大位移水平井岩屑床的危害与处理
水平井常见事故复杂及预防处理
水平井常见事故复杂及预防处理水平井钻井技术是当代油气资源勘探开发的重大技术之一，水平井具有“少井高产”的突出特点。
2009年底苏里格气田累计探明和基本探明地质储量达到2.27万亿立方米，其中探明储量8715亿立方米，成为国内最大气田，为规模应用水平井开发提供了较好的资源基础。
但由于水平井施工工艺的特殊性，其事故与复杂问题与常规直井、定向井相比存在着较大差异，水平井事故复杂的影响因素很多，涉及到多个领域、多个学科，本文对其影响因素从地质岩性到钻井工艺方面进行了总结归类，在前人研究的基础上，把事故复杂因素分为了两个方面：地质因素和工程因素，并提出了对应的预防及处理措施。
标签：苏里格;水平井;事故复杂;地质因素;工程因素;预防;处理第1章引言1.1苏里格水平井事故复杂研究现状及意义水平井具有井眼贯穿油气层段长、单井产量高的优点，同时也解决了某些特殊油藏采收率低的问题，因此得到广泛重视，这极大地促进了此项技术的应用和发展。
另外随着现有油气资源的开发趋于殆尽，我国的油气资源正在逐渐向低渗、超薄、海洋、稠油方向发展。
这为水平井钻井技术的发展和应用提供了有利的空间。
2009年底苏里格气田累计探明和基本探明地质储量达到2.27万亿立方米，其中探明储量8715亿立方米，成为国内最大气田，为规模应用水平井开发提供了较好的资源基础。
中国石油天然气股份有限公司《关于进一步加强苏里格气田水平井开发工作的通知》要求，在相对富集区优选的基础上蹄选水平井开发面积1892平方公里，规划部署水平井1459 口，建产能218亿立方米，动用地质储量2682亿立方米。
在钻井作业中，由于地质因素和工程因素的共同作用，往往會发生许多井下复杂情况，甚至造成严重的井下事故，轻者耗费大量人力、财力和时间，重者将导致油气资源的污染和浪费，甚至导致全井的报废。
据近几年的苏里格水平井钻井资料分析，在钻井过程中，处理井下复杂情况和钻井事故时间占钻井总时间的3%-8%。
岩屑床问题原因分析及解决措施
四、结论及建议
4、 主动定期清除岩屑床的作业是大斜度定向井建 井过程中多数情况下的必须作业，却要花费很多时间在起 下钻作业上，影响了钻进的效率。
四、结论及建议
5、 将若干个EHCDP接于旋转钻进的相对于大斜度井段
(或易形成岩屑床的井段) 的钻具上，实施“融钻进与清除岩
屑床为一体”的作业，不失为良策。
向井底方向滑动,是井眼净化的危险区。
四、结论及建议
2、 保持井径规则以及井 眼轨迹平滑，避免形成段长 且厚的岩屑床,应是大斜度 定向井设计和施工中十分关 注的课题。
四、结论及建议
3、 条件允许时,调整钻井液泵量、改变井眼与钻具 的尺寸配合及调整钻井液性能的综合考虑,使大斜度井段 环空钻井液呈现紊流状态,是防止岩屑床带来麻烦的关键 因素。
一、形成岩屑床的因素
7、其他因素 下部钻具外径、井眼规矩以及机泵的最大排量对 岩屑床也有很大的影响。
一、形成岩屑床的因素
二、岩屑床可能造成的危害
三、解决的途径及措施
四、结论及建议
二、岩屑床可能造成的危害
1、起钻严重困难 由于在40～60度的井斜角的井段容易形成岩屑床， 因此，起钻时钻头和扶正器在钻具提升的过程中象活塞 一般将在井璧上的岩屑“携带”上来，被“携带”上来 的岩屑达到一定数量时，岩屑于井璧之间就形成较大的 阻力，进而引起起钻的严重困难。
二、岩屑床可能造成的危害
2、卡钻 一般情况，在有岩屑床的情况下起钻存在困难时，尚可通 过活动钻具的办法来解决。但是，在岩屑床比较严重的情况下 起钻，尤其是存在有直径大小不一岩屑时，起钻时被携带上来 的岩屑就会形成这么一种“结构”：
二、岩屑床可能造成的危害
