摘要：钻井液体系的改进是提高钻速最直接的手段之一。依据川西地区上三叠统须家河组实钻资料统计分析以及大量文献调研成果，以室内试验分析评价为基础，详细阐述了对钻速影响显著的钻井液因素，认为钻井液密度增高会造成钻井正压差增加和钻井液固相含量增加，由此造成钻速随钻井液密度的增加呈对数降低，其降低的幅度随钻井液增量的增加而降低；钻井液体系转化引起的钻井液黏度、切力增加，流变性能变差，瞬时失水量降低是钻速降低的关键因素。现场试验结果表明，优选出的钻井液体系不仅具有较好的流变性能，而且对于复合钻井工艺的顺利实施亦起到了积极作用，可有效地缩短钻井周期，提高钻井速度。
关键词：深井；钻井液体系；钻速；试验；影响因素；四川；西
目前，中石化在川西地区上三叠统须家河组气藏已完钻40余口井，但普遍存在钻井周期长、钻速慢、钻井成本高的问题，严重地制约了该区须家河组气藏的勘探开发。一般来说，影响钻速的因素无外乎有地质因素、井身结构、钻井方式、钻井设备及钻井液[1～2]，相应的提高钻井速度的途径主要是通过开发新型快速钻井钻井液、设计高效钻头、优化钻具结构及应用钻井最优化技术来提高钻速[3～6]。而钻井液在提高钻速方面有着独特的地位和作用[3，7～9]。笔者针对川西深井钻井技术现状，系统地分析评价了钻井液对钻速的影响，并以室内试验评价为基础，优选出适合川西深井快速钻井的钻井液体系类型，现场应用提高钻速效果显著，为研究区钻井工艺改进、加快勘探开发进程提供了有力的技术保障。
1 钻井液对钻速的影响因素评价
依据实钻资料统计出川西地区部分钻井的机械钻速随井深的变化关系，其总体上表现为“M”形(图1)，对于导管井眼，由于其尺寸大、钻具轻，同时为防止井漏和垮塌等情况发生，采用低钻压、小排量、低返速吊打，该井段钻速一般为2～4m/h。第一次开钻时提高钻井参数，钻井液方面转化为流变性能较好控制的聚合物钻井液，从而获得较高钻速；但该段井眼尺寸较大，钻屑携带困难等问题的存在导致钻速随着井深增加而降低。第二次开钻时由于固井后井眼尺寸变得小而规则，使得钻速在工程参数优化的情况下大幅度地增加并达到最高值；但随着钻井液密度突然增大造成的压持效应、流变性能变差，钻速会突然降低，随后的钻井液体系可使钻速进一步降低，此后钻速基本保持稳定。第三次开钻、第四次开钻时钻井液各参数对钻速的影响并不明显，其中第三次开钻的平均钻速可维持在1.2m/h左右，第四次开钻的平均钻速为0.8m/h。
通过统计分析川西地区5口深井实钻资料，认为以下钻井液因素对钻速存在影响。
1.1 钻井液密度对钻速的影响
钻井液密度增高对钻速的影响包含两个方面的因素：①造成钻井正压差增加；②钻井液固相含量增加。统计的钻速降低率是两方面综合影响的结果，由表1可知，深井第二次开钻井段中引起钻速降低的钻井液密度区间为1.29～1.49g/cm3，相对应的固相含量为20%～24%(图2)。图3反映出钻速降低率与钻井液密度增量之间有很好的自然对数关系，即钻井液密度增量越大，钻速降低率越高，并且钻速降低率的幅度随钻井液增量的增加而降低。
1.2 钻井液体系转化对钻速的影响
钻井液体系转化对钻速的影响统计表明(表2)，钻井液体系转化造成钻速降低率范围为13%～33%。该变化可能不应归结于钻井液由不分散体系转化成了分散体系，因为只在固相含量小于6%时，该转化才会引起钻速的显著降低，而钻井液体系转化时的固相含量一般大于20%(图2)。试验表明，聚合物钻井液转化为聚磺钻井液后，其黏度、切力均会有所增加，瞬时失水量会有所降低。因此，钻井液体系转化引起的钻井液黏度、切力增加，流变性能变差，瞬时失水量降低才是钻速降低的关键因素。
1.3 钻井液流变性能和黏度对钻速的影响
钻井液流变性能和黏度是影响钻速的重要因素，其好与差可导致超过30%的钻速变化(表3)。因此，在钻井中应注意维护钻井液良好的流变性能和合适的黏度，以此来提高钻井速度。
2 钻井液的室内评价及优选
