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1、!“# 钻井液 !“#$钻井液的功能及发展 !“#$#$钻井液的功能 钻井液又称冲洗液或洗井液，广义称循环介质或钻井流体，俗称泥浆，被喻为 钻探的血液。 钻井液最初的目的是连续排除钻屑和冷却钻头。随着钻探工作的发展，成分从 清水、自然泥浆发展到化学处理的泥浆，功能从单纯冲洗发展到成为护孔或特殊成 井的重要手段。由于低固相泥浆的发展和推广应用，钻井液的功能已超出护孔的范 畴，成为提高钻井速度和质量的重要因素。实验室和现场试验表明，钻井液和水力 参数对钻井速度的影响比其他任何可控变量（如钻压、转数）都大。钻井液性能不 仅与护孔、堵漏有关，而且与地面功率是否最大限度地传至孔底密切相关。 钻井液的功能
2、包括：!冲洗孔底；“携带、悬浮钻屑；#冷却钻头；$润滑钻 具；%保护孔壁；# 34 ? 3 ./0/.黏土阳离子交换容量 指 2A + 时黏土可能交换或吸附的阳离子总量，以毫克当量$1, 克土（）为主要处理剂，在泥 浆中保留优质造浆黏土，而絮凝劣质黏土及钻屑，使钻屑及劣土不分散，而保持钻 井液的低固相含量。 这种钻井液固相含量低，钻速高；流变性、剪切稀释性好，循环压降低，润滑 减阻；防塌性好，孔内清洁，事故少。因其钻井效率高，成本低，迅速在全国石 油、地矿、煤炭、冶金、核工业、化工、建材等部门全面推广。 不分散低固相钻井液的主要性能指标有：!固相（体积）含量在 . !6 泥浆，,+,. +2
3、泥浆等。 #:、()(!“ , 6“-./0，成功钻进，取出完整 无污染的黏土矿心。 !$%$%;充气泥浆（泡沫泥浆） 用低固相优质泥浆为本体，并按地层需要加入若干处理剂，然后加入发泡剂， 用喷射式气液混合器或搅拌器，充气发泡，成为密度 =?/0）由 气、液、固三相组成的低密度钻井液。四川省地矿局推广应用，钻进约 ; 万 -。取 得防漏、减漏、防塌，减少事故，提高时效、台效，提高岩矿心采取率和品质等优 良效果。 !$%$%#正电钻井液 这是 !“ 世纪 1“ 年代后期开始试验的新型钻井液体系。水基钻井液历来是负电 分散体系，黏土带负电荷，处理剂大多是阴离子型的。但是使泥浆中黏土颗粒分散 的因素
4、，也会导致地层中黏土矿物的水化膨胀，泥浆稳定性与地层稳定性之间互相 矛盾。解决的根本办法是将钻井液转变为正电体系。 已有阳离子处理剂：如阳离子聚丙烯酰胺（8(*+） 、阳离子淀粉、阳离子表面 活性剂、混合金属层状氢氧化物（+)）等。国内已研制出产品。 试验的正电钻井液体系有：阳离子聚合物无固相钻井液；+) 无固相钻井液； !1“ ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! 岩土工程新技术实用全书 阳离子聚合物泥浆（阳
5、离子作泥浆处理剂，仍属负电体系） 。主要在石油钻井中试 验，煤田钻探中也进行了试验。 !“#$钻井液材料 !“#$#%类别 我国钻井液材料从 ! 胶 降滤失剂及增黏剂， 抗盐， 抗 钙能力强 增黏剂， 剪切稀释、 抗盐、 抗钙 能力特高， 提黏、 絮凝、 降滤失 护壁又能自行降解破壁 增黏， 降滤失 表面活性剂 皂化溶解油、 太古油、 松香酸钠 5?4， 抗盐达饱和， 发泡 剂 泥浆冲洗液 在复杂地层钻进，保持孔壁稳定和冲洗液的正常循环，是防止孔内事故、提高 钻进效率的重要措施。采用泥浆冲洗液是护壁堵漏的有效方法之一。泥浆用于基岩 复杂地层，也可以提高钻进效率。对泥浆是否影响抽水试验成果的问题
6、已得到解 决，只要采用有效的洗孔措施（如液态 8?，不破乳、不结垢，使用方便。机械钻速比 其他厂家可提高 +*，为其他型号润滑剂的 +.&左右。 ,) 皂化物：皂化物是造纸厂硫酸盐造纸法的副产品。这是做妥尔油的原料。 皂化物中含有松香酸钠、脂肪酸钠和少量的醇、木质素、/%&的水。呈糊稠状，红 黄色，无臭味，:4 值为 +，是一种阴离子型表面活性剂。皂化物先用水充分溶 /-%+ ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !
