關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，科學選擇鉆井鉆頭、鉆井液對促進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直接影響到石油鉆井的效率。因此，需要與鉆井作業(yè)的實際情況相結(jié)合，對鉆井鉆頭與鉆井液的選擇開展深入的研究，以此來實現(xiàn)對其科學、合理的確定。

1 相關概念

1.1 鉆頭

鉆頭在鉆井過程中的主要作用是破碎巖石，進而形成井眼。鉆頭的質(zhì)量及其與巖石性質(zhì)的適應性對選用鉆井工藝具有重要意義，在選擇、使用鉆頭時應該緊密結(jié)合鉆井地層的性質(zhì)來進行確定。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，潤滑、冷卻鉆頭，并且平衡井壁壓力與地層壓力，進而為鉆井的順利進行提供保障。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，此外對于密封噴射式鉆頭還有儲油補償系統(tǒng)。在使用牙輪式鉆頭進行鉆井作業(yè)的過程中，需要仔細整理油井地層地質(zhì)信息、資料，根據(jù)鉆井設備的工作性能，緊密結(jié)合實際工作條件，選擇合適的鉆頭。為確保選擇的合理性需要把握以下四點：（1）鉆井過程中是否存在防斜進鉆進與曲線作業(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；（3）選擇時將鉆井的具體深淺考慮在內(nèi)；（4）考慮地層軟硬交替的實際現(xiàn)象。

2.2 金剛石鉆頭的選擇

在選擇合適的金剛石鉆頭時要考慮的因素相對較多。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金剛石鉆頭與聚晶金剛石鉆頭。通常而言，前者主要被應用于地質(zhì)硬度高、地質(zhì)復雜的地層，而后者被廣泛應用于硬度相對較低的地層，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。

?

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，鉆井液的選擇應根據(jù)設備及技術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，因此該鉆井液應用較廣泛。在石油鉆井工程中，要想順利實現(xiàn)開采目標，必須科學合理地選擇鉆井液。在對鉆井液進行選擇時必須著重考慮以下幾個方面：

（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，還應該對加重材料、膨潤土的量加以控制，尤其是對滲透率要求比較高的油氣開采項目，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：對于鹽敏感性巖石地層，要選擇臨界礦化度合適的鉆井液，對于堿敏感性巖石地層，在選擇鉆井液時要控制好鉆井液的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，不然便會對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油氣層的損害。

總而言之，為了保障石油鉆井目標的達成，在選擇石油鉆井液時需要對腐蝕性、毒性、儲層保護、經(jīng)濟成本與工程施工要求等進行綜合考慮。

4 結(jié)語

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

[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)