鉆井液的主要作用

　　地下鉆井作業(yè)的嚴酷環(huán)境促進了對鉆井液的研究和開發(fā)，要求能夠在鉆井過程中完成以下多項關(guān)鍵任務(wù)：懸浮、壓力控制、巖層穩(wěn)定性、浮力、潤滑和冷卻。

　　懸浮

　　沿鉆桿向下或從鉆孔中向上流動的鉆井液有時會停止運動。出現(xiàn)這種情況只能有兩種原因：一是出現(xiàn)了故障，二是在更換鉆頭時將鉆桿提出了鉆孔。鉆探停止時，懸浮在鉆井液中的鉆屑就會沉入鉆孔的底部，將鉆孔堵塞。鉆井液被設(shè)計為具有一種非常有趣的特性，而該特性可以解決這一問題。鉆井液的稠度（或粘度）隨鉆井液流速降低而增加。鉆井液停止流動后，就會形成一種粘稠的凝膠體，這種凝膠體可使巖石鉆屑懸浮在其中，從而防止它們沉入鉆孔底部。而當(dāng)鉆井液又開始流動后，它就會越變越稀薄，恢復(fù)到其以前稀薄的液體形態(tài)。

　　壓力控制

　　許多人都看到過石油從鉆井臺中噴入高空，石油工人為之而歡呼雀躍的情景。實際上，這類井噴罕有發(fā)生，也并不值得慶祝，因為鉆探的目標是以控制流量的方式來開采石油。泥漿被設(shè)計為可以抵消巖層中流體的自然壓力，從而防止發(fā)生此類事故。壓力間必須達到適當(dāng)?shù)钠胶猓淬@井液對鉆孔壁的壓力應(yīng)足以抵消巖層和石油或天然氣施加的壓力，但這種壓力又不能太大，否則會對油井造成破壞。如果鉆井液的重量太大，可能會使巖石破裂，鉆井液也會因此而流失入地下。

　　液體的壓力隨其濃度的變化而變化。在鉆井液中添加增重劑可以提高其濃度，進而增大它對鉆孔壁的壓力。可調(diào)整液體的濃度以滿足油井中的環(huán)境要求。

　　裸露巖層的穩(wěn)定性

　　鉆井過程分為兩個階段：第一階段是鉆穿不含石油的巖層，目標是盡快鉆穿不含油巖層，到達含油巖層，即儲集層。此時的重點是要保持鉆孔中裸露巖層的穩(wěn)定，同時還要避免鉆井液流失。而如果保持鉆井液壓力高于巖層孔隙流體壓力，鉆井液就會出現(xiàn)向巖層的透水巖石中滲入的自然趨勢。在鉆井液中加入特殊的添加劑，就能防止發(fā)生這種情況。

　　鉆井液可能會以其它方式與周圍的巖石相互作用。例如，如果巖石含鹽量很高，水就會溶解其中的鹽分，從而使鉆孔壁變得不穩(wěn)定。在這種情況下，使用油基鉆井液效果會更好。粘土含量高的巖層也容易被水沖刷掉。對這類巖層需使用抑止性的鉆井液，以保持井眼穩(wěn)定并防止井眼擴大或被沖蝕。隨著鉆探不斷深入，井眼被用鋼套管保護起來，鋼套管用水泥加固，這樣既保持了井眼的穩(wěn)定性，又為到達儲集層后開采的石油提供了通往地表的通道。到達儲集層后，必須改變鉆井液的成分，以避免阻塞巖石孔隙。保持巖石孔隙不被阻塞可使石油更順暢地流入鉆孔，然后上流至地表。

　　浮力

　　一座油井可能深達數(shù)千英尺或數(shù)千米。而一根如此長的鋼鉆桿將重達數(shù)噸。如果將鉆桿浸入鉆井液，就會產(chǎn)生浮力作用，降低鉆桿重量，并會減小對鉆探機械裝置的壓力。

　　潤滑和冷卻

　　金屬鉆入巖石時，會因摩擦生熱。鉆井液可潤滑和冷卻鉆頭，使鉆探平穩(wěn)進行，同時延長鉆頭的壽命。對延伸區(qū)域或水平油井而言，潤滑可能尤為重要，因為在這些地方，鉆桿、鉆頭和巖石表面間的摩擦必須保持在最低水平。