浅析石油钻井的钻头选择及钻井液确定

新吉乐夫

【摘要】随着社会经济的快速发展，人们在生产及日常生活的过程中，对石油能源的需求量呈现出了日益增长的趋势，虽然随着科学技术的不断进步，世界各国对新能源的开发与利用也得到了不断的发展，但由于受到各种条件的限制，现阶段新能源仍无法完全取代石油能源的作用。石油钻井作为石油开发、石油勘探工作的重要环节，在获得油田的开发数据、地质资料勘察以及证明油气构造的工作过程中具有基础性作用。本文主要阐述了石油钻井钻头的类型、钻井液的类型，并在此基础上对石油钻井工作中的钻头选择及钻井液确定环节作了浅要的分析。

【关键词】石油；钻井；钻头选择；钻井液确定；浅析

石油钻井工作在石油开发、石油勘探工作中发挥着基础性的作用，在收集地质资料、收集开发数据、证明石油构造等方面，石油钻井作业必不可少。石油钻井工作的速度对石油开发成本、产出效益起着决定性的作用。当前，石油资源短缺已成为一個世界性问题，在这样的背景下，不断提高石油钻井技术的研究力度，从而保证石油钻井的质量显得尤为重要。

1.钻头、钻井液

钻头是进行石油钻井工作的重要工具之一，钻头是否适应岩石性质及其质量的好坏，在选用钻井工艺方面起着非常重要的作用，特别是对钻井质量、钻探速度、钻井成本方面产生着巨大的影响，而钻井液的确定会对石油钻井的效益产生一定的影响。应当将石油钻井工作的具体情况作为立足点，对钻头、钻井液有一个全面的了解，在具体的钻井工作中科学选择钻头、合理确定钻井液，从而提高石油钻井的工作效率、工作质量，才能使石油钻井更好地发挥自身的价值，为促进石油事业的发展作出一定的贡献。

1.1钻头

钻头是钻井设备的主要组成部分，其主要作用是破粹岩石、形成井眼。旋转钻头是目前石油行业普遍使用的钻头，在机械的带动下旋转钻头会产生旋转，从而带动整个钻头产生向心运动，并通过侵削、研磨使岩石发生裂痕并破碎，起到向下钻探的作用。钻头是主要的钻井设备之一，根据工作环境、地域环境的不同，钻头的规格、形状也应当有所不同，在进行石油钻井工作时，应当以具体需要、具体设计方案为根据，合理地、科学地选择钻头。

1.2钻井液

在进行石油钻井工作的过程中，钻井液是必不可少的介质，其主要作用是在钻井过程中清理、冲洗井底，将在岩石破粹过程中所产生的钻探岩屑、尘屑带到地面，并对钻头进行冷却、润滑，平衡地层压力、井壁压力，从而保证钻井工作的顺利进行，也被称为钻孔冲洗液、钻井泥浆、洗井液。按照成分的不同对钻井液进行划分，主要有空气雾化钻井液、泥浆钻井液、清水钻井液（无固相聚合物钻井液）与天然高分子钻井液等种类。清水钻井液、泥浆钻井液是石油钻井工作中较为常见的钻井液。

2.钻头分类及选择

目前石油行业使用的钻头有很多种类，以不同的钻进方式为根据对钻头进行分类，可以将其分为金刚石钻头、牙轮钻头与刮刀钻头，这三种钻头是最基本的钻头形式。在这三种钻头中，在石油钻探工作中应用最为普遍、最为广泛的一种是牙轮钻头，其应用程度也比较深。将这三种钻头进行对比，使用范围最小的一种钻头是刮刀钻头。本文主要介绍的是金刚石钻头与牙轮钻头。

2.1金刚石钻头及选择

切削刃使用的是金刚石材料的钻进刀具就是金刚石钻头，金刚石钻头的主要优势在于能够适应研磨性较高、地质较硬的地层，切割性能也比较优良。在高速钻探方面具有非常显著的优势。以所适应地层的差异为根据，可以将金刚石钻头分为普通金刚石钻头、聚晶金刚石复合片钻头两大类。在这两大类之中，普通金刚石钻头适用于研磨性较高、地质较硬、地质复杂的地层；聚晶金刚石复合片钻头能够被广泛的应用于硬质地层、软质地层、软硬适中的地层，其应用范围十分广泛。刀片的不同是这两种金刚石钻头的主要差别所在。聚晶金刚石复合片钻头主要有四个组成部分，即金刚石复合片、喷嘴、胎体以及钻头体；普通金刚石钻头主要有四个组成部分，即金刚石颗粒、喷嘴、胎体以及钻头体。

因为金刚石钻头的切割性能比较优良，因此在选择金刚石钻头当做石油钻井工具时，能够高速钻探，也能够在一定程度上扩大钻深。在使用金刚石钻头进行石油钻井作业的过程中，需要高度注意的有以下几个方面：第一，金刚石钻头的价格比较高，因此在使用时应小心操作，降低损坏程度；第二，金刚石钻头在热稳定性方面具有一定的缺陷，因此在使用时要保证钻头的冷却性能、清洗情况；第三，其质地比较脆，因此金刚石钻头的抗冲击性能会比较差，应该严格按照金刚石钻头的相关规程来进行严格的、规范的操作。

