石油钻井中钻头及钻井液的选择分析

石油钻井中钻头及钻井液的选择分析

王飞

陕西煤田地质油气钻采有限公司 陕西 西安 710000

摘要：随着能源和矿产的发展，煤矿的规模和技术也在快速的发展，但随着开采的深入，各种复杂的开采条件和人为因素也越来越多，这就导致了事故的突发性、复杂性和交互性，所以，对安全技术的要求也越来越高。而基础能源的产出和使用效率直接关系到整个经济的发展，石油行业的钻头和钻井液的选用直接关系到油田的生产效率和安全性，通过对其的选取、分析、动态监测、建立智能系统，可以合理地选择钻头、钻井液，从而达到科学生产的目的。

关键词：石油钻井；钻头；钻井液；选择

引言：石油钻探是石油资源开发和开采的基础和核心工作，而石油钻井作业工程也是搜集地质资料、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施工的关键设备，它直接关系到钻探的效果和质量。钻机的质量和性能决定了钻机能否满足岩性要求，从而保证钻井作业的顺利进行。钻头的选用直接关系到钻井质量、钻井速度和成本。钻井液直接关系到钻井液的成败，直接关系到后期的原油产量和经济效益。所以，在钻井项目实施之前，要根据现场的具体情况和需要，选用合适的钻具和钻井液，以提高钻井作业的效率和质量。

一、钻头及钻井液概述

1、钻头

钻头是钻机的重要部件，是钻机在钻探过程中的关键部件。钻头是连接着电力设备的，在电力驱动下，钻头会以极快的速度转动，钻头本身的构造会对岩石产生侵蚀和磨蚀，在合适的压力下，钻头会在钻进的时候出现裂纹，从而达到破岩的目的。目前，国内的钻头品种繁多，其性能和应用空间也各不相同，要根据施工环境和地下环境选择合适的钻头，才能达到钻井的最优。

2、钻井液

在钻井作业中，钻井液是主要工作介质，在钻探中添加钻井液，可以起到冲洗、提高研磨效果，利用循环机，使钻井液在循环的过程中，将钻井液中的碎屑、尘屑等带入地表，同时还能起到冷却和润滑的作用。钻井液在钻进过程中，由于岩体破裂，使地层压力发生变化，同时，钻井液还能有效的补充和平衡地表压力，有效的增加了钻井作业的稳定性和安全性。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，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。

二、钻头及钻井液影响因素分析

1、石油钻探的地质结构与地质环境

钻机钻头和钻井液的选用对钻机的最终影响对象是要进行钻探周边的地质、地质情况。特别是，钻机周边地质环境的复杂性、地质结构的复杂性、地质类型、地层硬度、强度等因素对钻头和钻井液的选用有很大的影响。

2、油气钻探作业总体目标的影响与控制

石油钻探工作以科学的钻探为基础，随着石油市场的不断发展，目前在石油钻探作业中，钻头与钻井液的选择有着举足轻重的地位。比如，石油钻探的工作目标会影响到石油的时间安排、成本控制、最后的钻进效果，而这三个条件的实现，最直接的影响就是钻头和钻井液的选择。因此，如何合理地选用钻头、钻井液，确保实现高效率、低成本的钻井作业，是建立现代石油钻探工作的一个关键环节。

三、钻头的种类和选用

目前，在石油工业中应用的钻头种类繁多，按钻头的类型划分，可以将钻头分为钻头、牙轮钻头和刮板钻头三大类。其中，牙轮钻头在石油钻井作业中应用最为广泛，应用范围也更广。比较了三种类型的钻头，其中最常用的是刮板钻头。

1、金刚石钻具的选用与应用

金刚石钻头是一种钻头，它的主要优点是可以适应高研磨性和地质条件较硬的地层，而且切割能力也较好。它在高速钻井中有着很大的优越性。金刚石钻头按其适用地层不同，可划分为一般金刚石钻头和聚晶金刚石钻头。其中，常规金刚石钻头可用于研磨性较高、地质较硬、地质复杂的地层；聚晶金刚石复合片式钻头在硬地层、软地层、软硬地层等方面有着广阔的应用前景。这两种钻石钻头最大的区别就在于刀片的差异。聚晶金刚石复合片钻头由金刚石复合片、喷嘴、胎体和钻头本体四大部分组成；一般金刚石钻头由金刚石颗粒、喷嘴、胎体和钻头本体四大部分组成。在钻探工作中，金刚石钻头的成本较高，所以在使用时要谨慎，尽量减少损害；第二，金刚石钻头的耐热性能存在一定的缺点，所以在使用中应确保其冷却性能、清洁状况；第三，它的结构较易碎，所以金刚石钻头的防震能力较弱，必须严格遵守有关的规范操作。

