提高机械钻速的钻井液理论与技术研究

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1、学兔兔www.xuetutu.com第26卷第2期钻井液与完井液Vo1．26NO．22009年3月DRIIIINGFLUID&COMPIETIONFLUIDMar．2O09文章编号：1001—5620(2009]02—000106提高机械钻速的钻井液理论与技术研究孙金声杨宇平安树明苏义脑(1．中国石油集团钻井工程技术研究院．北京；2．中国石油勘探开发研究院博士后流动站，北京)摘要通过对钻井液影响机械钻速的因素进行分析，提出了提高机械钻速钻井液的理论途径及处理剂的分子结构和钻井液性能要求，研制出了提高机械

2、钻速的快速钻井剂KSZJ。通过进行表面张力、吸附效应、压持效应以及对微米及亚微米粒子、钻井液润滑性能、岩心强度的影响等实验评价了KSZJ的性能。在射流钻井模拟实验装置上用不同硬度的岩石进行的实验结果及在吐哈油田、塔里木油田、青海油田、华北油田、吉林油田及新疆油田等的3O余口井进行的现场实试结果表明．提高机械钻速的钻井液技术能够将机械钻速提高l8以上，并能够有效解决井壁失稳及减少起下钻过程中的阻卡情况，提速提效效果显著。关键词钻井液；机械钻速；吸附；快速钻井剂；润湿性；压持效应中图分类号：TE254文献标

3、识码：A提高机械钻速是目前深井超深井钻井过程的迫性页岩，在压力的作用下增强了其在钻头表面的吸切要求。影响机械钻速的因素主要有钻头、地层性附强度，从钻头表面移走钻屑的剪切力大大增加。质、机械、钻头水力因素及钻井液性能等几个方研究表明，从钻头侧面移走钻屑比从钻头前面剪切面』。通过几十年的研究，发展了通过优选钻头地层所需的剪切应力要大。(PDC钻头)、优化水力参数、高压喷射、欠平衡钻井1．2压持效应对机械钻速的影响等一系列提高机械钻速的技术，钻井液性能(包括密压持效应严重影响机械钻速。当钻头牙齿钻人度、流变性

4、、滤失性、固相含量、固体粒径、分散性以地层切下岩屑时，其周围造成裂缝，此时若要使切削及润滑性等)对机械钻速的影响的研究也取得了许下来的岩屑尽快上举就必须有足够的液体填充裂缝，多成果，并已应用于指导钻井液性能设计及现场施否则就会形成瞬时真空。填充的液体一种来源是流工。对提高机械钻速起到了重要作用。但关于钻人裂缝及岩屑孔隙的钻井液或滤液。机械钻速随着屑颗粒对钻头的吸附效应、钻井液的压持效应及钻此裂缝被液体所充填的速度而发生正比变化。如果井液对岩石强度的作用等影响机械钻速的钻井液理引入一种不改变造壁性和压持压

5、力(钻井液密度)、但论与技术的研究尚有待深入。能加速钻井液或滤液进入裂缝及岩屑孔隙而降低压l钻井液性能影响钻速的理论分析持效应的技术，则可以有效地提高机械钻速。1．1钻屑吸附钻头对机械钻速的影响1．3钻井液改变岩石强度对机械钻速的影响钻屑颗粒吸附钻头表面严重影响机械钻速。在降低岩石强度可以提高机械钻速。钻井过程中钻遇泥页岩地层时，很容易发生钻屑吸附(泥包)钻地层与钻井液接触的瞬间，岩石强度发生变化，如果头的现象，导致钻头端面承担部分钻压，限制钻头的钻井液能在瞬间有效降低地层岩石强度，即可大幅度切削深度，

6、井底钻头与岩石的作用效率不高，造成钻提高机械钻速。当然，地层岩石强度的降低不能牺牲屑重复破碎。在高压下钻深井泥页岩时，钻屑颗粒井壁的稳定性。吸附钻头对机械钻速的影响更大。随井深增加，钻此外，提高钻井液的润滑性、降低扭矩及减少钻屑具有更强的弹性特性，硬、软页岩特别是黏、膨胀井液中的微米、亚微米粒子也有利于提高机械钻速。基金项目：中国石油天然气集团公司应用基础研究项目(06A20403，O8A2o4o3)及钻井新技术推广项目(2008G--5207)资助。第一作者简介：孙金声．博士。1965年生，中国石油集

7、团钻井工程技术研究院钻井液研究所副所长，中国地质大学(北京)工程技术学院兼职教授。地址：北京市学院路2O号910信箱钻井液所；邮政编码100083；Email：sunjinsheng@petrochina．com．cfl。学兔兔www.xuetutu.com2钻井液与完井液2009年3月2提高机械钻速的钻井液的理论途径3快速钻井剂KSZJ性能评价2．1提高机械钻速的钻井液性能要求根据以上提出的快速钻井处理剂的分子结构要在钻井过程中钻屑中的黏土矿物易于水化，所求，研制出了快速钻井剂KSZJ，并对该处理剂的

8、性有的黏土都会吸水膨胀，且黏土矿物吸水膨胀的程能进行了评价。实验用现场模拟钻井液配方如下。度与黏土矿物的种类有关[5]。黏土的水化膨胀受到4膨润土+0．180A51+0．5胺盐+1％3种作用力的影响，即表面水化力、渗透水化力和毛SPNH+1FT一1+0．5XY一27细管作用。钻屑中黏土矿物在钻具、井壁及钻屑之3．1KSZJ对岩石润湿性的影响间的吸附可以使高能界面转变，使体系总能量降低，选取易吸附钻头的泥页岩岩心作研究对象，将因此，钻屑吸附钻