鉆井液的基本功能,并最大限度地減少井下復雜情況的發生,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]。

 

  鉆井液流變性對機械鉆速的影響主要表現為鉆頭噴嘴處的紊流流動阻力對鉆速的影響。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,剪切速率達到10000 s-1以上。

 

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

 

  潤滑性能良好的鉆井液具有的優點有: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,縮短起下鉆時間;能用較小的動力來轉動鉆具;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械鉆速的一個重要原因。當鉆井液的固相含量為零時(即清水鉆進)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,快速鉆進鉆井液應有好的流變性、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理是在鉆井液原有的流變性、固相含量及分散性的基礎上,大大改善其潤滑性,從而降低扭矩來實現的。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上發生泥包,起到潤滑鉆頭的效果。快速鉆進鉆井液技術具體的機理[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,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;阻止粘土粘附于鉆頭和BHA面;通過對粘土膨脹及孔隙壓力傳遞的控制來保持井壁穩定性。