在综合调研国内外深井钻井液体系的基础上，结合川西地区深井的工程地质特征及钻井液的现场应用情况，选择在川西地区应用比较成功的X、Y和Z等3种钻井液体系进行室内评价，根据配方进行配制的钻井液，对其流变性、抑制性、润滑性及抗温、抗盐膏能力进行了系统的评价(表4)。结果表明，3种钻井液体系具有各自的特点和适用范围，X钻井液属于不分散钻井液体系，对提高钻井速度很有帮助，但是其在耐温性和固相容量限两个方面存在问题。当地层温度超过80℃时，X钻井液体系的性能开始恶化，稳定性变差，失水量增加；而当钻井液密度过高时，由于受到X钻井液容量限的限制，钻井液性能会整体变差。因此，X钻井液体系只适应于浅井段的钻井。
Y钻井液体系在国内各大油气田应用都很普遍，在川西地区也进行了多年的现场试验和应用。该体系具有良好的抗高温稳定性(可达180℃)、良好的泥页岩抑制性和抗盐钙浸防污染能力，现场应用的技术也比较成熟，可应用于深井段、盐膏层段。2钻井液体系虽然在室内评价具有良好的页岩抑制性、流变性能和抗高温、抗污染能力，但川西地区先前的试验结果表明，该体系在现场应用上还存在一些问题，所以暂不选用。
综上所述，在浅井段选择不分散X钻井液体系；中深井段选用Y钻井液体系以满足钻井提速需要。
3 现场应用效果
川西地区F井是一口提速试验井，根据研究区已有实钻资料，针对快速钻井对钻井液性能的要求，主要采取如下技术措施。
3.1 密度控制
对施工井区域和邻井资料进行充分调研，确保井内安全的情况下，分别制订出F井的钻井液施工的最低密度值。实钻中尽可能控制密度在最低值。
3.2 流变性能控制
快速钻井要求钻井液必须具有较好的剪切稀释特性，较低的水眼黏度和较低的塑性黏度。根据钾胺聚合物钻井液和低固相钾胺聚合物钻井液这两种不同的钻井液体系，制订出满足快速钻井的流变性能指标，施工中严格按照技术指标进行维护处理，确保钻井液性能稳定和有较好的流变性能。
3.3 固相控制
钻井液体系的无用固相所占比例愈大，对钻井速度影响也愈大。充分利用化学絮凝和固控设备清除钻井液体系中的无用固相，保持钻井液性能稳定和优化钻井液流变性能。根据X钻井液和低固相X钻井液这两种不同的钻井液体系和不同的井段，制订出不同的钻井液固相含量和膨润土含量控制指标。
图4是F井与邻井G井、H井的钻速对比。F井在505～2184m井段采用的“转盘+螺杆”复合钻井，而G井和H井全井段均采用转盘钻井。由图4可知，在505m之前，F井的钻速并没有另外两口井快，而在采用复合钻井后，钻速得到明显提高。分析认为钻井方式的改变是钻速提高的主要原因[10]，但优选出的钻井液体系通过降低钻井液密度和漏斗黏度，对于复合钻井工艺的顺利实施起到了诸多辅助作用(螺杆钻具的使用对于钻井液性能有着更为苛刻的要求，特别是要求较低的钻井液密度和漏斗黏度，以降低泥浆泵泵压和钻具磨损)，同时维持了钻井液较好的流变性和推迟了钻井液体系的转换时间，保证了复合钻井过程中钻井液性能的稳定。F井历时24.91d钻至2515m完钻，平均机械钻速为7.07m/h，钻井周期较设计缩短26.74%，取得了显著的经济效益。
4 结论
1) 钻井液密度增高会造成钻井正压差增加和钻井液固相含量增加，二者造成钻速降低，钻速降低率与钻井液密度增量呈对数关系，即钻井液密度增量越大，钻速降低率越高，并且钻速降低率的幅度随钻井液增量的增加而降低。
2) 钻井液体系转化引起的钻井液黏度、切力增加，流变性能变差，瞬时失水量降低是钻速降低的关键因素。
3) 室内优选出的钻井液体系经现场试验表明，该钻井液体系通过降低钻井液密度和漏斗黏度，对于复合钻井工艺的顺利实施起到了积极作用，并且维持了钻井液较好的流变性和推迟了钻井液体系的转换时间，保证了复合钻井过程中钻井液性能的稳定，能有效地缩短钻井周期，获得显著经济效益。
参考文献
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(本文作者：刘斌1，2 张生军3 杨志斌3 兰林3 王辛4 吴宗国5 1.中国地质大学(武汉)；2.中国石化河南油田分公司勘探开发研究院；3.中国石化西南油气分公司工程技术研究院；4.成都理工大学能源学院；5.中国石油天然气集团公司川庆钻探工程有限公司)
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