钻井液的循环方式
洗井方式
洗井方式洗井方式1）正循环洗井：泵从出僵持中将洗井液压入钻杆直达工作面冲洗刀具，冲洗井底，洗井液与钻屑混合后，沿着井孔上升排到地面，净化后的洗井液又回到贮浆池。
优点：由于洗井液的流速高，压力大，冲洗能力强，对刀具、井底均能有较好的冲洗效果，可减少钻屑被重复破碎的机会，而且还可以兼作动力源，使钻具旋转。
缺点：只能适用于小直径钻井。
主要原因是因为洗井液上返速度问题，钻井直径越大，上返速度越慢，往往是呈现层流状态，不能懈怠较大颗粒的钻屑。
2）反循环洗井：反循环钻井分为气举反循环、空气反循环、泵吸反循环等。
气举反循环钻井，是将压缩空气通过气水龙头或其它注气接头（气盒子），注入双层钻具内管与外管的环空，气体流到双层钻杆底部，经混气器处喷入内管，形成无图 1 反循环钻数小气泡，气泡一面沿内管迅速上升，一面膨胀，其所产生的膨胀功变为水的位能，推动液体流动；压缩空气不断进入内管，在混合器上部形成低比重的气液混合液，钻杆外和混气器下部是比重大的钻井液。
如图1所示，h 1为钻具内混合钻井液高度，密度为ρ1；h 2为钻具内未混合的钻井液高度，密度为ρ2；H为环空钻井液高度，密度为ρ，由于ρg H ＞ρ1g h 1+ρ2g h 2，环空钻井液进入钻具水眼内，形成反循环流动，并把井底岩屑连续不断的带到地表，排入沉砂池。
沉淀后的泥浆再注入井眼内，如此不断循环形成连续钻进过程。
钻井液循环流程见图2：沉砂池—环空—钻头—钻具内水眼—混气器（与注入空气混合）—双壁钻具内水眼—水龙带—排液管线—沉砂池。
优点及用途1、能实现地质捞砂目的图 2 反循环钻井气举反循环钻井液流在钻具内直接上返，携带岩屑能力强，岩样清晰，在漏失地层钻进时能实现捞砂等地质目的。
2、提高漏层钻井效率气举反循环钻井时，钻头处的钻井液对井底产生抽汲作用，岩屑被及时带走，减少压实效应，在漏层钻井时，可减少岩屑重复破碎、能提高机械钻速，增加钻井效率。
3、可减少或消除钻井液的漏失，保护储层由于反循环钻井时环空压耗小，作用于地层的压力小，所以在易漏地层钻进时，可减少或消除钻井液的漏失，保护储层，并节约大量钻井液材消耗。
钻井液的循环方式
循环系统组成
（泥浆正循环为例）泥浆池（箱）→泥浆泵→高压胶管→水龙头→主动钻杆→孔内钻杆→孔底钻具→上返环空→地面魂环槽→沉淀池、净化系统→泥浆池（箱）
一、全孔正循环
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
孔口不需要密封装置，循环系统简单，这种循环方式在各种钻探中得到广泛的应用
二、全孔反循环
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，再行循环
※全孔反循环又具体分为压注式和泵吸式两种方式
1、压注式
全孔正循环和全孔反循环冲洗可以是闭式的和开式的
闭式循环：完全的循环，冲洗液经沉淀除去岩屑后重复使用（通常用于液体冲洗介质）
开式循环：非完全的循环，冲洗介质排出地表后即废弃（大都用于气体介质）
三、孔底局部反循环
孔底局部反循环是正反循环相结合的洗井方式
一般是在孔底钻具以上的绝大部分为正循环，而孔底部分为反循环
如：喷射式反循环
为了避免钻井液对岩心的冲刷，提高岩矿心采取率，此时钻井液由钻杆柱内孔送到孔底，经由喷反接头而流到钻杆柱与孔壁的环状间隙中，由于喷嘴高速喷出液流，在其附近形成负压，将岩心管内的液体向上吸出，从而形成孔底局部反循环。由喷反接头流入环空中的液流，一部分在负压下流经孔底，一部分上返携带钻屑至地表
压注式反循环所需的孔口装置复杂
正循环和压注式反循环在井内产生的是正的动压力，即循环时井内的压力大于停泵时的静液柱压力
预备知识3：钻井液简介
塑性粘度：
动切力（屈服值）：
0 0.511300 pv )(Pa) (
600 (无因次) 300
流性指数：
n 3.321lg
稠度系数：
k
0.511 600 (mPa s ) n 1022