2.2牙轮钻头及选择

以牙轮钻头的结构为依据，可以将其分为水眼、轴承、巴掌、牙轮以及钻头体这五个部分。如果是密封喷射式的牙轮钻头，在一般情况下还包括储油补偿系统这一部分。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。

在选择牙轮钻头当做石油钻井工具时，需要按照钻井设备的实际情况、地层的实际条件以及相邻油井的地质资料、地层资料来进行牙轮钻头的选型。在进行选择时，需要考虑的问题主要有以下几点：首先，应考虑钻井地层中的软硬交错情况是否存在；其次，应考虑在石油钻井工作中是否需要防斜钻进、曲线作业；再次，应考虑同一油井中的不同钻进井段的实际深浅情况；最后，应考虑钻井地质、地层的可研磨性以及软硬程度。

3.钻井液分类及钻井液确定

3.1钻井液的分类

钻井液的主要作用是在钻井过程中清理、冲洗井底，将在岩石破粹过程中所产生的钻探岩屑、尘屑带到地面，并对钻头进行冷却、润滑，平衡地层压力、井壁压力，从而保证钻井工作的顺利进行。随着钻井种类的增多，钻井技术的进步发展，钻井液的种类也得到了不断的增多。当前对钻井液进行分类时所采用的重要分类标准是“相”。以“相”为标准可以将钻井液分为惰性固相钻井液、活性固相钻井液以及液相钻井液这三大类。第一，惰性固相钻井液主要包括加重材料、钻屑等，惰性固相钻井液对特殊地质具有比较高的适应性；第二，活性固相钻井液主要包括油基钻井液中所加入的有机膨润土或者是在进行石油钻井过程中所加入的膨润土、造浆粘土，活性固相钻井液能够被广泛地应用于碎裂性地质的钻井作业中；第三，液相钻井液主要包括清水类钻井液与油质类钻井液，液相钻井液具有清洗、润滑、降温的功能，在石油钻井中是最为常见的一种钻井液类型。应该按照实际使用需求进行钻井液的配置工作，从而获得不同性能的、能够适应不同地层地质的钻井液，如在钻井液中添加合适的添加剂，调整钻井液中活性固相的分散状态，从而实现调节钻井液性能的目的。

3.2钻井液确定

在实际设计过程中，钻井液的确定对于保证石油钻井的可靠性、经济性具有重要的作用，钻井液的确定存在着很多的影响因素，也具有很多层面，近年来，欠平衡钻井技术得到了快速的发展，钻井液确定中其密度的确定成为了关键所在。钻井液密度确定过程主要包括地层孔隙压力、环空消耗、最终密度的计算、确定。第一，地层孔隙压力。采用不同的压力检测方法进行检测，所获得的监测数据也有非常明显的不同，误差高达百分之十。特别是在进行深井钻井时，计算误差在很大程度上超过负压差值。在计算误差这一方面来看，dc指数法、C指数法以及声波时差法等无法保证钻井液密度确定的准确性。地层孔隙压力，由油藏地质工程于勘探过程中所提供的，主要包括MFT測试压力、试油静压以及钻杆测试压力，在确定具体的井压时应该以油层的深度为根据予以适当的调整。在探井过程中，应以随钻时得到的试井数据为主要根据进行分析、计算，从而获得地层孔隙压力。第二，环空消耗。钻井液密度确定与环空压耗具有直接相关的关系。在普通的近平衡、过平衡钻井现场，在一般情况下，会根据喷射钻井所使用的最大钻头的水功率来设计泵的排量，在这样的前提条件下，钻井液循环可以基本达到紊流状态。对欠平衡钻井来说，为提高井控的可靠度，从而有效地避免紊流状态对裸眼油气层所产生的冲刷作用，欠平衡钻井液不能有过大的排量，应该要使欠平衡钻井液的流动状态保持在层流状态。第三，钻井液最终密度的计算与确定。钻井液密度的数值等于：地层孔隙压力减去井底负压设计值再减去环空压耗所得出的差再乘以102得出的乘积除以钻井的深度。

结语

石油钻井工作的钻头选择直接影响着钻井质量、钻井效率以及油井建成后的管理难度，因此，在对钻头进行选择的过程中，应当以钻井地质、地层的实际情况以及工程的实际需要为主要根据来合理地进行选择。钻井液的确定对于石油钻井工作是否能够顺利进行、钻井的可靠性具有非常重要的意义，因此，应以正确算例作为主要根据进行准确的计算，并在此基础上与钻井地质、地层的实际情况相结合进行计算，从而保障钻井液确定的准确性、合理性。综上所述，本文主要对石油钻井的钻头选择以及钻井液确定作了浅要的分析，望对相关研究与石油钻井实践有所帮助。

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