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1、提高机械钻速的钻井液技术研究及现场应用 摘要：通过对钻井液影响机械钻速的因素分析，提出钻井液提高机械钻速的理论途经及处理剂的分子结构和钻井液性能要求，研发了提高机械钻速的快速钻井剂（KSZJ）。通过表面张力、吸附效应、压持效应、对微米及亚微米粒子、摩阻系数、岩心强度的影响等实验对KSZJ的性能进行了评价。在射流钻井模拟实验装置上钻进不同硬度的岩石及塔里木油田的4口井进行的现场试验结果表明：该项技术提高机械钻速效果显著，并有效减少起下钻过程中的阻卡情况。 关键词： 钻井液 机械钻速 吸附 快速钻井剂 润湿性 压持效应 提高机械钻速是目前深井超深井钻井过程的迫切要求。影响机械钻速的因素主要有
2、以下几个方面：钻头、地层性质、机械、钻头水力因素及钻井液性能等[1] 。通过几十年的研究，发展了通过优选钻头（PDC钻头）、优化水力参数、高压喷射、欠平衡钻井等一系列提高机械钻速的技术。钻井液性能（包括密度、流变性、滤失性、固含量、固体粒径、分散性以及润滑性等）影响机械钻速的研究也取得许多成果，并应用于指导钻井液性能设计及现场施工，对提高机械钻速起到重要作用。但对于钻屑颗粒吸附钻头的吸附效应、钻井液的压持效应及钻井液对岩石强度的作用等影响机械钻速的钻井液理论与技术研究有待深入，为此，塔里木油田于2007年4月-12月开展了该项目研究。 1 钻井液性能影响机械钻速的理论分析 1.1 钻屑
3、吸附钻头、钻具对机械钻速的影响 钻屑颗粒吸附钻头表面严重影响机械钻速。钻遇泥页岩地层，容易发生钻屑吸附(泥包)钻头，导致钻头端面承担部分钻压，限制钻头的切削深度，井底钻头与岩石间的作用效率不高，致使重复破碎。深部井段泥页岩在高压差条件下对钻进速度影响更大，随井深增加，钻屑具有更强的弹性特性，硬、软页岩特别是粘、膨胀性页岩，在压力的作用下更易吸附于钻头表面，使从钻头表面移走钻屑的剪切力大大增加。研究表明，从钻头侧面移走钻屑比从钻头正面剪切地层所需的剪切应力要大。 1.2 压持效应对机械钻速的影响 压持效应严重影响机械钻速。当钻头牙齿吃入地层切下岩屑时，其周围造成裂缝，形成瞬时真空，此时若
4、要使切削下来的岩屑尽快上举就必须有足够的液体迅速填充裂缝。填充的液体一种来源是钻井液或滤液流入裂缝及岩屑的孔隙。机械钻速随着此裂缝被液体所充填的速度而发生正比变化。如果引入一种不改变造壁性和压持压力(钻井液密度)，但能加速钻井液或滤液进入裂缝及岩屑的孔隙而降低压持效应的技术，则可以有效的提高机械钻速。 1.3 钻井液改变岩石强度对机械钻速的影响 降低岩石强度可以提高机械钻速。钻井过程中所钻地层岩石首先接触的是钻井液，地层岩石与钻井液接触的瞬间，岩石强度发生变化。如果钻井液能在瞬间有效降低地层岩石强度，即可大幅度提高机械钻速。当然，地层岩石强度的降低的前提是不能影响井壁的稳定。 此外，提
5、高钻井液的润滑性，降低扭矩及减少钻井液中的微米、亚微米粒子也有利于提高机械钻速。 2 提高钻井机械钻速的钻井液的理论途经 2.1 提高钻井机械钻速的钻井液性能要求 钻井过程中钻屑中的粘土矿物易于水化，所有粘土都会吸水膨胀，粘土矿物吸水膨胀的程度与粘土矿物的种类有关[2]。粘土水化膨胀受到三种作用力的影响，即表面水化力、渗透水化力和毛细管作用。钻屑中粘土矿物在钻具、井壁表面的吸附及钻屑之间的吸附可以使高能界面转变，使体系表面吉布斯函数降低，因此，钻屑吸附钻具是必然的。在高压差条件下，这种情况更为严重。因此，要减少或消除钻屑中粘土矿物在钻具、井壁及钻屑之间的吸附，必须改变钻屑中粘土矿物、
6、钻具、井壁的表面性质，降低其表面张力。有效的方法是在钻井液中添加一种或几种能在粘土矿物、钻具、井壁上强烈吸附并改变其润湿性能、有效降低其表面张力的化学处理剂，使钻屑、钻具及井壁表面的润湿性能向弱亲水方向变化。润湿性能变化可以减弱单个岩屑之间的归并聚集，限制带状物的尺寸，阻止裂缝的复原、带状物的附聚，从而减少避免附聚物沉积井底，造成重复破碎；提高剪切位面与单独的岩屑的渗透性和润滑性，使它们更容易破碎。处理剂应具有强渗透性，能够渗透到吸附在钻头上的泥团产生的裂缝表面改变表面吸附性，改变岩石及其孔隙内部的润湿性，能够把已经吸附了粘土的钻头、钻具表面润湿，降低表面对粘土颗粒的吸附性，使粘土从钻头、钻具
