钻井液对钻井效率的影响因素分析

１ ４ 切 力 ．
因此 ， 钻井过程 中， 应根据地层岩石 的特点 ， 井深、 井身结构 、 钻井液等类型来确定一个 比较现实的失水
量， 既能保持较高钻速又不引起井眼危险。坚持在井壁 允许的情况下， 当放宽失水量的要求 ， 适 以最大限度地 提高钻井速度的原则。如井浅时可放宽 ， 裸眼时间长从 严， 胶结致密的砂岩、 石灰岩和白云岩等地层 ， 失水量不 作要求 ， 对易吸水膨胀 、 垮塌 的页岩和易垮塌的其它地 层， 失水量应严格控制 ， 使用盐水钻井液应放宽 ， 使用淡 水 钻井 液应从 严等 。
由于几乎 不可 能改 变 钻 井 液 的一 个 性 能而 不 影 响
其他性能， 且最好的钻井液应该能在清洗井筒所必须的
流量下产生适当的水功率 ， 用以与钻压和转速相配合而 清洗钻头 ， 并使作业费用最低 ， 这些变量的组合还应 能 使井壁稳定， 满足地层评价的要求而安全顺利钻达 目的
层。因此 ， 要结合具体条件 ， 对这些性能进行综合评价 分析 ， 从邻近井的资料 中分析影响施工效率的各项 因 素， 了解钻 遇 的复杂情 况 和 处理 方 法 ， 以取 得成 功 的经 验， 确定改进钻井液陛能的方案 ， 优化钻井液设计， 减少
４ １ 日常性 能维护 ．
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物通常有双重作用 ， 它能使 阳离子交换能力弱的页岩相 互结合 ， 并有 效地 中和 其 电性 而 呈 絮凝 状 态 ； 于 阳离 对
子交换 能力 强 的膨 润 土 ， 聚合 物 不 能 中和 其 所 有 的 电
针对 不 同的构造 、 层及 钻 井 性 质 等 ， 据 钻 井 过 地 依 程 中出现 的不 同情况 ， 钻 井 液进 行 灵 活合 理 的维 护 ， 对
液对钻速有很大的影响， 密度大 ：０ １ ６１ 期 ２ １— —４ ０ 作者简 介： 石秉忠（ ９ ６ ， 汉族 ）河南淮 阳人 ， １ ６一 男（ ） ， 高级工程师 ， 现从事深井与超深井钻井液技术研究工作
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西部探矿工程
求泥饼簿 ， 并不一定失水控制得很小 。
２ 钻井液体系对钻井效率的影响
大， 进而间接影响钻速的提高 。因此 ， 钻井液应具有适
当 的切力 和 良好 的触变性 。
１ ５ 失 水量 ．
优化钻井液体系是提高钻井效率最直接的技术手 段 之一 。针对 不 同区域 和 不 同地 层 采 取 不 同 的钻 井 液 技术是钻井液成败 的关键 ， 可有效保 障钻井施工 的安 全、 质量 和速度 。
井下事故 ， 确保钻井安全， 提高机械钻速 ， 进而大幅度提
高钻井 效率 。
钻井液切力大小体现出钻井液悬浮固体颗粒 的能 力， 切力过低不利于岩屑悬浮携带， 而切力过高 ， 流动阻 力 大 ， 环压 耗增 加 ， 砂 困难 ， 响 净化 ， 循 沉 影 密度 上升快 ，
含砂 量增 大 ， 饼 质 量 差 ， 具 转 动 阻 力 大 ， 力 消 耗 滤 钻 动
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西 部探矿工 程
钻 井液 对 钻 井效 率 的影 响 因素分 析
石秉 忠
（ 中国石化石油工程技术研 究院， 北京 １００ ） ０ １１ 摘 要： 钻井液在提 高钻速方面有着独特的地位和作用， 钻井液的类型和性能等是直接影响钻井速度
和成本的重要因素， 了解掌握钻井液对钻井效率的影响具有很好 的指导作 用。综合 分析 了钻 井液体 系、 能和 维护等 方 面对钻 井效率 的影 响 。 性 关键 词 ： 钻井液 ； 能 ； 井效率 ； 性 钻 影响 因素 中图分 类号 ： ２ 文献 标识码 ： 文章编 号 ：０ ４ ５ １ （０ １ １— ０ ７一 Ｏ ＴＥ Ａ １０ － ７ ６ ２ １ ） ２ Ｏ ４ ４
