鉆井效率受鉆井液的影響分析

【摘要】為加快復(fù)雜深井的開發(fā)速度，降低井下事故發(fā)生的幾率，縮短建井周期，節(jié)省開發(fā)費用，需要有更高的鉆井效率，而鉆井液技術(shù)就是其中一個關(guān)鍵技術(shù)。本文主要是分析了影響鉆井效率的鉆井液性能、鉆井液體系以及鉆井液的維護，從這三個方面對鉆井液進行優(yōu)化，保證鉆井施工的高效。

【關(guān)鍵詞】鉆井液；鉆井液體系；粘度

隨著油田開發(fā)的逐步深入，深部地層的開采占有很重要的地位，其條件更為復(fù)雜，對鉆井技術(shù)提出了更高的要求。對于鉆井效率的提升，鉆井液有著很重要的作用。影響鉆井效率的鉆井液因素主要包括鉆井液的類型、組成和性能，本文主要是從這幾個方面來探討鉆井液對鉆井效率的影響。

一、鉆井液性能對鉆井效率的影響分析

鉆井速度和鉆井周期決定了鉆井效率，而對兩個因素產(chǎn)生影響的鉆井液性能主要有鉆井液的密度、固相含量、粘度以及失水量。從這幾個方面提升鉆井液性能能有效提升鉆速和純鉆時間，縮減鉆井周期，降低了井下事故發(fā)生的幾率。

1、鉆井液密度的影響分析。在鉆井施工中，通過鉆井液密度的作用對井壁和井底產(chǎn)生壓力，使得地層巖石側(cè)壓力和油氣壓力平衡，對井壁形成保護，能有效防止井噴，避免鉆井液受到高壓油氣水侵入而影響其性能。在密度的選擇上需滿足起下鉆和鉆進需求，越大的密度會有越大的液柱壓力，降低了鉆速，如果密度過大就會使得地層孔隙壓力和液柱壓力之間存在過高的壓差，使得巖石強度增加，鉆屑受到壓持作用而難以清除，形成重復(fù)破碎而降低了效率和鉆速。從相關(guān)的實驗數(shù)據(jù)得出該類壓力差會導(dǎo)致鉆速下降75%。當密度過高時，深井段循環(huán)摩阻大，水功率利用率很低，循環(huán)壓耗占據(jù)大部分泵壓，無法實現(xiàn)鉆頭水馬力的優(yōu)化，使得噴射鉆井的作用無法發(fā)揮。一般情況下，較低的鉆井液密度能提升鉆速。

2、鉆井液固相含量的影響分析。降低鉆速的另一個重要因素就是鉆井液中的固相含量。鉆速會隨著鉆井液中固相含量的增加而降低。且隨著固相顆粒尺寸的減小對鉆速的影響程度加大，1μm的亞微米顆粒相對于大顆粒造成的影響大過十倍。這是因為鉆頭牙齒沖擊產(chǎn)生的微小裂縫會被小顆粒堵塞，阻礙了巖屑的運移，使得巖屑厚度范圍的壓力平衡延緩。固相含量的提升會加大鉆井液的密度和粘度，對其流變性、壓持效應(yīng)、鉆頭使用壽命、流動阻力以及井底清洗效果都帶來不利影響。為保證鉆速和鉆井施工的安全，對鉆井液中的固相含量要嚴格控制，盡量選用的鉆井液盡量是不分散低固相。

3、鉆井液粘度的影響分析。鉆井液的粘度決定了其攜帶能力，越大的粘度具有越強的攜帶能力，但同時也影響到鉆速的提升，需要根據(jù)實際情況來綜合選取。粘度通過對水力作用、鉆屑清除和井底清潔幾個方面來對鉆速產(chǎn)生影響。理想的鉆井液粘度應(yīng)該是隨著剪切速率的提升而降低，如果想提升鉆速就需要鉆井液具有良好的剪切降粘特性，即粘度隨著流速梯度的提升而降低。鉆頭水眼噴出的鉆井液粘度較低，有著很高的水力能量轉(zhuǎn)化率，對井底清洗和巖屑破碎都有著促進作用，當在環(huán)形空間上返時其粘度較高，對巖屑的攜帶能力和井眼的凈化能力都加強。

4、鉆井液切力的影響分析。鉆井液切力反應(yīng)的是懸浮固體顆粒能力，過小的切力使得巖屑懸浮攜帶能力降低，過大的切力則加大了流動阻力和循環(huán)壓耗，使得沉砂難度大，不利于凈化，密度因此而提升，導(dǎo)致了較大的含砂量和較差的濾餅質(zhì)量，鉆具轉(zhuǎn)動受到很大阻力，從而降低了轉(zhuǎn)速。在選擇鉆井液時需要保證其有良好的觸變性以及合理的切力。

