
石油井和天然氣井鉆井中使用各種鉆井流體和完井液,大致上可將它們分為:(1)水井泥漿. (2) 油系泥漿. (3)空氣鉆井流體,鉆井流體中除膨潤土、重晶石、水泥、油系泥漿中的柴油等成分外,為了調整或保持鉆井流體,用于鉆井時所必須具備的各種性能,還添加有聚和物,表面活性劑等泥漿調整劑。
鉆井泥漿的作用是保持鉆鑿中裸井壁的穩(wěn)定,最大限度地提高鉆進速度,為此要求鉆井泥漿具有如下的特性:巖屑攜帶能力、洗凈性、潤滑性,泥漿造壁性能,保持巖屑的懸浮性能等。
使用空氣(用氣流或氣泡)作循環(huán)流體的鉆井法的最大特點是鉆進速度快,鉆頭壽命長。
在石油開采時必須注入大量的水以免地面沉降,為了防止因水的注入造成有價值的泥漿損失或巖層的堵塞,故在泥漿中添加PEO利用PEO樹脂的假塑性,來控制油井壁表面上流體的流失范圍,PEO的分子量最好在106~107范圍內,分子量約為4×106。
在鉆井時,鉆井套管轉動,套管與井壁產生摩擦,因此在操作過程中需對套管和鉆頭提供鉆孔泥漿(drilling fluid,drilling mud)進行潤滑,如果泥漿潤滑性不好,則套管容易卡住,使鉆井操作中斷;此外,如果沒有泥漿潤滑,由于受摩擦及生物、酸、堿侵蝕,使套管及鉆頭銹蝕。在鉆井過程中最好采用供風鉆井泥漿作潤滑。
(1) 供風氣流可以用:空氣CO2、天然氣、氮、巳然氣等,其用量約為99.5~90(v)% (條件為實例井下溫度壓力)
(2) 水分散體約為0.5~10(v)%,具體組成如下:
a:泡沫劑可以從各種已知的水溶性或水分散性的陽離子,陰離子或非離子表面活性劑中選擇,用量約為0.25~10磅/桶
b:防腐防蝕劑,一般為叔腰絡合的胺鹽或氨鹽,一般通式為:

其中:
R1是二價含8~44個碳原子的烴基
R2是1~4個碳原子的亞烯基
A是水溶性的胺或氨
其用量為0.0005~1磅/桶
c: 潤滑劑是由水溶性或水分散性的飽和或不飽和脂肪單羧酸,與低分子量的EO或PO羥基化的脂肪酸脂類, (單羧酸可以是十二烷酸、棕櫚酸、油酸等)
d: 抗扭轉劑 (Anti-torgueing agent),主要作用是降低摩擦系數,主要為細粉石墨,用量約為1~10磅/桶,(但并非必須要的)
e: 控制泥漿損失添加劑和泡沫穩(wěn)定劑:為PEO或羧甲基纖維素的衍生物,用量為0.25~3磅/桶
f: 水約327~347磅/桶
*桶(barrel) = 158.99升
配方實例:
在鉆井過程中,泥漿沿鉆井管線向下壓入通過鉆頭,再沿鉆孔套管與井壁間形成的環(huán)隙向上返出進行循環(huán),鉆井可深達1500~2500米,巖層溫度約260℃。壓力約為3000p. s. i. g. (214 kg/cm2)。
泥漿組成及量:
1、氣:1000尺3/ min
2、水解質:3.5桶/ min,具體配方為:
a、3磅/桶 泡沫劑 (為聚氧化乙烯辛烷基酚醚1mol,辛基醛縮合10mol EO)
b、0.01磅/桶 抗蝕抗腐劑:把75 (Wt)% 水,10(Wt)% 二乙烯三胺,15(Wt)% 酸性三脂(由三乙醇胺和二聚亞油酸縮合制得)混合,然后按30加侖防腐劑 / 10桶水的比例加水稀釋。
c、1磅/桶 控制泥漿損失劑,PEO或羧甲基纖維素衍生物
d、0.1磅/桶 潤滑劑(1 mol,十二烷酸與15 mol,EO縮合產品)
e、0.1磅/桶 抗扭劑:細粉石墨
在油井開采過程中要灌入具有抗酸,抗生物侵蝕的泥漿,在泥漿加入一定量PEO可稠化和潤滑鉆井泥漿,它主要用于從結構巖層中取代出石油,也能用
于二次或三次原油以提高生產率,加入PEO后能增加取代石油的能力,并利用PEO的假塑性防止泥漿與有害的多價離子接觸,從而降低泥漿中的化學品用量。
所用的PEO分子量在1×106~6×106為最佳,在水溶液中含量一般為0.001~10 (Wt)%,最佳為0.05~0.5 (Wt)%。
泥漿所用的水,可以是普通的水,也可以是鹽水,其中最好含有1000 ppm以上可溶性固體。
由硫脲,非離子聚合物(如PEO)及陰離子表面活性劑(如石油磺酸)組成粘度穩(wěn)定的水溶液,它在常溫和加熱至70℃時,能使水溶液保持相對穩(wěn)定的粘度,這樣的溶液主要用于液力輸送油的過程,鉆井過程或油井的日常維護操作過程中,其基本組成如下:
1、PEO,分子量為3×106~5×106,0.001~2(Wt)%(更佳為0.1~1.5(Wt)%)
2、石油磺酸 0.5~10(Wt)%(更佳為2~8(Wt)%)
3、硫脲 0.1~9(Wt)%(更佳為3~6(Wt)%)