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(fèi)用，需要有更高的鉆井效率，而鉆井液技術(shù)就是其中一個(gè)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(hù)，從這三個(gè)方面對(duì)鉆井液進(jìn)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(duì)鉆井技術(shù)提出了更高的要求。對(duì)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(gè)方面來探討鉆井液對(duì)鉆井效率的影響。

一、鉆井液性能對(duì)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(duì)兩個(gè)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(gè)方面提升鉆井液性能能有效提升鉆速和純鉆時(shí)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(duì)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(duì)井壁形成保護(hù)，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(jìn)需求，越大的密度會(huì)有越大的液柱壓力，降低了鉆速，如果密度過大就會(huì)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(qiáng)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(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出該類壓力差會(huì)導(dǎo)致鉆速下降75%。當(dāng)密度過高時(shí)，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(shí)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(gè)重要因素就是鉆井液中的固相含量。鉆速會(huì)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(duì)鉆速的影響程度加大，1μm的亞微米顆粒相對(duì)于大顆粒造成的影響大過十倍。這是因?yàn)殂@頭牙齒沖擊產(chǎn)生的微小裂縫會(huì)被小顆粒堵塞，阻礙了巖屑的運(yùn)移，使得巖屑厚度范圍的壓力平衡延緩。固相含量的提升會(huì)加大鉆井液的密度和粘度，對(duì)其流變性、壓持效應(yīng)、鉆頭使用壽命、流動(dòng)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(duì)鉆井液中的固相含量要嚴(yán)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(qiáng)的攜帶能力，但同時(shí)也影響到鉆速的提升，需要根據(jù)實(shí)際情況來綜合選取。粘度通過對(duì)水力作用、鉆屑清除和井底清潔幾個(gè)方面來對(duì)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(duì)井底清洗和巖屑破碎都有著促進(jìn)作用，當(dāng)在環(huán)形空間上返時(shí)其粘度較高，對(duì)巖屑的攜帶能力和井眼的凈化能力都加強(qiáng)。

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(dòng)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(dòng)受到很大阻力，從而降低了轉(zhuǎn)速。在選擇鉆井液時(shí)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(huì)對(duì)井壁起到加強(qiáng)作用，能有效降低失水，而濾餅形成的原因也是失水，在鉆進(jìn)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(huì)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(huì)充滿地層鉆進(jìn)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(qiáng)度，使得鉆屑變得松散而利于清除。較小的初失水會(huì)在微裂縫形成濾餅，巖屑周圍的壓力平衡就會(huì)受到影響，留在井底巖屑就會(huì)對(duì)切入巖層的牙齒運(yùn)動(dòng)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(huì)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(duì)失水量進(jìn)行適量的提升，以求更高的鉆井速度。在對(duì)鉆井液性能進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)要結(jié)合具體條件，通過鄰近井的資料來對(duì)影響因素進(jìn)行分析，對(duì)鉆進(jìn)遇到的復(fù)雜情況及其處理進(jìn)行預(yù)判，對(duì)鉆井液性能方案進(jìn)行改進(jìn)，對(duì)鉆井液設(shè)計(jì)進(jìn)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(jī)械鉆速來大幅提升鉆井效率。

二、鉆井液體系對(duì)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(diǎn)時(shí)，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(fèi)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(xì)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(huì)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(xì)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(jìn)速度。如果鉆井液的固體含量固定，通過聚合物處理會(huì)增加粘度，但會(huì)使得鉆速提升。如果膨潤土具有較強(qiáng)的陽離子交換能力，其電荷與聚合物中和后還會(huì)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(jìn)行機(jī)械清除而不存在積聚。鉆速的提升可通過機(jī)械、化學(xué)方法來減少固相含量而實(shí)現(xiàn)。低固相不分散鉆井液體系相對(duì)于分散性鉆井液對(duì)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(duì)井底實(shí)現(xiàn)凈化，對(duì)鉆頭工作狀況進(jìn)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(duì)井底巖石產(chǎn)生壓持效應(yīng)，制約了機(jī)械鉆速，為消除此類影響可選用欠平衡鉆井技術(shù)，同時(shí)也對(duì)鉆速有所提升。

三、鉆井效率受鉆井液維護(hù)的影響

對(duì)鉆井液進(jìn)行日常維護(hù)能保證其性能正常，有效提升鉆井效率。對(duì)其維護(hù)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(jìn)行合理有效的操作。鉆進(jìn)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(duì)流變性進(jìn)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(duì)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(shí)還須避免其對(duì)井壁的沖蝕，保障井眼的穩(wěn)定。為實(shí)現(xiàn)快速鉆進(jìn)可提高鉆井液的潤滑性，能有效降低扭矩和摩阻，對(duì)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(duì)泥餅的質(zhì)量、吸附卡鉆都能有效改善。受地層原因影響，會(huì)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(duì)于此類情況需要做好預(yù)防和處理，著也是影響鉆進(jìn)速度的一個(gè)重要因素。

對(duì)于鉆井效率的提升，鉆井液有著很獨(dú)特的作用，其類型和性能對(duì)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(shí)現(xiàn)深井、超深井的高效鉆進(jìn)。

參考文獻(xiàn)

[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(jìn)措施[J].中國科技縱橫，2014.1。