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钻井液的主要作用

    地下钻井作业的严酷环境促进了对钻井液的研究和开发,要求能够在钻井过程中完成以下多项关键任务:悬浮、压力控制、岩层稳定性、浮力、润滑和冷却。
1.悬浮
沿钻杆向下或从钻孔中向上流动的钻井液有时会停止运动。出现这种情况只能有两种原因:一是出现了故障,二是在更换钻头时将钻杆提出了钻孔。钻探停止时,悬浮在钻井液中的钻屑就会沉入钻孔的底部,将钻孔堵塞。钻井液被设计为具有一种非常有趣的特性,而该特性可以解决这一问题。钻井液的稠度(或粘度)随钻井液流速降低而增加。钻井液停止流动后,就会形成一种粘稠的凝胶体,这种凝胶体可使岩石钻屑悬浮在其中,从而防止它们沉入钻孔底部。而当钻井液又开始流动后,它就会越变越稀薄,恢复到其以前稀薄的液体形态。
2.压力控制
许多人都看到过石油从钻井台中喷入高空,石油工人为之而欢呼雀跃的情景。实际上,这类井喷罕有发生,也并不值得庆祝,因为钻探的目标是以控制流量的方式来开采石油。泥浆被设计为可以抵消岩层中流体的自然压力,从而防止发生此类事故。压力间必须达到适当的平衡,即钻井液对钻孔壁的压力应足以抵消岩层和石油或天然气施加的压力,但这种压力又不能太大,否则会对油井造成破坏。如果钻井液的重量太大,可能会使岩石破裂,钻井液也会因此而流失入地下。
液体的压力随其浓度的变化而变化。在钻井液中添加增重剂可以提高其浓度,进而增大它对钻孔壁的压力。可调整液体的浓度以满足油井中的环境要求。
3.裸露岩层的稳定性
钻井过程分为两个阶段:第一阶段是钻穿不含石油的岩层,目标是尽快钻穿不含油岩层,到达含油岩层,即储集层。此时的重点是要保持钻孔中裸露岩层的稳定,同时还要避免钻井液流失。而如果保持钻井液压力高于岩层孔隙流体压力,钻井液就会出现向岩层的透水岩石中渗入的自然趋势。在钻井液中加入特殊的添加剂,就能防止发生这种情况。
钻井液可能会以其它方式与周围的岩石相互作用。例如,如果岩石含盐量很高,水就会溶解其中的盐分,从而使钻孔壁变得不稳定。在这种情况下,使用油基钻井液效果会更好。粘土含量高的岩层也容易被水冲刷掉。对这类岩层需使用抑止性的钻井液,以保持井眼稳定并防止井眼扩大或被冲蚀。随着钻探不断深入,井眼被用钢套管保护起来,钢套管用水泥加固,这样既保持了井眼的稳定性,又为到达储集层后开采的石油提供了通往地表的通道。到达储集层后,必须改变钻井液的成分,以避免阻塞岩石孔隙。保持岩石孔隙不被阻塞可使石油更顺畅地流入钻孔,然后上流至地表。
4.浮力
一座油井可能深达数千英尺或数千米。而一根如此长的钢钻杆将重达数吨。如果将钻杆浸入钻井液,就会产生浮力作用,降低钻杆重量,并会减小对钻探机械装置的压力。
5.润滑和冷却
金属钻入岩石时,会因摩擦生热。钻井液可润滑和冷却钻头,使钻探平稳进行,同时延长钻头的寿命。对延伸区域或水平油井而言,润滑可能尤为重要,因为在这些地方,钻杆、钻头和岩石表面间的摩擦必须保持在最低水平。

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