第五章钻孔冲洗要点课件.ppt

1、钻孔冲洗钻孔冲洗是钻井的三大基本工序之一，钻孔冲洗作业的优劣，在很大程度上决定着钻井工作的快慢和优劣。掌握钻孔冲洗的基本原理和工艺技术，是优质高产地完成钻井工作的前提。钻孔冲洗使用多种多样的冲洗介质，特别是各种类型的泥浆。泥浆是解决复杂地层钻进的主要手段。 钻钻井井液液循循环环示示意意图图钻孔冲洗液的功用钻孔冲洗液的功用钻孔冲洗（或吹孔）是钻井过程的重要环节。冲洗的实质是钻孔冲洗（或吹孔）是钻井过程的重要环节。冲洗的实质是冲洗介质在孔内连续的或定期的循环。由于冲洗（或冲洗介质在孔内连续的或定期的循环。由于冲洗（或吹洗）使用的介质主要是用液体（包括充气液体和泡吹洗）使用的介质主要是用液体（包括充

2、气液体和泡沫），因此常称为冲洗液，它在孔内的循环，称为钻沫），因此常称为冲洗液，它在孔内的循环，称为钻孔冲洗。孔冲洗。冲洗的目的冲洗的目的：1.1.为了从孔底清除碎岩的产物为了从孔底清除碎岩的产物岩屑（岩岩屑（岩粉）粉）; ; 2. 2.冷却和润滑孔底的碎岩工具和孔内钻具冷却和润滑孔底的碎岩工具和孔内钻具 3.3.护壁护壁 4.4.在石油钻井中维持井内压力平衡等作用。在石油钻井中维持井内压力平衡等作用。从井中清除钻屑；从井中清除钻屑； 清洁井底；清洁井底；控制地下压力；控制地下压力；冷却和润滑钻头、钻杆和钻铤；冷却和润滑钻头、钻杆和钻铤；起介质的作用使钻屑在地面泥浆池中沉降；起介质的作用使钻屑

3、在地面泥浆池中沉降；在井壁上形成滤饼（使井壁与渗透层分隔开）；在井壁上形成滤饼（使井壁与渗透层分隔开）；防止地层坍塌；防止地层坍塌；避免损害产层的产能；避免损害产层的产能；部分地帮助承担钻柱和套管的重量；部分地帮助承担钻柱和套管的重量；减少下套管的费用；减少下套管的费用；防止钻杆疲劳腐蚀；防止钻杆疲劳腐蚀；有利于电测解释；有利于电测解释；将地面水马力传输到钻头上；将地面水马力传输到钻头上；在停止循环时悬浮岩屑和加重材料；在停止循环时悬浮岩屑和加重材料；这些所有的功能必须做到不对井队人员造成任何危险。这些所有的功能必须做到不对井队人员造成任何危险。作用作用1. 1. 清洗孔底，携带和悬浮岩屑清洗

4、孔底，携带和悬浮岩屑冲洗液冲洗液清洗孔底和携带岩屑清洗孔底和携带岩屑的能力，决定于送入孔内的冲洗液量及冲洗液的能力，决定于送入孔内的冲洗液量及冲洗液的性能指标，其次也与钻具和钻头的结构有关。的性能指标，其次也与钻具和钻头的结构有关。流速流速要求：小口径金刚石钻进，要求：小口径金刚石钻进，0.8m/s(0.8m/s(正循环时正循环时) )；石油钻井，；石油钻井，0.35-0.35-0.5m/s0.5m/s。目前的目前的石油钻及水井钻石油钻及水井钻中趋向于降低上返速度中趋向于降低上返速度; ;冲洗液的冲洗液的携带和悬浮岩屑的能力携带和悬浮岩屑的能力-切力和粘度；切力和粘度；有效携带岩屑的前提下有效

5、携带岩屑的前提下可降低冲洗液的上返速度可降低冲洗液的上返速度。泥浆泥浆悬浮岩屑悬浮岩屑的能力主要取决于泥浆的静切力值。的能力主要取决于泥浆的静切力值。钻杆、钻铤和岩心管与孔壁的间隙大小，决定着冲洗液流通的钻杆、钻铤和岩心管与孔壁的间隙大小，决定着冲洗液流通的环状断面环状断面的的大小，当泵量一定时影响着冲洗液的上返速度，影响孔内岩屑的排出；大小，当泵量一定时影响着冲洗液的上返速度，影响孔内岩屑的排出；钻头水口、水槽的尺寸和分布，影响着冲洗液从钻头唇面下及时钻头水口、水槽的尺寸和分布，影响着冲洗液从钻头唇面下及时排除岩屑排除岩屑的能力。的能力。2. 2. 冷却钻头冷却钻头钻头与岩石摩擦会产生大量的

