機械鉆速的技術現(xiàn)狀與策略探討

1、機械鉆速的技術現(xiàn)狀與策略探討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(jié)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，可以采用近平衡鉆井、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(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，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

2、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(wěn)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?？刂沏@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

3、，從而提高鉆進速度。調(diào)節(jié)鉆井液流型，充分發(fā)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(huán)空壓耗，提高水馬力。 蘇北工區(qū)鉆井液在鉆井提速方面的工作現(xiàn)狀 為了提高鉆井機械鉆速，針對蘇北工區(qū)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(yōu)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(qū)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

4、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(chǎn)生剝落掉塊、垮塌，井壁易失穩(wěn)。優(yōu)選鉆井液體系蘇北工區(qū)使用的鉆井液從早期的分散性鉆井液，發(fā)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(xiàn)在又產(chǎn)生了成膜環(huán)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(wěn)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(xù)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近平衡鉆井，而且，大量微米、亞微

5、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(zhì)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(xiàn)在蘇北金湖、張家垛等區(qū)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(qū)塊泥包問題已經(jīng)基本得到了

6、控制，平均鉆井周期比原來縮短3天以上。優(yōu)化鉆井液的性能2006年起，在蘇北工區(qū)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(qū)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(qū)機械鉆速的鉆井液技術途徑探討 蘇北工區(qū)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(nèi)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(qū)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

7、前江蘇工區(qū)地層中含有大量的地下水，不利于使用空氣鉆井，目前主要使用近平衡鉆進，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(chuàng)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(chǎn)生剝落掉塊、垮塌，部分地區(qū)地層壓力系數(shù)高達1.39g/cm3，井壁易失穩(wěn)造成掉塊垮塌等現(xiàn)象。保持鉆井液具有

8、強抑制性，較好的泥餅質(zhì)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(wěn)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(fā)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(zhì)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(xiàn)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(jīng)現(xiàn)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(yōu)化鉆頭、使用旋沖鉆井或復合鉆井、優(yōu)化鉆井參數(shù)等工程手段，但鉆井液方面的工作也