7、表面解吸。 通过处理剂在岩石表面吸附以及向岩石孔隙内部渗透，改变岩石表面及孔隙内部的润湿性，降低岩石的表面张力，从而降低岩石的毛细管力，使钻井液更容易渗入钻头冲击、切削井底岩层时所形成的微裂缝中，减小压持效应，同时，钻井液与地层接触的瞬间有效降低地层岩石强度，提高岩石可钻性，提高机械钻速。 在金属表面形成润滑油膜提高润滑性、减小扭矩、有效的清除亚微米粒子提高机械钻速。 2.2 快速钻井处理剂（KSZJ）的分子结构要求 根据提高钻井机械钻速的钻井液性能要求，研发了提高机械钻速的快速钻井剂（KSZJ），该处理剂分子结构具有以下特征：具备强吸附基团（羟基、羧基、胺基、酰胺基及磺酸基等），以
8、及具备在金属表面具有强选择性定向吸附性的吸附基团如磷酸基；有较长的多官能团分子链以及较长的烃基侧链。既能提高定向吸附能力，又能在吸附钻具、钻屑、井壁后，使其润湿性能从强亲水向弱亲水方向转变。 3 快速钻井处理剂（KSZJ）性能评价 3.1 KSZJ对岩石润湿性的影响 选取泥页岩岩心作为研究对象，将页岩岩心平均分割成5等份，分别用不同质量浓度KSZJ的水溶液、4%钠土浆、现场模拟钻井液抽真空注入，然后做干燥处理，用OCA20型视频接触角测定仪测水滴在岩石的润湿接触角。结果见图1。实验结果表明，水滴到未添加KSZJ处理的岩石上，水迅速铺展，不能形成水滴，其接触角为零，由此可以说明该岩石为
9、强亲水类型。随着KSZJ浓度的增大，水溶液、4%钠土浆、现场模拟钻井液处理过的岩心的接触角随之增大，实现了岩石的润湿性由强亲水向弱亲水方向转变。钻井液润湿性改变有利于减弱或消除钻屑颗粒在钻头、钻具表面的吸附。 3.2 KSZJ对钻井液表面张力的的影响 用JK99B型全自动表面张力仪测定不同浓度KSZJ的清水、4%钠土浆及现场模拟钻井液的表面张力，结果见图2。结果表明，随着KSZJ浓度的增大，三种体系的表面张力均降低，从而可以降低岩石的毛细管力，使钻井液更容易渗入钻头冲击井底岩层时所形成的微裂缝中，减小压持效应。 图 1 KSZJ对钻井液体系接触角影响曲线 图 2 KS
10、ZJ对钻井液体系表面张力影响曲线 注：图1，图2钻井液--4%土浆+0.1%80A51+0.5%胺盐+1%SPNH+1%FT-1+0.5XY-27 3.3 吸附效应实验评价 3.3.1 KSZJ在粘土表面的吸附模型 图 3 KSZJ吸附动力学曲线 图 4 KSZJ Langmuir模型的拟合 图3是KSZJ在粘土表面的吸附动力学曲线，图4是KSZJ平衡吸附量1/q与平衡浓度1/C的曲线变化关系。实验结果表明，吸附初期的吸附量迅速增加，在具有较高吸附速率，说明KSZJ在粘土表面的吸附主要发生在吸附初期。单分子层吸附Langmuir模型的拟合相关系数为0.99378，具有较好的线
11、性关系，说明Langmuir等温式更适合描述KSZJ在粘土上的吸附行为，由此证明KSZJ在粘土表面的吸附属于单分子层吸附。 3.3.2 X射线光电子能谱表征 金属在KSZJ钻井液中浸泡后，其表面吸附状况的表征分析如图5所示。加入KSZJ的 图 5 钻井液吸附金属表面的XPS全谱扫描谱图 图 6 金属表面薄膜溅射深度分析(KSZJ水溶液)钻井液相比基浆的XPS扫描全谱明显具有了KSZJ的特征峰。由此可以证明KSZJ在金属表面存在有效的吸附。如图6所示，利用X射线光电子能谱溅射的方法测定了吸附层厚度，KSZJ在金属表面吸附层的厚度约为200nm。吸附层为疏水膜，有利于减
12、弱或消除钻屑颗粒在钻头、钻具表面的吸附。 3.3.3 粘附聚集试验 a) b*) c) d) e) 图 7 钢管在不同钻井液中的聚集情况 a)未污染钢管 b)基浆 c)基浆+0.1%KSZJ d)基浆+0.2%KSZJ e)基浆+0.5%KSZJ a’) b’) c’) d’) e’) 图 8 钢管在不同钻井液中的聚集情况 a’)未污染钢管 b’)基浆 c’)基浆+0.1%KSZJ d’)基浆+0.2%KSZJ e’)基浆+0.5%KSZJ 注：4%土浆+0.1%80A51+0.5%胺盐+1%SPNH+1%FT-1+0.5XY-27 利用一组钢