2、卡钻 较大的岩屑作为该结构的“框架” ；中等直径的岩屑形 成“中间结构” ；而细小的岩屑则填满整个“结构”的空间， 形成有相当结构力的“岩屑柱”。在此情况下如果还继续起钻， 则必然卡死钻具。这种情况不仅发生在裸眼井段，也可发生在
水平井岩屑床控制技术浅析
195 1901. 28 89. 69
500
197 1920. 29 89. 47
500
199 1939. 25 88. 59
510
200 1948. 77 88. 81
510
204 1986. 66 89. 74
530
600
2. 5
640
3. 5
670
3
670
5. 5
用。
关键词： 水平井； 岩屑床； 控制
中图分类号： TE 243
文献标识码： A
DOI： 10. 3969 / J. ISSN. 1006 － 768X. 2011. 05. 08
一、岩屑床的形成条件及变化规律
1. 井斜角 水平井及大斜度井施工过程中，在钻井液体系
及性能相同的条件下井眼净化程度随井斜角的增加 而下降，随着井斜的增大钻井液携带岩屑越来越困 难。实践及资料表明，当水平井、定向井井斜角达到 30° ～ 65°时岩屑易下沉到井眼低边； 当钻井液停止 循环时，下沉到井眼低边的岩屑逐渐堆积形成岩屑 床，当井斜角大于 60° 后的井段形成的岩屑床更难 以破坏，随着其越积越厚、堆积井段越来越长，若钻 井液润滑性能差、处理方法不及时或不合理，则容 易导致粘吸卡钻。 2. 钻井液上返速度
Gx = G·cos（ a） ， Gy
Gy = G·sin（ a） ，W = 0
水平段 F
G Gx = 0，Gy = G，W = 0
图 1 岩屑受力分析图
二、防止和清除大斜度井段岩屑床方法
（ 1） 强化水力参数，以增加钻进排量为主。在 现场机泵条件允许的情况下排量尽可能大，当井下 出现遇阻或螺杆钻具粘脱等复杂征兆时，可以双泵 大排量进行循环洗井。从岩屑床的形成因素可知泥 浆泵排量越大、环空上返速度越高，岩屑床越不易形 成。
浅谈岩屑床在分支井眼的形成及应对措施
1221 岩屑床形成的理论根据Boycott效应，颗粒在静止液体中的沉降速度会有所不同，而倾斜状态会加速颗粒的沉降速度，因此在钻井过程中，斜井段钻井液携带岩屑相比直井段要更加困难。
因此目前在定向井、水平井、大位移井井眼岩屑运移的研究都是建立在Boycott效应基础之上。
1.1 斜井段岩屑微观受力分析作用在井眼低边岩屑上的力按照是否有利于携带运移岩屑分成正作用力和负作用力[1]，如图1所示。
图1 作用在井壁低边上的作用力（1）正作用力正作用力是指有助于岩屑从井底底边运移至环空泥浆中并随泥浆返回的力。
包括：平行于井壁低边的拖曳力和垂直于井眼底边的举升力。
举升力可以将岩屑运移至环空泥浆中。
拖曳力主要是促使岩屑颗粒沿井眼底边的方向向上流动，其中举升力主要来自泥浆的紊流，而拖曳力来自泥浆的层流和紊流。
（2）负作用力负作用力是指不利于岩屑从井底底边运移至环空泥浆中或不利于岩屑随泥浆返回的力。
负作用力主要来自于岩屑重力的分量，它使岩屑沉降至井眼低边，其来源主要是岩屑在泥浆中的浮重。
其次，由于重力作用，岩屑对井壁产生正压力，在平行于井底低边的方向上还会产生摩阻力，阻碍岩屑向上滑动。
1.2 岩屑运移流动模式岩屑在井眼中流动时，由于井斜角、钻井液性能和环空流速不同，导致作用在岩屑上的力关系不同，从而产生3种流动模式[1-3]。
（1） 非均质悬浮由于举升力大于重力，因此岩屑能被举升离开井壁保持悬浮状态。
然而，在环空横截面上岩屑浓度不同，呈现非均质状态，在底边向上岩屑浓度逐渐降低。
这种流动模式通常发生在举升力或者是在浅谈岩屑床在分支井眼的形成及应对措施宋涛中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司 天津 300452摘要：钻井过程中的岩屑清理问题是井眼清洁的主要问题，如果不能较好地清洁岩屑，则会导致岩屑在井眼中形成岩屑床。
