提高機械鉆速的鉆井液理論與技術(shù)研究

劉 軍

勝利石油工程有限公司黃河鉆井總公司 山東東營 257000

為了提高油氣開發(fā)投資時能夠得到有效的收益，保證企業(yè)的經(jīng)濟效益能夠達到相應(yīng)的期望，必須要提高機械鉆井的速度，以此來達到縮短開發(fā)時間、降低開發(fā)成本的目的。油氣進行開發(fā)過程中，能夠影響機械鉆井速度的原因有很多種，其中主要有水文條件、地質(zhì)條件等客觀因素，鉆井液性能是其中為數(shù)不多的主觀因素，因此對其進行研究意義重大。

一、機械鉆速受鉆井液性能的影響

（一）壓特效應(yīng)

在鉆井工作時會形成壓特效應(yīng)，在作業(yè)過程中，如果機械鉆頭與地下的巖層產(chǎn)生接觸，鉆頭在旋轉(zhuǎn)過程中因為自身的切削力和壓力，處于鉆頭切削周圍的巖石會出現(xiàn)裂縫，而這一效應(yīng)將會對機械鉆速造成較為嚴重的影響，對作業(yè)會造成較為嚴重的后果和經(jīng)濟財產(chǎn)損失。在實際作業(yè)中，為了確保鉆井工作的順利開展，需要對出現(xiàn)的裂縫進行處理，如果放任不管，對鉆井工作的開展來說危險極大。一般情況下，在鉆井過程中，針對出現(xiàn)的裂縫情況，需要采取鉆井液填充的方式對裂縫進行處理，在裂縫中填充鉆井液過程中，鉆頭的運行速度將會有所減緩，利用鉆井液對裂縫進行填補與機械鉆頭的實際旋轉(zhuǎn)速度成正比例關(guān)系，從鉆探速度的整體角度對問題進行分析，得出能夠提高鉆頭速度的鉆井液理論。在鉆井過程中，如果通過研發(fā)制造出一種既能夠保證裂縫填充效果，又能夠提升井壁性能效果的填充速度鉆井液，那么將會大幅度提升機械鉆頭的鉆速。

（二）巖層的巖石強度

機械鉆速與巖石強度有著一定的關(guān)聯(lián)性，通過分析不難發(fā)現(xiàn)，兩者呈負相關(guān)，也就是說隨著巖石結(jié)構(gòu)的強度升高而變?nèi)酰瑱C械轉(zhuǎn)速將會有所降低。鉆井作業(yè)中，鉆井液與底層發(fā)生接觸時,巖石強度在兩者發(fā)生接觸的瞬間，將會發(fā)生較為明顯的變化，如果鉆井液在與巖體發(fā)生接觸的瞬間能夠使巖體的強度發(fā)生改變(這種改變通常指降低巖體強度),鉆井速度將會得到顯著提升。需要特別注意一點的是，通過鉆井液改變巖石強度過程時，需要確保井壁的穩(wěn)定性，不能因為鉆井液的使用，導(dǎo)致井壁出現(xiàn)松動，給施工造成安全隱患。此外，還需要降低鉆井液中的相關(guān)物質(zhì)(微米粒子、亞微米粒子)、降低扭矩、提高鉆井液的潤滑性，從而提高轉(zhuǎn)速。

二、提高機械鉆速的鉆井液途徑

鉆井作業(yè)中，存在于鐵屑中的黏土礦物質(zhì)容易溶于水，因此粘士在遇水后容易發(fā)生膨脹。礦物質(zhì)遇水膨脹與粘土中所含礦物質(zhì)的種類有著一定聯(lián)系，黏土水化膨脹會受到表面水化力、毛細管作用、滲透水化力三種力的影響。鉆具上吸附大量的鐵屑是一種必然現(xiàn)象，并且這一現(xiàn)象在高壓差環(huán)境下將會變得更為嚴重。因此，在實際作業(yè)中，要盡量消除或減少鉆屑中礦物質(zhì)在井壁、鉆具、鉆屑之間的吸附，對鉆屑中的鉆具、礦物、井臂表面的礦物質(zhì)的性能進行適當(dāng)?shù)母淖儯瑥亩档捅砻鎻埩?。其中一種比較有效的方法就是在鉆井液中添加鉆具、礦物、井壁對其濕潤性能進行改變，降低表面張力，使鉆具、鉆屑、井壁濕潤性都能逐漸向親水方向發(fā)展。

潤濕性變化可以削弱單個鉆屑之間的吸附結(jié)合性，很好的控制了帶狀物尺寸，從而有效的避免了帶狀物附聚、裂縫的復(fù)原，大量附聚物容易在井聯(lián)發(fā)生沉積，導(dǎo)致重復(fù)破碎，提升剪切位面與單個巖屑的潤滑性與滲透性，使其破碎變得更加容易。在作業(yè)過程中所有使用的處理劑需要其有較強的滲透性，應(yīng)當(dāng)可以滲透到吸附在鈷頭泥團表面的裂縫上，從而對表面的吸附性造成一定的影響，改變空隙內(nèi)部及巖石濕潤性，實現(xiàn)對鉆其表面的潤濕，從而降低鉆頭吸附粘土顆粒的能力。在巖石表面應(yīng)用處理劑，對巖石內(nèi)部空隙和表面的濕潤性進行改變，降低巖石表面的毛細管力和表而張力，從而使作業(yè)中所使用的鉆井液可以更容易的滲透到鉆頭對沖擊巖層所產(chǎn)生的表縫中，從而降低壓特效應(yīng)。此外，鉆并液在地層發(fā)生接觸的瞬間能夠降低巖層的強度，使巖層可鉆性得到提高，進而提升機械鉆速。同時利用處理劑，在金屬表面構(gòu)成一層潤滑油膜，使?jié)櫥缘玫教嵘s小扭矩，提高機械鉆速還能夠起到保護鉆頭的效果。

總結(jié)

在油氣勘探領(lǐng)域中，所采用的最常見手段就是鉆井，鉆井在地質(zhì)勘探中也得到了廣泛的應(yīng)用。鉆井工作需要耗費大量的人力、物力、財力，而且隨著鉆井時間的延長，鉆井的成本也越高，因此針對提高機械鉆井的速度具有現(xiàn)實意義，本文主要針對鉆井液性能對機械鉆井速度的影響進行了重點分析，探究了能夠提高轉(zhuǎn)速的鉆井液理論技術(shù)的可能性。