13、管在受试的钻井液体系中观察热滚后钢管的粘土吸附状态。可以看到钢管在基浆中热滚16小时之后粘土吸附或泥包非常严重，同样的实验条件下，逐渐提高KSZJ加量，吸附（泥包）现象明显减弱。当KSZJ加量达到0.5%时，粘土几乎不再吸附。 3.4 KSZJ对岩心强度的影响 用不同渗透率天然岩心进行了KSZJ浓度、浸泡时间对岩心强度的影响实验。结果表明，KSZJ浓度、浸泡时间及岩心渗透率对岩心强度均有显著影响。 3.4.1 KSZJ浓度与浸泡时间对岩心强度的影响 KSZJ浓度、浸泡时间与岩心强度关系曲线如图9、10所示，在基浆中，加入KSZJ，随 图 9 KSZJ浓度vs岩心强度(5s浸泡
14、) 图 10 浸泡时间vs岩心强度 注：基浆-4%土浆+0.1%80A51+0.5%胺盐+1%SPNH+1%FT-1+0.5XY-27 着KSZJ浓度的增加，岩心强度随之减小，并在KSZJ浓度为0.5%的时候岩心强度最小；当KSZJ浓度超过0.5%，岩心强度陡然增加。岩心在未添加KSZJ的钻井液中浸泡，其岩心强度随着浸泡时间的延长而逐渐降低；相对于没有添加KSZJ的钻井液而言，添加0.2%KSZJ的钻井液能在接触井底岩石瞬间更大幅度降低岩石强度，有利于钻进过程中快速有效破岩，随着浸泡时间的继续增加，岩心强度也随之迅速增强，并趋于稳定，有利于井壁稳定。 3.4.2 不同岩心渗透率对岩心强
15、度、井壁稳定性的影响 通过单轴应力实验分析了不同渗透率岩心在KSZJ钻井液中浸泡相同的时间（30s）对岩心强度的影响。随着岩心渗透率的增加，岩心的孔喉也随之增大，有利于KSZJ钻井液的迅速侵入，岩心的单轴抗压强度也随之减小。浸泡12h，相对于没有添加KSZJ的钻井液浸泡的岩心，使用0.5%KSZJ钻井液浸泡的岩心强度较大，有利于井壁稳定。 表 1 不同岩心渗透率对岩心强度的影响（浸泡30s） KSZJ浓度 （%） 渗透率 （md） 浸泡时间 （s） 单轴抗压强度 （MPa） 0.1 6.97 30 41.99 0.1 73.36 24.53 0.1 196
16、05 27.30 0.2 8.01 30 35.32 0.2 72.87 22.84 0.2 194.39 19.65 1 7.39 30 27.66 1 72.59 25.72 1 194.05 20.92 表 2 KSZJ对井壁稳定的影响（浸泡时间12h） KSZJ浓度（%） 渗透率（md） 浸泡时间 （h） 单轴抗压强度 （MPa） 4.76 12 19.9 83 28.8 190.24 38.6 0.5 4.98 12 28.3 0.5 83.34 37.8 0.5 190.17
17、 40.6 3.5 快速钻井剂压持效应实验评价 3.5.1 毛细管自吸参比试验 图 11 处理剂自吸速率比较 图 12 处理剂自吸孔隙体积比较 快钻剂KSZJ与另外两种润滑表面活性剂RHJ1和RHJ2在泥页岩岩心上进行毛细管自吸参比实验测定。实验结果如图11和图12所示。 由上述实验和结果得知，KSZJ的自吸速率和自吸孔隙的吸水量都是优于另外两种处理剂的，即KSZJ相对于另外两种剂RHJ1和RHJ2在改变钻井液体系初失水方面的能力要强，这说明了KSZJ更好地改善了井底岩石表面的润湿性，降低其表面张力，减小毛细管阻力，增大钻井液体系的初失水，能减小钻井液对井底岩石的压持效应，
18、有利于达到提高机械钻速的目的。 3.6 KSZJ对钻井液润滑性能的影响 KSZJ对钻井液润滑性能的影响结果表明（见表3）：KSZJ能有效降低水溶液、4%钠土浆及模拟钻井液的摩阻系数，随着KSZJ浓度增大，摩阻系数降低率提高，有利于降低扭矩，提高机械钻速。 表 3 KSZJ对钻井液润滑性能的影响 摩阻系数 KSZJ浓度(%) 降低率 体系 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 水 摩阻系数降低率（%） 89.41 92.94 94.71 95.59 95.59 4%钠土浆 摩阻系数降低率（%） 65.03 67.15 67.32