6、钻头与岩石摩擦会产生大量的热热；小口径金刚石钻进，由于转速高：小口径金刚石钻进，由于转速高：烧钻烧钻。冷却钻头的效果，取决于单位时间流经孔底的冷却钻头的效果，取决于单位时间流经孔底的冲洗液量冲洗液量和冲洗介质的和冲洗介质的热容量和粘度热容量和粘度。水的粘度低，热容量大，冷却能力强。空气的粘度低，水的粘度低，热容量大，冷却能力强。空气的粘度低，热容量小，需要较大的流量，才能有效地冷却钻头。泥热容量小，需要较大的流量，才能有效地冷却钻头。泥浆的粘度大，流速低，冷却能力不如清水。浆的粘度大，流速低，冷却能力不如清水。3. 3. 润滑钻具和钻头润滑钻具和钻头润滑不良时，钻具与孔壁因强烈摩擦而产生高温，

7、引起钻具的润滑不良时，钻具与孔壁因强烈摩擦而产生高温，引起钻具的磨损磨损。而且回转钻具消耗的功率很大。同时，因不均衡的回转引起钻具强而且回转钻具消耗的功率很大。同时，因不均衡的回转引起钻具强烈振动，造成钻具的磨损和钻头的损坏。烈振动，造成钻具的磨损和钻头的损坏。良好的润滑对提高钻头的寿命及牙轮轴承的寿命。良好的润滑对提高钻头的寿命及牙轮轴承的寿命。冲洗液的润滑效果，取决于在钻具和孔壁岩石表面形成的冲洗液的润滑效果，取决于在钻具和孔壁岩石表面形成的润滑膜润滑膜的的强度。强度。润滑膜的强度取决于使用的冲洗液类型和往冲洗液中添加的润滑膜的强度取决于使用的冲洗液类型和往冲洗液中添加的添加剂添加剂的种类

8、和数量的种类和数量。乳状液，表面活性剂溶液，乳化泥浆和油基泥浆的润滑性能远高于乳状液，表面活性剂溶液，乳化泥浆和油基泥浆的润滑性能远高于空气、清水和普通的水基泥浆。表面活性剂的添加，可提高冲洗液空气、清水和普通的水基泥浆。表面活性剂的添加，可提高冲洗液的润滑性能。的润滑性能。4. 4. 保护孔壁保护孔壁复杂地层复杂地层：松散、破碎、坍塌、遇水膨胀等岩层；：松散、破碎、坍塌、遇水膨胀等岩层；维护孔壁的维护孔壁的影响因素影响因素：冲洗液类型、冲洗液的性能参数、在环空中：冲洗液类型、冲洗液的性能参数、在环空中的流态。的流态。矿化度高的聚合物泥浆矿化度高的聚合物泥浆，具有较好的抑制孔壁的效应，特别是含

9、，具有较好的抑制孔壁的效应，特别是含钾钾的聚合物泥浆。的聚合物泥浆。油基泥浆油基泥浆具有最强的抑制孔壁的能力。具有最强的抑制孔壁的能力。冲洗液的冲洗液的性能参数性能参数包括比重、流变参数（粘度与切力）和失水特性，包括比重、流变参数（粘度与切力）和失水特性，它们影响到钻孔和地层间的压力平衡、抽漏和压裂地层、岩层的膨它们影响到钻孔和地层间的压力平衡、抽漏和压裂地层、岩层的膨胀、分散和垮塌等孔壁不稳定问题。胀、分散和垮塌等孔壁不稳定问题。复杂地层钻进时，维护孔壁是能否持续钻进的关键。复杂地层钻进时，维护孔壁是能否持续钻进的关键。5. 5. 破碎孔底岩石破碎孔底岩石 直接破碎岩石直接破碎岩石。例如：石

10、油钻井中的高压喷射钻。例如：石油钻井中的高压喷射钻井，液力切割岩石；井，液力切割岩石； 驱动孔底动力机驱动孔底动力机带动钻头破碎岩石带动钻头破碎岩石，如液力冲击，如液力冲击钻进，螺杆钻进；钻进，螺杆钻进； 对岩石起对岩石起减硬效应减硬效应，即冲洗液中含某些盐时，对，即冲洗液中含某些盐时，对一些岩石能降低其硬度，有利于钻头碎岩。一些岩石能降低其硬度，有利于钻头碎岩。6. 6. 输送岩矿芯至地表输送岩矿芯至地表 反循环连续取芯钻进利用冲洗液的循环，将钻头钻取反循环连续取芯钻进利用冲洗液的循环，将钻头钻取的岩矿芯连续不断地通过钻杆内孔输送出地表。的岩矿芯连续不断地通过钻杆内孔输送出地表。7. 7.

