[科普中国]-钻孔冲洗液

钻孔冲洗液在钻探工程中发挥着重要作用，冲洗液的添加剂已从仅 满足钻头钻进发展到适应各方面需求的钻进冲洗液体系。例如：为快速钻进服务的低粘度、低摩擦、低固相的聚合物冲洗液。防卡冲洗液、针对岩石特点的防塌冲洗液、钻盐岩层的饱和盐水冲洗液等，形成较为完整的冲洗液体系。1

冲洗介质种类第一类：液态冲洗介质（简称冲洗液），是以水和油为主体的冲洗介质。包括清水（淡水）、盐类饱和溶液、乳状液、泥浆等散种。

第二类：气态冲洗介质，是以空气为主体的冲洗介质，包括干空气和雾化气体等。

第三类：其他类型的冲洗介质，如粘性泡沫和充气泥浆等。这些虽然是液态和气态冲洗介质的演进，但其功能和作用机理又区别于液态和气态冲洗介质，成为一种新型的冲洗介质。

上述各种冲洗介质各有自身的特性和适应范围，因此在应用中要根据地层情况、钻进工艺要求和经济效果与可能性来选择。其中第一类在我国岩心钻探应用较广泛。

功能在岩心钻探中，要保证优质快速安全钻进，正确地选择，使用冲洗液起着十分重要的作用，因此冲洗液被称为钻进过程中的“血液”。其功用如下：

1、清洗孔底，悬浮和携带岩粉

钻进过程中，钻头不断地破碎孔底岩石，延深钻孔，与此同时孔底会产生大量的岩粉、岩屑，借循环着的冲洗液，将钻头破碎的岩粉、岩屑及时地携带到地表，以保持孔底清洁；当冲洗液中断时，利用冲洗液本身的一定性能（如触变性），将岩粉悬浮起来，防止岩粉迅速沉淀造成埋钻事故。

2、冷却钻头，提高钻头使用寿命

钻进中，孔底钻头破碎岩石消耗的有效功，只占传到孔底的机械功的很小一部分，绝大多数的机械功作用于与岩石的摩擦，转化为热，因此孔底钻头温升较高。尤其是金刚石钻进，其钻头温升可达到二、三百度，如果得不到及时冷却，将会造成烧钻（即金刚石碳化）。或过早磨损，所以钻进过程中，借循环着的冲洗液将其热量带走，从而冷却钻头，达到延长钻头使用寿命之目的。

3、润滑钻头和钻具，减弱钻具震动

钻进过程中，尤其金刚石钻进中，使用加润滑剂的乳化冲洗液，它可以减小钻头和孔底岩石、钻具和孔壁间的摩擦阻力和有效地减弱钻具高转速回转时震动及减轻钻机动力机等的负荷，使钻头工作平稳。

4、形成泥皮，保护孔壁

钻进过程中利用冲洗液本身的性能，在孔壁上形成薄而致密的泥皮，防止孔壁坍塌、掉块；调节冲洗液的比重，可以防止涌水、漏失、井喷等事故。同时，某些冲洗液对不稳定的和水敏性的地层还有抑制的作用，有效地防止孔壁的膨胀、坍塌。

5、输送岩心

反循环连续取心钻进时，利用冲洗液作介质，连续地通过钻杆柱向地面输送岩心，这种方法取得的岩心，代表性好，层次确切。

6、采用涡轮钻、螺杆钻及冲击回转钻等时，冲洗液是传递动力的工作介质。

使用方式钻进过程中，根据冲洗液的循环路径不同，有以下三种循环方式：

1.正循环：冲洗液由泥浆泵经由高压胶管和钻具内孔送至孔底。然后通过钻头底端经由钻具和孔壁之间的环状间隙返回地面；

2.反循环：冲洗液由泥浆泵吸取后，所经的路线是正循环的逆向。

3.孔底反循环：冲洗液 由泥浆泵经由高压胶管送入钻杆内，再经特制的孔底反循环钻具（或接头），使一部分冲洗液沿钻杆与孔壁间的环状间隙返回地表；另一部分冲洗液，由于特制反循环钻具（或接头）的抽吸作用而吸入孔底，经钻头到岩心管、钻杆内，到特制反循环钻具（或接头）处，经特制反循环钻具（或接头）的分水眼，一部分冲洗液随送入的冲洗液返回地表，另一部分随送入的冲洗液吸入孔底。如此来回循环，使之达到冲洗钻孔的目的。

润滑性能评价1、四球式摩擦 (极压 ) 试验机评价法

本方法是在四球式摩擦 (极压 ) 试验机上评价润滑材料的μ值、 边界膜强度、 综合磨损值 ( ZMZ ) 等。 我国标准为 SY2665一77 ( sY2665一655) , 美国标准为 ASTM , DZ783~ 71。

2、铁姆肯试验机评价法

本方法是在铁姆肯磨损与润滑试验机上(国产型号为 MHK一 500 环块式磨损试验机) 评价润滑介质的抗摩擦能力, 即以该试验机钢制试件纯滑动摩擦面上不出现擦伤时负荷杠杆祛码盘上的最大负荷 (同边界膜强度的意义 ) , 用 OK 值表示。该指标评价方法：我国采用 SY2685一82 标准 , 美国采用AsTM、DZ782一74标准。

3、白劳德极压润滑仪评价法

极压润滑仪是 由美国白劳德泥浆公司为评价钻井 泥桨的润滑性能而设计的结构紧凑的测定仪器。该仪器摩 擦副为环一块式, 试环, 试块尺寸规格与材质均大致同于铁姆肯试验机试环、试块要求，该仪器工作原理同于铁姆肯试验机。该仪器试环用锁紧螺母固定在转动的主轴端与安装在扭臂连接轴末端夹持器中的试块相对转动。施加载荷是由扭臂将压力传递到试块，并由试块传递到试环上而完成。2

漏失量观测观测原理钻孔冲洗液漏失量观测确定导水裂隙带高度的方法是利用了液体在孔内自重压力下会沿裂隙流动漏失，根据钻探过程中给水量和回水量计算出冲洗液漏失量以反映岩体的透水性，边钻进，边取数据，观测资料较为直观，是一种直观的观测手段。在导水裂隙带范围内的水流必然向采空区运动排泄而不可能在临界面储存。因此在此位置时钻孔冲洗液漏失，水位相应下降；钻孔中断给水后，水位不断下降直至孔底。钻孔到达临界面时的耗水量、水位变化幅度，因临界面所处位置的岩性、裂隙发育和联通程度不同而有所差异。

工作方法钻孔开钻后采用清水作为冲洗液，待形成循环时，测定水源箱水位，并记录相应的时间、钻进深度，每钻进0. 5m 时再测定记录一次，直至完成完整的一回次；在每次上下钻时观测记录一次钻孔水位；当冲洗液循 环中断时及时记录孔深和时间，并详细描述记录岩芯的垂向裂隙发育状况；最后整理观测资料，计算单位时间冲洗液漏失量，绘制钻孔冲洗液漏失量曲线和钻孔水位曲线，综合确定导水裂隙带高度。3

本词条内容贡献者为:

王沛 - 副教授、副研究员 - 中国科学院工程热物理研究所