塔里木快速钻井液

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1、提高机械钻速的钻井液技术研究及现场应用摘要：通过对钻井液影响机械钻速的因素分析，提出钻井液提高机械钻速的理论途经及处理剂的分子结构和钻井液性能要求，研发了提高机械钻速的快速钻井剂（KSZJ）。通过表面张力、吸附效应、压持效应、对微米及亚微米粒子、摩阻系数、岩心强度的影响等实验对KSZJ的性能进行了评价。在射流钻井模拟实验装置上钻进不同硬度的岩石及塔里木油田的4口井进行的现场试验结果表明：该项技术提高机械钻速效果显著，并有效减少起下钻过程中的阻卡情况。关键词：钻井液机械钻速吸附快速钻井剂润湿性压持效应提高机械钻速是目前深井超深井钻井过程的迫切要求。

2、影响机械钻速的因素主要有以下几个方面：钻头、地层性质、机械、钻头水力因素及钻井液性能等[1]。通过几十年的研究，发展了通过优选钻头（PDC钻头）、优化水力参数、高压喷射、欠平衡钻井等一系列提高机械钻速的技术。钻井液性能（包括密度、流变性、滤失性、固含量、固体粒径、分散性以及润滑性等）影响机械钻速的研究也取得许多成果，并应用于指导钻井液性能设计及现场施工，对提高机械钻速起到重要作用。但对于钻屑颗粒吸附钻头的吸附效应、钻井液的压持效应及钻井液对岩石强度的作用等影响机械钻速的钻井液理论与技术研究有待深入，为此，塔里木油田于2007年4月-12月开展了该

3、项目研究。1钻井液性能影响机械钻速的理论分析1.1钻屑吸附钻头、钻具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。钻遇泥页岩地层，容易发生钻屑吸附(泥包)钻头，导致钻头端面承担部分钻压，限制钻头的切削深度，井底钻头与岩石间的作用效率不高，致使重复破碎。深部井段泥页岩在高压差条件下对钻进速度影响更大，随井深增加，钻屑具有更强的弹性特性，硬、软页岩特别是粘、膨胀性页岩，在压力的作用下更易吸附于钻头表面，使从钻头表面移走钻屑的剪切力大大增加。研究表明，从钻头侧面移走钻屑比从钻头正面剪切地层所需的剪切应力要大。1.2压持效应对机械钻速的影响压持效

4、应严重影响机械钻速。当钻头牙齿吃入地层切下岩屑时，其周围造成裂缝，形成瞬时真空，此时若要使切削下来的岩屑尽快上举就必须有足够的液体迅速填充裂缝。填充的液体一种来源是钻井液或滤液流入裂缝及岩屑的孔隙。机械钻速随着此裂缝被液体所充填的速度而发生正比变化。如果引入一种不改变造壁性和压持压力(钻井液密度)，但能加速钻井液或滤液进入裂缝及岩屑的孔隙而降低压持效应的技术，则可以有效的提高机械钻速。1.3钻井液改变岩石强度对机械钻速的影响降低岩石强度可以提高机械钻速。钻井过程中所钻地层岩石首先接触的是钻井液，地层岩石与钻井液接触的瞬间，岩石强度发生变化。如果钻

5、井液能在瞬间有效降低地层岩石强度，即可大幅度提高机械钻速。当然，地层岩石强度的降低的前提是不能影响井壁的稳定。此外，提高钻井液的润滑性，降低扭矩及减少钻井液中的微米、亚微米粒子也有利于提高机械钻速。2提高钻井机械钻速的钻井液的理论途经2.1提高钻井机械钻速的钻井液性能要求钻井过程中钻屑中的粘土矿物易于水化，所有粘土都会吸水膨胀，粘土矿物吸水膨胀的程度与粘土矿物的种类有关[2]。粘土水化膨胀受到三种作用力的影响，即表面水化力、渗透水化力和毛细管作用。钻屑中粘土矿物在钻具、井壁表面的吸附及钻屑之间的吸附可以使高能界面转变，使体系表面吉布斯函数降低，因

6、此，钻屑吸附钻具是必然的。在高压差条件下，这种情况更为严重。因此，要减少或消除钻屑中粘土矿物在钻具、井壁及钻屑之间的吸附，必须改变钻屑中粘土矿物、钻具、井壁的表面性质，降低其表面张力。有效的方法是在钻井液中添加一种或几种能在粘土矿物、钻具、井壁上强烈吸附并改变其润湿性能、有效降低其表面张力的化学处理剂，使钻屑、钻具及井壁表面的润湿性能向弱亲水方向变化。润湿性能变化可以减弱单个岩屑之间的归并聚集，限制带状物的尺寸，阻止裂缝的复原、带状物的附聚，从而减少避免附聚物沉积井底，造成重复破碎；提高剪切位面与单独的岩屑的渗透性和润滑性，使它们更容易破碎。处理

7、剂应具有强渗透性，能够渗透到吸附在钻头上的泥团产生的裂缝表面改变表面吸附性，改变岩石及其孔隙内部的润湿性，能够把已经吸附了粘土的钻头、钻具表面润湿，降低表面对粘土颗粒的吸附性，使粘土从钻头、钻具表面解吸。通过处理剂在岩石表面吸附以及向岩石孔隙内部渗透，改变岩石表面及孔隙内部的润湿性，降低岩石的表面张力，从而降低岩石的毛细管力，使钻井液更容易渗入钻头冲击、切削井底岩层时所形成的微裂缝中，减小压持效应，同时，钻井液与地层接触的瞬间有效降低地层岩石强度，提高岩石可钻性，提高机械钻速。在金属表面形成润滑油膜提高润滑性、减小扭矩、有效的清除亚微米粒子提高机

8、械钻速。2.2快速钻井处理剂（KSZJ）的分子结构要求根据提高钻井机械钻速的钻井液性能要求，研发了提高机械钻速的快速钻井剂（KSZJ），