鉆井液的概念
鉆井液(Dlilling Fluids)是指油氣鉆井過(guò)程中以其多種功能滿足鉆井工作需要的各種循環(huán)流體的總稱。鉆井液又稱做鉆井泥漿(Drilling Muds)，或簡(jiǎn)稱為泥漿(Muds)。
鉆井液的分類
鉆井液由分散介質(zhì)、分散相和添加劑組成。鉆井液按分散介質(zhì)(連續(xù)相)可分為水基鉆井液、油基鉆井液、氣體型鉆井流體等。鉆井液主要由液相、固相和化學(xué)處理劑組成。液相可以是水(淡水、鹽水)、油(原油、柴油)或乳狀液（混油乳化液和反相乳化液)。固相包括有用固相(膨潤(rùn)土、加重材料)和無(wú)用固相(巖石)。化學(xué)處理劑包括無(wú)機(jī)、有機(jī)及高分子化合物。
1）水基鉆井液
水基鉆井液是一種以水為分散介質(zhì)，以粘土(膨潤(rùn)土)、加重劑及各種化學(xué)處理劑為分散相的溶膠懸浮體混合體系。其主要組成是水、粘土、加重劑和各種化學(xué)處理劑等。
2）油連續(xù)相鉆井液
油連續(xù)相鉆井液(習(xí)慣稱為油基泥漿)，是一種以油(主要是柴油或原油)為分散介質(zhì)，以加重劑、各種化學(xué)處理劑及水等為分散相的溶膠懸浮混合體系。其主要組成是原油、柴油、加重劑、化學(xué)處理劑和水等。
3）氣體型鉆井流體
氣體鉆井液是以空氣或天然氣作為鉆井循環(huán)流體的鉆井液，泡沫鉆井液是以泡沫作為鉆井循環(huán)流體的鉆井液。主要組成是液體、氣體及泡沫穩(wěn)定劑等。
鉆井液循環(huán)系統(tǒng)
鉆井液的循環(huán)是通過(guò)循環(huán)泥漿泵來(lái)維持的，泥漿泵排出的高壓鉆井液經(jīng)過(guò)地面高壓管匯、立管、水龍帶、水龍頭、方鉆桿、鉆桿、鉆鋌到鉆頭，從鉆頭噴嘴噴出，以清洗井底并攜帶巖屑。然后再沿鉆柱與井壁（或套管）形成的環(huán)形空間向上流動(dòng)，在到達(dá)地面后經(jīng)排出管線流入泥漿池，再經(jīng)各種固控設(shè)備進(jìn)行處理后返回上水池，最后進(jìn)入泥漿泵循環(huán)再用。鉆井液流經(jīng)的各種管件、設(shè)備構(gòu)成了一整套鉆井液循環(huán)系統(tǒng)。
鉆井液的功能
目前，鉆井液被公認(rèn)為至少有以下十種作用：
1） 清潔井底、攜帶巖屑。保持井底清潔，避免鉆頭重復(fù)切削，減少磨損，提高效率。
2） 冷卻和潤(rùn)滑鉆頭及鉆柱。降低鉆頭溫度，減少鉆具磨損，提高鉆具的使用壽命。
3） 平衡井壁巖石側(cè)壓力，在井壁形成濾餅，封閉和穩(wěn)定井壁。防止對(duì)油氣層的污染和井壁坍塌。
4） 平衡(控制)地層壓力。防止井噴，井漏，防止地層流體對(duì)鉆井液的污染。
5） 懸浮巖屑和加重劑。降低巖屑沉降速度，避免沉沙卡鉆。
6） 在地面能沉除砂子和巖屑。
7） 有效傳遞水力功率。傳遞井下動(dòng)力鉆具所需動(dòng)力和鉆頭水力功率。
8） 承受鉆桿和套管的部分重力。鉆井液對(duì)鉆具和套管的浮力，可減小起下鉆時(shí)起升系統(tǒng)的載荷。
9） 供所鉆地層的大量資料。利用鉆井液可進(jìn)行電法測(cè)井，巖屑錄井等獲取井下資料。
10）水力碎巖石。鉆井液通過(guò)噴嘴所形成的高速射流能夠直接破碎或輔助破碎巖石。
鉆井液的組成
1）水基鉆井液是由膨潤(rùn)土(Bentonite)、水(或鹽水)、各種處理劑、加重材料以及鉆屑所組成的多項(xiàng)分散體系。其中膨潤(rùn)土和鉆屑的平均密度均為2.6g/cm3，通常稱它們?yōu)榈兔芏裙滔?；?/span>加重材料常被稱為高密度固相。
最常用的加重材料為API重晶石，其密度為4.2g/cm3。由于在水基鉆井液中膨潤(rùn)土是最常用的配漿材料，在其中主要起提粘切、降濾失和造壁等作用，因而又將它和重晶石等加重材料稱做有用固相，而將鉆屑稱做無(wú)用固相。
在鉆井液中，應(yīng)通過(guò)各種固控措施盡量減少鉆屑的含量，膨潤(rùn)土的用量也應(yīng)以夠用為度，不宜過(guò)大，否則會(huì)造成鉆井液粘切過(guò)高，還會(huì)嚴(yán)重影響機(jī)械鉆速，并對(duì)保護(hù)油氣層產(chǎn)生不利影響。
2）油基鉆井液是以水滴為分散相，油為連續(xù)相，并添加適量乳化劑、潤(rùn)濕劑、親油的固體處理劑(有機(jī)土、氧化瀝青等)、石灰和加重材料等所形成的乳狀液體系。
鉆井液性能
