提高機(jī)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(yíng) 257000

為了提高油氣開(kāi)發(fā)投資時(shí)能夠得到有效的收益，保證企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益能夠達(dá)到相應(yīng)的期望，必須要提高機(jī)械鉆井的速度，以此來(lái)達(dá)到縮短開(kāi)發(fā)時(shí)間、降低開(kāi)發(fā)成本的目的。油氣進(jìn)行開(kāi)發(fā)過(guò)程中，能夠影響機(jī)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(guān)因素，鉆井液性能是其中為數(shù)不多的主觀(guān)因素，因此對(duì)其進(jìn)行研究意義重大。

一、機(jī)械鉆速受鉆井液性能的影響

（一）壓特效應(yīng)

在鉆井工作時(shí)會(huì)形成壓特效應(yīng)，在作業(yè)過(guò)程中，如果機(jī)械鉆頭與地下的巖層產(chǎn)生接觸，鉆頭在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中因?yàn)樽陨淼那邢髁蛪毫Γ幱阢@頭切削周?chē)膸r石會(huì)出現(xiàn)裂縫，而這一效應(yīng)將會(huì)對(duì)機(jī)械鉆速造成較為嚴(yán)重的影響，對(duì)作業(yè)會(huì)造成較為嚴(yán)重的后果和經(jīng)濟(jì)財(cái)產(chǎn)損失。在實(shí)際作業(yè)中，為了確保鉆井工作的順利開(kāi)展，需要對(duì)出現(xiàn)的裂縫進(jìn)行處理，如果放任不管，對(duì)鉆井工作的開(kāi)展來(lái)說(shuō)危險(xiǎn)極大。一般情況下，在鉆井過(guò)程中，針對(duì)出現(xiàn)的裂縫情況，需要采取鉆井液填充的方式對(duì)裂縫進(jìn)行處理，在裂縫中填充鉆井液過(guò)程中，鉆頭的運(yùn)行速度將會(huì)有所減緩，利用鉆井液對(duì)裂縫進(jìn)行填補(bǔ)與機(jī)械鉆頭的實(shí)際旋轉(zhuǎn)速度成正比例關(guān)系，從鉆探速度的整體角度對(duì)問(wèn)題進(jìn)行分析，得出能夠提高鉆頭速度的鉆井液理論。在鉆井過(guò)程中，如果通過(guò)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(huì)大幅度提升機(jī)械鉆頭的鉆速。

（二）巖層的巖石強(qiáng)度

機(jī)械鉆速與巖石強(qiáng)度有著一定的關(guān)聯(lián)性，通過(guò)分析不難發(fā)現(xiàn)，兩者呈負(fù)相關(guān)，也就是說(shuō)隨著巖石結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度升高而變?nèi)酰瑱C(jī)械轉(zhuǎn)速將會(huì)有所降低。鉆井作業(yè)中，鉆井液與底層發(fā)生接觸時(shí),巖石強(qiáng)度在兩者發(fā)生接觸的瞬間，將會(huì)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(qiáng)度發(fā)生改變(這種改變通常指降低巖體強(qiáng)度),鉆井速度將會(huì)得到顯著提升。需要特別注意一點(diǎn)的是，通過(guò)鉆井液改變巖石強(qiáng)度過(guò)程時(shí)，需要確保井壁的穩(wěn)定性，不能因?yàn)殂@井液的使用，導(dǎo)致井壁出現(xiàn)松動(dòng)，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(rùn)滑性，從而提高轉(zhuǎn)速。

二、提高機(jī)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(lèi)有著一定聯(lián)系，黏土水化膨脹會(huì)受到表面水化力、毛細(xì)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(huì)變得更為嚴(yán)重。因此，在實(shí)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(duì)鉆屑中的鉆具、礦物、井臂表面的礦物質(zhì)的性能進(jìn)行適當(dāng)?shù)母淖儯瑥亩档捅砻鎻埩ΑＦ渲幸环N比較有效的方法就是在鉆井液中添加鉆具、礦物、井壁對(duì)其濕潤(rùn)性能進(jìn)行改變，降低表面張力，使鉆具、鉆屑、井壁濕潤(rùn)性都能逐漸向親水方向發(fā)展。

潤(rùn)濕性變化可以削弱單個(gè)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(gè)巖屑的潤(rùn)滑性與滲透性，使其破碎變得更加容易。在作業(yè)過(guò)程中所有使用的處理劑需要其有較強(qiáng)的滲透性，應(yīng)當(dāng)可以滲透到吸附在鈷頭泥團(tuán)表面的裂縫上，從而對(duì)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(rùn)性，實(shí)現(xiàn)對(duì)鉆其表面的潤(rùn)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(duì)巖石內(nèi)部空隙和表面的濕潤(rùn)性進(jìn)行改變，降低巖石表面的毛細(xì)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(duì)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(qiáng)度，使巖層可鉆性得到提高，進(jìn)而提升機(jī)械鉆速。同時(shí)利用處理劑，在金屬表面構(gòu)成一層潤(rùn)滑油膜，使?jié)櫥缘玫教嵘s小扭矩，提高機(jī)械鉆速還能夠起到保護(hù)鉆頭的效果。

總結(jié)

在油氣勘探領(lǐng)域中，所采用的最常見(jiàn)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(fèi)大量的人力、物力、財(cái)力，而且隨著鉆井時(shí)間的延長(zhǎng)，鉆井的成本也越高，因此針對(duì)提高機(jī)械鉆井的速度具有現(xiàn)實(shí)意義，本文主要針對(duì)鉆井液性能對(duì)機(jī)械鉆井速度的影響進(jìn)行了重點(diǎn)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。