侧压力、 防止井喷 、 保护井壁 ， 同时防止高压油气水侵入 钻井液， 以免破坏钻井液的性能引起井下复杂情况。 钻井液密度应满足钻进和起下钻时的要求。实际 工作中， 应根据具体情况， 选择恰当的钻井液密度 ， 钻井
有关 ， 固相含量增加提高了钻井液密度和粘度， 压持效 应增加 ， 流变性 变差 ， 影响 钻井液 体 系的水力 作用 ， 降低 钻头使用寿命 ， 使钻井液流动阻力增大， 泵压升高 ， 不利 于喷 射钻进 ， 井底 清洗 效果 变 差 ， 并使 钻井 液 性 能波 动
用高分子聚合物对钻屑的抑制作用 ， 尽量减少细颗粒的 数量， 即保证钻屑不分散实现低固相， 再结合特殊 的流
变特性， 实现快速钻进 。对于固体含量一定 的钻井液， 用 聚合物处理时 ， 尽管粘度增加， 但却能提高钻速。原 因在于聚合物能增强膨润土的效果 ， 使颗粒增大 。聚合
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西部 探矿 工程
１ ｍ 的亚微 米 颗粒 对钻 速 的影 响 比较大 颗 粒 的影 响人
固相含量、 粘度及失水量等。 １ １ 钻 井液 密度 ． 钻井过程中， 钻井液密度的作用是通过钻井液柱对
井底 和井壁 产生压 力 ， 以平 衡 地 层 中油 、 压 力 和 岩石 气
１ 余倍 。原 因在 于小颗 粒堵 塞 了在钻 头 牙齿 冲击 时形 Ｏ 成 的微小 裂缝 ， 而延 缓 了岩屑厚 度范 围的压 力平衡 及 进 岩屑 的运 移清 除 。另外 ， 固相含量 与钻井 液 密度和粘 度
随着石 油勘探 开发 步伐 的不 断深入 ， 主要油 气增 长 区不 断 向深 部 地 层 扩 展 ， ｆ 面 晦的石 油 地 质 条 件 更 为 复 慢， 过高 的不 必要 的钻井 液密 度往往 造成 钻井 液液柱 力和地层 孔 隙压力 间 的高 压 差 ， 加 岩石 强 度 ， 会 压 增 并
作用 。 通常在 保证 井 下 情 况 正 常 的 前 提 下 ， 了提 高 钻 为 速 ， 尽量使 用低 密度钻 井液 。 应
１ ２ 固相含量 ． 钻井 液 中的固相 含量 增 加 是 引起 钻 速 下 降 的 一 ＼ 。
提高钻井效率关键在于提高钻井速度， 缩短钻井周
期 。钻井 液对钻 井效 率 的影响 主要在 于钻井 液性 能 ， 性 能好坏 直接决定 了能否提 高钻速 和纯 钻时 间 ， 避免 井下 复杂情 况 ， 进而 缩短 钻井周 期 。大量 的实验研 究结 果表
１ 钻井 液性能 对钻 井效 率的影 响
持钻屑， 使岩屑的清除受到阻碍， 造成重复破碎 ， 降低钻 头破碎岩石的效率， 使钻速下降。实验结果证 明， 增加 钻井液和地层流体间的压力差可使钻速下降达 ７ ５ 原 因是 压差 愈大对 井底 岩屑 的压持 作用也 愈 大 ， 而使 从 岩屑难 于离开 井底 。除非 压差 对岩 屑 的压 持作 用消 失 ， 否则 岩屑便 不能 离开 井底 岩层 表 面 。快 速 清 除钻 头 下 面 的岩屑 能使得 每个 连续 不 断 的牙齿 冲击 变得 更 加 有 效并提高钻速。且高密度条件下深井段循环摩阻大 ， 水 功率 利用率 低 ， 压基 本 上 都 消耗 在循 环压 耗 上 ， 难 泵 很 达到 优化钻 头水 马力 的要求 ， 以充 分发 挥喷 射钻井 的 难
钻井液的初失水及其胶体颗粒含量 ， 可影响对岩屑
的压 持效应 。 由于 钻头 对 地 层 作用 形 成 的 微 裂缝 或 裂
分散性钻井液体系是容许更高的固相含量而设计 的， 通过化学分散作用把颗粒分散得更细， 从而维持一 定的粘度 ， 由于固相含量高 ， 高度分散 ， 特别是粒径小于 ｉ ｍ的亚微米颗粒所 占的 比例相当高， Ｆ 粘土颗粒 比表 面积很大 ， 易受离子污染 ， 性能变化大等 ， 造成钻速较
