機械鉆速的技術現狀與策略探討

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提高鉆井機械鉆速的鉆井液途徑

降低鉆井液與地層壓力之間的正壓差減少壓差的結果就是降低了壓持效應，巖屑破碎后，在水力作用下，變得容易帶走，避免了巖屑的重復切削。為了提高鉆速，在滿足鉆井安全的情況下，可以采用衡鉆井、負壓鉆井和空氣鉆井等多種鉆井液工藝，均能取得良好的效果。改變鉆頭表面的潤濕性能隨著PDC鉆頭的大量使用，機械鉆速得到了較大提高，但鉆頭的泥包問題又約束了PDC鉆頭的提高機械鉆速的效果，經研究發現，解決PDC鉆頭泥包的主要方法，一是提高鉆井液抑制泥頁巖水化的能力，二是改變鉆井液的表面張力，減少鉆屑在鉆具上的吸附。提高鉆井液的滲透能力，降低巖石強度早在上世紀六、七十年代國外就有研究成果表明：提高鉆井液的失水，可以提高機械鉆速。其機理就是鉆井液中的自由水進入地層縫隙后，降低了巖石的強度，提高了巖石的可鉆性。提高失水，畢竟降低了井壁的穩定性，并不可取。因此，應該在控制失水的前提下，適當提高鉆井液的滲透能力，是提高機械鉆速的一種有效途徑。控制鉆井液固相含量一方面，使用低固相或者無固相鉆井液，另一方面，提高鉆井液的抑制能力，控制泥頁巖的水化分散，有效控制巖屑的進一步分散。最后，通過固控設備，有效控制鉆井液中的固相含量，特別是鉆井液中的微米、亞微米顆粒的含量。提高鉆井液的潤滑性，降低扭矩提高鉆井液的潤滑性能，降低扭矩，可以減少動力的損失，提高鉆頭的破巖能力，從而提高鉆進速度。調節鉆井液流型，充分發揮水馬力作用降低鉆井液的塑性黏度和水眼黏度（卡森黏度，提高動塑比，不僅可以保證正常的攜砂，還可以減少鉆井液的環空壓耗，提高水馬力。

蘇北工區鉆井液在鉆井提速方面的工作現狀

為了提高鉆井機械鉆速，針對蘇北工區的地層泥巖段長、水化膨脹量大的特點，開展提高鉆井速度的優化鉆井液體系及性能維護試驗，取得了良好的應用效果。蘇北工區三垛組泥巖吸水易膨脹、造漿和縮徑，上部灰綠色軟泥巖地層為鹽城組高壓向三垛組低壓的過渡地帶，尤其容易縮徑和垮塌，垛一段還含有較多灰白色硬石膏，易吸水膨脹縮徑和污染鉆井液性能，同時，火成巖夾層易造成井漏。戴南組地層硬脆性泥頁巖易剝落垮塌，砂巖易形成虛泥餅縮徑。阜寧組地層硬脆性泥頁巖易吸水膨脹，而產生剝落掉塊、垮塌，井壁易失穩。優選鉆井液體系蘇北工區使用的鉆井液從早期的分散性鉆井液，發展為粗分散鉆井液，聚合物類不分散鉆井液和正電膠鉆井液，現在又產生了成膜環保型鉆井液和陽離子類聚合物體系，對泥頁巖的抑制性大大提高。一方面井眼穩定得到了保證，減少了井下復雜情況的處理時間，另一方面控制了鉆屑的分散，減少了鉆井液中的微米、亞微米的膠體顆粒等有害固相的含量。提高固控能力自20世紀90年代起，在震動篩、除砂器、除泥器三級固控的基礎上，陸續配備了離心機，鉆井液中的有害固相得到了進一步的控制，不僅可以做到真正意義上的衡鉆井，而且，大量微米、亞微米顆粒得到了有效清除，鉆井速度大大提高。以草舍油田為例，在配備離心機前，幾乎每口井都因為無法控制密度和泥餅質量而造成卡鉆，使用離心機后，問題就得到了圓滿的解決，鉆井周期一般縮短5天以上。目前，大部分井隊配備了新型德瑞克振動篩，可以使用200目篩布，配合使用高效離心機，鉆井液可以滿足深井施工的需求。提高鉆井液的防PDC鉆頭泥包的能力PDC鉆頭的泥包問題，主要出現在蘇北金湖、張家垛等區塊三垛組地層鉆進過程中，主要原因在于巨厚泥巖的分散、蠕變和吸附，因此，除了提高鉆井液密度、提高鉆井液的抑制性外，提高鉆井液的潤滑性和改變鉆井液的表面活性，是解決泥包問題的主要途徑。目前，金湖區塊泥包問題已經基本得到了控制，平均鉆井周期比原來縮短3天以上。優化鉆井液的性能2006年起，在蘇北工區使用低黏低切的低固相聚合物鉆井液體系，保證了提下鉆的暢通，在3000m以上的新生代、中生代地層鉆進，平均縮短鉆井周期3天左右。2011年，在江蘇工區的鹽城組、戴南組等井段逐步推廣使用低黏低切的低固相聚合物鉆井液體系，取得了較好的效果，不僅提下鉆暢通，鉆井速度也相應提高。

