關(guān)于石油鉆井鉆頭及鉆井液選擇的研究

邵鑫增（大港油田石油工程研究院，天津 300280）

關(guān)于石油鉆井鉆頭及鉆井液選擇的研究

邵鑫增（大港油田石油工程研究院，天津 300280）

隨著石油工業(yè)的快速發(fā)展，人們對(duì)石油鉆井鉆頭及鉆井液的選擇提出了更新、更高的要求，科學(xué)選擇鉆井鉆頭、鉆井液對(duì)促進(jìn)石油鉆井工程的開展、降低事故的發(fā)生概率具有重要的意義。本文首先定義了鉆頭及鉆井液的概念，然后就石油鉆井鉆頭及鉆井液的選擇展開了探究，以供參考。

石油鉆井；鉆頭；鉆井液

在石油鉆井過程中，鉆頭以及鉆井液的選擇會(huì)直接影響到石油鉆井的效率。因此，需要與鉆井作業(yè)的實(shí)際情況相結(jié)合，對(duì)鉆井鉆頭與鉆井液的選擇開展深入的研究，以此來實(shí)現(xiàn)對(duì)其科學(xué)、合理的確定。

1 相關(guān)概念

1.1 鉆頭

鉆頭在鉆井過程中的主要作用是破碎巖石，進(jìn)而形成井眼。鉆頭的質(zhì)量及其與巖石性質(zhì)的適應(yīng)性對(duì)選用鉆井工藝具有重要意義，在選擇、使用鉆頭時(shí)應(yīng)該緊密結(jié)合鉆井地層的性質(zhì)來進(jìn)行確定。鉆頭根據(jù)類型可劃分為金剛石鉆頭、牙輪鉆頭以及刮刀鉆頭等；根據(jù)用途可分為特殊工藝用鉆頭、取心鉆頭以及鉆井鉆頭等。通常鉆頭的規(guī)格與形狀隨工作環(huán)境的變化而改變，因此需要根據(jù)具體使用情況來合理選用鉆頭。

1.2 鉆井液

鉆井液是鉆井過程中必需的介質(zhì)，其主要作用為沖洗、清理井底，把鉆探塵屑、巖屑等攜帶至地上，潤(rùn)滑、冷卻鉆頭，并且平衡井壁壓力與地層壓力，進(jìn)而為鉆井的順利進(jìn)行提供保障。根據(jù)不同的組成可以將鉆井液分為清水鉆井液、泥漿鉆井液以及空氣霧化鉆井液等。其中，最常用的是泥漿鉆井液與清水鉆井液。

2 主要鉆頭的選擇

2.1 牙輪式鉆頭的選擇

牙輪式鉆頭通常由5部分構(gòu)成，其分別為：牙輪、水眼、鉆頭體、軸承以及巴掌，此外對(duì)于密封噴射式鉆頭還有儲(chǔ)油補(bǔ)償系統(tǒng)。在使用牙輪式鉆頭進(jìn)行鉆井作業(yè)的過程中，需要仔細(xì)整理油井地層地質(zhì)信息、資料，根據(jù)鉆井設(shè)備的工作性能，緊密結(jié)合實(shí)際工作條件，選擇合適的鉆頭。為確保選擇的合理性需要把握以下四點(diǎn)：（1）鉆井過程中是否存在防斜進(jìn)鉆進(jìn)與曲線作業(yè)；（2）根據(jù)地質(zhì)可研磨性與地層的軟硬程度來確定鉆頭型號(hào)；（3）選擇時(shí)將鉆井的具體深淺考慮在內(nèi)；（4）考慮地層軟硬交替的實(shí)際現(xiàn)象。

