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第一节钻井液循环水力学一、钻井液循环方式钻井液循环主要有 3 种方式，即全孔正循环、全孔反循环和孔内局部反循环。
全孔正循环时，钻井介质由地面的压力泥浆泵或压风机泵入地面高压胶管，经钻杆柱内孔到井底，由钻头水口返出，经由钻杆与孔壁的环状空间上返至孔口，流入地表循环槽、净化系统或注入除尘器中，再由泥浆泵或压风机泵入井中，不断循环，如图 2-1(a) 所示。
全孔正循环循环系统简单，孔口不需要密封装置，这种循环方式在各种钻探中得到广泛的应用。
(a) (b) (c) (d)(a) 全孔正循环 (b) 全孔压注式反循环 (c) 全孔泵吸式反循环 (d) 孔底局部反循环图 2-1 钻孔循环方式示意图全孔反循环时，钻井介质的流经方向正好与正循环相反。
钻井介质经孔口进入钻杆与孔壁的环状空间，沿此通道流经孔底，然后沿钻杆内孔返至地表，经地面管路流入地表循环槽和净化系统中，再循环。
全孔反循环又具体分为压注式和泵吸式两种方式。
压注式 [ 图 2-1(b)] 所用的泵类型与全孔正循环相同，但孔口必须密封，才能使钻井介质压入孔内，这就需要专门的孔口装置，它必须保证孔口密封，同时必须允许钻杆柱能自由回转和上下移动；泵吸式 [ 图 2-1(c)] 采用抽吸泵，将钻井液从钻杆内孔中抽出，进行循环。
全孔反循环和全孔反循环比较，有以下特点和区别：（1）由于反循环钻井液从钻杆柱内孔上返至地表，流经的断面较小，因而上返速度较大，且过流断面规则，有利于在不大的泵量下将大颗粒岩屑携带出孔外，在大口径水井钻进、灌注桩钻进和空气钻进中，为了能较好地携带出岩屑，常采用全孔反循环洗井方式。
（2）在固体矿床钻探中采用反循环方式，可将岩心从钻杆中带出地表，用以实现反循环连续取心钻进。
（3）全孔反循环的流向与岩心进入岩心管的方向是一致的，可使岩心管内的破碎岩矿心处于悬浮状态，避免了岩矿心自卡和冲刷，从而有利于岩矿心采取率的提高。
（4）在相同情况下，反循环所需的泵量比正循环小，因此对井壁的冲刷程度较小；同时，流动阻力损失也较小。
钻机循环系统钻机循环系统是指将钻井液循环到钻头再将其返回地面进行清洁和再循环的设备。
对旋转钻井系统来说，循环系统的功能就是通过钻柱将钻井流体向下循环到钻头，通过钻头沿钻柱和井壁或套管内壁形成环空向上循环。
循环系统主要由钻井泵、水龙带、水龙头或顶驱、钻柱、钻头、钻井液回流管线、固相控制设备、泥浆罐(池)等组成。
本篇主要介绍钻井泵、钻井液净化系统的基本组成和原理。
第一部分钻井泵钻井泵在石油矿场上应用非常广泛，常用于高压下输送高黏度、高密度和高含砂量、高腐蚀性的液体，流量相对较小。
按用途的不同，石油矿场用钻井泵往往被冠以相应的名称，例如在钻井过程中，为了携带出井底的岩屑和供给井底动力钻具的动力，用于向井底输送和循环钻井液的钻井泵称为钻井泵；为了固化井壁，用于向井底注入高压水钻井液的钻井泵，称为固井泵；为了造成油层的人工裂缝，提高原油产量和采收率，用于向井内注入含有大量固体颗粒的液体或酸碱液体的钻井泵，称为压裂泵；用于向井内油层注入高压水驱油的往复泵，称为注水泵；在采油过程中，用于在井内抽汲原油的钻井泵，称为抽油泵。
石油工业的发展对往复泵提出更高的要求，如泵压要高，功率要大，而制造和维修成本要低，体积和重量不能过大。
由于石油矿场用钻井泵的工作条件十分恶劣，提高其易损件(如泵阀、活塞一缸套副、柱塞一密封副等)的工作寿命便成为往复泵设计、制造和使用中迫切需要解决的问题。
一钻井泵的工作原理图3-1 钻井泵工作示意图1一曲柄；2一连杆；3一十字头；4一活塞；5一缸套；6—排出阀；7—排出四通；8-预压排出空气包；9—排出管；10—阀箱（液缸）；11一吸入阀；12—吸入管如图3-1所示，卧式单缸单作用往复式钻井泵。
主要由液缸、活塞、吸入阀、排出阀、阀室、曲柄或曲轴、连杆、十字头、活塞杆以及齿轮、皮带轮和传动轴等零部件组成。
