一种保持大斜度定向井井眼清洁的有效技术

一种保持大斜度定向井井眼清洁的有效技术
王爱宽1　高　虎2　邵晓伟2　张晓凯3　杜　丽3
(11中原石油勘探局钻井一公司　21中原油田分公司信息中心　31中原油田分公司采油二厂)
摘　要　为了提高大斜度定向井的施工安全,钻井过程中及时清除岩屑床,研究出了一种射流除屑剂。

该除屑剂的施工要求为:密度比基液高014～015g/cm3,在环空中至少有61～122m,除屑过程中必须保持连续开泵循环,采用正常排量循环除屑,钻具转速应为80r/min 左右。

,应使用3～4次除屑剂清砂。

使用该除屑剂清砂作为预防措施时,每6～8h或钻进150～300m进行一次清砂。

现场实践表明:应用该除屑剂能有效清除大斜度井段的岩屑,避免岩屑床的形成,保证大斜度定向井的施工安全。

关键词　大斜度定向井　岩屑床　射流除屑剂　井眼清洁　技术
引言
在大斜度定向井的施工过程中,由于井眼得不到及时清洁,钻井事故时有发生。

岩屑床的形成,往往导致转动钻具时扭矩增加,钻具上提遇卡下放遇阻,甚至造成压差卡钻等复杂情况,及时的清洁井眼就显得尤为重要。

Ξ
在不断的实践与研究过程中,国内外专家对井眼清洁问题都做出了艰苦卓绝的努力。

陈乐亮[1]对井眼净化进行了细致的研究,黄丽萍[2]提出了机械法清除岩屑床,胡景荣[3]针对大斜度定向井的井眼净化问题,提出了“融钻进与清除岩屑床为一体”的作业工艺设想。

基于这一思路,研究出了一种与钻井施工为一体的射流除屑剂。

传统除屑方法在长裸眼井段的大斜度井中,总是达不到预期的效果。

应用射流除屑剂的方法清除堆积在下井壁的岩屑床,改变了过去清除岩屑的模式。

研究表明,应用稀钻井液产生紊流,清除岩屑床的效果远比稠钻井液有效[4]。

1　旧模式的不足
钻井过程中井眼得不到很好的清洁时,最先考虑的往往是排量和钻井液粘度是否合适,实际上钻井液的流变性是至关重要的因素。

很多传统的模式建立在“平均环空流速”基础之上,这种模式仅适用于直井和定向井的直井段,因为在这些井型中,钻井液的流变性始终保持一致,但不适用于造斜点以下的定向井段。

在定向井段钻柱轴线偏离井眼轴线,其偏离程度随井斜角的增大而增大,最终与井眼低边接触,沿(或逼近)井眼低边移动或滚动。

现场实践表明:由于钻具偏心造成的钻井液流变性的变化,成为考虑井眼清洁时更重要的参数。

钻具的偏心度极大地影响钻井液的理论流变性[5]。

以往在油田现场广泛使用幂律模式和宾汉弹性模式。

如今电子计算机的出现使运用更复杂的Herschel-Bulkley模式成为可能[6]。

尽管后者计算结果比较精确,能够很好的适用于滑动钻进,但不能很好地适用于钻具旋转状态。

幂律模式没有考虑凝胶强度或低剪切速率应力,故比较适合于钻具旋转状态。

2　射流除屑剂的组成和特点
组成:取自施工中所用钻井液,并保持原有的屈服值。

采用比原钻井液较低的合适粘度,所需值可通过加水和膨润土调整。

特点:①密度较高,往往比原钻井液高014～
77
断块油气田
第10卷第5期 FAUL T2BLOCK OIL&GAS FIELD 2003年9月
Ξ收稿日期　2003-02-21
第一作者简介　王爱宽,1966年生,工程师,1990年毕
业于西南石油学院钻井工程专业,现从事钻井工程技术工
作,地址(457331):河南省清丰县,电话:(0393)4807724。

