浅谈提高机械钻速的钻井液理论与技术

摘 要：钻井是油气勘探和开发中的一个关键环节，对其进行研究具有一定的现实意义。钻井工具的风险较高，因此为确保工程的顺利开展，需要投入大量的财力、物力、人力。钻井操作中，许多因素都会对钻井速度造成影响，因此为了确保油气开发的回报率，保障开发能够按时完成，需要提高钻井速度。

关键词：机械钻速；钻井液；岩石强度

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.06.206

为了提高油气开发投资回报率，确保企业的经济效益能够达到要求，必须要提高机械钻速，缩短开发时间，降低开发成本。油气开发过程中，能够影响机械转速的因素有很多种，其中主要有水文条件、地质条件客观因素，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。

1 机械钻速受钻井液性能的影响

1.1 压特效应

钻进作业中会形成压特效应，而这一效应将会对机械钻速造成较为严重的影响。在作业过程中，如果机械钻头与地下岩层产生接触，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，对作业会造成较为严重的不良影响。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，对钻进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，从钻探速度的整体角度对问题进行分析，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。在钻井过程中，如果通过研发，制造出一种不仅能够保证裂缝填充效果，并且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。

1.2 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，也就是说随着压实强的变弱，机械转速将会有所提高。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。需要注意的是，通过钻井液改变岩石强度过程时，需要确保井壁的稳定性，不能因为钻井液的应用，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、提高钻井液的性，从而提高转速。

1.3 钻头吸附铁屑对钻速的影响

钻头表面吸附铁屑，将会对机械钻头的钻速造成较为严重的影响。在钻动过程中，遇到了钻至页岩地层，极其容易导致钻头表面被铁屑吸附，钻头端面将会承担一定的钻压，对钻头的切削深度产生限制，此外，境地钻头与岩石的作用效率偏低，钻屑容易出现重复性破碎，也会对钻头的转速造成不良影响。高压下钻深井泥岩时，钻头上如果吸附钻屑颗粒，对机械的钻速的影响将会进一步加大。在钻井过程中，随着井深度的增加，钻屑的弹性特征将会变得更强，尤其是膨胀性和黏性页岩，在压力增加的作用下，钻头表面的吸附强度也会有所提高，此时从钻头表面移走的铁屑的剪切力也会有所提高。通过相关分析不难发现，从钻头侧面将铁屑移走要比从钻头正面剪切地层需要的剪切力更大。

2 提高机械钻速的钻井液途径

2.1 钻井液在性能上的要求

钻井作业中，存在于铁屑中的黏土矿物质容易溶于水，因此粘土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底发生沉积，导致重复破碎；提升剪切位面与单个岩屑的性与渗透性，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具有较强的渗透性，应当可以渗透到吸附在钻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，实现对钻具表面的润湿，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面张力，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裂缝中，从而降低压特效应。此外，钻井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油膜，使性得到提升，缩小扭矩，提高机械钻速。

2.2 钻井处理剂分子结构

在钻井液的应用中，依据提高机械钻速度对使用的钻井液性能的要求外，应用的处理剂的分子结构需要具有以下特点：

（1）多官能团分子链要长，也就是烃基的侧链要长，不仅能够具有较强的分子定向吸附能力，而且在吸附钻屑、钻具、井壁后，使被吸附的表面湿润性可以而亲水性变弱；

（2）选择在金属表面具有定向吸附能力的吸附基团（磷酸基）。钻井处理剂的分子结构主要满足以上两点要求，才能使机械钻速得到提高。

3 结束语

油气开发过程中，地质勘探采取的主要手段就是钻井，其也得到了广泛的应用。钻井工作需要耗费大量的人力、物力，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，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，希望文中内容对相关工作人员能够有所帮助。

参考文献：

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