[科普中国]-充气钻井液

组成

充气钻井液一般由清水、增粘剂、降滤失剂、封堵剂和粘土稳定剂等组成。增粘剂常选用Na-CMC；封堵剂常选用磺化沥青。粘土稳定剂常选用无机聚合物羟基铝2。

气体分散在泥浆中形成的稳定分散体系称做充气钻井液。充气钻井液是气泡和粘土颗粒为内相、水为外相的多相分散体系，其组成包括气体(气泡)、粘土、起泡剂和稳泡剂、泥浆处理剂和水。

充气钻井液与普通泥浆相比，可进一步降低泥浆的比重 (可低达0.48左右)，从而降低液柱压力以对付低压和漏失地层。其次失水量较小，粘度较大，也有利于控制地层的稳定。比重低，液柱压力小，有利于孔底钻头破碎岩石，钻进效率高。

使用范围充气钻井液中加入空气或氮气的目的是降低钻井液密度，从而降低液柱对井底的静液压力。通过充气量的改变，可随时调整钻井液的密度以平衡地层压力3，从而为实现近平衡或欠平衡钻井创造更为有利的条件。充气钻井液的密度最低可以达到0.7g/cm3。

充气钻井液适用于低压油气藏开发、处理低压漏失层4。其具有很好的携岩能力，能有效防止地层漏失和保护油气层，并有利于提高机械钻速。

充气钻井液适用的井深一般在4000米以内。

充气钻井液原理充气钻井液中粘土颗粒在水中的分散稳定与一般泥浆相同。气泡的产生和稳定是靠加入表面活性剂和高聚物(起泡剂和稳泡剂)而达到的，其原理同泡沫。由于泥浆具有较大的粘度和切力，气泡在泥浆中稳定的寿命较长。

泥浆中的粘土颗粒也起稳泡作用。试验表明，含少量的微细固体可促使泡沫稳定性进一步提高。

充气钻井液的性能性能要求：

适宜的粘度和切力。以利于充气和脱气，并能够抗水泥和钻屑污染，具有较强的抑制泥页岩水化膨胀与分散的能力。

密度范围在0.7-1.0g/cm3，抗温能力应达到所钻井深的地层温度。

应具有良好

充气钻井液的性能取决于它的组成和气液的相对含量。按照现场充气钻井液的配方，在室内进行了充气钻井液的性能测试，并与普通膨润土钻井液进行了性能对比，实验结果如表3-47所示。普通膨润土钻井液的基本配方是：1m水+50kg膨润土;充气钻井液的基本配方是：0.5m水+25kg膨润土+(2～3kg)CMC+0.25kg K12。

充气泥浆的配制是在泥浆搅拌机中配制性能合乎要求的原浆。在原浆中加入起泡剂和稳泡剂，强力搅拌。待泥浆充分充气膨胀后测量充气泥浆的比重、粘度和失水特性，合乎要求即可用常规泥浆泵泵入井内循环使用。在钻进过程中依漏失和废液排除情况，补充新充气泥浆。

为了达到泥浆充分充气的效果，应采取强力搅拌措施。例如加大机械旋转搅拌机的搅拌水动力特性，以及采用高压水枪进行循环喷射搅拌等。

试验表明，充气钻井液携带岩屑能力强 。使用充气钻井液时携带的钻屑颗粒粒径以3～5mm为主，有时也出现粒径10～20mm的钻屑，充气钻井液的强携带岩屑能力主要是因为它的动切力高;携带岩屑能力强也表现为孔底干净，没有沉碴，每次下钻都能顺利下到孔底。5

实际应用自20世纪90年代起，我国四川、新疆、胜利和辽河等油田着手研究和试用充气钻井技术，已经形成成套技术，并逐渐推广应用。钻井实践证明，充气钻井技术可有效解决低压地层的漏失、携带岩屑、钻速慢及井壁失稳等多项技术难题，对保护油气层也有显著效果1。