一種提高機械鉆速的鉆井液技術

O 屈勝元 章浩炯 陳勇

（長江大學工程技術學院石油與化學學院 湖北 434000）

一種提高機械鉆速的鉆井液技術

O 屈勝元 章浩炯 陳勇

（長江大學工程技術學院石油與化學學院 湖北 434000）

運用效果證明，KSZJ在鉆頭表面、鉆屑上的吸附，改變了鉆頭、鉆具和鉆屑的表面潤濕性，能大幅度提高機械鉆速。同時定向吸附，使鉆頭、鉆具清潔，起下鉆暢通，減少了復雜事故的發生。

快速鉆進；疏水基團；強吸附基團；KSZJ添加劑

塔中地區上部地層是鉆井提速的主要井段，目前使用的鉆井提速手段主要有：欠平衡鉆井包括空（氣）氣體鉆井、優選鉆頭（PDC鉆頭）、頂驅、井下動力鉆具、優化水力參數、高壓噴射等技術，但國內通過鉆井液協同其它鉆井措施提高鉆速工作沒有開展，而國外從上世紀90年代開始研究、現場應用快速鉆進鉆井液技術，取得了很好效果。平均提高鉆速在10%以上，不同地層提高的幅度不同。

鉆井液提高鉆速的主要途徑是引入一種不改變造壁性和壓持壓力，但能降低壓持效應的技術，通過清潔鉆頭、改變井底巖石的潤濕性、提高鉆井液的極壓潤滑性、降低扭距、清除微米亞微米粒子，來達到提高鉆井速度的目的。主要表現在：

1.使潤濕性向親油方向轉化：清潔鉆頭、鉆具等。

2.促使鉆屑相互團聚減小或消除（減少重復切削）。

3.鉆屑在鉆頭、鉆具上的粘附力減弱（不易形成鉆頭泥包以及在BHA面上粘附）。

4.鉆屑在井壁表面粘附力減弱（有利于減少起小鉆阻卡）。

要達到以上的目的，必須使得引入的快速鉆進劑能阻止鉆屑的附聚、阻止粘土粘附鉆頭、減小或消除井底壓持作用、提高潤滑性、降低扭距、迅速清除鉆井液中的微米及亞微米粒子這些功能，這就要求其具有特殊的分子結構。本文圍繞這個思想，展開了具體研究。

一、特殊結構的分子結構

1.強吸附基團（羥基、磷酸基、磺酸基、胺基、酰胺基等）；2.疏水集團（便于發生潤濕反轉）；3.高分子結構具長鏈、巨大空間位阻（高分子長鏈、多強吸附基團有利于清除鉆井液中的微米及亞微米粒子）。

二、快速鉆井劑基本性能

1.接觸角測定

圖1 不同濃度KSZJ劑與接觸角關系曲線

鉆井液配方：4%土漿+0.1%80A51+0.5%胺鹽+ 1%SPNH+1%FT-1+0.5XY-27。

認識：巖芯接觸角增大，巖芯表面由親水性向親油性轉變。

2.表面張力測定

圖2 KSZJ劑水溶液濃度與表面張力關系曲線

鉆井液配方：4%土漿+0.1%80A51+0.5%胺鹽+ 1%SPNH+1%FT-1+0.5XY-27。認識：KSZJ降低水溶液、坂土漿、鉆井液的表面張力。

3.金屬表面潤滑系數測定

圖3 KSZJ劑水溶液濃度與潤滑系數關系曲線

鉆井液配方：4%鈉土+0.5%BTM+0.3%80A51+ 2%SPNH+2%CMJ-2。

認識：KSZJ可以大幅度地降低鉆井液的極壓潤滑系數。

通過對快速鉆井劑（KSZJ）的室內評價得出以下結果：

(1)經KSZJ處理后的巖芯接觸角增大，巖芯表面由親水性向親油性轉變。

(2)KSZJ可以有效地降低水溶液、坂土漿、鉆井液的表面張力。

(3)KSZJ可以大幅度地降低鉆井液的極壓潤滑系數。

(4)KSZJ可以明顯減少鉆井液中的亞微米顆粒。

(5)KSZJ除提高鉆井液的潤滑性能外，對鉆井液的其它性能無影響。

三、快速鉆井劑（KSZJ）現場應用效果

在塔里木油田的上部地層采用了KSJZ作為鉆井液的提速手段，效果明顯。在一下區塊的應用結果表2所示。

表2 KSZJ在輪南地區上部地層使用效果對比

輪南635井快速鉆進劑加量為0.5%，總加量2.4噸。

圖5 LN634井鉆頭泥包圖片

圖6 輪南635井鉆具、鉆頭出井圖片

從圖5、圖6可以看出，鉆進至相同的易造漿泥巖地層時，輪南634發生兩次鉆頭泥包，而輪南635起出的鉆具表面干凈、鉆頭無泥包。表明KSZJ對于清潔鉆具、鉆頭具有明顯的作用。

四、結論

從塔中和輪南地區的應用結果可以看出：

1.KSZJ在鉆頭表面、鉆屑上的吸附，改變了鉆頭、鉆具和鉆屑的表面潤濕性，消除鉆頭泥包，能大幅度提高機械鉆速。

2.大幅度提高鉆井液的極壓潤滑性，降低了扭矩。

3.KSZJ定向吸附，在井壁、鉆桿、鉆具上形成潤滑油膜，使鉆頭、鉆具清潔，起下鉆暢通，減少了復雜事故的發生。

4.機械鉆速的加快縮短了儲層的暴露時間，減少鉆井液及其濾液進入儲層，有利于穩定井壁、保護儲層。

5.清潔鉆頭提高機械鉆速鉆井液具有良好的抗高溫，抗鹽、抗鈣以及抗污染能力，可推廣在中深井、深井中試用。

[1]徐同臺等.深井泥漿.北京:石油工業出版社,1994.

[2]川東地區復雜地質條件下的深井鉆井液技術_馮學榮[J].鉆井液與完井液，1999.16(1).

One Drilling Fluid Technology to Improve Penetration Rate

Qu Shengyuan, Zhang Haojiong, Chen Yong
（School of Engineering and Technology of Yangtze University, Hubei, 434000）

The application result proves that, the adsorption of KSZJ on aiguille surface and drilling cuttings changes the surface wettability of aiguille, drilling rig and drilling cuttings, which can improve penetration rate to a large extent. At the same time, oriented absorption make the aiguille and drilling rig clean and make the trip unblocked, which reduce the complec accidents times.

faster penetration；hydrophobic grouping；strong adsorption grouping；KSZJ additive

T

A

屈勝元（1984～），男，長江大學工程技術學院石油與化學學院，研究方向：鉆井工藝。