论文部分内容阅读
摘 要：在大斜度大位移定向井中，岩屑易在井眼中形成岩屑床，导致下钻遇阻、蹩泵甚至卡钻。本文在分析大井斜大位移井井眼净化程度以及井眼不清洁危害的基础上，对钻井液携岩效果的影响因素和岩屑床的清除办法进行了探讨，提出了将提高钻井液环空返速、改善钻井液性能与机械清除岩屑相结合的方法。
关键词： 大斜度大位移；岩屑床；井眼净化；流变性；悬浮能力；
概述
随着海洋石油勘探开发的需要以及海洋石油平台开采的限制，大井斜、大位移定向井占总钻井工作量的比例也越来越高。由于该类井井斜大、稳斜段长，造成岩屑携带困难，影响到钻井的正常进行，甚至造成卡钻的井下复杂事故，定向井随着井斜及位移的增大，岩屑的携带也越来越困难，对于大位移井的井眼净化显得尤为重要。
1井眼净化的影响因素
影响大井斜大位移定向井钻井液携岩效果的因素有很多，在现场施工中经常遇到的有以下几个方面。
1.1井眼轨迹
井斜角是影响钻井液携岩效果的主要因素之一，除直井外，不管使用何种钻井液，都有岩屑床的形成与存在，井斜提供了其形成的条件，岩屑床厚度取决于井斜角的大小；不管是用清水还是具有流变性的流体作钻井液，环空岩屑总浓度、临界流速（可携带岩屑的最低流速）均随井斜角的增大而增大，而在海洋石油调整井的开发中，定向井轨迹中存在扭方位，稳斜段长的特点，这无疑给携岩带来了压力，极易形成岩屑床。
1.2环空返速
环空返速也是影响定向井钻井液携岩效果的主要因素之一，其大小直接影响环空岩屑的运移方式、状态和环空岩屑浓度。在任何井斜角下，无论使用层流还是紊流，提高环空返速，都会使钻井液携岩效果得到改善；但是对于大井斜大位移井来说，环空返速存在一个最佳范围，环空返速过低影响钻井液携岩效果，造成摩阻过大而引起卡钻等井下复杂情况；环空返速过高的同时又存在着压耗增加、钻井泵能力有限和因冲刷井壁而造成井壁失稳、井径扩大和井眼质量不好等负面效应。在多数情况下，将环空返速保持在0.8～1m/s就可满足携岩的要求，这样既能使泵压保持在合理的范围内，又能够降低钻井液在钻柱内和环空的压力损失，使水力功率得到充分、合理的利用。
1.3钻井液性能
钻井液的主要功用之一就是清洗井底并将岩屑携带到地面上来。钻井液清洗井眼的能力取决于钻井液的性能，特别是钻井液流变性能。它是影响大井斜大位移井钻井液携岩效果极为重要的因素，也是一种主要的可控因素。层流状态下，钻井液流速较低时，提高钻井液的动切力和动塑比，可降低环空岩屑浓度，从而获得较好的携岩效果，井斜角较小时，动切力作用非常明显，随着井斜角的增大，动切力作用减弱，但动塑比对携岩的影响仍然较大，故在大井斜井段中尽可能使用高动塑比钻井液，紊流状态下，在整个环空倾角范围内，钻井液的携岩能力不受其流变性能（动切力和动塑比）的影响。
1.4钻柱的转速
在大井斜定向井中，钻具旋转有利于岩屑的清除，因为钻柱转动改变了层流时液流速度的分布，靠近钻柱表面流速加大，同时钻柱转动使处于岩屑床层上的岩屑被搅动起来，增大了岩屑被起动的概率，且把运移中的岩屑带入环空高速区，增大了岩屑单位时间内运移距离，从而减少环空岩屑浓度。
2提高大井斜大位移井井眼净化程度的途径
2.1采用合适的排量，提高环空返速
