机械钻速的技术现状与策略探讨

提高钻井机械钻速的钻井液途径

降低钻井液与地层压力之间的正压差减少压差的结果就是降低了压持效应，岩屑破碎后，在水力作用下，变得容易带走，避免了岩屑的重复切削。为了提高钻速，在满足钻井安全的情况下，可以采用衡钻井、负压钻井和空气钻井等多种钻井液工艺，均能取得良好的效果。改变钻头表面的润湿性能随着PDC钻头的大量使用，机械钻速得到了较大提高，但钻头的泥包问题又约束了PDC钻头的提高机械钻速的效果，经研究发现，解决PDC钻头泥包的主要方法，一是提高钻井液抑制泥页岩水化的能力，二是改变钻井液的表面张力，减少钻屑在钻具上的吸附。提高钻井液的渗透能力，降低岩石强度早在上世纪六、七十年代国外就有研究成果表明：提高钻井液的失水，可以提高机械钻速。其机理就是钻井液中的自由水进入地层缝隙后，降低了岩石的强度，提高了岩石的可钻性。提高失水，毕竟降低了井壁的稳定性，并不可取。因此，应该在控制失水的前提下，适当提高钻井液的渗透能力，是提高机械钻速的一种有效途径。控制钻井液固相含量一方面，使用低固相或者无固相钻井液，另一方面，提高钻井液的抑制能力，控制泥页岩的水化分散，有效控制岩屑的进一步分散。最后，通过固控设备，有效控制钻井液中的固相含量，特别是钻井液中的微米、亚微米颗粒的含量。提高钻井液的润滑性，降低扭矩提高钻井液的润滑性能，降低扭矩，可以减少动力的损失，提高钻头的破岩能力，从而提高钻进速度。调节钻井液流型，充分发挥水马力作用降低钻井液的塑性黏度和水眼黏度（卡森黏度，提高动塑比，不仅可以保证正常的携砂，还可以减少钻井液的环空压耗，提高水马力。

苏北工区钻井液在钻井提速方面的工作现状

为了提高钻井机械钻速，针对苏北工区的地层泥岩段长、水化膨胀量大的特点，开展提高钻井速度的优化钻井液体系及性能维护试验，取得了良好的应用效果。苏北工区三垛组泥岩吸水易膨胀、造浆和缩径，上部灰绿色软泥岩地层为盐城组高压向三垛组低压的过渡地带，尤其容易缩径和垮塌，垛一段还含有较多灰白色硬石膏，易吸水膨胀缩径和污染钻井液性能，同时，火成岩夹层易造成井漏。戴南组地层硬脆性泥页岩易剥落垮塌，砂岩易形成虚泥饼缩径。阜宁组地层硬脆性泥页岩易吸水膨胀，而产生剥落掉块、垮塌，井壁易失稳。优选钻井液体系苏北工区使用的钻井液从早期的分散性钻井液，发展为粗分散钻井液，聚合物类不分散钻井液和正电胶钻井液，现在又产生了成膜环保型钻井液和阳离子类聚合物体系，对泥页岩的抑制性大大提高。一方面井眼稳定得到了保证，减少了井下复杂情况的处理时间，另一方面控制了钻屑的分散，减少了钻井液中的微米、亚微米的胶体颗粒等有害固相的含量。提高固控能力自20世纪90年代起，在震动筛、除砂器、除泥器三级固控的基础上，陆续配备了离心机，钻井液中的有害固相得到了进一步的控制，不仅可以做到真正意义上的衡钻井，而且，大量微米、亚微米颗粒得到了有效清除，钻井速度大大提高。以草舍油田为例，在配备离心机前，几乎每口井都因为无法控制密度和泥饼质量而造成卡钻，使用离心机后，问题就得到了圆满的解决，钻井周期一般缩短5天以上。目前，大部分井队配备了新型德瑞克振动筛，可以使用200目筛布，配合使用高效离心机，钻井液可以满足深井施工的需求。提高钻井液的防PDC钻头泥包的能力PDC钻头的泥包问题，主要出现在苏北金湖、张家垛等区块三垛组地层钻进过程中，主要原因在于巨厚泥岩的分散、蠕变和吸附，因此，除了提高钻井液密度、提高钻井液的抑制性外，提高钻井液的润滑性和改变钻井液的表面活性，是解决泥包问题的主要途径。目前，金湖区块泥包问题已经基本得到了控制，平均钻井周期比原来缩短3天以上。优化钻井液的性能2006年起，在苏北工区使用低黏低切的低固相聚合物钻井液体系，保证了提下钻的畅通，在3000m以上的新生代、中生代地层钻进，平均缩短钻井周期3天左右。2011年，在江苏工区的盐城组、戴南组等井段逐步推广使用低黏低切的低固相聚合物钻井液体系，取得了较好的效果，不仅提下钻畅通，钻井速度也相应提高。