四、钻井液的造壁性能
（1）滤失和造壁过程 钻井液中的液体在压差作用下向地层中渗透的 过程称为钻井液的滤失。 在钻井液产生滤失的同时，钻井液中的固相颗 粒附着在井壁上形成滤饼。一般，滤饼的渗透率比 地层的渗透率小几个数量级，所以形成的滤饼阻止 滤液向地层渗透，同时又有保护井壁的作用。滤饼 在井壁上的形成过程称为造壁过程。
稠度系数k、流性指数n upv为塑性粘度
钻井液大多数为塑性流体，某 些为假塑性流体。
塑性流型的特点:
（1）所加切应力达到某一最低值 s 之后才开始流动，这个最低切应力称为 静切应力，又称凝胶强度。
静切应力越大，悬浮岩屑能力强， 但流动阻力大，开泵困难。
（2）当切应力继续增大，流变曲线出 现直线段，延长该直线与切应力轴线交于
常见的粘土矿物
高岭土（Kaolinite） 蒙脱石(Montmorillonite) 伊利石(illite)
二、钻井液的分类
用的最多
分三类：水基体系；
油基体系；
空气-天然气体系。
(1) 水基钻井液体系： 固相颗粒悬浮在水中或盐水中，油可以乳化到水中，此时， 水是连续相。 膨润土+水+化学处理剂+加重材料＋钻屑 淡水、盐水、钙处理钻井液、聚合物钻井液等
四、钻井液的造壁性能
（2）几种不同的滤失情况
瞬时滤失、动滤失、静滤失
瞬时滤失 在钻头破碎岩石形成新井眼而滤饼尚未形成的一段时间内， 钻井液迅速向地层内渗滤，此时的滤失称为瞬时滤失，瞬时滤 失量有利于提高钻速，但严重损害油气层。
钻井泵和钻井液循环系统
4.三缸单作用泵的优缺点 由前所述可知，三缸单作用与双缸双作用泵相比较，具有 下述明显的优点： 1)三缸泵的缸径小，冲程短，冲次高，在功率相同的条 件下，体积小、重量轻。据同一工厂生产的956kw(1300马 力)两种泵相比较，三缸单作用比双缸双作用泵长度短25％， 重量轻27％。 2)缸套在液缸外部用夹持器(卡箍等)固定，活塞杆与介杆 也用夹持器固定，因而拆装方便，无活塞杆密封，有利于 快速维修和延长活塞杆寿命。 3)活塞单面工作，可以从后部喷进冷却液，对缸套和活 塞进行冲洗和润滑，有利于延长缸套和活塞的使用寿命。 4)泵的流量均匀，压力波动小。由前所知，三缸单作用泵 排量不均度比双缸双作用泵小得多，故其流量变化小，压 力波动小。
缺点：三缸单作用泵由于泵的冲次提 高，导致自吸能力降低，通常情况下应配 备灌注系统，即用另一台灌注泵向三缸泵 的吸入口供给一定压力的液体，这样便增 加了附属设备。为了避开灌注问题，我国 一些油田采用高架吸入罐，使吸入液池的 液面高于泵缸中心线，或降低三缸泵的泵 速等。 国内外三缸单作用钻井泵的型式较多。 结构和参数差异较大。
三缸单作用钻井泵动力端与双缸双作用泵类似， 仍由传动轴、主轴、连杆、十字头及底座组成， 但其 主轴(被动轴) 装有三个互成 120°的曲拐(偏心 轮)或为具有三个 互成120°的曲拐 的整体式曲轴。通 过三套连杆滑块机 构把传动轴的旋转 运动变成三个活塞 分别在其液缸内的 往复运动。
单作用泵的每个缸套只有一个吸入和排出阀，故三缸 单作用泵的液力端结构比双缸双作用泵液力端简单得多。 各型三缸单作用泵的结构形式不同，其液力端结构存在 着较大的差异。以下介绍液力端的一些基本结构特点。 1．液力端泵头的布臵形式 按照吸入阀和排出阀的相互位臵，目前三缸单作用泵 头可分为L型，I型(亦称直通型)，T型三种布臵方案。
钻井液循环系统
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。
洗井方式
洗井方式1）正循环洗井：泵从出僵持中将洗井液压入钻杆直达工作面冲洗刀具，冲洗井底，洗井液与钻屑混合后，沿着井孔上升排到地面，净化后的洗井液又回到贮浆池。
优点：由于洗井液的流速高，压力大，冲洗能力强，对刀具、井底均能有较好的冲洗效果，可减少钻屑被重复破碎的机会，而且还可以兼作动力源，使钻具旋转。
缺点：只能适用于小直径钻井。