19、 67.52 67.81 钻井液 摩阻系数降低率（%） 35.64 36.18 37.62 40.58 42.02 注：钻井液--4%土浆+0.1%80A51+0.5%胺盐+1%SPNH+1%FT-1+0.5XY-27 4 提高机械钻速钻井液性能研究 4.1 KSZJ对常规钻井液性能影响 用4%的钠土浆分别加入不同量的KSZJ，依据GB/TE13004-90钻井液测试程序测试该钻井液体系的常规性能以及流变性能。如表4所示，KSZJ对钻井液常规性能及流变性没有影响。 表 4 KSZJ对钠土浆性能的影响 钻井液体系 常规性能 流变性能 密度 粘度 失水
20、 泥饼 初切 终切 PH值 AV PV YP 钠土浆 1.02 24 27 0.5 1 3 8 10 7 6 土浆+ KSZJ 0.2% 1.02 24 21 0.5 3 4.5 8 12 4 13 土浆+ KSZJ 0.3% 1.02 24 23 0.5 3 4.5 8 12 4 13 土浆+ KSZJ 0.4% 1.02 24 22 0.5 2.5 4.0 8 12 4 13 土浆+ KSZJ 0.5% 1.02 25 22 0.5 3 4.0 8 12 5 13 土
21、浆+ KSZJ 0.6% 1.02 25 24 0.5 2.5 3.5 8 13 5 13 4.2 KSZJ对钻井速度的影响 利用水射流钻井模拟实验装置，分别采用不同类型的钻头，在不同的岩石上模拟钻进，测定在清水、钻井液中添加KSZJ前后实时钻进速度。如表5、表6所示，钻进速度都有不同程度的提高。采用PDC钻头结合KSZJ模拟钻井，机械钻速提高率最大。 表 5 清水中添加0.2%KSZJ对钻井速度的影响 钻头类型 岩石 钻井液 钻深 (mm) 时间 (s) 机械钻速 (m/h) 机械钻速 提高率(%) PDC钻头 灰岩 (
22、Kd=4.6) 清水 300 440 2.4545 15.5 加KSZJ 300 381 2.8346 砂岩 (Kd=4) 清水 300 242 4.463 37.5 加KSZJ 300 176 6.1364 聚晶金刚石钻头 灰岩 (Kd=4.6) 清水 250 960 0.9375 12.4 加KSZJ 250 854 1.0539 砂岩 (Kd=4) 清水 300 534 2.0225 17.4 加KSZJ 300 455 2.3736 三牙轮钻头 砂岩 (Kd=4) 清水 200 497 1
23、4487 14.8 加KSZJ 200 433 1.6628 注：Kd表示岩石的可钻性指数 表 6 钻井液中添加不同量KSZJ对钻井速度的影响 钻头类型 岩石 钻井液 钻深 (mm) 时间 (min) 钻速 (m/h) 平均钻速 (m/h) 钻速提高率 (%) Ø90mmPDC 砂岩(可钻性指数Kd=5) 现场泥浆 395 16.13” 1.462 1.399 345 15.28” 1.338 现场泥浆+加药品（0.2%） 390 15.04” 1.553 1.469 4.9 355 15.23” 1.384
24、 现场泥浆+加药品（0.5%） 385 14.04” 1.642 1.559 11.37 360 14.38” 1.476 现场泥浆+加药品（1%） 370 13.25” 1.655 1.612 15.13 380 14.32” 1.569 现场泥浆+加药品（1.5%） 400 14.47” 1.623 1.623 15.97 4.3 KSZJ对不同密度钻井液机械钻速的影响 图 13 钻井液密度对KSZJ（0.5%）增速效果的影响 实验结果表明，随着KSZJ钻井液密度的增加，机械钻速提高率呈降低趋势，但钻速比不添加KSZJ的基浆的钻
25、速有明显提高，即使在钻井液密度高达2.0g/cm3情况下，添加了KSZJ后对应的机械钻速比基浆对应的机械钻速提高11.23%。 5 现场应用 5.1 塔里木油田现场试验 5.1.1轮南635井试验 (1) 基本概况 轮南635井位于塔里木盆地轮南低凸起东部斜坡带，轮南63井西北约634m。轮南635西北距轮南633井约2.66km，西南距轮南634约3.91Km。轮南633井、轮南634井和轮南635井的地质构造、井身结构及压力系数基本一致，这三口井具有可比性。 (2) 效果评价 表 7 轮南二开井段机械钻速明细表 井别 井号 井段 (m) 钻井参数 钻头 型号