11、传递孔底信息传递孔底信息 实行自动测试和控制，孔底信息可通过冲洗介质传输实行自动测试和控制，孔底信息可通过冲洗介质传输至地表。至地表。8. 8. 其他功用其他功用 保温作用等。保温作用等。冲洗液的性能应在较大范围内可调冲洗液的性能应在较大范围内可调 良好的冷却散热能力和润滑性能，良好的冷却散热能力和润滑性能，以延长钻头寿命和提高钻进效率；以延长钻头寿命和提高钻进效率；水包油乳状液和表面活性剂溶液水包油乳状液和表面活性剂溶液，除有较好的冷却能力，还有良，除有较好的冷却能力，还有良好的润滑作用，是小口径金刚石钻进常用的冲洗液；好的润滑作用，是小口径金刚石钻进常用的冲洗液；泥浆应尽量降低固相含量，必

12、要时加入专门的润滑添加剂，才能泥浆应尽量降低固相含量，必要时加入专门的润滑添加剂，才能有较好的冷却和润滑特性。有较好的冷却和润滑特性。 抗外界干扰，性能稳定抗外界干扰，性能稳定防止盐侵、钙侵、粘土侵、水泥侵和温度升高。防止盐侵、钙侵、粘土侵、水泥侵和温度升高。不妨碍或有利于取芯、防斜、测井等工作不妨碍或有利于取芯、防斜、测井等工作不污染矿石品质，不损害油气水层。在孔壁上形成的泥皮要薄而不污染矿石品质，不损害油气水层。在孔壁上形成的泥皮要薄而韧，电阻率适当，以利于电测井工作。韧，电阻率适当，以利于电测井工作。 不腐蚀钻具和地面的循环设备；无毒无污染不腐蚀钻具和地面的循环设备；无毒无污染 成本低，

13、原料来源广泛成本低，原料来源广泛 废弃的泥浆应易于处理废弃的泥浆应易于处理冲洗介质种类：冲洗介质种类：按介质按介质：气体的和液体的。按形成的分散体系按形成的分散体系：纯空气的，液/气的，固/液，液/液和纯液体的。 纯气体作为冲洗介质的有：压缩空气、天然气、内燃机废气和氮气。液/气分散体系用作冲洗介质的是雾或湿空气。气/液分散体系的是充气液体和稳定泡沫。泥浆是固泥浆是固/ /液分散体系液分散体系它是粘土在液体中的分散体系。水基泥浆与油基泥浆。水基泥浆进一步划分为分散性和抑制性。液液/ /液分散体系液分散体系乳状液，由水和油组成的分散体系。油包水型和水包油型。纯液体性的冲洗液纯液体性的冲洗液水、（

14、淡水、海水和咸水）各种溶液和油。溶液有无机盐溶液（如饱和盐水）和无机盐与有机高分子化合物复合溶液（无固相钻井液）。常用的冲洗介质常用的冲洗介质：空气、充气液体、稳定泡沫、泥浆和乳状液，清水和无固相钻井液。 1 1清水清水清水和矿化水。优点优点：冲洗孔底时易呈涡流状态，冲洗效果好，冷却能力强，比重低，有较高的机械钻速。缺点缺点：在孔内循环过程中渗入地层量大，易引起地层的膨胀、分散、坍塌和掉块；一些岩层易被冲蚀和溶解；循环停止时对孔内岩屑无悬浮能力。适用适用：一般用于地层压力不大的稳定和非冲蚀性岩层中。如大部分完整的岩浆岩和变质岩中。在取水容易的地区用于部分漏失和完全漏失的稳定岩层中。二二. .

15、空气空气密度小，粘度小，在足够的流速下，孔底冲洗干净，钻进效率高。优点优点：容易得到，无须化学处理，节省原材料。缺点缺点：空气压缩机，湿孔或含水层使用困难。适用适用：缺水地区，干孔或严重漏失地层。用空气作动力的潜孔锤钻进，用于大口径基岩中的水井钻探和露天矿爆破孔的钻进。在石油及天然气钻井中，天然气或氮气用于钻开生产层。湿空气用于孔内有水而无法用于空气钻进时，将孔内涌水排出孔外。三三. . 泥浆泥浆概念概念：粘土分散在液体（水或油）中形成的分散体系，：粘土分散在液体（水或油）中形成的分散体系，水基泥浆，油基泥浆。水基泥浆，油基泥浆。性能性能：比重；粘度和切力；失水量。可在较大范围内：比重；粘度和