提高苏北工区机械钻速的钻井液技术途径探讨

苏北工区钻井液工作在钻井提速方面虽然取得了一定成效，但与目前国内先进的钻井液技术还有一定的差距[4]，要进一步提高苏北工区机械钻速的钻井液技术，还可以在以下三方面开展工作。提高地层的坍塌压力，降低钻井液密度鉴于目前江苏工区地层中含有大量的地下水，不利于使用空气钻井，目前主要使用衡钻进，要提高钻进速度，还有一个非常好的方法就是采用负压钻进，但是负压钻进最大的风险在于泥页岩的坍塌和掉块，因此，可以通过抑制和物理封堵的方法提高地层的坍塌压力，为负压钻进创造条件。1针对三垛组上部灰绿色软泥岩地层（盐城组高压向三垛组低压的过渡地带容易缩径和垮塌，保持钻井液的密度，同时添加封堵、防塌材料，从而提高钻井液抑制性。2戴南组地层硬脆性泥页岩易剥落垮塌，砂岩易形成虚泥饼缩径。阜宁组地层硬脆性泥页岩易吸水膨胀，而产生剥落掉块、垮塌，部分地区地层压力系数高达1.39g/cm3，井壁易失稳造成掉块垮塌等现象。保持钻井液具有强抑制性，较好的泥饼质量，较低的滤失量。同时，通过较高钻井液密度对井壁进行有效的物理支撑，确保井眼稳定。3针对阜宁组井眼轨迹复杂，易形成岩屑床、台阶，且井下摩阻增大，易发生井下复杂情况，提高钻井液的携岩及悬浮能力，改善泥饼质量，提高钻井液润滑性。同时视情况及时进行短起下钻。使用无固相钻井液无固相钻井液由于其成本比较高，一般很难被钻井公司接受，但其对提高钻速方面的作用是不容置疑的。若采用无固相体系，可以使用聚丙烯酸钾和聚胺作为抑制剂，CMC或者改性淀粉作为降失水剂，黄原胶作为增黏剂，甲酸钠作为加重剂。使用快钻剂快钻剂是最近几年才出现的新型处理剂，其原理是：一方面具有一定的快速渗透作用，另一方面具有改变钻井液的表面活性作用[5]。经现场使用表明：机械钻速可以提高5%~10%，还可以有效防止PDC钻头的泥包。但这种处理剂使用时要注意加量与加法，在易坍塌地层，一定要做好防塌工作。

1要提高钻井速度，最主要的方法是通过优化钻头、使用旋冲钻井或复合钻井、优化钻井参数等工程手段，但钻井液方面的工作也不可或缺。2钻井液方面要优选钻井液体系，从提高钻井液抑制性保证井眼稳定、减少压持效应、减少吸附作用等多方面入手，尽可能降低密度，降低有害固相含量，优化钻井液的流变性能，改善钻井液的润滑性和表面活性。3使用快钻剂可以将钻速提高5%~10%，但必须注意使用方法。

本文作者：赵建建工作单位：中国石化华东石油局工程建设管理处