26、进尺 (m) 纯钻时间(h) 机械钻速(m/h) 平均机械钻速 (m/h) 钻压 (t) 转速(rpm) 排量 (l/s) 试验井 轮南635 204.3~1540 15 90 50 ST117 1335.7 40.15 33.19 26.89 1540~3252.5 7 110 45 DS751 1712.5 73.2 23.35 对比井 轮南633 204~707 6 110 40 ST127 503 29.67 16.95 11.56 707~1719 16 80 46 ST127 1012 5
27、7 17.75 1719~2333 18 80 48 ST127 614 43 14.28 2333~3302 8 120 48 FS2563 969 138.33 7 轮南634 204.52~1372 12 100 43 HAT127 1167.48 44 26.53 17.22 1372~1742 12 100 44 ST117 370 33.25 11.13 1742~2544 8 60+L 43 HS853GS 802 58.17 13.79 2544~3252 8 60+L 43 HS8
28、53GS 708 41.5 17.06 在204～3302m井段钻压、排量的一致条件下，轮南633井使用3支牙轮钻头、1支PDC钻头；轮南634井使用2支牙轮钻头、2支PDC钻头，且在(1742m～3252m)带螺杆钻进。轮南635井没有使用任何机械增速装置，860m开始加KSZJ（0.5%），平均机械钻速26.89m/h，只用了1支牙轮钻头和1支PDC钻头，平均机械钻速比轮南633井提高132.6%，比带螺杆钻进的轮南634井平均机械钻速提高了56.06%。 综合轮南635井及邻井机械钻速、进尺、纯钻时间，可绘制出直观的对比图，如下图所示，在同样进尺的条件下，轮南635井比轮南63
29、3井纯钻时间显著缩短(268-113.35=63.57h)，比轮南634井缩短纯钻时间(176.92-113.35=63.57h)。 图 14 轮南635井与邻井机械钻速、进尺、纯钻时间对比图 5.1.2 塔中723井现场试验 (1) 基本概况 塔中723井位于新疆维吾尔自治区且末县境内北部，西北距塔中84井约5.43km、东距塔中722井约3.18km、南距塔中15井约3.91km，地质构造相似。塔中84井、塔中722井和塔中723井处于同一地质构造带，其地质构造、井身结构及压力系数基本一致，这三口井具有可比性。 (2) 效果评价 表 8塔中二开井段机械钻速明细表 井别
30、井号 井段 (m) 钻井参数 钻头 型号 进尺 (m) 纯钻 时间 (h) 机械 钻速 (m/h) 平均机械钻速(m/h) 钻压 (t) 转速 (rpm) 排量 (l/s) 试验井 塔中 723井 1003.48~2115 10 70 45 HAT127 1111.52 65.75 16.91 25.62 2115~3433 10 75 40 FS2563 1318 29.08 45.32 对比井 塔中 722井 1200.4~1780 12 70 50 ST127 579.6 24.33
31、23.82 6.80 1780~2304 6 120 48 GS605F 524 33 15.88 2304~2605 17 70 45 HAT127 301 54.5 5.52 2605~2867 4 120 40 GS605F 262 34.17 7.67 2867~3142.9 4 70 40 GS605F 275.9 31.5 8.76 3142.9~3145.8 4 70 40 GS605F 2.9 6.83 0.42 3145.8~3220.5 14 90 40 HJ437 74.7 3
