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一種提高機械鉆速的鉆井液技術(shù)

文檔作者：屈勝元章浩炯陳勇文檔來源：長江大學工程技術(shù)學院石油與化學學院		點擊數(shù)：	更新時間： 2024年08月07日
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87翥㈣一科研開發(fā)2 0 1 6·0 4
一種提高機械鉆速的鉆井液技術(shù)
O屈勝元章浩炯陳勇
(長江大學工程技術(shù)學院石油與化學學院湖北434000)
摘要：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(fù)雜事故的發(fā)生。
關(guān)鍵詞：快速鉆進；疏水基團；強吸附基團；KszJ添加劑
中圖分類號：T 文獻標識碼：A
One Drilling Fluid Technology to Improve Penetration Rate
Qu Shengyu．a(chǎn)n，Zhang Haojiong，Chen Yong
(School of Engineering and Technology ofYangtze University,Hubei，434000)
Abstract：Theapplication resultprovesthat,theadsorptionofKSZIonaiguillesurfaceanddrillingcuttingschangesthesurfacewettabilityof
aiguille,drilling rig anddrilling cuttings,which can improvepenetration rate to a large extent．At the same time,orientedabsorption make納g aiguille
anddrilling rig clean and make崩P trip unblocked,which reduce the complec accidents times．
Key words：fasterpenetration；hydrophobicgrouping；strongadsorptiongrouping；KSZJadditive
塔中地區(qū)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(yōu)選鉆頭(PDC鉆頭)、頂驅(qū)、井下動力鉆具、優(yōu)化水力參
數(shù)、高壓噴射等技術(shù)，但國內(nèi)通過鉆井液協(xié)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(xiàn)場應(yīng)用快速鉆進鉆井液技術(shù)，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(yīng)的技術(shù)，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(xiàn)在：
1．使?jié)櫇裥韵蛴H油方向轉(zhuǎn)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(fù)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(jié)構(gòu)。本文
圍繞這個思想，展開了具體研究。
一、特殊結(jié)構(gòu)的分子結(jié)構(gòu)
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(fā)生潤濕反轉(zhuǎn))；3．高分子結(jié)構(gòu)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
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KSZJ水溶液．- 4％鈉士漿+KST．J荊． 鉆井液+KSZJ批
圖1不同濃度KSZJ劑與接觸角關(guān)系曲線
鉆井液配方：4％土漿+0．1％80A51+0．5％胺鹽+
1％SPNH+1％FT一1+0．5XY一27。認識：巖，'4斟4"-蝴增大，巖芯表面由親水性向親油性轉(zhuǎn)變。
2．表面張力測定
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圖2 KSZJ棄0水溶液濃度與表面張力關(guān)系曲線
鉆井液配方：4％土漿+0．1％80A51+0．5％胺鹽+
1％SPNH+I％FT一1+0．5×Y一27。
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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(shù)測定
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圖3 KSZJ井4水溶液濃度與潤滑系數(shù)關(guān)系曲線
鉆井液配方：4％鈉土+0．5％BTM+0．3％80A51+
2％SPNH+2％CMJ一2。
認識：KSZJ可以大幅度地降低鉆井液的極壓潤滑系數(shù)。
通過對快速鉆井劑(KSZJ)的室內(nèi)評價得出以下結(jié)果：
(1)經(jīng)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(zhuǎn)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(shù)。
(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(xiàn)場應(yīng)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(qū)塊的應(yīng)用結(jié)果表2所示。
井號鉆頭井段(m) 進尺(m) 純鉆(h) 機械鉆速(m／h) 鉆壓(t) 轉(zhuǎn)速(rpm) 排量(1／s1 平均機械鉆速
輪南633 STl27 204～707 503 29．67 16．95 6 110 40 11．56
STl27 707～1719 1012 57 17．75 16 80 46
STl27 1719—2333 614 43 14．28 18 80 48
FS2563 2333～3302 969 138．33 7 8 120 48
輪南634 HATl27 204．52～1372 1167．48 48．25 24．2 12 100 43 16
STll7 1372～1742 370 33 11．2l 12 100 44
H$853GS 1742-2544 802 58．17 13．79 8 60+L 43
H$853GS 2544～3252 708 51 13．88 8 60+L 43
輪南635 STll7 204．3～1 540 1335．7 40．25 33．19 15 90 50 26．84
D$75l l 540～3252．5 1712．5 73．33 23．35 7 1lO 45
表2 KSZJ在輪南地區(qū)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 LN6 34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(fā)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(jié)論
從塔中和輪南地區(qū)的應(yīng)用結(jié)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(fù)雜事故的發(fā)
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(wěn)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。
參考文獻
[1】徐同臺等．深井泥漿．北京：石油工業(yè)出版社，1 994．
[2川東地區(qū)復(fù)雜地質(zhì)條件下的深井鉆井液技術(shù)一馮學榮【J】．鉆井液與
完井液，1 999．1 60)．
【作者簡介】屈勝元(1 984-)，男，長江大學工程技術(shù)學院石油與化學學院，研究方向：鉆井工藝。

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