目前随着定向井、水平井、大位移井等在钻井作业中比重的增加，尤其是分支井的开发，岩屑床的控制在钻井中变得日益重要。
水平井关键技术探讨及对策
水平井关键技术探讨及对策发布时间：2021-12-24T01:25:41.432Z 来源：《防护工程》2021年24期作者：杜首位[导读] 水平井作为油气勘探开发的重要技术手段，受到了国内外的广泛关注。
随着江汉油田水平井开发力度的加大，水平井技术得到了推广。
在水平井技术中，岩屑床、扭矩、摩阻等技术问题一直是人们关注的焦点。
本文对这些技术问题进行了分析和探讨，并提出了相应的解决方案。
杜首位中石化中原石油工程有限公司钻井二公司河南濮阳 457001摘要：水平井作为油气勘探开发的重要技术手段，受到了国内外的广泛关注。
随着江汉油田水平井开发力度的加大，水平井技术得到了推广。
在水平井技术中，岩屑床、扭矩、摩阻等技术问题一直是人们关注的焦点。
本文对这些技术问题进行了分析和探讨，并提出了相应的解决方案。
关键词：技术难点；水平井；措施引言：随着科技水平的不断提高，水平井以其较低投入、高产出的特点受到世人的日益关注，目前，它被国内外视为促进油气勘探开发的重要技术手段。
通过经过广大工程技术人员的不懈努力，取得了长足的进步。
近年来先后成功钻探了几口水平井，标志着钻井在水平井工艺技术上迈上了一个新台阶。
本文就水平井的这些相关技术进行探讨。
1、精确的地质导向是水平井井眼轨迹控制的前提水平井能最大限度地暴露油层，大大增加采油面积，从而增加单井产量，因此，要发挥水平井的最大功效，必须确保水平段在油层中穿行。
但是，在钻井实际生产过程中，经常会遇到由于地质预告不准，而导致错过油层或井斜角不够的问题。
在进行水平井井眼轨迹设计时，根据地质提供的油层位置，工具造斜能力、钻井设备承受能力、井下安全等因素综合考虑，进行井眼轨迹最优化设计。
如果地质预告不及时，由于受到工艺限制，这时极有可能会错过油层，如造斜率不够，因此，精确的地质导向是水平井成功钻探的前提条件。
2、岩屑床的形成、危害及对策研究表明井斜在 30°~60°的井段中最易形成岩屑床，而且岩屑床形成之后，清除困难，势必威胁到钻井正常生产，影响钻井速度。
大位移井钻井难点与提速工艺技术分析
大位移井钻井难点与提速工艺技术分析摘要：现阶段，水平井钻井技术得以推广和运用，能够在不同规模的石油资源开采工程当中发挥出良好的作用，不但体现出技术方面的优势，而且提升了对油气的利用率，实现了清洁开发的效果。
水平井钻井提速技术主要以水平井钻井技术作为重要的基础，经过改进和优化之后最后形成。
应用此项先进的技术，一方面，能够达到增大泄油的面积、单井石油产量的效果；另一方面，依靠石油开采处理的方式，能够减少直井钻井的情况发生，有效规避形成油田储层受损的现象，获得了更多的经济收益。
关键词：大位移井；钻井；提速；工艺技术；研究科学运用水平井钻井提速技术，能够科学处理不同类型地质的情况，深入了解油气井流体的特点，便于井控工作的开展，有效提升了石油资源开采工作的效率。
同时，合理运用水平井钻井提速技术，确保所选用钻具的科学性，让相关钻井参数符合有关规定，能够深入了解实际开采区储层的特点情况，确保钻探部位的准确性。
1.大位移钻井技术难点1.1岩性较差，岩石强度高大位移井主要应用于地形复杂的地区，随着钻井深度的不断增加，岩石密度和硬度也不断增加，岩石可钻性和研磨性大幅降低，使得钻井效率大幅下降。
油田深部钻井时可能钻遇片麻岩地层，该地层研磨性极强，钻进时进尺较慢、且钻头磨损，严重影响施工进度和成本。
钻遇砾石井段兼具一定的冲击特性，导致钻头钻进过程中崩齿磨损影响整个井段钻速。
若采用常规钻井工艺，不仅钻速慢、成本高、效果差，而大位移钻井若采用合理的钻井提速工具或钻井工艺技术则可以有效提高岩性较差地层的钻井速度，从而实现降本增效。