32、0.33 2.46 3220.5~3307 16 70 40 ST127 86.5 48.33 1.9 3307~3394.7 16 70 40 ST127 87.7 43.67 2.01 3394.7~3452 18 70 42 HJ517L 57.3 24.67 2.32 塔中 84井 1200.96~2030 10 90 50 HAT127 829.04 61.08 13.57 6.81 2030~3121 5 45+L 40 MS1952SS 1091 131.75 8.28 3121~3812
33、 8 80 40 ST915TU 691 190.83 3.62 由塔中二开井段机械钻速明细表可知：TZ722井的平均机械钻速6.8m/h，塔中84井在2030～3121m井段带螺杆钻进，平均机械钻速为6.81m/h，添加了KSZJ的TZ723井的平均机械钻速为25.62m/h，比塔中TZ722提高276%，比塔中84井提高209%。TZ722进尺2611.04m用了6个牙轮钻头和2个PDC钻头；塔中84井进尺2429.52m用了1个牙轮钻头和2个PDC钻头；而塔中TZ723井进尺2429.52m只用了1个牙轮钻头和1个PDC钻头。 综合塔里木油田塔中TZ723井及其邻井机械
34、钻速、进尺、纯钻时间，可绘制出直观的对比图，如下图所示：塔中TZ723井添加KSZJ的井段平均机械钻速显著提高，纯钻时间只用了94.83h，比TZ722井少用236.4h，比塔中84井少用了288.83h。 图 15 塔中TZ723井与其邻井机械钻速、进尺、纯钻时间对比 5.1.3 羊塔3井试验 (1) 羊塔3井概况 YT3井为羊塔3构造的一口预探井，在YT2井以东约4km。 (2) 效果评价 表 9 三开试验井段钻速统计 序号 钻头型号 井段 (m) 进尺 (m) 纯钻时间 (h) 机械钻速 (m/h) 平均机械钻速(m/h) 1 121/4″HAT
35、127 1802~1850 48 7.0 6.86 10.92 2 121/4″GS605F 1850~3006 1156 102.73 11.25 复合钻进 3 121/4″M1955SS 3006~3980 974 89.77 10.86 复合钻进 注：纯钻时间来自录井资料 三开试验井段钻井过程及短起下顺利。在3530m~3570m及3970m~3980m井段有少许掉块。其它井段几乎无掉块。三开试验井段共用三只钻头，平均机械钻速为10.92 m/h。（各井段钻速见上表）而YT1-7井试验井段平均机械钻速为7.506m/h，YT3井平均机械钻速比YT
36、1-7井提高54.8%。几口井同井段耗时比较见下表。YT3井试验井段耗时比羊塔克地区最快的YT1-10井快3天，比YT1-7井快近10天。 表 10 几口井同井段耗时比较 井号 三开井段 起止时间 耗时 YT3 1802~3980 8.10 13:00~8.26 10:00 15天21小时 YT1-7 1807~4000 2.9 3:00~3.6 19:00 25天16小时 YT1-10 1802~4005 7.7 19:00~7.26 18:00 18天23小时 同时，YT3井还创造了羊塔克地区同井段单日进尺最高记录。即最大单日进尺246m（3326m~3
37、572m），而英买力地区3300m~4000m井段最大单日进尺为243m（YM35-4井），羊塔克地区该井段最大单日进尺为160m（YT10井）。 5.1.4 轮东1井试验 轮东1井设计井深7650米，风险预探井，邻井草4井东南1.57公里处，快钻剂使用层位：上第三系、下第三系、白垩系上部，井段：1600米～4100米，钻井液快钻剂对钻井液性能没有影响，钻井液性能非常稳定，起下钻顺利，无钻头、钻具泥包现象，与邻井草4井相比，平均机械钻速提高60%。 6 结论与认识 （1）通过对钻井液影响机械钻速的因素分析，提出提高机械钻速钻井液的理论途径。 （2）研发了提高机械钻速钻井液快速钻井剂