015g/cm3。

②足够的量,在环空中至少有61～122m。

③除屑过程中,必须保持连续开泵循环,在除屑剂返至地面前不得中途停泵。

④采用正常排量循环除屑,钻具转速应为80r/min左右,一旦除屑剂到达井底并返至地面,将会携带出可观数量的岩屑,使井眼情况得到根本性好转。

3　射流除屑剂的施工要求
射流除屑剂的密度要比基液高出014～015 g/cm3,并在环空占据60～120m,产生350kPa 的静液柱压力。

基浆必须具有好的流变性和较小的失水量。

如果基浆失水量大,其流变性很差,井眼不但不能很好地清洁反而可能恶化。

泵入除屑剂时,一般要求排量稍微降低(12～13L/s)。

如果返出除屑剂的密度增加不到0106 g/cm3,则所配密度较低或用量不足。

当用较稠基浆配制除屑剂时,需稍微提高密度差值。

射流除屑剂除砂应作为预防措施经常使用,尤其在大斜度定向井中,应该综合考虑滑动钻进和旋转钻进时的不同情况,合理运用除屑剂来达到最佳效果。

当除屑剂循环至振动筛时,振动筛布的尺寸大小影响被除岩屑的数量。

应用210目的筛布能满足施工要求。

4　影响射流除屑剂的因素
411　粘度
常规钻井中,当井斜超过30°,膨润土开始沉淀,在无油气侵和水侵等情况下,返出的钻井液密度将低于泵入的钻井液密度。

往往采取的钻井液补救措施是:提高低剪切速率流变参数(三速、六速范氏粘度计读数),提高钻井液粘度,屈服值也从2913～4818kg/m2提高到14615kg/m2。

粘度较高的钻井液,井眼清洁效率高。

但上井壁处的过度冲刷意味着下井壁处更为缓慢的流动,甚至加速了岩屑床的堆积和形成。

旋转钻进时,钻具靠近下井壁的钻井液流动是很缓慢的。

因为钻井液的流动总是沿着最小阻力的路径,钻井液粘度的升高总能加剧上井壁和下井壁处钻井液流动的差异,使井眼清洁变得更为困难。

射流除屑剂具有完全不同的效果,能够在环空形成异常的射流,从而很好地清除下井壁的岩屑。

密度的差异、重力的作用加之钻具旋转阻力等因素,造成该射流从环空的狭窄段流动从而清理下井壁。

另外,密度的提高也增加了钻井液的浮力,有助于从井眼中携砂。

412　转速
钻具转速是影响携屑效果的一个重要因素。

要使射流除屑剂达到预期的理想效果,在整个除屑过程中,钻具应当不停地转动,并且不得中途停泵。

增加转速在
100～120r/min和150～180r/ min两个范围段,能够收到很显著的携屑效果(见图1)。

但在高转速范围段,转速越增加,携屑效果增加越不明显[5]。

在定向井施工中,定向工具往往要求转速为60～80r/min。

这就使得通过提高转速来获得较佳除屑效果的做法变得不可取。

虽然单纯增加转速能够提高钻屑携带效果,但不能有效地防止和清除在下井壁的岩屑床。

反之,用射流除屑剂在正常转速范围下循环清砂则能达到理想的除屑效果。

图1　钻具转速的影响
413　滑动钻进和盲区
滑动钻进时,就会产生一些盲区(岩屑区)。

因为在绝大多数定向井中滑动钻进是不可避免的,故研究岩屑床的动态变化显得极为关键。

滑动钻进时,相当长的一段钻柱要接触井眼下井壁,甚至在最理想的钻井液流型时也存在这种情况。

接单根和起下钻时,一些数量的膨润土和较细的岩屑将会堆积在下井壁。

改进型岩屑运移模式,给出了最优化的流变参数和钻具转速,能够计算多种除屑剂携带正常钻屑的能力(见图2)。

5　应用实例
Newfield勘探公司的West cameron井,井斜达到55°,并进行了120°的左向扭方位,钻达设计井深时预计扭矩为3017kN・m。

在实际施工过
87
2003年9月 断块油气田 第10卷第5期
程中,没有采用常规的稠钻井液携砂剂,也没有在钻井液中补充润滑剂和固体滚珠,而是采用这种射流除屑剂,实际最高扭矩仅为2014kN ・m ,清洁井眼状况达到了历史上的最好水平(见图3)。