当动力机通过皮带、齿轮等传动件带动曲轴或曲柄按图示方向，从左边水平位置开始旋转时，活塞向右边即泵的动力端移动，液缸内形成一定的真空度，吸入池中的液体在液面压力的作用下，推开吸入阀，进入液缸，直到活塞移到右死点为止，此为液缸的吸入过程。
钻井液常识一、什么是钻井液？钻井液是指油气钻井过程中以其多种功能满足钻井工作需要的各种循环流体的总称。
二、钻井液的功用是什么？1、冷却钻头和润滑钻头钻具。
2、携带和悬浮岩屑、沉淀岩屑。
3、护壁和堵漏。
4、传递水动力。
三、地层分为几种类型？1、稳定地层。
2、未胶结或胶结性很差的松散破碎地层。
3、水敏性溶胀地层。
4、水敏性剥落地层。
5、水溶性地层。
6、裂隙溶洞地层。
四、钻井液循环系统是怎样构成的？1、泥浆泵。
2、地面管路。
3、钻杆内孔。
4、钻头水孔。
5、钻具与井壁环状间隙。
6、循环槽泥浆池。
五、常用的钻井液类型有哪些？1、清水。
2、无固相钻井液。
3、不分散低固相钻井液。
4、分散钻井液。
六、水基钻井液的基本组成是什么？1、水。
2、粘土。
3、化学处理剂。
七、粘土矿物有哪几种？1、高岭石。
2、蒙脱石。
3、伊利石。
4、海泡石。
八、钻井液的性能有哪些？钻井液的性能包括流变性（它包括视粘度、塑性粘度、结构粘度、静切力、动切力和触变性）、滤失性（滤失量、泥皮厚度）、密度、含砂量、胶体率、PH值。
九、水泥固土层管遵循什么样的程序？1、洗井。
2、搅拌水泥浆。
3、送水泥浆。
4、加替浆水。
5、蹩压。
6、待凝固。
十、常见的井内事故有哪些？1、井漏。
2、井涌。
3、缩径卡钻。
4、沉砂埋钻。
5、钻头泥包卡钻。
6、泥皮厚粘附卡钻。
7、井塌卡钻。
十一、油矿对钻井液性能有什么要求？1、比重小于或等于1.05。
2、漏斗粘度19-22秒。
3、失水量小于或等于5mL/30min。
4、泥皮厚度小于或等于0.5毫米。
5、PH值在7-8范围内。
十二、斜井钻井对钻井液的要求相对于直井有什么不同？1、携带岩屑要求能力更强。
2、钻井液在井壁上形成的泥皮要求更薄，更富有润滑性。
十三、常用的泥浆仪器有哪些？比重称、漏斗粘度计、含砂仪、PH试纸、失水仪、静切力计、旋转粘度计、烧杯、天平。
十四、泥浆工的职责是什么？1、设计钻井液类型及配方。
2、开钻前做好材料的各项准备工作。
钻井液循环系统钻井是勘探和开发石油和天然气资源的基本方法之一，也是现代工业生产的重要手段。
而钻井的成功与否离不开钻井液循环系统。
钻井液循环系统是指通过钻井液将钻废岩挖掘上来，并进行处理和再利用的系统。
下面我们来详细地了解一下钻井液循环系统。
1. 钻井液循环系统的工作原理钻井液循环系统的工作原理非常简单。
首先，钻头在地层下面钻井的同时，钻井液被泵入钻杆内，通过钻杆逐层往下推进。
随着钻头不断钻进地层，钻井液经过管柱流入井底，然后经过钻头，喷向地层。
钻井液在喷向地层的过程中，既能冷却和润滑钻头，又能将打破的岩屑和泥土带回井口，完成钻井液循环的整个过程。
而钻井液循环系统还需要完成以下的工作：一是沉降和过滤岩屑和泥土；二是将钻井液进行处理，如去除杂质和再生利用等；三是控制井下的压力和温度等；四是进行泥浆的泵送和储存，以及压力和重量的调整等。
2. 钻井液循环系统的组成和结构钻井液循环系统主要由工作液循环系统、固控系统、泥浆处理系统、泥浆泵浦系统、压力控制系统、热控制系统、测井系统、安全防护系统等组成。
其中，工作液循环系统是钻井液循环系统最为重要的一部分，主要由井口、固井器、钻杆、钻头、鉴定器、工作液泵、输送管道、坑、固井液池等组成。
而固控系统则负责控制岩屑和泥土的沉淀和过滤，主要由固体分离器、岩屑分级器、过滤器、坑、固控系统、切屑器等组成。
泥浆处理系统主要负责对钻井液进行再利用，泥浆泵浦系统则用于将处理好的钻井液泵送到井底，压力控制系统则用于控制井下的压力，确保钻进工作的顺利进行。
而热控制系统则主要用于控制钻进过程中产生的热量，保持井下的恒定温度，测井系统则用于获取井下的地质和状况信息。
3. 钻井液循环系统的应用钻井液循环系统广泛应用于石油和天然气开采领域。
通过采用钻井液循环系统，不仅可以提高钻井的效率，更可以保证钻井的成功。