38、KSZJ，形成一套提高机械钻速的钻井液技术。 （3）通过表面张力、吸附效应、压持效应、对微米及亚微米粒子、摩阻系数、岩心强度的影响等实验对快速钻井剂KSZJ的性能进行了评价。并揭示了提高机械钻速钻井液作用机理。 （4）在射流钻井模拟实验装置上钻进不同硬度的岩石及塔里木油田的4口井进行的现场试验结果表明：该项技术能够有效减少起下钻过程中的阻卡情况，提高提高机械钻速钻效果显著。 （5）该课题是钻井液技术的新发展，是钻井提速技术的新尝试，将对提高钻井速度、减少井下复杂将起到重要作用。 附：其它油田部分田现场试验情况 5.2 青海油田现场试验 快速钻井液技术在青海油田跃8531、86
39、50、4431、5630、7231、7331、8751、4651、4531、8851、2431、7054、1640、3291、7040、7240、3283、2174、1174井以及砂西中-17井等20口井进行了现场试验，应用效果显著。通过图17可以看出，在平均井深（使用聚合物平均井深1913米，使用快速钻井剂-聚合物平均井深1909米）相差不大的情况下，平均机械钻速提高135%，平均建井周期缩短42%。 表 11 快速钻井剂-聚合物钻井液施工建井周期统计 井别 井号 井深 (m) 开钻日期 完钻日期 完井日期 平均钻速 (m/h) 建井周期 （天） 试验井 跃853
40、1 1755 8.7 8.23 8.29 48.78 13 跃8650 1840 7.5 7.19 7.25 19.15 15 跃4431 1760 9.10 9.18 9.24 20.10 14 跃5630 1760 8.30 9.6 9.12 19.80 13 跃7231 1750 9.10 9.18 9.24 22.47 14 跃7331 1760 9.30 10.7 10.11 25.00 12 跃8751 2060 10.1 10.13 10.19 20.70 18 跃4651 206
41、0 10.1 10.9 10.15 20.12 14 跃4531 1740 8.27 9.1 9.6 20.36 10 跃8851 2150 10.11 10.20 10.27 21.54 16 跃2431 1750 10.7 10.11 10.17 32.73 10 跃7054 2300 8.6 8.22 8.27 20.47 21 跃1640 1900 3.5 3.11 3.17 24.48 12 跃3291 2350 5.5 5.12 5.17 32.30 12 跃7040 1845 4.
42、1 4.7 4.11 25.99 12 跃7240 1860 3.31 4.17 4.13 23.57 13 跃3283 2610 5.19 5.28 6.4 23.69 17 跃2174 2310 5.15 5.25 5.29 15.62 9 跃1174 2300 5.31 6.7 6.11 23.17 8 砂西中-17 2600 5.20 6.4 6.9 15.54 15 对比井 跃3631 1840 7.4 7.27 8.1 8.46 28 跃5451 2150 6.9 6.22 6.
43、28 14.72 20 跃3420 1855 7.13 8.5 8.11 9.40 25 跃7121 2440 6.3 6.19 6.25 15.03 22 跃3311 1905 6.30 7.20 7.23 8.66 24 跃5550 1930 5.26 6.15 6.16 12.20 22 跃5631 1785 4.9 4.23 4.27 12.70 19 跃1061 1620 5.3 5.20 5.24 6.66 21 跃8750 1935 10.7 10.25 10.29 9.13 2
44、2 跃3400 1915 3.29 4.27 4.29 6.40 31 跃3500 1870 6.21 7.8 7.14 12.50 24 跃4331 1755 9.12 9.26 9.30 11.02 19 跃4361 1900 7.19 8.11 8.17 4.36 29 跃7431 1755 8.21 9.3 9.8 8.12 18 跃8651 2040 5.29 6.11 6.17 12.55 20 备注：试验井的平均机械钻速：22.33m/h，平均建井周期：14.2天； 对比井平均机械钻速：10.