主要原因是因为洗井液上返速度问题，钻井直径越大，上返速度越慢，往往是呈现层流状态，不能懈怠较大颗粒的钻屑。
2）反循环洗井：反循环钻井分为气举反循环、空气反循环、泵吸反循环等。
气举反循环钻井，是将压缩空气通过气水龙头或其它注气接头（气盒子），注入双层钻具内管与外管的环空，气体流到双层钻杆底部，经混气器处喷入内管，形成无数小气泡，气泡一面沿内管迅速上升，一面膨胀，其所产生的膨胀功变为水的位能，推动液体流动；压缩空气不断进入内管，在混合器上部形成低比重的气液混合液，钻杆外和混气器下部是比重大的钻井液。
如图1所示，h 1为钻具内混合钻井液高度，密度为ρ1；h 2为钻具内未混合的钻井液高度，密度为ρ2；H 为环空钻井液高度，密度为ρ，由于ρg H ＞ρ1g h 1+ρ2g h 2，环空钻井液进入钻具水眼内，形成反循环流动，并把井底岩屑连续不断的带到地表，排入沉砂池。
沉淀后的泥浆再注入井眼内，如此不断循环形成连续钻进过程。
钻井液循环流程见图2：沉砂池—环空—钻头—钻具内水眼—混气器（与注入空气混合）—双壁钻具内水眼—水龙带—排液管线—沉砂池。
优点及用途1、能实现地质捞砂目的气举反循环钻井液流在钻具内直接上返，携带岩屑能力强，岩样清晰，在漏失地层钻进时能实现捞砂等地质目的。
2、提高漏层钻井效率气举反循环钻井时，钻头处的钻井液对井底产生抽汲作用，岩屑被及时带走，减少压实效应，在漏层钻井时，可减少岩屑重复破碎、能提高机械钻速，增加钻井效率。
3、可减少或消除钻井液的漏失，保护储层由于反循环钻井时环空压耗小，作用于地层的压力小，所以在易漏地层钻进时，可减少或消除钻井液的漏失，保护储层，并节约大量钻井液材消耗。
钻井液循环系统
直径（μm）
>20000 250－2000 74－250 44－74
五、超细粒
六、胶体
2－44
<2
钻井中固相颗粒的大小不等，各种颗粒的含 量也不等。固相颗粒的大小称为粒度(及粗细程 度)。各种颗粒占固相总量的百分数称为级配。 钻井过程中，随地层的岩性钻头中类型和钻井 参数的不同，钻井液中的固相含量及粒度级配也 不一样。
由于振动筛清除固相的能力有限，到五十年代中 期，旋流分离器开始用于钻井液中的固相控制。
到六十年代随着钻井工艺的发展，对固控的要求 越来越高，因而又发展使用了除泥旋流器，离心机 等机械设备。
由于不同固控设备仅对一定颗粒尺寸范围内的 固相才能发挥最大效能，因此各种固控设备应合理 组合成为一个系统进行应用。到七十年代，这种机 械固控系统已是现代钻井装备的重要组成部分。我 国的固控技术是八十年代发展起来的。
4.3.2
固相控制方法
近二十年来，随着喷射钻井、优化钻井、优质钻 井液和油气层保护技术的全面实施，固控工艺得到了 迅速的发展、推广和普及。 固控的任务是： 1.从钻井液中清除有害固相，使固相含量不超出 要求。 2.降低钻井液中细微颗粒的比例，保持合理的固 相粒度和级配。
常用的固控方法有：冲稀法，替换法，自然沉 降法，化学沉降法及机械清除法。 冲稀法：就是为保持固相含量基本不变，往高固 相含量的钻井液中加入清水或其它较稀液体，冲稀 成低固相含量的钻井液（同时还应加入适量化学处 理剂)。 替换法：就是为保持钻井液总的体积不变，把高 固相含量的钻井液放掉一部分，然后在替入等量的 处理剂溶液和低固相钻井液，混均后再用。
不同的钻井流体形成的分散体系不同，所 起的作用不同。从物理化学观点看，钻井液是一 种多相不稳定体系。为满足钻井工艺要求，改善 钻井液性能，常在钻井液中加入各种不同的添加 剂。钻井液在循环过程中，不能始终保持其优良 性能，而要被钻屑、油、气、水、盐及矿物污染， 其中钻屑是最严重的污染。
钻井地质循环
钻井地质循环是指在钻井过程中，钻井液（泥浆）从井口注入井筒，携带岩屑回到地面，并在此过程中不断循环使用的一个过程。
这个过程对于钻井作业至关重要，因为它不仅帮助清除钻头切削下来的岩屑，维持钻孔的清洁，还能给钻头提供必要的冷却和润滑，同时还能传递压力，用来控制井口压力和防止井涌等安全问题。