1.2井眼轨迹控制难度高井眼轨迹控制对定向井至关重要且大位移井的井眼轨迹相比一般的井更为复杂，需多次造斜、稳斜，为调整井斜与方位，钻具大多处于滑动钻进模式。
现场作业时，由于钻柱并没有转动、井眼整洁能力较差，岩屑堆积使得钻具摩阻扭矩明显加大，加上钻压施加困难，滑动模式受到很大阻力，使局部狗腿明显加大，反过来导致扭矩增大。
水平井岩屑携带
PV mPa.s 36 34 37 35 27 25
YP Pa 8 6.5 8.5 8 12 10.5
Φ6/Φ3 10/8 9/7 11/8 9/8 5/2 4/2
FLAPI mL 2.0 2.2 2.0 1.8 3.2 3.6
ES V 812 765 824 795
热滚条件:120℃×16h
油基钻井液测定温度：50℃。
关键设计技术 钻井液设计
声波传递实验 岩屑回收率实验 压力传递实验
井壁稳定性
动失水实验
接触滑动角测试
关键设计技术 钻井液设计
泥页岩钻井液体系
根据页岩油地区地质特征和室内钻井液体系对比实验，油基钻井液更有 利于解决泥页岩地层易坍塌的难题。 对于微裂缝, 选用刚性、柔性和树脂类成膜封堵材料相结合，对微裂隙 进行有效封堵，提高井壁稳定性。 配合油基钻井液回收利用技术，降低油基钻井液费用。
关键设计技术
岩屑运移分析
岩屑运动
65 ° ~90°
出现了一个完全不同的作业环境。此时钻屑落到井眼低端形成了一个长 的连续的岩屑床，钻井液在钻柱上部运移，此时需要通过人工搅动来移动 钻屑（不管泥浆的粘度和流速）。尽管岩屑床崩塌的难题消失了，这个环 境下井眼清洁更困难（即时间的消耗）。
关键设计技术
Drill pipe rotation throws cuttings into high flow area
Hole Cross Section in High Angle Hole with Rotation
AREA OF HIGHEST FLOW
DRILL PIPE
DEA D ZON E
关键设计技术
关键设计技术 钻井液设计
大位移水平井岩屑床机理分析及对策
大位移水平井岩屑床机理分析及对策【摘要】在开采技术和各项科学技术深入发展的背景下，水平井技术应用而生，其凭借着自身所具备的高产出、低投入等优点而被广泛应用。
但水平井技术的应用范围却受制于开采阶段的卡钻现象，进而对钻井作业造成严重的负面影响。
所谓卡钻现象，其产生的原因在于水平井位移过大且水平段长度过长，进而导致钻井阶段侧钻弯曲幅度过大，并最终因粘卡现象而导致岩屑床现象的出现。
本文简述了大位移水平井的常见问题——岩屑床，并基于问题的分析，提出相应的解决对策。
【关键词】大位移水平井岩屑床解决对策岩屑床是大位移水平井钻井中最常见、危害最严重的问题之一。
所谓岩屑床，其形成的条件包括：井眼内固体微粒受到粘带阻力、自重、浮力作用和冲击力的影响；环空返速和井斜的影响等。
岩屑床的危害表现为：减缓机械的钻速和工程施工进度、增加工程施工成本、增大的扭矩导致钻井工具受损、粘卡等事故频发等。
本文就大位移水平井的常见问题——岩屑床的机理和解决对策展开讨论。
1 大位移水平井岩屑床机理分析1.1 井斜角角度岩屑的携带能力直接取决于大位移井斜角、大斜度和井斜位移等，即各井斜角的增加直接致使岩屑的携带能力的下降。
就井斜角而言，岩屑的携带能力存在如下一些情况：若井斜角＜40°，岩屑处于上返阶段，钻井液必然在钻柱旋转作用所的影响下顺着轴向朝着上方向移动，并表现为周向速度，而井壁四周的岩屑却受到周向速度的影响表现为二次循环，则此井斜角不会产生岩屑床。
若井斜角处于40°—60°，受到自重作用影响的钻具必然改变钻井液的流变性，进而对岩屑的携带能力造成严重的负面影响，加之下井壁与钻具间的间隙受到钻具偏离的影响而变小，进而导致钻井液的剪切速率增大，并最终削减钻井液的粘度，则为岩屑床的形成提供了可能。