45、13m/h，平均建井周期：23天 图 16 平均机械钻速、平均建井周期对比图 5.3 吐哈油田现场试验 5.3.1 神平316井试验 (1) 神平316井概况 神平316井是吐哈盆地神泉区块第三系构造上的一口水平生产井。该井实钻直导眼至1875m，回填至1560m，在1590m定向造斜，水平钻进至2240m完钻。 (2) 效果评价 对比转化前后100m平均机械钻速，结果如下表： 表 12 试验前后平均机械钻速对比表 井段 (m) 地层 钻头 类型 钻压 （KN） 排量 （l/s） 平均机械钻速 （m/h) 试验前 1300-1400
46、N1t GP535S 60 33 34.40 试验后 1400-1500 N1t GP535S 60 33 45.11 从上表可以看出，转化为快速钻井液后，平均机械钻速明显提高，在钻井参数基本一致的情况下，平均机械钻速提高了31.13%。 5.3.2 在连23井的试验 (1) 连23井概况 连23井是位于吐哈盆地台北凹陷连木沁构造带连西2号构造的一口预探井。 (2) 效果评价 如下表可以看到，上部未试验井段的钻井液密度为1.20 g/cm3，试验井段2530m处的钻井液密度为1.25 g/cm3， 2670m处提高钻井液密度至1.28 g/cm3，连23井首次
47、加入0.5%快速钻井剂后，机械钻速提高了19.62%，提高快速钻井剂加量后，平均机械钻速提高了27.12%。 表 13 KSZJ钻井液添加剂对钻井速度的影响 钻头类型 岩石 钻井液 井段 （mm） 密度（g/cm3） 钻速 （m/h） 平均机械钻速提高率（%） PDC 钻头 灰紫色泥岩 聚合物 2470-2494 1.20 4.7771 19.62 聚合物+0.5%KSZJ 2495-2510 1.20 5.7143 灰紫色泥岩夹灰色砾岩 聚磺+0.5%KSZJ 2530-2599 1.25 7.0289 27.27 聚磺+1.0% K
48、SZJ 2600-2670 1.28 7.5666 5.4 华北油田现场试验 5.4.1 宁古10井试验 (1) 宁古10井概况 宁古10 井位于冀中坳陷饶阳凹陷肃宁—大王庄构造带宁古1井潜山北高点上的一口预探井，井身结构：339.7mm×352.49m+244.5mm×3579.73m。试验井段为沙河街组沙二＋三段。 (2) 现场试验效果对比 表 14 不同井段机械钻速对比 井段类别 深度 钻头 类型 钻压 (t) 钻井液 密度 (g/cm3) 进尺 (m) 纯钻 时间 (min) 机械 钻速 (m/h) 平均机 械钻速 (m
49、/h) 平均机 械钻速 提高率(%) 对比井段 3588-3768 T5556SA 44/180 4-6 1.42-1.48 180 75.4 2.38 2.38 18.00 试验井段 3768-3867 T5556SA 28/99 4-6 1.50-1.51 99 37.4 2.65 2.82 3867-4140 32/273 4-6 1.50-1.51 273 89.0 3.07 4140-4250 11/110 4-6 1.51-1.53 110 42.5 2.59 4250-4317 18/67 4-6
50、 1.53-1.60 67 25.8 2.60 4317-4553 MA89BPX -ER1516 79/236 2-3 1.63-1.78 236 105.5 2.24 2.24 对比井段 4553-4912 130/359 3-7 1.78-1.85 359 319.5 1.13 1.13 注：井深4431m停止加入KSZJ，继续钻进122m后（3－4天）KSZJ消耗完毕； 4317-4553m改换钻头，钻压较低且钻井液密度提升至1.63-1.78，ROP有所降低。 由上表可以看到：三开3588m-3768m未加入快钻剂之前，同一钻头
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