遵循钻井液优选技术准则 ， 即钻井液体系必须适应 科学钻井的要求 ， 在适应地层特点要求 的前提下 ， 尽量 选流变性好 ， 水眼粘度低、 失水量小 、 费用低 ， 确保安全 钻井 ， 于提高 钻速 。 利
钻进 过程 中 ， 失 水 才 能形 成 滤 饼 ， 成 的滤饼 又 有 形 能巩 固井 壁 和阻止 进一 步 失 水 ， 般 来 讲 ， 井 要求 钻 一 钻 井液要 低 失水 量和 簿而韧 致 密 的泥饼 。
慢。 ． 聚合物钻井液体系是在深入研究钻井液组成与性 能对钻 速 的影响之后 发展 起来 的 ， 喷射 钻井 和优化钻 是 井技术的重要组成部份。聚合物钻井液的关键就是利
隙在短时间内存在着真空状态 ， 上覆岩层压力和钻井液 液柱压力趋于使这些裂缝几乎瞬时愈合 。初失水是指 在滤饼 形 成前 的瞬 时 失水 。如果 钻 井 液 具 有 高 的初 失 水 ， 液会 立刻 充填 这些 裂 缝 ， 岩 屑 周 围 的压 力 便 会 滤 则 立 即平 衡 ， 保持裂 缝 张开 ， 岩石 抗压 强度 降低 ， 利于 清除 松散的钻屑。即初失水大的低固相钻井液能提高钻速。 如果钻井液 的胶体颗粒含量较高（ 通常即初失水很小） ， 便 会在 钻头 牙齿 压裂 的微裂 缝 内形成 滤饼 ， 而阻碍 岩 从 屑周 围的压力平衡 。其结果是使岩屑继续留在井底 ， 影 响下 一 次牙齿 运动 切人 岩层 。失水 并不 是越 小越好 ， 要 求过 小 的失水量 反 而使 钻 井 液 成本 增 加 ， 速 下 降 ， 钻 要
杂， 深井、 超深井钻井技术作为石油工程必不可少 的关 键技术 。然而， 由于井下复杂与事故频繁 ， 建井周期长， 工程费用高 ， 从而阻碍 了勘探开发的步伐 ， 增加 了勘探 开发 的直接 成本 。为尽 快 适 应 我 国深 部 油气 资 源 勘 探 开发的迫切需要 ， 节约成本 ， 复杂深井提速的综合配套 技术 的研发 和应用 ， 为 目前 深井 超深井 钻井过 程 的迫 成 切要求。其 中， 钻井液技术就是关键配套技术之一 ， 钻 井液在提高钻速方面有着独特的地位和作用 ， 钻井液的 类 型 、 成和性 能是直 接影 响钻井 速度 和成本 的重 要因 组 素， 了解掌 握钻井 液对 钻井效 率 的影响具 有很好 的指导 作用 。
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处理频繁 ， 耗费大量 的钻井液处理剂。小 于 １ｍ 的对 钻速 的影 响 为大于 １ｍ 的较粗 颗粒 的 １ 。 ３倍 因此 、 要有效地提高钻进速度 ， 安全钻井 ， 必须严格 控制 固相含量 ， 使用不分散低固相钻井液。 １ ３ 粘度 ． 钻井液粘度影响其携带岩屑能力 ， 一般来说 ， 钻井 液粘度大 ， 携带岩屑能力强 ， 但是钻井过程中， 钻井液粘 度的高低要根据具体情况适 当确定 ， 增加粘度对提高钻 速 是不利 的 。粘度 对 钻 速 的影 响 不是 直 接 的。 由影 响 井底清洁， 钻屑清除和水力作用 ， 而反过来影 响钻 速。 粘度增大导致钻井液循环系统中压力损耗较高 ， 从而降 低了钻头水马力， 减弱了井底净化 。高粘度钻井液还会 提供一种减弱和减小钻头牙齿冲击力 ， 导致钻速变慢的 有效的粘性的缓 冲垫。 钻井液的理想粘度应随剪切速率增加而降低 ， 从提 高钻速 的角度出发 ， 钻井液粘度要随流速梯度上升而下 降， 即保持 良好的剪切降粘特性。当钻井液从钻头水眼 喷出时有较低的粘度 ， 水力能量 的转化率越高 ， 于钻 利 头 破碎 岩屑 ， 洗井底 ， 在环 形 空 间上 返 时又 具 有 较 清 而 高粘度 ， 利于携带岩屑， 净化井眼。