在钻井施工过程中，排量过小岩屑的携带比过低，环空的岩屑浓度过高，不能及时清洁，不利于井眼净化；然而钻井液在环空中的上返速度越高，越有利于清除岩屑，但是排量过大，则会冲蚀井壁，造成上部松软砂岩地层出现大肚子井眼或井径扩大，环空返速降低，使岩屑堆积在这些位置，停泵后岩屑下降形成岩屑床。
2.2优化井眼轨迹
在满足油气田开采的前提条件下尽量优化井眼轨迹，使得井斜角在30°～60°的井段尽量短。
2.3合理的钻井液流变性
在大斜度大位移定向井钻井时，通过提高动塑比，使钻井液在环空中形成平板型层流，来提高钻井液清洗效果；同时，为提高钻井液的悬浮岩屑能力及防止岩屑床的形成一般动塑比保持在0.36～0.48Pa/（m Pa·s）或n值保持在0.4～0.7是比较合适的，为了减小岩屑的滑落速度，钻井液的有效粘度不能太低，对于低固相聚合物钻井液，动切力保持在6～12 m Pa，旋转粘度计Φ3和Φ6 读数值要大于4。
3认识及结论
（1）出现井眼净化问题主要是排量不够、稳斜段过长、钻井液流变性达不到携岩的要求、钻速太快、以及循环不充分等原因引起，大斜度大位移井井眼清洁的关键是在钻进中及时将钻屑携带至地面并清除，而不能依赖钻井液在静止时能完全悬浮钻屑，一旦形成岩屑床，将很难清除。
（2）保持钻井液的上返速度，优选钻具尺寸，控制排量，在311.2mm 井眼，上返速度大于0.8 m/s；在215.9mm 井眼，上返速度大于1.0m/s。
参考文献
[1]鄢捷年.钻井液工艺学[M].东营：石油大学出版社，2001.78-83
[2]陈平.钻井与完井工程[M].北京：石油工业出版社，2005.148-188
[3]王新纯. 钻井施工工艺技术[M]. 北京：石油工业出版社，2005.11，226-232
作者简介
郭海峰，中级工程师，1983年生，2005毕业于中国石油大学（华东）应用化学专业。
关键词： 大斜度大位移；岩屑床；井眼净化；流变性；悬浮能力；
概述
随着海洋石油勘探开发的需要以及海洋石油平台开采的限制，大井斜、大位移定向井占总钻井工作量的比例也越来越高。由于该类井井斜大、稳斜段长，造成岩屑携带困难，影响到钻井的正常进行，甚至造成卡钻的井下复杂事故，定向井随着井斜及位移的增大，岩屑的携带也越来越困难，对于大位移井的井眼净化显得尤为重要。
1井眼净化的影响因素
影响大井斜大位移定向井钻井液携岩效果的因素有很多，在现场施工中经常遇到的有以下几个方面。
1.1井眼轨迹
井斜角是影响钻井液携岩效果的主要因素之一，除直井外，不管使用何种钻井液，都有岩屑床的形成与存在，井斜提供了其形成的条件，岩屑床厚度取决于井斜角的大小；不管是用清水还是具有流变性的流体作钻井液，环空岩屑总浓度、临界流速（可携带岩屑的最低流速）均随井斜角的增大而增大，而在海洋石油调整井的开发中，定向井轨迹中存在扭方位，稳斜段长的特点，这无疑给携岩带来了压力，极易形成岩屑床。
1.2环空返速
环空返速也是影响定向井钻井液携岩效果的主要因素之一，其大小直接影响环空岩屑的运移方式、状态和环空岩屑浓度。在任何井斜角下，无论使用层流还是紊流，提高环空返速，都会使钻井液携岩效果得到改善；但是对于大井斜大位移井来说，环空返速存在一个最佳范围，环空返速过低影响钻井液携岩效果，造成摩阻过大而引起卡钻等井下复杂情况；环空返速过高的同时又存在着压耗增加、钻井泵能力有限和因冲刷井壁而造成井壁失稳、井径扩大和井眼质量不好等负面效应。在多数情况下，将环空返速保持在0.8～1m/s就可满足携岩的要求，这样既能使泵压保持在合理的范围内，又能够降低钻井液在钻柱内和环空的压力损失，使水力功率得到充分、合理的利用。