图2　携砂效率对比
(携砂效率为0代表正常钻进时的状况
)
图3　射流除屑剂在We st cameron 井中的应用
在West cameron 井第一次试验射流除屑剂时,该井使用油基钻井液,第一次除屑量达到了2154m 3,以后的除屑量分别为每次0164～1191m 3不等。

使用该除屑剂清砂后,钻进过程中没有出现以往的旋转扭矩大、缩径点多等难题。

在另一口海湾地区的钻井中,以往的钻进水力模式预测<17718mm 井眼钻至1768m 、井斜为40°时将会发生严重的井眼清洁问题。

当滑动
钻进时,射流除屑剂被泵入井内除砂。

但在测斜和短下钻前没有完全循环到地面,当短起至1707m 时,遇到了多处缩径点,不得不采取倒划眼,憋泵现象时有发生。

经分析认为,此次复杂是由于斜井段井的岩屑床所致。

6　建议
a )计算射流除屑剂所占的环空高度和增加
的环空静液柱压力。

b )清砂时,钻具转速为80r/min ,但180r/min 为首选。

当滑动钻进时,建议不采用该除屑
剂清砂。

c )保持连续循环直至除屑剂返至地面,如在定向井段中途停泵时,将不会产生射流,所除掉的岩屑床会很快重新堆积。

d )避免提高除屑剂的粘度。

e )当出现井眼清洁问题时,建议使用3～4
次除屑剂先后清砂,一次清砂可能起不到很理想
的效果。

f )使用该除屑剂清砂作为预防措施时,每6～8h 或钻进150～300m ,进行一次清砂,因为岩屑床的堆积形成与钻进时间和进尺有很大关系。

起钻前或下钻到底后,使用该除屑剂清砂。

g )射流除屑剂并不能根除大扭矩、大摩阻等有关井眼清洁问题。

一口井的合理、正确的设计才是避免这类难题的第一要素。

参
考
文
献
1　陈乐亮.水平井的井眼净化问题.钻井液与完井液,1992,9(3)
2　黄丽萍.机械法清除岩屑床的探讨.钻采工艺,2002,25(3):223　胡景荣.再论大斜度定向井的井眼净化问题.钻采工艺,2001,
24(2):144　Azar J ,Pilehvari A and Shizari S.State of the Art Cuttings
Ttransport
in
Horizontal Wellbores.
SPE
Drilling
and
Completion ,1999,14(3):196～1995　Krepp A.Hole Cleaning in ER Wells :It ’s not the Mud Man ’s Job.Drilling &Well Performance Technology Newsletter ,4th Quarter 1999.6～7
6　Sewell Mike and Billingsley Joe.An Effective Approach to
Keeping the Hole Clean in High -Angle Wells.World Oil ,
2002,223(10)
(编辑　赵卫红)
9
7第10卷第5期 王爱宽等1一种保持大斜度定向井井眼清洁的有效技术 2003年9月
An E ffective T echnology of K eeping the H ole Clean in High2angle Well
W ang Aiku an(N o.1Drilling Company,Zhongyu an Petroleum Exploration Bureau,SIN OPEC,H enan457331, P.R.China),G ao H u and Shao Xiaow ei et al.F ault2B lock Oil&G as Field,2003,10(5):77～79
A kind of effective weighted sweep,has been studied and applied to timely remove silt bed accumulating on the low side of the hole,thus high2angle directional well can be drilled successfully and smoothly.The requirements of the weighted sweep include:being014～015g/cm3higher than the mud density,spaning60～120m in the annulus,keeping pumping continually until the sweep is out of the hole, normal flowrate are80rpm.If the hole2clean problem is suspected,it can achieve desired results to run3～4sweeps. If desired for preventive measure,the sweep should be put into use regularly every6～8h or150～300m.The application on site show that this kind of sweep can clear away cutting and silt in the high2angle intervals,avoid the silt bed,make the downhole condition safely and desirablely.
K ey Words:High2angle directional well,Silt bed, Weighted sweep,Hole clean,Technology.
The Workover T echnique of High Pressure Oil2gas Well S296
Zhang Wenzhong(Drilling Department,Jiangsu Oilf ield,SIN OPEC,Jiangsu225261,P.R.China)and Feng H uibin.F ault2B lock Oil&G as Field,2003,10(5):80～81
S296well is a high pressure oil2gas well which contains H2S gas.The target bed lies in the Ordovician system, crack and solution cavity grow in the formation.Passing by acid2fracture again,it’s difficult to find out a fitly kill mud density to prevent lost circulation or oil2gas from channel in workover.Controlling oil2gas is the premise job of the safe workover.Many working procedure in workover did not achieve the purpose of the design.At first,run in plug but did not work,then