快速钻井剂稳定井壁快速钻进作用机理研究.pdf

第32卷第1期西南石油大学学报(自然科学版)Vo1．32No．1
2010年2月JournalofSouthwestPetroleumUniversity(Science&TechnologyEdition)Feb．2010

文章编号：1674—5086(2010)Ol一0165—05

快速钻井剂稳定井壁快速钻进作用机理研究

杨宇平，孙金声，杨枝，卢运虎，江四清
(1．中国石油集团钻井工程技术研究院，北京100195；
2．中国石油勘探开发研究院博士后流动站，北京100083；3．中国地质大学(北京)工程技术学院，北京100083；
4．中国石油大学石油工程教育部重点实验室，北京昌平102249；5．中国石油长城钻探工程公司钻井液分公司，北京100101)

摘要：钻井过程中所钻地层岩石首先接触的是钻井液，如果钻井液能以保证井壁稳定为前提在瞬间有效降低地层
岩石强度，即可大幅度提高机械钻速。采用渗透率大小不同的天然岩芯在不同浓度的快速钻井剂(KSZJ)中浸泡不同
时间，岩石瞬间强度及最终强度的变化表明，KSZJ能以较高的渗透速率以及较大渗透体积迅速渗入岩石的裂纹，从而
强化了裂纹尖端的应力，促使裂纹迅速扩展以致瞬间破坏岩石强度，提高破岩效率，从而提高机械钻速；随着浸泡时
间的增加，岩芯强度也随之迅速增强并趋于稳定，有利于井壁稳定，保持井径规则。在射流钻井模拟实验装置上钻进
不同硬度的岩石及海拉尔盆地乌126—88井进行的现场试验结果表明：快速钻井液技术有效解决了井壁失稳问题，提
高平均机械钻速显著
关键词：快速钻井处理剂(KSZJ)；岩石强度；机械钻速；稳定井壁；作用机理
中图分类号：TE254文献标识码：ADOI：10．3863／j．issn．1674～5086．2010．叭．034

破岩效果是石油钻井中的重要技术问题，它主等)，有较长的多官能团分子链以及较长的烃基侧链。
要体现在钻井速度上_】，钻井速度是影响油田勘既能提高定向吸附能力，又能在吸附钻具、钻屑、井壁
探与开发效益的关键因素，提高钻井速度可以大幅后，使其润湿性能从强亲水向弱亲水方向转变。
度降低钻井成本，加快勘探开发进程。石油工程作
业的对象是埋藏在地下数千米深的岩石，其主要特2岩芯强度应力测试
点是所钻井眼深、尺寸小。岩石力学研究的一个重
2．1实验方法及样品
要方面涉及钻井过程中机械、水力及联合破岩的高
岩样的选择关系到岩石测试数据的精确度，所
效破岩机理和方法，以及原地应力释放后井壁稳定以按照岩芯实验的要求，取到了准噶尔盆地西部隆
的问题，它包括力学、化学和水力三个因素对井壁稳
起红车断裂带中段石炭系断层一岩性圈闭构造的
定的影响。钻井过程中所钻地层岩石首先接触的是
5O块井深2000m的泥岩岩芯。岩样在三轴实验机
钻井液，要有效提高钻井速度，就要在保证井壁稳定
(型号：MTS816，产地：美国)上进行单轴、三轴抗压
前提下，使钻井液在瞬间有效降低地层岩石强度，从
强度测试，根据岩石强度测试的要求，将岩样加工成
而高效破岩。
直径为25Inn、长为30mm左右的圆柱形，两端磨
本文旨在对快速钻井液技术保证井壁稳定，并
平。三轴抗压强度测试选择的围压为10MPa和20
能在瞬间有效降低地层岩石强度，从而大幅度提高
MPa。通过实验，所有的测试曲线都与典型的泥岩
机械钻速的机理进行探讨。
破坏变形曲线相符。测试数据以单轴抗压强度、三
1快速钻井剂分子结构轴抗压强度为主。
2．2快速钻井剂浓度对岩芯强度的影晌
提高机械钻速的快速钻井剂(}。s)分子结构具采用单轴应力、三轴应力实验测试方法，测试了
备强吸附基团(羟基、羧基、胺基、酰胺基及磺酸基岩芯在不同浓度KSZJ钻井液中浸泡5S后岩芯强度

{收稿日期：2008一l2—23
基金项目：中国石油天然气集团公司应用基础研究项目(06A20403；2008A一2300)及钻井新技术推广项目(2008G一5207)。
作者简介：杨宇平(1979一)，男(汉族)，湖北荆门人，高级工程师，博士后，从事钻井液、储层保护基础理论与新技术等方面的研究。
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的变化，结果如图1所示。分析图1可以发现，基浆测试所用基浆配方为：4．0％土浆+O．1％80A51+
对应的初始岩芯强度较高，随着∞添加KSZ∞J浓度的{寻增0．5％胺盐+1．0％坫SP加NH+1．∞0％％FTI’一∞1+0．5％XY．27。
加，岩芯强度随之减小，KSZJ浓度为0．5％的时候岩
表1浸泡时间与岩芯强度的对应关系(单轴应力测试)

芯强度最小；继续增加KSZJ浓度无益于降低岩芯Table1Soaktimeversuscompressivestrengthofrock
强度。(Uniaxialtesting)