1.3钻井液性能
钻井液的主要功用之一就是清洗井底并将岩屑携带到地面上来。钻井液清洗井眼的能力取决于钻井液的性能，特别是钻井液流变性能。它是影响大井斜大位移井钻井液携岩效果极为重要的因素，也是一种主要的可控因素。层流状态下，钻井液流速较低时，提高钻井液的动切力和动塑比，可降低环空岩屑浓度，从而获得较好的携岩效果，井斜角较小时，动切力作用非常明显，随着井斜角的增大，动切力作用减弱，但动塑比对携岩的影响仍然较大，故在大井斜井段中尽可能使用高动塑比钻井液，紊流状态下，在整个环空倾角范围内，钻井液的携岩能力不受其流变性能（动切力和动塑比）的影响。
1.4钻柱的转速
在大井斜定向井中，钻具旋转有利于岩屑的清除，因为钻柱转动改变了层流时液流速度的分布，靠近钻柱表面流速加大，同时钻柱转动使处于岩屑床层上的岩屑被搅动起来，增大了岩屑被起动的概率，且把运移中的岩屑带入环空高速区，增大了岩屑单位时间内运移距离，从而减少环空岩屑浓度。
2提高大井斜大位移井井眼净化程度的途径
2.1采用合适的排量，提高环空返速
在钻井施工过程中，排量过小岩屑的携带比过低，环空的岩屑浓度过高，不能及时清洁，不利于井眼净化；然而钻井液在环空中的上返速度越高，越有利于清除岩屑，但是排量过大，则会冲蚀井壁，造成上部松软砂岩地层出现大肚子井眼或井径扩大，环空返速降低，使岩屑堆积在这些位置，停泵后岩屑下降形成岩屑床。
2.2优化井眼轨迹
在满足油气田开采的前提条件下尽量优化井眼轨迹，使得井斜角在30°～60°的井段尽量短。
2.3合理的钻井液流变性
在大斜度大位移定向井钻井时，通过提高动塑比，使钻井液在环空中形成平板型层流，来提高钻井液清洗效果；同时，为提高钻井液的悬浮岩屑能力及防止岩屑床的形成一般动塑比保持在0.36～0.48Pa/（m Pa·s）或n值保持在0.4～0.7是比较合适的，为了减小岩屑的滑落速度，钻井液的有效粘度不能太低，对于低固相聚合物钻井液，动切力保持在6～12 m Pa，旋转粘度计Φ3和Φ6 读数值要大于4。
3认识及结论
（1）出现井眼净化问题主要是排量不够、稳斜段过长、钻井液流变性达不到携岩的要求、钻速太快、以及循环不充分等原因引起，大斜度大位移井井眼清洁的关键是在钻进中及时将钻屑携带至地面并清除，而不能依赖钻井液在静止时能完全悬浮钻屑，一旦形成岩屑床，将很难清除。
（2）保持钻井液的上返速度，优选钻具尺寸，控制排量，在311.2mm 井眼，上返速度大于0.8 m/s；在215.9mm 井眼，上返速度大于1.0m/s。
参考文献
[1]鄢捷年.钻井液工艺学[M].东营：石油大学出版社，2001.78-83
[2]陈平.钻井与完井工程[M].北京：石油工业出版社，2005.148-188
[3]王新纯. 钻井施工工艺技术[M]. 北京：石油工业出版社，2005.11，226-232
作者简介
郭海峰，中级工程师，1983年生，2005毕业于中国石油大学（华东）应用化学专业。