7、! 第四篇勘探工程技术 解，它和水的比例是 !“!。搅拌后充分沉淀即可使用。皂化物价格低廉，使用方 便，其润滑性能比皂化溶解油稍差。 #$%&%#%配制乳状液 即配制成油(水乳状液的浓稠物，使用时加水稀释即成乳状液。配制方法如下： !% 剂在油中法：将乳化剂溶于油相。有两种方式可得乳状液。一是将混合物 直接加入水中，形成油(水型乳状液；二是将水直接加入混合物中，形成水(油乳状 液，随着水量的增加，乳状液变稠，最后粘度急剧下降，转相为油(水型乳状液。 #% 剂在水中法：先将乳化剂溶于水中，在剧烈搅拌下将油加入即可乳化。在 搅拌下升温至 &)*左右，加入三乙醇胺稳定剂，冷却后即可。 % 剂、水、油
8、一起加入法：按配方将乳化剂、油与一半数量的水混合在一起。 在搅拌下加热至 &)* + ,)*，然后停止搅拌几分钟，自然冷却至 -)*，再继续搅 拌至全部乳化，最后将剩余的另一部分水加入。 #$%,金刚石钻进用润滑液 在金刚石钻进孔内严重漏失时，应采用润滑脂进行减摩、润滑、防振，实现高 转速钻进。!,./ 年前苏联开始应用 0123 润滑脂，!,/# 年即成批生产。使用以后， 钻头寿命、回次进尺和机械钻速均提高 !-4 + )4，金刚石消耗减少 !-4 + )4。 我国有些现场在漏失条件下采用机油、松香和沥青混合物的润滑脂，有一定效果， 但没有定型产品。 #$%,%!%!润滑脂的性能与配方 金刚
9、石钻进用润滑脂应能和钻杆有良好的粘结，即在潮湿钻杆与孔壁岩石表面 上能覆盖一薄层润滑脂，使钻具回转时具有良好的减摩润滑作用。这种润滑脂层在 水中具有一定稳定性，涂抹一次能保持工作几天，并具有防腐、安全等性质。 苏联 0123 润滑脂的配方：黑油（重油）.-4，松香 #)4，沥青 !)4，石蜡 -4。如无黑油，可用废机油代替。松香可用以提高润滑脂粘度。沥青中具有表面 活性物质，可提高润滑脂和钻杆表面的粘着力。 配制时，先将黑油加热至 !#) + !)53，不断搅拌，加入块状或熔化状的沥青。 待沥青和黑油完全熔混后，逐步加入碎松香，强力搅拌至完全熔化为止。然后将润 滑脂连同容器一起放在冷水中快速冷
10、却，并搅拌 !) 多分钟，使润滑脂冷却至 ) + -*时出料。所得产品在金属容器内密封保存待用。 #$%,%!%#润滑脂使用方法 使用润滑脂，钻杆表面必须保持干净，可先用水清洗钻杆，使润滑脂能粘结好。 $,)! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! 岩土工程新技术实用全书 !“ 手工法。用毛刷将润滑脂涂抹在下钻时的钻杆表面上。它适用于 !#$ % &$ 的浅孔。所用润滑脂的温度应在 ($ % #$)*。此法操作
