在現(xiàn)代鉆井中,循環(huán)流體是必不可少的。 除少量使用氣體和泡沫的循環(huán)流體外,鉆井中使用的大部分循環(huán)流體都是液體。 因此,鉆井過(guò)程中使用的循環(huán)流體稱為鉆井液。 由于早期鉆井液只是粘土和水的混合物,幾乎沒(méi)有其他化學(xué)成分,油田曾經(jīng)稱之為“泥漿”。
甲酸鉀是目前的一種新型鉆井液,在鉆井過(guò)程中起著重要作用。
鉆井過(guò)程中使用甲酸鉀鉆井液其主要功能是:
清潔井底
鉆頭在鉆孔過(guò)程中破碎巖石并產(chǎn)生大量的切屑,這些切屑被循環(huán)流體除去。 如果鉆屑不能及時(shí)清除,它將反復(fù)破碎,這將影響鉆頭繼續(xù)鉆進(jìn)巖石。
冷卻,潤(rùn)滑鉆頭和鉆柱
在鉆孔過(guò)程中,鉆頭承受非常嚴(yán)重的鉆壓負(fù)荷,導(dǎo)致鉆軸承和鉆面產(chǎn)生熱量。 同時(shí),由于鉆柱在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中不斷摩擦井壁,不僅產(chǎn)生熱量,而且鉆柱加速,耗電量增加,鉆井液可以帶走熱量。 通過(guò)甲酸鉀鉆井液循環(huán)來(lái)冷卻鉆具的時(shí)間,還可作為潤(rùn)滑劑,減少摩擦的副作用。
形成泥餅以保護(hù)井壁
由于頂部和周圍巖石的壓力,地層深處的巖石處于三維壓縮狀態(tài)。 當(dāng)鉆井眼時(shí),井筒周圍的巖石必須承受來(lái)自所有方向的壓縮,以產(chǎn)生應(yīng)力增量值,即應(yīng)力集中。 在這種情況下,如果井眼處的巖石強(qiáng)度不夠大,則可能導(dǎo)致井眼坍塌。 然而,如果將含有增重劑和低流體損失的鉆井液施加到周圍的井壁上,則巖石上的應(yīng)力將減小,從而減少“壓縮坍塌”的可能性。 在鉆井完井液中甲酸鉀起主要作用的是鉀離子,且能完全離解,相同加量時(shí),有效K濃度較氯化鉀高,無(wú)陰離子氯根的污染,其濾液表面張力明顯大于氯化鉀鉆井完井液體系,滲入地層的流動(dòng)阻力大,既抑制粘土水化分散膨脹,防止地層縮徑,又不干擾電測(cè),腐蝕輕,同時(shí)避免了對(duì)油層的污染。
控制和平衡地層壓力
當(dāng)鉆入高壓油(氣)層時(shí),如果地層的油(氣)層壓力高于鉆井液柱的壓力,則會(huì)發(fā)生“井噴”,從而導(dǎo)致鉆井事故。 為此,準(zhǔn)備好甲酸鉀鉆井液,使鉆井液柱的壓力等于(通常略大于)地層壓力,以確保安全和快速鉆井。 但是,密度不應(yīng)太大,否則可能會(huì)阻塞油(氣)層。
懸浮巖屑和加重劑
在鉆井過(guò)程中,井筒環(huán)形空間中鉆井液的流速不能太高,由于密度低,清水的懸浮能力差。 為了使切屑和增重劑循環(huán)到地面,將其他各種添加劑添加到鉆井液中。
將水力傳遞給鉆頭
當(dāng)甲酸鉀鉆井液從鉆頭的水孔流到井底時(shí),不僅可以清理底部鉆屑,還可以減少鉆井底部的能量,有助于機(jī)械破巖。 噴射鉆孔是利用鉆頭的水力的鉆孔過(guò)程。 國(guó)內(nèi)外鉆頭實(shí)踐證明,噴射鉆孔工藝可提高鉆孔速度并降低鉆井成本。
在地面上分離鉆屑
固相在鉆井液中的作用可分為兩類:一類是有用的固相,如膨潤(rùn)土,化學(xué)處理劑,重晶石等; 另一種是有害的固相,如巖屑,劣質(zhì)膨潤(rùn)土,砂子等。鉆井液的固體控制系統(tǒng)是去除有害固相,保留有用的固相,或控制總固體含量和顆粒大小。
鉆井液在鉆井過(guò)程所需的范圍內(nèi),以滿足鉆井過(guò)程的鉆井液性能要求。甲酸鉀鉆井液還能分散在鉆井液中的固相顆粒稱為鉆井液中的固相。 鉆井液中的固相來(lái)自鉆屑,并且人工添加以滿足鉆井工藝要求。