2.2 金剛石鉆頭的選擇

在選擇合適的金剛石鉆頭時(shí)要考慮的因素相對(duì)較多。金剛石是金剛石鉆頭的主要鉆切材料，因此根據(jù)鉆頭材料可以把金剛石鉆頭分為普通等級(jí)金剛石鉆頭與聚晶金剛石鉆頭。通常而言，前者主要被應(yīng)用于地質(zhì)硬度高、地質(zhì)復(fù)雜的地層，而后者被廣泛應(yīng)用于硬度相對(duì)較低的地層，適用于絕大多數(shù)地質(zhì)地層。普通金剛石鉆頭的主要組成部分是鉆頭本體與噴嘴，而聚晶金剛石鉆頭的主要差異在聚晶金剛石組成方面。與其它種類鉆頭相比，普通金剛石鉆頭具有較高的硬度，所以在鉆進(jìn)過程中如果遇到硬度問題，可以通過使用普通金剛石鉆頭來提升工作效率與工作質(zhì)量。

3 石油鉆井中鉆井液的選擇

3.1 鉆井液的分類

鉆井液的種類、組成成分及適用范圍見表1。

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3.2 石油鉆井液的選擇

鉆井液是鉆井的血液，其主要成分為清水、泥漿、泡沫、壓縮空氣、乳狀液及無粘土相沖洗液等，鉆井液的選擇應(yīng)根據(jù)設(shè)備及技術(shù)條件的不同選擇合適的鉆井液。根據(jù)巖層的地質(zhì)條件，在含水量較大的地層，鉆井液才可用清水；在裂隙發(fā)育不穩(wěn)定巖層，可用泥漿作為鉆井液，由于其成本低、取材容易，因此該鉆井液應(yīng)用較廣泛。在石油鉆井工程中，要想順利實(shí)現(xiàn)開采目標(biāo)，必須科學(xué)合理地選擇鉆井液。在對(duì)鉆井液進(jìn)行選擇時(shí)必須著重考慮以下幾個(gè)方面：

（1）鉆井液固相含量要低。要盡量選擇固相成分比較低或者不含固相的鉆井液，從而避免發(fā)生固相顆粒堵塞損害油氣層的現(xiàn)象，還應(yīng)該對(duì)加重材料、膨潤(rùn)土的量加以控制，尤其是對(duì)滲透率要求比較高的油氣開采項(xiàng)目，要盡量選擇無固相的鉆井液。

（2）鉆井液需要與油氣層巖石相匹配。通常巖石可分為水敏性、堿敏性、鹽敏性與酸敏性等類型，為了滿足石油鉆井開采的要求，需要根據(jù)巖石的類型來選擇合適的鉆井液。比如說：對(duì)于鹽敏感性巖石地層，要選擇臨界礦化度合適的鉆井液，對(duì)于堿敏感性巖石地層，在選擇鉆井液時(shí)要控制好鉆井液的PH值。

（3）鉆井液需要與流體特征相匹配。選擇鉆井液時(shí)需要考慮的另一重要因素是要保證鉆井液與油氣層中的流體相匹配。比如：所選擇的鉆井液不能與油氣層流體發(fā)生水鎖、沉淀以及乳化等作用，不然便會(huì)對(duì)石油開采造成極大的不利影響。

（4）鉆井液的密度要具有一定的可調(diào)性。我國油氣層的壓力系數(shù)通常為0.4～2.87，選用密度可調(diào)的鉆井液可以滿足不同壓力油氣層的開采要求，從而最大限度地減輕對(duì)油氣層的損害。

總而言之，為了保障石油鉆井目標(biāo)的達(dá)成，在選擇石油鉆井液時(shí)需要對(duì)腐蝕性、毒性、儲(chǔ)層保護(hù)、經(jīng)濟(jì)成本與工程施工要求等進(jìn)行綜合考慮。

4 結(jié)語

石油鉆井工作內(nèi)涵復(fù)雜且具有較多的影響因素，為了保障鉆井效率與質(zhì)量，需要從關(guān)鍵參數(shù)與關(guān)鍵技術(shù)等方面入手來選擇合適的鉆頭與鉆井液。要充分認(rèn)識(shí)到鉆頭、鉆井液選擇工作的復(fù)雜性，將石油鉆井規(guī)劃設(shè)計(jì)與實(shí)際條件緊密地結(jié)合起來，如此方能合理確定合適的鉆頭與鉆井液，進(jìn)而將工期、成本與質(zhì)量的關(guān)系平衡好。

[1]沈微.石油鉆井的鉆頭選擇及鉆井液確定研究[J].中國化工貿(mào)易,2015,7(26)