关于石油钻井钻头及钻井液选择的研究

邵鑫增（大港油田石油工程研究院，天津 300280）

关于石油钻井钻头及钻井液选择的研究

邵鑫增（大港油田石油工程研究院，天津 300280）

随着石油工业的快速发展，人们对石油钻井钻头及钻井液的选择提出了更新、更高的要求，科学选择钻井钻头、钻井液对促进石油钻井工程的开展、降低事故的发生概率具有重要的意义。本文首先定义了钻头及钻井液的概念，然后就石油钻井钻头及钻井液的选择展开了探究，以供参考。

石油钻井；钻头；钻井液

在石油钻井过程中，钻头以及钻井液的选择会直接影响到石油钻井的效率。因此，需要与钻井作业的实际情况相结合，对钻井钻头与钻井液的选择开展深入的研究，以此来实现对其科学、合理的确定。

1 相关概念

1.1 钻头

钻头在钻井过程中的主要作用是破碎岩石，进而形成井眼。钻头的质量及其与岩石性质的适应性对选用钻井工艺具有重要意义，在选择、使用钻头时应该紧密结合钻井地层的性质来进行确定。钻头根据类型可划分为金刚石钻头、牙轮钻头以及刮刀钻头等；根据用途可分为特殊工艺用钻头、取心钻头以及钻井钻头等。通常钻头的规格与形状随工作环境的变化而改变，因此需要根据具体使用情况来合理选用钻头。

1.2 钻井液

钻井液是钻井过程中必需的介质，其主要作用为冲洗、清理井底，把钻探尘屑、岩屑等携带至地上，润滑、冷却钻头，并且平衡井壁压力与地层压力，进而为钻井的顺利进行提供保障。根据不同的组成可以将钻井液分为清水钻井液、泥浆钻井液以及空气雾化钻井液等。其中，最常用的是泥浆钻井液与清水钻井液。

2 主要钻头的选择

2.1 牙轮式钻头的选择

牙轮式钻头通常由5部分构成，其分别为：牙轮、水眼、钻头体、轴承以及巴掌，此外对于密封喷射式钻头还有储油补偿系统。在使用牙轮式钻头进行钻井作业的过程中，需要仔细整理油井地层地质信息、资料，根据钻井设备的工作性能，紧密结合实际工作条件，选择合适的钻头。为确保选择的合理性需要把握以下四点：（1）钻井过程中是否存在防斜进钻进与曲线作业；（2）根据地质可研磨性与地层的软硬程度来确定钻头型号；（3）选择时将钻井的具体深浅考虑在内；（4）考虑地层软硬交替的实际现象。

2.2 金刚石钻头的选择

在选择合适的金刚石钻头时要考虑的因素相对较多。金刚石是金刚石钻头的主要钻切材料，因此根据钻头材料可以把金刚石钻头分为普通等级金刚石钻头与聚晶金刚石钻头。通常而言，前者主要被应用于地质硬度高、地质复杂的地层，而后者被广泛应用于硬度相对较低的地层，适用于绝大多数地质地层。普通金刚石钻头的主要组成部分是钻头本体与喷嘴，而聚晶金刚石钻头的主要差异在聚晶金刚石组成方面。与其它种类钻头相比，普通金刚石钻头具有较高的硬度，所以在钻进过程中如果遇到硬度问题，可以通过使用普通金刚石钻头来提升工作效率与工作质量。

3 石油钻井中钻井液的选择

3.1 钻井液的分类

钻井液的种类、组成成分及适用范围见表1。

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3.2 石油钻井液的选择

钻井液是钻井的血液，其主要成分为清水、泥浆、泡沫、压缩空气、乳状液及无粘土相冲洗液等，钻井液的选择应根据设备及技术条件的不同选择合适的钻井液。根据岩层的地质条件，在含水量较大的地层，钻井液才可用清水；在裂隙发育不稳定岩层，可用泥浆作为钻井液，由于其成本低、取材容易，因此该钻井液应用较广泛。在石油钻井工程中，要想顺利实现开采目标，必须科学合理地选择钻井液。在对钻井液进行选择时必须着重考虑以下几个方面：

（1）钻井液固相含量要低。要尽量选择固相成分比较低或者不含固相的钻井液，从而避免发生固相颗粒堵塞损害油气层的现象，还应该对加重材料、膨润土的量加以控制，尤其是对渗透率要求比较高的油气开采项目，要尽量选择无固相的钻井液。

（2）钻井液需要与油气层岩石相匹配。通常岩石可分为水敏性、碱敏性、盐敏性与酸敏性等类型，为了满足石油钻井开采的要求，需要根据岩石的类型来选择合适的钻井液。比如说：对于盐敏感性岩石地层，要选择临界矿化度合适的钻井液，对于碱敏感性岩石地层，在选择钻井液时要控制好钻井液的PH值。

（3）钻井液需要与流体特征相匹配。选择钻井液时需要考虑的另一重要因素是要保证钻井液与油气层中的流体相匹配。比如：所选择的钻井液不能与油气层流体发生水锁、沉淀以及乳化等作用，不然便会对石油开采造成极大的不利影响。

（4）钻井液的密度要具有一定的可调性。我国油气层的压力系数通常为0.4～2.87，选用密度可调的钻井液可以满足不同压力油气层的开采要求，从而最大限度地减轻对油气层的损害。

总而言之，为了保障石油钻井目标的达成，在选择石油钻井液时需要对腐蚀性、毒性、储层保护、经济成本与工程施工要求等进行综合考虑。

4 结语

石油钻井工作内涵复杂且具有较多的影响因素，为了保障钻井效率与质量，需要从关键参数与关键技术等方面入手来选择合适的钻头与钻井液。要充分认识到钻头、钻井液选择工作的复杂性，将石油钻井规划设计与实际条件紧密地结合起来，如此方能合理确定合适的钻头与钻井液，进而将工期、成本与质量的关系平衡好。

[1]沈微.石油钻井的钻头选择及钻井液确定研究[J].中国化工贸易,2015,7(26)