善了油基泥漿的性能。③油包水泥漿階段，60年代，認識到在油中的水珠乳化後其周圍的乳化膜具有半滲透膜的性質。隨水相鹽度的改變而產生滲透壓力，利用活度平衡理論在油基泥漿中加入10～50%的高礦化度的水配製成油包水泥漿（或稱反向乳化泥漿）。這種泥漿能使泥、頁岩井壁穩定，特別適用於複雜的泥、頁岩、石膏和岩鹽層及超深井。

完井液 即修井液在發展油基泥漿的過程中，注意了鑽進油層及在油層井段進行作業時所用的泥漿性能，逐漸發展成專用的“完井液”或“修井液”。有水基和油基兩類，其成分及配製方法與鑽井液基本相同，只是為了能儘量減少對油、氣層的污染，要求的性能指標更高，例如儘量減少固相，最好是無固相，儘量減少濾失量，用可酸化的加重材料或液體加重材料等。

利用空氣或天然氣作為鑽進時循環的流體，是為了鑽開低壓油（氣）層、嚴重漏失層或堅硬而不含水的地層而發展起來的。由於絕對乾燥的地層很少，為克服地層中的水將鑽屑濕潤、粘合成團，造成排屑困難，在氣體中注入泡沫劑形成“泡沫流體”。或者將泥漿與空氣同時泵入井中，形成“充氣泥漿”。氣體鑽井可以提高鑽速，並有利於保護油、氣層，但因受氣體本身特性和地層含水的影響，限制了它的使用範圍。

為了能充分發揮噴射鑽井工藝的效能，60年代以來，對鑽井液的流變特性與循環系統的水力參數的關係，對泥漿中固相含量與鑽井工程的關係進行了系統的研究。發現鑽井液中的固相害多利少。特別是小的顆粒影響更大。在相同鑽井液濃度下，膠體顆粒對鑽速的影響，小於1μm的為大於1μm的11.7倍，因此，發展了一整套控制固相的工藝和設備，可大幅度地提高鑽速。

參考書目

George R.Gray, et al.,Composition and Properties of Oil Well Drilling Fluids, 4th ed., Gulf Oil Co., Houston,1980.

G.V.Chilingarian, P.Vonaburt, Drilling and Drilling Fluids, Elsevier Scientific, Amsterdam,1981.