钻井机钻进时,钻井机钻头一直在高温下旋转破碎岩层,钻井产生大旦热量;钻井液钻具也不断与并壁摩擦而产生效量。通过钻井液的循环,将这些热量及时带走,从而起到冷却钻头、钻具,延长其使用寿命的作用。由于钻井液的存在,使钻井液钻头和钻具均在液体内旋转,因此在很大程度上降低了摩擦阻力,起到了很好的润滑作用。
钻井液在钻头喷嘴处以极高的流速喷出,所形成的高速射流对井底产生强大的冲击力,从而提高了钻井液钻井速度和破岩效率。钻井液高压喷射钻井就是利用这个原理,显著地提高了钻井液机械钻速。在使用涡轮 钻井液钻具钻进时,钻井液钻井液由钻杆内以较高流速流经涡轮叶片,钻井使涡轮旋转并带动钻头破碎岩石。
旋转钻井初期,钻井液的主要作用是把岩屑从井底携带至地面。目前,钻井液被公认为至少有以下十种作用:
(1) 清洁井底,携带岩屑。保持井底清洁,避免钻头重复切削,减少磨损,提高效率。
(2) 冷却和润滑钻头及钻柱。降低钻头温度,减少钻具磨损,提高钻具的使用寿命。
(3) 平衡井壁岩石侧压力,在井壁形成滤饼,封闭和稳定井壁。防止对油气层的污染和井壁坍塌。
(4) 平衡(控制)地层压力。防止井喷,井漏,防止地层流体对钻井液的污染。
(5) 悬浮岩屑和加重剂。降低岩屑沉降速度,避免沉沙卡钻。
(6) 在地面能沉除砂子和岩屑。
(7) 有效传递水力功率。传递井下动力钻具所需动力和钻头水力功率。
(8) 承受钻杆和套管的部分重力。钻井液对钻具和套管的浮力,可减小起下钻时起升系统的载荷。
(9) 提供所钻地层的大量资料。利用钻井液可进行电法测井,岩屑录井等获取井下资料。
(10)水力破碎岩石。钻井液通过喷嘴所形成的高速射流能够直接破碎或辅助破碎岩石。
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一是使用的普遍性。不论是面广量大的农田灌溉,还是星罗棋布的中小企业,大多数是靠井提供水源,几乎没有与井不无关系的单位和个人;二是工程的隐蔽性。井的质量如何难以检测,一旦质量出问题无法补救;三是投资的高风险性。钻井打干眼的事情是大量存在的,如果不讲科学,盲目打井,多数地方失败多于成功。一旦无水,几千元至几万元的投资就打了水漂。
从这个意义上讲,井又是一项风险高、失败多的水利工程;一般认为打井就是钻个眼,下根管,看似简单,实际技术含量很高,涉及到水文地质、物探找水、成井工艺、选泵配套等多方面的知识,往往不被人重视,很容易出现失败多、质量差、风险高的问题。打井找水的学问虽然很深,但如果当事人掌握点科学知识,减少盲目性,还是大有裨益的。
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① 钻具上下运动引起的波动压力过大,造成井壁受力不平衡;
② 起钻未及时灌满钻井液,液柱压力降低;
③ 钻井液密度过低,失水大,泥饼质量差,不能有效地控制泥页岩吸水膨胀,造成井壁不稳定;
④ 钻井液性能变化太大,井壁不适应;
⑤ 胶结不好的疏松地层和破碎性地层,流砂层及砾石层和粘土互层 ,易受钻井液浸泡而井塌;
⑥ 井喷、井漏造成井塌;
⑦ 钻井液返速过高。
现象:
① 钻进中突然蹩钻甚至转不动,泵压升高或憋泵悬重下降;
② 起钻中钻井液倒返,上提遇卡,下放遇阻。
③ 循环时有大量岩屑、掉块返出,循环多时仍不减少。
处理方法:
① 尽可能保持和恢复循环,大幅度活动钻具,调整钻井液性能,巩固井壁,带出掉块。
② 疏松地层井塌,如果能维持循环,应边处理钻井液边循环,带出掉块,巩固井壁;如出现憋泵,不能强开泵憋漏地层,导致卡钻,应强行起钻,边起边连续灌满钻井液。
③ 起出钻具后,配制足量的好性能钻井液,下钻划眼,要防止憋泵或卡钻,直至井眼畅通,井壁巩固,再恢复钻进。
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