在现代钻井中,循环流体是必不可少的。 除少量使用气体和泡沫的循环流体外,钻井中使用的大部分循环流体都是液体。 因此,钻井过程中使用的循环流体称为钻井液。 由于早期钻井液只是粘土和水的混合物,几乎没有其他化学成分,油田曾经称之为“泥浆”。
甲酸钾是目前的一种新型钻井液,在钻井过程中起着重要作用。
钻井过程中使用甲酸钾钻井液其主要功能是:
清洁井底
钻头在钻孔过程中破碎岩石并产生大量的切屑,这些切屑被循环流体除去。 如果钻屑不能及时清除,它将反复破碎,这将影响钻头继续钻进岩石。
冷却,润滑钻头和钻柱
在钻孔过程中,钻头承受非常严重的钻压负荷,导致钻轴承和钻面产生热量。 同时,由于钻柱在旋转过程中不断摩擦井壁,不仅产生热量,而且钻柱加速,耗电量增加,钻井液可以带走热量。 通过甲酸钾钻井液循环来冷却钻具的时间,还可作为润滑剂,减少摩擦的副作用。
形成泥饼以保护井壁
由于顶部和周围岩石的压力,地层深处的岩石处于三维压缩状态。 当钻井眼时,井筒周围的岩石必须承受来自所有方向的压缩,以产生应力增量值,即应力集中。 在这种情况下,如果井眼处的岩石强度不够大,则可能导致井眼坍塌。 然而,如果将含有增重剂和低流体损失的钻井液施加到周围的井壁上,则岩石上的应力将减小,从而减少“压缩坍塌”的可能性。 在钻井完井液中甲酸钾起主要作用的是钾离子,且能完全离解,相同加量时,有效K浓度较氯化钾高,无阴离子氯根的污染,其滤液表面张力明显大于氯化钾钻井完井液体系,渗入地层的流动阻力大,既抑制粘土水化分散膨胀,防止地层缩径,又不干扰电测,腐蚀轻,同时避免了对油层的污染。
控制和平衡地层压力
当钻入高压油(气)层时,如果地层的油(气)层压力高于钻井液柱的压力,则会发生“井喷”,从而导致钻井事故。 为此,准备好甲酸钾钻井液,使钻井液柱的压力等于(通常略大于)地层压力,以确保安全和快速钻井。 但是,密度不应太大,否则可能会阻塞油(气)层。
悬浮岩屑和加重剂
在钻井过程中,井筒环形空间中钻井液的流速不能太高,由于密度低,清水的悬浮能力差。 为了使切屑和增重剂循环到地面,将其他各种添加剂添加到钻井液中。
将水力传递给钻头
当甲酸钾钻井液从钻头的水孔流到井底时,不仅可以清理底部钻屑,还可以减少钻井底部的能量,有助于机械破岩。 喷射钻孔是利用钻头的水力的钻孔过程。 国内外钻头实践证明,喷射钻孔工艺可提高钻孔速度并降低钻井成本。
在地面上分离钻屑
固相在钻井液中的作用可分为两类:一类是有用的固相,如膨润土,化学处理剂,重晶石等; 另一种是有害的固相,如岩屑,劣质膨润土,砂子等。钻井液的固体控制系统是去除有害固相,保留有用的固相,或控制总固体含量和颗粒大小。
钻井液在钻井过程所需的范围内,以满足钻井过程的钻井液性能要求。甲酸钾钻井液还能分散在钻井液中的固相颗粒称为钻井液中的固相。 钻井液中的固相来自钻屑,并且人工添加以满足钻井工艺要求。