按照API推薦的鉆井液性能測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，需檢測(cè)的鉆井液常規(guī)性能包括：密度、漏斗粘度、塑性粘度、動(dòng)切力、靜切力、API濾失量、HTHP濾失量、PH值、堿度、含砂量、固相含量、膨潤(rùn)土含量和濾液中各種離子的質(zhì)量濃度等。
1）鉆井液密度
鉆井液的密度是指每單位體積鉆井液的重量，常用g/cm3（或kg/cm3）表示。在鉆井工程上，鉆井液密度和泥漿比重（Mud Weight）是兩個(gè)等同的術(shù)語(yǔ)。鉆井液密度是確保安全、快速鉆井和保護(hù)油氣層的一個(gè)十分重要的參數(shù)。通過(guò)鉆井液密度的變化，可調(diào)節(jié)鉆井液在井筒內(nèi)的靜液柱壓力，以平衡地層孔隙壓力。有時(shí)亦用于平衡地層構(gòu)造應(yīng)力，以避免井塌的發(fā)生。如果密度過(guò)高，將引起鉆井液過(guò)度增稠、易漏失、鉆速下降、對(duì)油氣層損害加劇和鉆井液成本增加等一系列問(wèn)題；而密度過(guò)低則容易發(fā)生井涌甚至井噴，還會(huì)造成井塌、井徑縮小和攜屑能力下降。
2）鉆井液的流變性
鉆井液的流變性(Rheological Properties of Drilling Flrids)是指鉆井液流動(dòng)和變形的特性。該特性通常是由不同的流變模式及參數(shù)來(lái)表征的.此外，漏斗粘度(Funnel Viscosity)、表現(xiàn)粘度(Apparent Viscosity)和靜切力(Gel Strength)等也是鉆井液的重要流變參數(shù)。由于鉆井液的流變性與攜巖、井壁穩(wěn)定、提高機(jī)械鉆速和環(huán)空水力參數(shù)計(jì)算等一系列鉆井工作密切相關(guān)，因此它是鉆井液最重要的性能之一。
3)鉆井液的濾失造壁性
在鉆井過(guò)程中，當(dāng)鉆頭鉆過(guò)滲透性地層時(shí)，由于鉆井液的液柱壓力一般總是大于地層孔隙壓力，在壓差作用下，鉆井液的液體便會(huì)滲入地層，這種特性常稱為鉆井液的濾失性(Filtration Properties Fluids)。在液體發(fā)生滲濾的同時(shí)，鉆井液中的固相顆粒會(huì)附著并沉積在井壁上形成一層泥餅(Mud Cake)。隨著泥餅的逐漸加重以及在壓差作用下被壓實(shí)，針對(duì)裸眼井壁有效地起到穩(wěn)定和保護(hù)作用，這就是鉆井液的所謂造壁性。
由于泥餅的滲透率遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于地層的滲透率，因而形成的泥餅還可以有效地阻止鉆井液中的固相和濾液繼續(xù)侵入地層。在鉆井液工藝中，通常用一個(gè)重要參數(shù)—濾失量(Water Loss or Foltration Rate)來(lái)表征鉆井油液的滲濾速率。
鉆井液的選用標(biāo)準(zhǔn)
鉆井液是鉆井的“血液”，在鉆井作業(yè)中起著非常重要的作用。因此對(duì)鉆井液要求很高，主要有四個(gè)方面：
1）鉆井循環(huán)的要求
鉆井循環(huán)對(duì)鉆井液的要求是泵壓低(粘度低)，攜砂能力強(qiáng)(動(dòng)切力高)，啟動(dòng)泵壓低(靜切力低)，潤(rùn)滑性能好，摩擦力低，磨損小(固體顆粒少)。
2）要保持井眼的穩(wěn)定
鉆穿的地層要用鉆井液的壓力柱與地層壓力取得平衡，鉆井液密度穩(wěn)定；鉆井油氣層時(shí)要靠鉆井液的壓力柱來(lái)平衡油氣的壓力要求鉆井液密度適當(dāng)。要求鉆井液有克服不穩(wěn)定地層的性能，例如泥巖吸水膨脹造成井眼收縮；礫巖、火山巖遇水造成跨塌，鹽巖遇水而形成溶洞等，即要求有不同性質(zhì)的鉆井液。
3）要求鉆井液保護(hù)油氣層
鉆開油氣層后，鉆井液與油氣層接觸，為防止鉆井液損害油氣層，要求鉆井液的失水小、泥餅薄(鉆井液失水后，固壓差固體顆粒在井壁上形成泥餅環(huán))、固相含量低、濾液的水化作用低(濾液進(jìn)入地層后與地層中的液體發(fā)生的化學(xué)作用)等。
4）保護(hù)環(huán)境和生態(tài)
鉆井液中常含有原油、柴油和各種油類以及含有大量的化學(xué)處理劑，為防止鉆井液對(duì)環(huán)境和生態(tài)可能造成的影響，要求使用無(wú)害、無(wú)毒的鉆井液。