16、切力；失水量。可在较大范围内调节，可适应不同地层的要求；对钻头、牙轮轴承、调节，可适应不同地层的要求；对钻头、牙轮轴承、钻具和套管有一定的润滑作用，可减少其磨损。钻具和套管有一定的润滑作用，可减少其磨损。适用适用：风化、破碎、松散和遇水失稳地层（复杂地：风化、破碎、松散和遇水失稳地层（复杂地层）。石油和天然气钻井几乎都是在沉积岩中钻进，层）。石油和天然气钻井几乎都是在沉积岩中钻进，冲洗液主要使用泥浆。冲洗液主要使用泥浆。泥浆称为石油钻井的泥浆称为石油钻井的“血液血液”。固体矿床勘探钻进，泥浆是对付复杂地层的主要手段。固体矿床勘探钻进，泥浆是对付复杂地层的主要手段。四四. . 乳状液乳状液概念概

17、念：液体（油或水）分散在另一种液体（水或油）：液体（油或水）分散在另一种液体（水或油）中形成的稳定的分散体系。中形成的稳定的分散体系。分为分为：水包油乳状液、油包水乳状液。：水包油乳状液、油包水乳状液。使小口径金刚石钻进的钻进速度和钻进深度大幅度地使小口径金刚石钻进的钻进速度和钻进深度大幅度地提高。提高。五五. . 无固相冲洗液无固相冲洗液概念概念：含有无机盐和有机高分子（或聚合物）：含有无机盐和有机高分子（或聚合物）的溶液。的溶液。适用适用：裂隙发育、易坍塌和轻微膨胀的地层。：裂隙发育、易坍塌和轻微膨胀的地层。小口径金刚石钻进，绳索取芯钻进中，可防止小口径金刚石钻进，绳索取芯钻进中，可防止钻

18、杆内壁结泥皮和降低压损。钻杆内壁结泥皮和降低压损。完井液完井液：在石油钻井中，无固相钻井液用于钻：在石油钻井中，无固相钻井液用于钻进生产层，可减轻使用泥浆时对油层的损害进生产层，可减轻使用泥浆时对油层的损害六六. . 气液混合液气液混合液概念概念：液体（一般为清水）中充以空气而成。：液体（一般为清水）中充以空气而成。分为分为：充气液体和稳定泡沫。泡沫靠表面活性剂使气泡均匀而稳：充气液体和稳定泡沫。泡沫靠表面活性剂使气泡均匀而稳定分散在水中而形成的。定分散在水中而形成的。特点特点：由于比重小，粘度大，有较好的携岩和悬浮岩屑的能力，：由于比重小，粘度大，有较好的携岩和悬浮岩屑的能力，渗入孔壁的气泡

19、有淤塞作用从而起一定的护壁和堵漏作用。渗入孔壁的气泡有淤塞作用从而起一定的护壁和堵漏作用。适用适用：湿孔，有水钻孔中。泡沫洗井：石油钻井，水井钻井或是：湿孔，有水钻孔中。泡沫洗井：石油钻井，水井钻井或是地质勘探小口径外进。地质勘探小口径外进。稳定泡沫稳定泡沫：适用于低压油气层和水层，严重漏失和供水地区，干：适用于低压油气层和水层，严重漏失和供水地区，干旱和沙漠地带，寒冷冰冻地区。旱和沙漠地带，寒冷冰冻地区。七七. . 盐溶液和饱和盐水盐溶液和饱和盐水概念概念：用氯化钠配制成。：用氯化钠配制成。特点特点：含盐量高，甚至达到饱和程度，它的冻结温度：含盐量高，甚至达到饱和程度，它的冻结温度较低（在零度以下），具有防冻性。较低（在零度以下），具有防冻性。适用适用：钻进冻结岩层和岩盐层，钻进光卤石（钾、镁：钻进冻结岩层和岩盐层，钻进光卤石（钾、镁的氯化物）、芒硝（含水硫酸钠）等有用矿层时，应的氯化物）、芒硝（含水硫酸钠）等有用矿层时，应该用相应的饱和溶液。该用相应的饱和溶液。选择目标选择目标：保证钻进过程中孔壁稳定，预防钻孔漏失：保证钻进过程中孔壁稳定，预防钻孔漏失和喷涌；保持生产层的自然渗透性；保证高的岩矿芯和喷涌；保持生产层的自然渗透性；保证高的岩矿芯采取率和品质；保证有较高的技术经济指标。采取率和品质；保证有较高的技术经济指标。