快速钻井剂稳定井壁快速钻进作用机理研究

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1、第32卷第1期西南石油大学学报(自然科学版)Vo1．32No．12010年2月JournalofSouthwestPetroleumUniversity(Science&TechnologyEdition)Feb．2010文章编号：1674—5086(2010)Ol一0165—05快速钻井剂稳定井壁快速钻进作用机理研究杨宇平，孙金声，杨枝，卢运虎，江四清(1．中国石油集团钻井工程技术研究院，北京100195；2．中国石油勘探开发研究院博士后流动站，北京100083；3．中国地质大学(北京)工程技术学院，北京

2、100083；4．中国石油大学石油工程教育部重点实验室，北京昌平102249；5．中国石油长城钻探工程公司钻井液分公司，北京100101)摘要：钻井过程中所钻地层岩石首先接触的是钻井液，如果钻井液能以保证井壁稳定为前提在瞬间有效降低地层岩石强度，即可大幅度提高机械钻速。采用渗透率大小不同的天然岩芯在不同浓度的快速钻井剂(KSZJ)中浸泡不同时间，岩石瞬间强度及最终强度的变化表明，KSZJ能以较高的渗透速率以及较大渗透体积迅速渗入岩石的裂纹，从而强化了裂纹尖端的应力，促使裂纹迅速扩展以致瞬间破坏岩石强度，提高

3、破岩效率，从而提高机械钻速；随着浸泡时间的增加，岩芯强度也随之迅速增强并趋于稳定，有利于井壁稳定，保持井径规则。在射流钻井模拟实验装置上钻进不同硬度的岩石及海拉尔盆地乌126—88井进行的现场试验结果表明：快速钻井液技术有效解决了井壁失稳问题，提高平均机械钻速显著关键词：快速钻井处理剂(KSZJ)；岩石强度；机械钻速；稳定井壁；作用机理中图分类号：TE254文献标识码：ADOI：10．3863／j．issn．1674～5086．2010．叭．034破岩效果是石油钻井中的重要技术问题，它主等)，有较长的多官能

4、团分子链以及较长的烃基侧链。要体现在钻井速度上_】，钻井速度是影响油田勘既能提高定向吸附能力，又能在吸附钻具、钻屑、井壁探与开发效益的关键因素，提高钻井速度可以大幅后，使其润湿性能从强亲水向弱亲水方向转变。度降低钻井成本，加快勘探开发进程。石油工程作2岩芯强度应力测试业的对象是埋藏在地下数千米深的岩石，其主要特点是所钻井眼深、尺寸小。岩石力学研究的一个重2．1实验方法及样品要方面涉及钻井过程中机械、水力及联合破岩的高岩样的选择关系到岩石测试数据的精确度，所效破岩机理和方法，以及原地应力释放后井壁稳定以按照岩

5、芯实验的要求，取到了准噶尔盆地西部隆的问题，它包括力学、化学和水力三个因素对井壁稳起红车断裂带中段石炭系断层一岩性圈闭构造的定的影响。钻井过程中所钻地层岩石首先接触的是5O块井深2000m的泥岩岩芯。岩样在三轴实验机钻井液，要有效提高钻井速度，就要在保证井壁稳定(型号：MTS816，产地：美国)上进行单轴、三轴抗压前提下，使钻井液在瞬间有效降低地层岩石强度，从强度测试，根据岩石强度测试的要求，将岩样加工成而高效破岩。直径为25Inn、长为30mm左右的圆柱形，两端磨本文旨在对快速钻井液技术保证井壁稳定，并平

6、。三轴抗压强度测试选择的围压为10MPa和20能在瞬间有效降低地层岩石强度，从而大幅度提高MPa。通过实验，所有的测试曲线都与典型的泥岩机械钻速的机理进行探讨。破坏变形曲线相符。测试数据以单轴抗压强度、三轴抗压强度为主。1快速钻井剂分子结构2．2快速钻井剂浓度对岩芯强度的影晌提高机械钻速的快速钻井剂(}。s)分子结构具采用单轴应力、三轴应力实验测试方法，测试了备强吸附基团(羟基、羧基、胺基、酰胺基及磺酸基岩芯在不同浓度KSZJ钻井液中浸泡5S后岩芯强度{收稿日期：2008一l2—23基金项目：中国石油天然气

7、集团公司应用基础研究项目(06A20403；2008A一2300)及钻井新技术推广项目(2008G一5207)。作者简介：杨宇平(1979一)，男(汉族)，湖北荆门人，高级工程师，博士后，从事钻井液、储层保护基础理论与新技术等方面的研究。166西南石油大学学报(自然科学版)的变化，结果如图1所示。分析图1可以发现，基浆测试所用基浆配方为：4．0％土浆+O．1％80A51+对应的初始岩芯强度较高，随着∞添加KSZ∞J浓度的{寻增0．5％胺盐+1．0％坫SP加NH+1．∞0％％FTI’一∞1+0．5％XY．27

8、。加，岩芯强度随之减小，KSZJ浓度为0．5％的时候岩表1浸泡时间与岩芯强度的对应关系(单轴应力测试)芯强度最小；继续增加KSZJ浓度无益于降低岩芯Table1Soaktimeversuscompressivestrengthofrock强度。(Uniaxialtesting)羔＼慧均{00．20．40．60．81．0KSZJ浓度／％(a)单轴应力测试表2浸泡时间与岩芯强度的对应关系(三轴应力测试)Table2S