钻井的钻头选择及钻井液确定探讨

钻井的钻头选择及钻井液确定探讨

白臣

大庆油田责任有限公司钻井一公司

摘要：一直以来，石油资源是我国社会经济发展的重要矿产能源，近年来油田进入了中后期开采阶段，原油产能逐渐下滑，国际石油市场形式也日渐严峻，为了环节我国能源供应紧张的现状，需要对石油勘探开发技术进行不断的升级和优化。课题研究由此出发深入分析钻井工程中，钻头的选择方法以及钻井液的确定方法。

关键字：石油；钻头选择；钻井液确定

石油钻井工作是石油资源开发、开采的基础性工作也是核心工作，石油钻井作业工程也是搜集地址资料、收集开发数据、研究石油地质构造的重要工程项目。钻头和钻井液是钻井工程的核心设备，对钻井效果以及质量有着直接的影响。钻头的质量以及性能决定是否可以适应岩石性质，实现顺利的钻井施工。钻头选择对钻井质量、钻探速度、钻井成本方面有着直接的影响。钻井液则决定最终的钻井效果，对后期的采收率以及经济效益有着深远的影响。因此，钻井工程在开始前应基于实际的施工需求和现场环境，选择相应的钻头和钻井液，从而提升钻井的工作效率和钻井质量。

1.钻头和钻井液

1.1钻头

钻头是钻井设备的主要组成部分，是钻井作业钻进过程中的核心装备，钻头复杂破碎岩石，建立从地面到目标地层的链接通道，形成井眼。在施工过程中钻头与动力设备相连，在动力机械的带动下钻头会高速旋转，钻头的自身结构会在旋转的过程中对岩石形成侵削以及研磨的作用，在适当的钻压下，钻头在前进过程中会让岩石发生裂痕并破损，实现顺利突破岩层的钻用。目前我国钻头种类极多，不同的钻头有着不同的性能特点以及使用空间，需要根据实际的施工环境、地下环境选择相应规格性能的钻头，在可以实现钻井工程的最佳化。

1.2钻井液

在进行石油钻井工作的过程中，钻井液是重要的工作介质之一，在钻井的过程中加入钻井液可以起到冲洗、增加研磨效果，并通过循环设备，让钻井液在循环的过程中将钻井过程中产生的岩石碎屑、尘屑等带到地面，同时钻井液也起到对钻头降温和润滑的作用。在钻井过程中由于岩石被破碎并带出地面，导致地层压力发生变化，钻井液也起到有效的填充以及平衡地面压力的作用，有效的提高了钻井工程的稳定性以及安全性。钻井液根据成分以及功能可以分为钻孔冲洗液、钻井泥浆、泥浆钻井液、清水钻井液、高分子钻井液等若干种。 也可以大体的分为油基钻井液和水基钻井液两种。目前清水钻井液和泥浆钻井液是应用最为广泛的钻井液类型之一。

2钻头的分类以及选择

目前已经投入使用的钻头种类繁多，但根据钻进方式以及钻头结构可以分为金刚石钻头、牙轮钻头、刮刀钻头三大类。目前使用的许多钻头均是以上述三种钻头为基础研究和设计的，其中应用时间最久应用范围最广的是牙轮钻头，应用范围最小的是刮刀钻头。因此本文主要对金刚石钻头以及牙轮钻头的性能特点以及应用空间进行详细的分析探讨。

2.1金刚石钻头性能特点以及适用环境

金刚石钻头使用了高硬度的人造金刚石，金刚石钻头较高的硬度让其具备极强的研磨能力，在存在坚硬岩层的钻井工程中，金刚石钻头的优势十分明显，与其他钻头相比切割能力更强，可以承担的最大钻速也更高。目前金刚钻钻头可以分为普通金刚钻钻头和聚晶金刚钻钻头两种，普通金刚钻钻头最早与美国引进，研磨性能强，在较硬地层中表现良好。聚晶金刚钻钻头是基于金刚钻钻头的新型钻头，不仅在坚硬地层中有很好的表现，在软质地层中也有着良好的表现，是一种应用范围更为宽广的钻头类型之一。

在实际施工选择中，如果在扩大钻深、岩层突破等需要较高转速以及较打钻深施工中可以选择金刚钻钻头进行施工，但金刚钻钻头造价高昂，韧性较低导致其在使用中极易发生损坏，需要建立严格的操作标准，降低钻头损耗。此外金刚钻头虽然具有硬度高研磨性强的优势，但其散热能力较差，热稳定性差也让其存在一定的缺陷，无法长时间连续使用，并需要配套散热性能更强的钻井液，最后，较高的硬度决定钻头整体较脆，抗冲击能力极差。

2.2牙轮钻头及选择

目前常用的亚伦钻头主要由水眼、轴承、巴掌、牙轮以及钻头体等五部分组成，如果是密封喷射式的牙轮钻头，还包括储油补偿系统。螺纹一般会在牙轮钻头的上部，钻柱与螺纹进行相互连接，钻头下部会存在牙轮，其上带有三个巴掌，牙轮轴上装上牙轮，牙轮轴与各个牙轮之间装有轴承，牙轮会通过其自身所带的切削齿进行破碎岩石工作。钻井液的通道就是钻头的水眼。在进行石油钻井工作的过程中，通过钻进过程中的横向剪切作用、纵向振动作用，牙轮钻头会实现破碎岩石的目的，从而能够提升钻井速度。

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4. 钻井液的分类及选择

前文中详细的叙述了钻井液的功能及作用，目前“相”是钻井液的热门分类标准之一，最初将钻井液分为固相和液相钻井液两大类，又逐步细化分为惰性固相钻井液、活性固相钻井液以及液相钻井液三大类。其中惰性固相钻井液主要由加重材料、钻屑等成分组成，在如特殊地层中应用小号较好。活性固相钻井液加入了大量的闰土成分，在起到常规钻井液功能的同时，其中含有的膨润土、黏土等成分在进入地层后可以对底层裂缝起到有效的填充以及修补作用，因此适用于碎裂性地质钻井作业中。液相钻井液又可以细分为油基钻井液和水基钻井液两种，可以适用于多种不同环境的钻井作业。

参考文献

[1]王泽罡.浅析石油钻井的钻头选择及钻井液确定[J].中国石油和化工标准与质量,2014,01:49.

[2]丁海军,刘建军,丁随军.钻井的钻头选择及钻井液确定[J].化工管理,2014,21:67.

[3]刘志强.石油钻井的钻头选择及钻井液确定[J].中国石油和化工标准与质量,2011,11:193.

作者简介：白臣，男，1986年7月出生，汉族，辽宁沈阳，2012年毕业于东北石油大学企业管理专业，助理工程师，艾哈代布经理部东巴分部副经理，现在大庆油田责任有限公司钻井一公司工作。