5、失水量的影響分析。濾餅會對井壁起到加強作用，能有效降低失水，而濾餅形成的原因也是失水，在鉆進中需要鉆井的失水量較低，泥餅為薄且具有較好韌性的致密結(jié)構(gòu)。巖屑受到的壓持效應(yīng)會因鉆井液的初失水和膠體顆粒含量而影響。如果鉆井液的初失水較高，濾液會充滿地層鉆進中形成的微裂縫，平衡了巖屑周圍的壓力，張開裂縫，降低了巖石的抗壓強度，使得鉆屑變得松散而利于清除。較小的初失水會在微裂縫形成濾餅，巖屑周圍的壓力平衡就會受到影響，留在井底巖屑就會對切入巖層的牙齒運動造成影響。在鉆井液的失水量選擇上并不是越小越好，失水量過小會加大鉆井液成本，降低鉆速，為獲得較薄的泥餅并不只是控制水水量。失水量的選擇可結(jié)合井身、巖石和鉆井液特征來確定，保證安全井眼的前提下提高鉆速?？稍诰跅l件允許下對失水量進行適量的提升，以求更高的鉆井速度。在對鉆井液性能進行評價時要結(jié)合具體條件，通過鄰近井的資料來對影響因素進行分析，對鉆進遇到的復(fù)雜情況及其處理進行預(yù)判，對鉆井液性能方案進行改進，對鉆井液設(shè)計進行優(yōu)化，減低井下事故的發(fā)生率，保障施工安全，通過提升機械鉆速來大幅提升鉆井效率。

二、鉆井液體系對鉆井效率的影響分析

提升鉆井效率還可從鉆井液體系方面入手。在鉆井液體系的優(yōu)選上必須保證適應(yīng)鉆井要求，在適應(yīng)地層特點時，盡量保證鉆井液有著姣好的流變性，較小的失水量、較低的水眼粘度和較低的費用，保障鉆井施工的安全，提升鉆井速度。分散性鉆井液體系能允許的固相含量較高，顆粒在化學(xué)分散作用下變得更細而使得粘度維持在一定值。高分散和高固相含量極大了粘土顆粒的表面積，受離子污染的可能性增加，會出現(xiàn)更大的性能變化，從而降低了鉆速。聚合物鉆井液體系中的關(guān)鍵技術(shù)是通過高分子聚合物來抑制鉆屑，細顆粒數(shù)量減少，使得鉆屑不分散而形成低固相，通過與特殊流變特性相結(jié)合后提升鉆進速度。如果鉆井液的固體含量固定，通過聚合物處理會增加粘度，但會使得鉆速提升。如果膨潤土具有較強的陽離子交換能力，其電荷與聚合物中和后還會部分保留，粘土顆粒在電荷作用下而處于懸浮狀態(tài)。鉆屑表面被聚合物絮凝覆蓋后方便進行機械清除而不存在積聚。鉆速的提升可通過機械、化學(xué)方法來減少固相含量而實現(xiàn)。低固相不分散鉆井液體系相對于分散性鉆井液對剪切速率的更敏感，因在鉆頭處受到剪切而稀釋使其粘度更低，能對井底實現(xiàn)凈化，對鉆頭工作狀況進行改善，改善了鉆速受到粘度和泥包的影響程度。液基鉆井液體系容易對井底巖石產(chǎn)生壓持效應(yīng)，制約了機械鉆速，為消除此類影響可選用欠平衡鉆井技術(shù)，同時也對鉆速有所提升。

三、鉆井效率受鉆井液維護的影響

對鉆井液進行日常維護能保證其性能正常，有效提升鉆井效率。對其維護要根據(jù)鉆井性質(zhì)、地層地質(zhì)以及構(gòu)造的不同，參考過程中出現(xiàn)的各類情況進行合理有效的操作。鉆進速度的高低受到了鉆井液流速、排量以及流型的影響，提升鉆井效率可對流變性進行控制，保證流型合理，選取合適的排量、泵壓以及粘度來加大攜砂能力，對鉆頭水眼清洗，避免因鉆屑下沉引起的反復(fù)切削以及鉆頭泥包，在提升流速的同時還須避免其對井壁的沖蝕，保障井眼的穩(wěn)定。為實現(xiàn)快速鉆進可提高鉆井液的潤滑性，能有效降低扭矩和摩阻，對鉆頭和鉆鋌泥包起到減小和消除作用，使得鉆頭破巖的效率提升，對泥餅的質(zhì)量、吸附卡鉆都能有效改善。受地層原因影響，會出現(xiàn)較為復(fù)雜的井下情況，如卡鉆、井涌、井漏以及井塌等，對于此類情況需要做好預(yù)防和處理，著也是影響鉆進速度的一個重要因素。

對于鉆井效率的提升，鉆井液有著很獨特的作用，其類型和性能對鉆井速度和成本影響較大，通過分析此類因素，找出提升的方法，實現(xiàn)深井、超深井的高效鉆進。

參考文獻

[1]吳開磊，艾紹磊，王紅月.鉆井液固控系統(tǒng)配套現(xiàn)狀及改進措施[J].中國科技縱橫，2014.1。