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        詳解鉆井液的主要作用

        2012-10-04

        地下鉆井作業的嚴酷環境促進了對鉆井液的研究和開發,要求能夠在鉆井過程中完成以下多項關鍵任務:懸浮、壓力控制、巖層穩定性、浮力、潤滑和冷卻。

        懸浮

        沿鉆桿向下或從鉆孔中向上流動的鉆井液有時會停止運動。出現這種情況只能有兩種原因:一是出現了故障,二是在更換鉆頭時將鉆桿提出了鉆孔。鉆探停止時,懸浮在鉆井液中的鉆屑就會沉入鉆孔的底部,將鉆孔堵塞。鉆井液被設計為具有一種非常有趣的特性,而該特性可以解決這一問題。鉆井液的稠度(或粘度)隨鉆井液流速降低而增加。鉆井液停止流動后,就會形成一種粘稠的凝膠體,這種凝膠體可使巖石鉆屑懸浮在其中,從而防止它們沉入鉆孔底部。而當鉆井液又開始流動后,它就會越變越稀薄,恢復到其以前稀薄的液體形態。

        壓力控制

        許多人都看到過石油從鉆井臺中噴入高空,石油工人為之而歡呼雀躍的情景。實際上,這類井噴罕有發生,也并不值得慶祝,因為鉆探的目標是以控制流量的方式來開采石油。泥漿被設計為可以抵消巖層中流體的自然壓力,從而防止發生此類事故。壓力間必須達到適當的平衡,即鉆井液對鉆孔壁的壓力應足以抵消巖層和石油或天然氣施加的壓力,但這種壓力又不能太大,否則會對油井造成破壞。如果鉆井液的重量太大,可能會使巖石破裂,鉆井液也會因此而流失入地下。

        液體的壓力隨其濃度的變化而變化。在鉆井液中添加增重劑可以提高其濃度,進而增大它對鉆孔壁的壓力??烧{整液體的濃度以滿足油井中的環境要求。

        裸露巖層的穩定性

        鉆井過程分為兩個階段:第一階段是鉆穿不含石油的巖層,目標是盡快鉆穿不含油巖層,到達含油巖層,即儲集層。此時的重點是要保持鉆孔中裸露巖層的穩定,同時還要避免鉆井液流失。而如果保持鉆井液壓力高于巖層孔隙流體壓力,鉆井液就會出現向巖層的透水巖石中滲入的自然趨勢。在鉆井液中加入特殊的添加劑,就能防止發生這種情況。

        鉆井液可能會以其它方式與周圍的巖石相互作用。例如,如果巖石含鹽量很高,水就會溶解其中的鹽分,從而使鉆孔壁變得不穩定。在這種情況下,使用油基鉆井液效果會更好。粘土含量高的巖層也容易被水沖刷掉。對這類巖層需使用抑止性的鉆井液,以保持井眼穩定并防止井眼擴大或被沖蝕。隨著鉆探不斷深入,井眼被用鋼套管保護起來,鋼套管用水泥加固,這樣既保持了井眼的穩定性,又為到達儲集層后開采的石油提供了通往地表的通道。到達儲集層后,必須改變鉆井液的成分,以避免阻塞巖石孔隙。保持巖石孔隙不被阻塞可使石油更順暢地流入鉆孔,然后上流至地表。

        浮力作用

        一座油井可能深達數千英尺或數千米。而一根如此長的鋼鉆桿將重達數噸。如果將鉆桿浸入鉆井液,就會產生浮力作用,降低鉆桿重量,并會減小對鉆探機械裝置的壓力。

        潤滑和冷卻

        金屬鉆入巖石時,會因摩擦生熱。鉆井液可潤滑和冷卻鉆頭,使鉆探平穩進行,同時延長鉆頭的壽命。對延伸區域或水平油井而言,潤滑可能尤為重要,因為在這些地方,鉆桿、鉆頭和巖石表面間的摩擦必須保持在最低水平。

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