提高蘇北工區機械鉆速的鉆井液技術途徑探討

蘇北工區鉆井液工作在鉆井提速方面雖然取得了一定成效，但與目前國內先進的鉆井液技術還有一定的差距[4]，要進一步提高蘇北工區機械鉆速的鉆井液技術，還可以在以下三方面開展工作。提高地層的坍塌壓力，降低鉆井液密度鑒于目前江蘇工區地層中含有大量的地下水，不利于使用空氣鉆井，目前主要使用衡鉆進，要提高鉆進速度，還有一個非常好的方法就是采用負壓鉆進，但是負壓鉆進最大的風險在于泥頁巖的坍塌和掉塊，因此，可以通過抑制和物理封堵的方法提高地層的坍塌壓力，為負壓鉆進創造條件。1針對三垛組上部灰綠色軟泥巖地層（鹽城組高壓向三垛組低壓的過渡地帶容易縮徑和垮塌，保持鉆井液的密度，同時添加封堵、防塌材料，從而提高鉆井液抑制性。2戴南組地層硬脆性泥頁巖易剝落垮塌，砂巖易形成虛泥餅縮徑。阜寧組地層硬脆性泥頁巖易吸水膨脹，而產生剝落掉塊、垮塌，部分地區地層壓力系數高達1.39g/cm3，井壁易失穩造成掉塊垮塌等現象。保持鉆井液具有強抑制性，較好的泥餅質量，較低的濾失量。同時，通過較高鉆井液密度對井壁進行有效的物理支撐，確保井眼穩定。3針對阜寧組井眼軌跡復雜，易形成巖屑床、臺階，且井下摩阻增大，易發生井下復雜情況，提高鉆井液的攜巖及懸浮能力，改善泥餅質量，提高鉆井液潤滑性。同時視情況及時進行短起下鉆。使用無固相鉆井液無固相鉆井液由于其成本比較高，一般很難被鉆井公司接受，但其對提高鉆速方面的作用是不容置疑的。若采用無固相體系，可以使用聚丙烯酸鉀和聚胺作為抑制劑，CMC或者改性淀粉作為降失水劑，黃原膠作為增黏劑，甲酸鈉作為加重劑。使用快鉆劑快鉆劑是最近幾年才出現的新型處理劑，其原理是：一方面具有一定的快速滲透作用，另一方面具有改變鉆井液的表面活性作用[5]。經現場使用表明：機械鉆速可以提高5%~10%，還可以有效防止PDC鉆頭的泥包。但這種處理劑使用時要注意加量與加法，在易坍塌地層，一定要做好防塌工作。

1要提高鉆井速度，最主要的方法是通過優化鉆頭、使用旋沖鉆井或復合鉆井、優化鉆井參數等工程手段，但鉆井液方面的工作也不可或缺。2鉆井液方面要優選鉆井液體系，從提高鉆井液抑制性保證井眼穩定、減少壓持效應、減少吸附作用等多方面入手，盡可能降低密度，降低有害固相含量，優化鉆井液的流變性能，改善鉆井液的潤滑性和表面活性。3使用快鉆劑可以將鉆速提高5%~10%，但必須注意使用方法。

本文作者：趙建建工作單位：中國石化華東石油局工程建設管理處