run in permanent bridge plug.The bridge plug were stabbed bad by high pressure oil2gas.After pour the ash with electric cable,have no the cement plug on the bridge plug.Finally throw the gravel into the well,put sand into the well,and pour the ash,waiting on cement with suppress,at last block off the bottom high pressure bed.From all over the workover process,all of the tool and down2hole completion system should be researched and tested far way whether to suit high pressure oil2gas well.S296well workover job provides the experience for other high pressure oil2gas well.
K ey Words:High pressure well,Ordovician,Lost circulation,Blowout,K ill mud,Plug,Bridge plug.
High E nergy Multiple Pulse Overb alanced Perforating T echnique
Zhang Jie(Xi’an Petroleum I nstitute,Shanxi710065, P.R.China),X ue Zhongtian and Liao H ongw ei et al.F ault2 B lock Oil&G as Field,2003,10(5):82～83
High energy multiple pulse overbalanced perforating is a new perforating and stimulation technique which uses high energy fuel’s burning to produce pressure in interest formation.This paper presents the basic principle and equipment’s design,gives some examples of the technique’s use in our country.The examples show the technique is very good in completion and stimulation.
K ey Words:Multiple pulse,Overbalanced perforating, Stimulation.
The Study about Deep Exploration Well C ementing T echnology in Q iaokou Oilf ield
F an Zhiyong(E ngineering Supervising C enter, Zhongyu an Oilf ield Company,SIN OPEC,H enan457001,P. R.China)and Ying Bin.F ault2B lock Oil&
G as Field.2003, 10(5):84～86
Qiaokou oilfield is one of the important areas where Zhongyuan Oilfield developed deep2layer natural gas these years.Oil and gas layers are deep and spread widely.The bottom temperature of the well is high,oil and gas intrude the lement loop easily.The strength of cement declines under the high temperature.According to the above factors,anti2 intrude cement slurry system was researched and some pertinency measures are mentioned in the article.From 1999,10wells were applied.Once cementing qualified rate reaches to100%,and high2qualified rate reaches90%.The cementing technology is becoming more and more perfect.
K ey Words:Qiaokou oilfield,Deep exploration well, Anti2intrude cement,Slurry strength declination,Technic measurement.
The Application of E ngineering P arameter Logging in Drilling E ngineering
Liu Jinhu a(Liupu Logging Company,Petroleum Bureau of E ast China,SIN OPEC,Jiangsu212003,P.R. China).F ault2B lock Oil&G as Field,2003,10(5):87～88 Comprehensive logging includes gas logging,drilltime, drilling fluid,parameters of drilling engineering etc.It is an important means to discover abnormity instance without delay.Among them,engineering parameter logging can analyse the equipment state of bit,drilling tool,drilling fluid,formation pressure,circulating system in the process of drilling.Making use of all kinds of parameters,it can offer accident forecast ahead of accident.
K ey Words:Comprehensive logging,Engineering Parameter,Bit,Moment of torque,Standpipe pressure.
Ⅵ
SEPTEMBER2003 FAUL T2BLOCK OIL&GAS FIELD Vol.10　No.5。