2、牙轮钻头及选择

根据牙轮钻头的构造，分为五大类：水眼、轴承、手掌、牙轮和钻头本体。若为密封喷射型齿轮齿钻头，通常也包含储油补偿装置。通常情况下，牙轮钻头的上方都会有一个齿轮，这个齿轮和一个齿轮是相连的，它的底部有三个手掌，牙轮上有一个齿轮，这个齿轮和每个齿轮之间都有一个轴承，这个轴承可以用来粉碎岩石。钻井液的管道是钻井中的水孔。在进行钻探作业时，采用横向剪切、纵向振动等方法，可以使钻头达到破岩目的，提高钻速。在选用牙轮钻头作为钻具时，应根据实际情况、地层实际情况，结合邻近油井地质资料和地层资料，选用牙轮钻头。在进行选择时，要注意以下几个问题：一是要考虑是否有软硬交织；其次，在石油钻探作业中，要考虑防斜钻进、曲线作业的必要性；第三，在相同的井内，要考虑到不同的钻井段的深度；同时，还需考虑钻井地质、地层的可磨性和软硬度等因素。

四、钻井过程中钻井液的选用

液相钻井液是目前钻井液中最常用的一种，液相钻井液主要是以清水类和油质类钻井液作为主体，它具有清洗、润滑、冷却等作用。与其它钻井液相比，液相钻井液具有更简便、廉价、可重复利用等优点，可大大提高钻井液的经济价值，推动钻井工程的正常进行。

   活性固相钻井液是一种用于破碎性地质钻井液的钻井液，它的应用范围主要是有机膨润土、膨润土、粘土等，在特定的地形条件下具有很大的实用价值。惰性固相钻井液在钻探工程中的应用几率很小，因为在钻井液中加入了一些沉积物和碎屑，会给钻探带来很大的阻力，从而降低了钻探的效率。

在钻井液的选用和使用中，必须充分考虑到地层的孔压和钻探工艺的选择，随着科技的快速发展，钻探市场的蓬勃发展，对钻探技术进行了有效的革新和提高。这一技术的应用，对钻井液的选用提出了更高的要求，即要根据钻进过程中的喷油状况，合理地控制泵的排量，并计算出一定的环空压力，使钻井液的浓度达到欠平衡钻井技术的要求。其次，还要对地层的孔压进行合理的计算，综合考虑MFT测试压力、钻杆压力和静压三个方面，并根据计算的地层孔隙压力，确定钻井液的浓度，确保钻井液的使用，从而提高钻井液的利用率。

钻井液的选用必须符合油气层的岩性，以达到钻井液的目的，而目前在石油钻探工程中所碰到的岩性主要有酸敏性、盐敏性、碱敏性、水敏性等。其次，必须使钻井液符合油气层的流体特性，使钻井液达到油气层的流动，而不会与油气层中的液体发生沉淀、乳化、水锁等作用。在选择钻井液时，应尽量选用无固相或固相含量低的钻井液，以防止固相物在钻井时会阻塞油气层，从而影响到油田的正常生产。因此，在钻井液选用过程中，要根据油田的实际情况和地质情况，科学地选用合适的钻井液，以确保钻井液的使用性能和使用价值。

五、结论

钻井液和钻头在钻井生产中起着举足轻重的作用，其选用的好坏直接关系到钻井效率、钻井成本和安全生产，因此，正确地选用钻井液和钻头是十分必要的。在实际钻井中，要考虑钻井地质条件、成本因素、井身结构等因素，合理选用，以确保钻井的效益和成本。在实际钻井作业中，要根据现场条件，适时地调整钻井液和钻井液，使其最大限度地发挥其功能。

参考文献：

[1]王国申.石油钻井中钻头及钻井液的选择[J].清洗世界,2020,36(11):79-80.

[2]胡滔.石油钻头技术的现状研究及发展趋势[J].中国石油和化工标准与质量,2021,41(20):178-179.