11、费时费力。 &“ 润滑套筒法。润滑套简直径 +, % !&-，高度 ($ % #$。野外队可自行 制造。外壳与底座连接螺纹被拧紧时，套筒内橡皮垫被垫圈压紧。橡皮垫内孔应比 钻杆外径小 & % .，沿径向有 . % / 根切开线，以便通过钻杆接头。 工作次序：粗径钻具下入孔内后，钻杆立根穿过润滑套筒中心孔后与岩心管异 径接头连接。将润滑套筒放在孔口管顶部，往套筒内注入润滑脂，然后继续下钻， 润滑脂即可自动均匀地涂在钻杆表面上。 &.“!$压缩空气吹洗钻进 国外早在 !,$+ 年开始试验用气体吹洗钻进，直到 !,#$ 年才得到推广应用。我 国于 !,#/ 年在试验台上进行空气吹洗钻进试验，!,#+
12、 % !,/$ 年山西省地质局等单 位进行了空气吹洗钻进，钻速显著提高。同期在冶金矿山部门开始应用风动潜孔锤 钻进方法，现已普遍推广。 &.“!$“!“!空气吹洗钻进所需设备与仪表 空气吹洗钻进大多采用正循环方式吹洗，孔口应封闭，减少风压损失。与一般 岩心钻进相比，主要增加了移动式空压机，作为生产压缩空气的来源。此外还需配 压力损失小的高压管路、压气的冷凝器、油水分离器、压力表、流量计、温度计、 孔口密封装置、岩粉收集器及除尘装置等。 &.“!$“!“&孔口密封装置 孔口密封装置与全孔反循环的孔口密封装置相似，岩粉收集器与旋流式集粉器 相似。为减少钻场内粉尘，在排出管路上接抽风机或利用空压机余
13、风作用于装在孔 口的空气喷射器。为了减少压力损失，地面管路内径不应小于 #$。采用法兰盘 连接，孔内钻杆应用接箍连接并注意密封。地面采用油水分离器，孔内应有水气分 离器。 &.“!$“!“(钻进技术参数 空气吹洗钻进所需风量和风压，应根据孔深、孔径、钻进方法、钻进速度、岩 粉颗粒的比重及尺寸大小以及是否利用风压排水等因素而确定。风量的大小与孔壁 环状间隙断面和气流上返速度有关。气流上返速度必须能将岩粉从孔底带出地面。 岩粉颗粒的比重和尺寸越大，所需气流上返速度也越大。用合金钻进时，可采用气 流上返速度为 !$ % !&0 1，一般风量为 ( % /(023、风压为 $“-456 的空压机。只
14、能在无水、小径、孔深 &#$ 以内的条件下使用。在钻进 ($ % .$ 孔深和 !#$ #,$! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! 第四篇勘探工程技术 以内孔径的钻孔时，一般应选用风量 ! “ #$%&%() 和风压 #* & “ #+,-./ 的空气机。 压气温度不应超过 !$0，否则会烧坏高压胶管。 1,+#$+#+,含水层空气吹洗钻进 在含水层中钻进，应根据岩层出水量大小采取相应措施。对渗透性出水层，
15、即 出水量小于 ,2%() 时，水使岩粉结块，应加大风量、上下提动钻具，使岩粉块冲 到地表。如遇岩层出水量为岩粉体积的 #$3 “ &43的岩粉团，特别是粘土层岩粉， 易糊钻与粘附孔壁，造成提钻阻力增大甚至卡钻，风压上升。最好往空气流中加入 浓度为 $+43 “ #+43的发泡剂水溶液加以清除。每回次加入量根据钻速与孔径不 同，取 #$ “ 4$2 不等。如岩层出水量较大，孔内形成一定高度的静水位时，可采用 空气升液器循环。 5!$# ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! 岩土工程新技术实用全书