若井斜角＞60°，钻井液的轴向速度分量必然会受到钻具的严重偏离的影响而变得极小，而切向速度分量的减小趋势表现为：从下井壁至上井壁逐渐增加，注意下井壁的速度分量无限接近0。
定向井、水平井复杂情况及事故预防处理
定向井、水平井复杂情况及事故预防处理第一节定向井（水平井）特点一、由垂直井眼变成倾斜（水平）井眼带来的特性1、钻具贴井壁，受力状况发生变化从造斜段开始，钻具受力状况相对直井发生了根本的变化。
①造斜段：由于斜井段钻具的斜向拉力造成此处钻具被＂拉向＂上井壁。
造斜点较高的井可明显在井口出现钻具向定向方向的＂偏移＂。
随着井深增加，造斜点以下钻具重量随着造斜率的增大，在造斜段出现的侧向力F侧随之增大、起下的摩阻增大，随着时间的延长，起下钻和转动在此处形成键槽。
图１②斜井段：由于钻具自重，钻具＂躺在＂下井壁，对井壁侧压力的增大，带来磨阻（起下）和扭矩的增大（旋转）。
图２③钻头的受力变化出现侧向分力，当使用增斜钻具结构时，由于近钻头扶正器的＂支点＂作用而产生向高边的侧向力；使用降斜组合时，由于＂钟摆力＂作用而向低边产生侧向力；由于下部钻具结构和钻头重力作用，始终产生＂降斜趋势，需用刚性组合来保持井斜的稳定或大于此趋势产生增斜力。
2、偏心环空和岩屑床国外专家和＂七五＂攻关项目中刘希圣教授等专家研究表明，由于斜井钻具偏向下井壁而形成了＂偏心环空＂，岩屑的沉降，运移与直井相比发生了根本的变化，岩屑出现向井壁径向沉降的趋势，由于偏心环空流速的不均匀，在下井壁形成岩屑床，在一定条件下还会发生岩屑床的滑移、堆积。
给大斜度、水平井施工带来威胁，如何正确认识此特点和采取相应的措施是定向井，尤其是大斜度井、水平井成功与否的关键。
图５研究的主要结论有：①偏心环空场中，大环隙处流速大，小环隙处流速小，促使岩屑床的产生。
②岩屑床厚度随流速的减少和井眼斜度的增加而增加，但倾角大于一定值后，其岩屑床厚度基本保持不变。
③环空岩屑浓度在临界角（30°≤θ≤60°）范围内最大。
环空岩屑浓度随流速的增加而降低。
注：对临界角的界限，有人认为35°～70°，但总的范围是相近的。
③当井眼倾角处于临界倾角范围内时，由于岩屑床的形成及滑移，岩屑势必下滑堆积。
大位移水平井施工难点分析
112随着钻井技术的不断发展，水平井、定向井钻井技术也在不断提升，大位移水平井钻井技术也应运而生。
目前，对于大位移水平井的定义一般是指该井的水平位移与其垂深之比大于等于2。
随着位垂比的不断增加，也带来一些施工的难点和问题，大位移水平井的水平位移大，导致在滑动施工过程中会产生较大的摩阻，影响钻井效率，在复合钻进过程中会产生较大的扭矩波动，对钻井设备产生一定的威胁。
同时，由于水平位移大容易产生岩屑床，导致岩屑难以上返，降低机械钻速，也容易发生井下安全事故。
因此，针对大位移水平井钻井过程中的难点，为提高大位移水平井钻井的效率和安全性，本文重点研究以下几个方面：井眼轨道设计研究，井眼净化与水力参数研究，完井过程中下套管技术等。
一、井眼轨道的优化设计对大位移水平井的井眼轨道进行优化是保障其正常施工的关键技术之一，大位移水平井一般采取以较浅垂深获得较大水平位移的思想进行其轨道优化，同时大位移水平井顺利实施的首要关键就是对井眼轨道的合理优化，因此主要包含以下两个方面。
1.靶点及着陆方向。
综合考虑地质因素，确定合理的靶点和着陆方向，同时要考虑着陆方向要垂直于目的层最大主应力方向，这样有利于在后期钻井和完井过程中的井壁稳定，防止井眼的坍塌。
2.井眼轨道的几何剖面的优化设计。
在进行井眼轨道的几何剖面优化设计时，首先要保障的是其造斜率能够在使用常规螺杆导向钻具组合时完全达到要求，以及后期完井过程中套管柱能够顺利下入的适应性；其次要达到钻柱摩阻扭矩较小，而井眼轨迹较短，以及井眼曲率和轨迹的光滑衔接。