以下是钻井地质循环的简要描述：
1. 注入：钻井液从井口通过钻井泵注入钻井管柱，通过钻头进入井筒。
2. 携带岩屑：钻头切削地层时，岩屑会被钻井液携带至井筒中。
3. 上升至地面：携带岩屑的钻井液上升至地面，经过井口。
4. 处理岩屑：在地面，岩屑从钻井液中分离出来，这个过程可能包括振动筛、离心机等设备。
5. 回收和净化：分离出的干净钻井液被回收，去除杂质后重新注入井筒。
6. 循环使用：净化后的钻井液再次被泵送至井筒，继续携带岩屑。
在这个过程中，钻井液的性能至关重要，它需要具备足够的密度来平衡地层压力，防止井涌；足够的粘度来携带岩屑；以及良好的滤失性能，防止井壁塌陷。
钻井地质循环的有效管理对于钻井作业的效率和安全性都至关重要。
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闭式循环：完全的循环，冲洗液经沉淀除去岩屑后重复使用（通常用于液体冲洗介质）
开式循环：非完全的循环，冲洗介质排出地表后即废弃（大都用于气体介质）
三、孔底局部反循环
孔底局部反循环是正反循环相结合的洗井方式
一般是在孔底钻具以上的绝大部分为正循环，而孔底部分为反循环
钻井液流经的各种管件、设备构成了一整套钻井液循环系统
循环系统组成
（泥浆正循环为例）泥浆池（箱）→泥浆泵→高压胶管→水龙头→主动钻杆→孔内钻杆→孔底钻具→上返环空→地面魂环槽→沉淀池、净化系统→泥浆池（箱）
一、全孔正循环
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
方式：使钻井介质压入孔内
泵类型：全孔正循环相同
孔口必须密封，需要专门的孔口装置
钻杆柱必须能自由回转和上下移动
2、泵吸式
方式：将钻井液从钻杆内孔中抽出进行循环
泵类型：采用抽吸泵
孔口不需要特殊的密封装置
全孔反循环和全孔反循环比较，有以下特点和区别
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
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
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
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
如：喷射式反循环
为了避免钻井液对岩心的冲刷，提高岩矿心采取率，此时钻井液由钻杆柱内孔送到孔底，经由喷反接头而流到钻杆柱与孔壁的环状间隙中，由于喷嘴高速喷出液流，在其附近形成负压，将岩心管内的液体向上吸出，从而形成孔底局部反循环。由喷反接头流入环空中的液流，一部分在负压下流经孔底，一部分上返携带钻屑至地表
压注式反循环所需的孔口装置复杂
正循环和压注式反循环在井内产生的是正的动压力，即循环时井内的压力大于停泵时的静液柱压力
而泵吸式反循环恰恰相反，产生的是负的动压力，即循环时井内的压力小于停泵时的静液柱压力
钻头旋转使破碎下来的钻碴离心向外，这与正循环在钻头部位的液流方向一致，而与反循环的流向相反。从这一点来看，正循环有利于孔底清碴
孔口不需要密封装置，循环系统简单，这种循环方式在各种钻探中得到广泛的应用
二、全孔反循环
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，再行循环
※全孔反循环又具体分为压注式和泵吸式两种方式
1、压注式
钻井液的循环方式
全孔正循环全孔反循环孔局部反循环钻井液的循环
通过钻井泵来维持的
从钻井泵排出的高压钻井液经过地面高压管汇、立管、水龙头、方钻杆、钻杆、钻铤到达钻头，从钻头喷嘴喷出以清洗井底并携带岩屑，然后再沿钻柱与井壁（或套管）形成的环形空间向上流动，在到达地面后经拍出管线流入钻井液池，再经各种固控设备进行处理后返回上水池，最后进入钻井泵循环再用