鉆井液的基本功能,并最大限度地減少井下復(fù)雜情況的發(fā)生,確保安全,這樣才能從根本上提高鉆速。

 

  鉆井液性能中,鉆井液的流變性、潤滑性、固相含量及分散性等直接影響鉆速的快慢[1,12]。

 

  鉆井液流變性對(duì)機(jī)械鉆速的影響主要表現(xiàn)為鉆頭噴嘴處的紊流流動(dòng)阻力對(duì)鉆速的影響。由于鉆井液具有剪切稀釋作用,在鉆頭噴嘴處的流速極高,一般在150 m/s以上,剪切速率達(dá)到10000 s-1以上。

 

  在如此高的剪切速率下,紊流流動(dòng)阻力變得很小,因而液流對(duì)井底沖擊力增強(qiáng),更加容易滲入鉆頭沖擊井底巖層時(shí)所形成的微裂縫中,有利于減小巖屑的壓持效應(yīng)和井底巖石的可鉆強(qiáng)度,從而有利于提高鉆速。當(dāng)鉆井液的紊流流動(dòng)阻力接近于清水粘度時(shí),可獲得最大的機(jī)械鉆速。

 

  潤滑性能良好的鉆井液具有的優(yōu)點(diǎn)有:減小鉆具的扭矩、磨損和疲勞,延長鉆頭的壽命;減小鉆柱的磨擦阻力,縮短起下鉆時(shí)間;能用較小的動(dòng)力來轉(zhuǎn)動(dòng)鉆具;能防粘卡,防止鉆頭泥包。

 

  鉆井液中固相含量及其分散性是影響機(jī)械鉆速的一個(gè)重要原因。當(dāng)鉆井液的固相含量為零時(shí)(即清水鉆進(jìn))鉆速最快,隨著固相含量增大鉆速顯著下降;而鉆井液中小于1Lm的亞微米顆粒要比大于1Lm的顆粒對(duì)鉆速的影響大,約為12倍,鉆井液中小于1Lm的亞微米顆粒越多,所造成鉆速下降的幅度就越大。

 

  顯然,快速鉆進(jìn)鉆井液應(yīng)有好的流變性、潤濕性、低固相含量及合適的分散性。在水基鉆井液中,通過添加ROP增速劑來提高鉆速的機(jī)理是在鉆井液原有的流變性、固相含量及分散性的基礎(chǔ)上,大大改善其潤滑性,從而降低扭矩來實(shí)現(xiàn)的。ROP增速劑能在鉆頭、BHA等金屬表面形成一層憎水性的薄膜,以防止親水性的鉆屑粘附于鉆頭、BHA上發(fā)生泥包,起到潤滑鉆頭的效果。快速鉆進(jìn)鉆井液技術(shù)具體的機(jī)理[2,7]是:ROP增速劑滲入并潤滑鉆屑薄鱗片間剪切面,減弱薄鱗片間的鍵結(jié),限制鉆屑尺寸,以利于從鉆屑槽脫落下來;阻止鉆屑相互聚結(jié);阻止粘土粘附于鉆頭和BHA面;通過對(duì)粘土膨脹及孔隙壓力傳遞的控制來保持井壁穩(wěn)定性。