此外，钻井液循环系统还可以帮助钻井人员预测地下水位及水位变化情况，有利于防止地下水污染。
石油钻井设备的工作原理石油钻井设备是石油勘探和开采过程中至关重要的工具。
它们通过不同的工作原理，为钻井过程提供支持和驱动力。
以下是关于石油钻井设备的工作原理方面的详细内容：1. 钻井平台：钻井平台是石油钻井设备的基础。
它提供了一个稳定的工作平台，使钻井工作人员和设备能够安全地操作。
钻井平台的设计考虑了稳定性、载荷容量和适应不同地质条件的因素。
2. 顶驱系统：顶驱系统是用来驱动钻杆在井眼中旋转的重要设备。
它通常由大型电动马达、减速器和钻铤组成。
顶驱通过应用大量的推力和转矩来转动钻杆，使其能够钻进地下层。
3. 钻塔：钻塔是用来支撑钻杆和其他钻井设备的垂直结构。
它通常由钢管组成，通过钻塔钢索与钻井平台相连。
钻塔的高度根据井深和其他因素而定，以确保钻杆能够达到所需的深度。
4. 钻井液循环系统：钻井液循环系统是确保钻井过程中井内稳定、冷却钻头并带走岩石屑的重要系统。
它由泵、储罐、搅拌装置、分离器和过滤器等组成。
钻井液通过钻杆进入井眼，并通过泵的作用循环流动，承担起沉积剪切、冷却和清洗井壁等功能。
5. 钻头：钻头是位于钻杆底部的设备，用于在地下打开井眼。
它通常由钻头体、切削结构和钻孔表面硬化材料组成。
钻材通常使用高硬度耐磨的合金，以便在地下具有良好的切削性能。
6. 钻杆：钻杆是将动力传递到钻头的关键部件。
它通常由多个节段的钢管组成，通过螺纹接头连接在一起。
钻杆具有足够的强度和刚性，以承受井内的压力和振动。
7. 钻杆旋转系统：钻杆旋转系统用于将旋转动力传递到钻杆。
它由转盘、石油钻机以及与钻铤和钻杆连接的部件组成。
通过转盘的旋转，石油钻机产生转矩，使钻杆在井眼中旋转。
8. 钻井测井工具：钻井测井工具用来获取井内的地质和工程信息。
它可以测量井深、地层压力、岩石物理性质等参数。
这些工具通常通过电缆或钻杆上的数据传输系统将信息传回地面。
总结起来，石油钻井设备的工作原理涉及到钻井平台、顶驱系统、钻塔、钻井液循环系统、钻头、钻杆、钻杆旋转系统以及钻井测井工具等多个方面。
专题综述钻井液循环系统存在的问题及解决方案钟功祥 梁 政 (西南石油学院机电工程学院)王维军(河南石油勘探局机械制造厂)摘要 针对现用钻井液地面循环系统存在系统复杂、操作难度大、一些设备寿命短、故障多,以及使用时往往达不到固控要求等问题,设计出相对简化的钻井液地面循环系统流程,提出改进或研制砂泵、钻井泵、水封式旋流分离装置等方案,以期简化钻井液循环系统流程,提高钻井液循环系统的寿命和固控效果。
为了克服现用钻井液井下循环系统较严重影响机械钻速的不足,提出在钻头上方加装新型井下固相分离器的解决方案,以期较大幅度地提高机械钻速。
关键词 钻井液 地面循环系统 井下循环系统 固控系统 改进方案长期以来,国内外相关研究机构和生产单位投入了大量的人力和物力,开展钻井液循环系统的研究,已研制出相对完善的钻井液地面固控系统,能实现五级钻井液净化,五级净化若全部实施,净化效果完全能达到目前国内外钻井作业对钻井液质量的要求[1,2]。
但笔者通过多年的研究认为,目前的钻井液地面循环系统相对复杂,操作难度大,且不少设备寿命短,故障多,现场往往仅使用部分设备,导致达不到固控要求;而钻井液井下循环系统通常是钻井液由井口通过钻杆、钻头,再通过钻杆与井眼环空返回到井口,这种简单的钻井液井下循环系统较严重地影响机械钻速[3]。
笔者针对目前钻井液循环系统存在的问题,提出了相应解决方案。
钻井液地面循环系统1 钻井液地面循环系统的主要问题目前国内广泛使用的与钻井系统配套的钻井液地面循环系统属于机械固控钻井液循环系统。
它包括钻井泵、地面管汇、钻井液池、钻井液槽、振动筛、除砂器、除泥器、离心分离机、钻井液调配设备等。
在喷射钻井及井下动力钻井中系统还担负着传递动力的任务。
它是通过筛分、离心分离等原理,将钻井液中的固相按密度和颗粒大小不同而分离开,根据需要决定取舍,以达到控制固相颗粒之目的,这种方法效果较好,成本较低[2],因此该系统得到广泛使用。