目前在大位移水平井施工过程中常用的井身剖面形状主要包括变曲率设计和常曲率设计两种。
其中常曲率设计主要是指在造斜段中的造斜率为常量，所以一般采用“直径段+圆弧段+直径段”为基础的剖面形式。
而变曲率设计主要是指其造斜段的斜率为变量，当前的设计方法主要有：悬链线、修正悬链线、抛物线等。
二、大位移水平井井眼清洁在大位移水平井施工过程中面临着最主要的问题之一就是岩屑清洁困难，由于井眼清洁度差将会带来一系列的复杂难题，比如钻进过程中摩阻扭矩的增大，沙桥卡钻，重复切削导致的机械钻速降低等，所以说井眼清洁的程度会对该井的钻井安全、井身质量、钻井速度等方面产生直接影响，最终会影响其经济效益。
关于水平井施工技术分析及风险措施
关于水平井施工技术分析及风险措施摘要：水平井钻井技术是高效抽采油田的关键技术之一，由于在提高油气井产能、增大井控面积、降低开采成本等方面具有明显优势，被国内外各新老油田广泛应用。
本文首先阐述了水平井工程技术的概念及现状，按不同划分方式分类介绍水平井，详细分析了钻井各阶段风险及应对措施，希望能为相关从业者提供相应的思路。
关键词：水平井；施工技术；风险措施一、水平井与工程技术现状水平井是最大井斜角达到或接近90°（一般不小于86°），并在目的层中维持一定长度的水平井段的特殊定向井。
一般来说，水平井回灌井应用的目的在于延伸热储层长度、增大热储层的裸露面积。
主要体现在三个方面：一是通过贯穿温度高、孔渗物性较好的热储层，大幅度提高单井回灌量；二是通过增加井眼与地层的接触面积和穿过渗透性较好的地带提高低孔较致密储层回灌量（针对部分区域温度高、回灌效率低的情况，例如陕西武功。
）；其三是提高开发效率，水平井钻井可降低区域面积钻井密度，从而达到施工占地小，后期井房建设面积小，降低管网敷设长度，可以提高回灌效率、实现零排放等优势。
世界上第一座水平井钻井诞生于1927年，在这场试验过后的半个世纪，法国Elf Aquitaine公司成功使用水平井技术开发了意大利亚得里亚海上Rospo Mare油田的一个碳酸盐岩稠油油藏，这标志着水平井钻井技术已经成熟，正式进入实战应用阶段。
我国早在1965年时就在四川碳酸盐岩中开始了水平井试验，但当时的效益并不理想，直到过了20年后才成功在南海钻出成熟的LH1-1-6水平井。
现在，水平井技术已经钻遍了全球大大小小的油田，并且在以往的基础上衍生出了大位移井钻井技术、分支井钻井技术、大位移水平井钻井技术等技术手段。
二、水平井的分类1、根据水平井曲率半径的大小分为：长半径水平井：设计井眼曲率小于6°/30m的水平井；中半径水平井：设计井眼曲率为（6°～20°）/30m的水平井；中短半径水平井：设计井眼曲率为（20°～60°）/30m的水平井；短半径水平井：设计井眼曲率为（60°～300°）/30m的水平井；超短半径水平井：井眼从垂直转向水平的井眼曲率半径1m～4m的水平井。
页岩气钻水平井段岩屑床破坏及岩屑运移机理研究
页岩气钻水平井段岩屑床破坏及岩屑运移机理研究刘少胡;谌柯宇;管锋;魏世忠【摘要】针对页岩气开采成本高,以及清水钻井在垂直井段具有成本低和机械钻速快的优点,且页岩气清水钻井岩屑运移规律尚认识不清.基于流体力学基本控制方程和湍流输运方程,建立了三维井眼环空岩屑运移模型.使用全隐式多网格耦合求解技术进行数值计算.利用该模型开展清水钻水平井段岩屑运移可行性研究,以及钻井液排量、岩屑床高度、岩屑粒径、清水黏度和钻柱转速对岩屑运移规律的影响研究.研究表明,在水平井段清水钻井液携岩是可行的,数值计算结果对比,得出钻井液排量、岩屑床高度和岩屑粒径是影响清水携岩能力的敏感参数.建议钻井过程岩屑床厚度不要超过井眼直径的10％,岩屑颗粒直径为5 mm左右,根据钻井需要选用合适的钻井液排量、钻井液黏度和钻柱转速.