提高机械钻速的钻井液理论与技术研究

刘 军

胜利石油工程有限公司黄河钻井总公司 山东东营 257000

为了提高油气开发投资时能够得到有效的收益，保证企业的经济效益能够达到相应的期望，必须要提高机械钻井的速度，以此来达到缩短开发时间、降低开发成本的目的。油气进行开发过程中，能够影响机械钻井速度的原因有很多种，其中主要有水文条件、地质条件等客观因素，钻井液性能是其中为数不多的主观因素，因此对其进行研究意义重大。

一、机械钻速受钻井液性能的影响

（一）压特效应

在钻井工作时会形成压特效应，在作业过程中，如果机械钻头与地下的岩层产生接触，钻头在旋转过程中因为自身的切削力和压力，处于钻头切削周围的岩石会出现裂缝，而这一效应将会对机械钻速造成较为严重的影响，对作业会造成较为严重的后果和经济财产损失。在实际作业中，为了确保钻井工作的顺利开展，需要对出现的裂缝进行处理，如果放任不管，对钻井工作的开展来说危险极大。一般情况下，在钻井过程中，针对出现的裂缝情况，需要采取钻井液填充的方式对裂缝进行处理，在裂缝中填充钻井液过程中，钻头的运行速度将会有所减缓，利用钻井液对裂缝进行填补与机械钻头的实际旋转速度成正比例关系，从钻探速度的整体角度对问题进行分析，得出能够提高钻头速度的钻井液理论。在钻井过程中，如果通过研发制造出一种既能够保证裂缝填充效果，又能够提升井壁性能效果的填充速度钻井液，那么将会大幅度提升机械钻头的钻速。

（二）岩层的岩石强度

机械钻速与岩石强度有着一定的关联性，通过分析不难发现，两者呈负相关，也就是说随着岩石结构的强度升高而变弱，机械转速将会有所降低。钻井作业中，钻井液与底层发生接触时,岩石强度在两者发生接触的瞬间，将会发生较为明显的变化，如果钻井液在与岩体发生接触的瞬间能够使岩体的强度发生改变(这种改变通常指降低岩体强度),钻井速度将会得到显著提升。需要特别注意一点的是，通过钻井液改变岩石强度过程时，需要确保井壁的稳定性，不能因为钻井液的使用，导致井壁出现松动，给施工造成安全隐患。此外，还需要降低钻井液中的相关物质(微米粒子、亚微米粒子)、降低扭矩、提高钻井液的润滑性，从而提高转速。

二、提高机械钻速的钻井液途径

钻井作业中，存在于铁屑中的黏土矿物质容易溶于水，因此粘士在遇水后容易发生膨胀。矿物质遇水膨胀与粘土中所含矿物质的种类有着一定联系，黏土水化膨胀会受到表面水化力、毛细管作用、渗透水化力三种力的影响。钻具上吸附大量的铁屑是一种必然现象，并且这一现象在高压差环境下将会变得更为严重。因此，在实际作业中，要尽量消除或减少钻屑中矿物质在井壁、钻具、钻屑之间的吸附，对钻屑中的钻具、矿物、井臂表面的矿物质的性能进行适当的改变，从而降低表面张力。其中一种比较有效的方法就是在钻井液中添加钻具、矿物、井壁对其湿润性能进行改变，降低表面张力，使钻具、钻屑、井壁湿润性都能逐渐向亲水方向发展。

润湿性变化可以削弱单个钻屑之间的吸附结合性，很好的控制了带状物尺寸，从而有效的避免了带状物附聚、裂缝的复原，大量附聚物容易在井联发生沉积，导致重复破碎，提升剪切位面与单个岩屑的润滑性与渗透性，使其破碎变得更加容易。在作业过程中所有使用的处理剂需要其有较强的渗透性，应当可以渗透到吸附在钴头泥团表面的裂缝上，从而对表面的吸附性造成一定的影响，改变空隙内部及岩石湿润性，实现对钻其表面的润湿，从而降低钻头吸附粘土颗粒的能力。在岩石表面应用处理剂，对岩石内部空隙和表面的湿润性进行改变，降低岩石表面的毛细管力和表而张力，从而使作业中所使用的钻井液可以更容易的渗透到钻头对冲击岩层所产生的表缝中，从而降低压特效应。此外，钻并液在地层发生接触的瞬间能够降低岩层的强度，使岩层可钻性得到提高，进而提升机械钻速。同时利用处理剂，在金属表面构成一层润滑油膜，使润滑性得到提升，缩小扭矩，提高机械钻速还能够起到保护钻头的效果。

总结

在油气勘探领域中，所采用的最常见手段就是钻井，钻井在地质勘探中也得到了广泛的应用。钻井工作需要耗费大量的人力、物力、财力，而且随着钻井时间的延长，钻井的成本也越高，因此针对提高机械钻井的速度具有现实意义，本文主要针对钻井液性能对机械钻井速度的影响进行了重点分析，探究了能够提高转速的钻井液理论技术的可能性。