清水钻井岩屑运移机理研究可为页岩气安全高效开采提供技术支撑,同时将加快页岩气工程的开发进程.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2016(016)007【总页数】5页(P177-181)【关键词】页岩气;岩屑运移;清水钻井;水平井;CFD【作者】刘少胡;谌柯宇;管锋;魏世忠【作者单位】长江大学机械工程学院,荆州434023;西南石油大学油气藏地质及开发工程国家重点实验室,成都610500;长江大学机械工程学院,荆州434023;长江大学机械工程学院,荆州434023【正文语种】中文【中图分类】TE357.6页岩气是一种清洁、高效的非常规油气。
美国页岩气的成功开发对世界能源格局产生了深刻影响，截至目前，全球已有30多个国家启动了页岩气勘查开发工程。
据国土资源部数据，我国页岩气地质资源潜力为134×1012 m3，可采资源潜力为25×1012 m3(不含青藏区)，超过美国页岩气储量，位居世界第一。
页岩气主要分布在盆地内厚度较大、分布广的页岩烃源岩地层中，采集比传统天然气困难。
美国Barnett页岩实际钻井经验表明，从水平井中获得的最终采收率大约是直井的三倍，而费用只相当于直井的两倍[1—4]。
水平井岩屑携带
Minimum to Clean Hole (RPM)
120 120 100 60
推荐的钻具最低转动速度
171/2” 121/4” 97/8” 81/2”
关键设计技术
如果井眼清洁不足，建议：
加强循环
钻头提离井底最快旋转钻具进行循环 建议延长循环时间
倒划眼
直井和小井斜段效果好 大井斜段效果差，危险－－可导致憋泵或卡钻（岩屑床） 如需在大井斜段倒划眼，不要在卡点（岩屑床）附近开始，先下钻 几柱，远离卡点（岩屑床），然后开始。 打泥浆塞（高粘，低粘不一定有效），建议： 打入井内中间不要停泵，最少要把全部泥浆塞循环出来 如果效果好，循环时会造成环空的压降ECD增加，可以从泵压看 出来 观察顶替前后钻柱摩阻的变化
PV mPa.s 36 34 37 35 27 25
YP Pa 8 6.5 8.5 8 12 10.5
Φ6/Φ3 10/8 9/7 11/8 9/8 5/2 4/2
FLAPI mL 2.0 2.2 2.0 1.8 3.2 3.6
ES V 812 765 824 795
热滚条件:120℃×16h
油基钻井液测定温度：50℃。
关键设计技术
岩屑运移分析
岩屑运动
65 ° ~90°
出现了一个完全不同的作业环境。此时钻屑落到井眼低端形成了一个长 的连续的岩屑床，钻井液在钻柱上部运移，此时需要通过人工搅动来移动 钻屑（不管泥浆的粘度和流速）。尽管岩屑床崩塌的难题消失了，这个环 境下井眼清洁更困难（即时间的消耗）。
关键设计技术
关键设计技术 钻井液设计
2、泥页岩开发钻井液体系优选
泥页岩地层的钻井液体系，泥页岩井段岩心，分别使用白油基钻井液、柴油基钻井 液和胺基钻井液进行井壁稳定相关实验。
大位移水平井常见问题机理分析及对策
114 转盘转动钻进时 ,临界返速的修正 现场生产常发现转动钻进比滑动钻进要容易得
多 ,有学者研究后发现 ,斜井 、水平井中钻具转动时 , 钻具除绕自身轴自转外还有公转存在 ,从而使得钻 井液成螺旋状上返 (见图 4) 。
图 1 斜井段截面钻具状态及岩屑分布状态图
第 24 卷 第 5 期
钻 采 工 艺
·23 ·
Stokes(斯托克斯) 定理以及牛顿定理可求得 :流体中 微粒不下沉的条件是环空与微粒的比率为 100 以上 同时微粒的体积浓度小于 011 %。实际斜井钻井过 程中由于种种原因 ,岩屑浓度往往大于该值 ,故岩屑 床总是或多或少存在 。 11 井斜 、环空返速对岩屑床的影响 111 井斜对岩屑床影响
岩屑浓度小于 5 %。 41 流态对岩屑床影响
专家认为环空在紊流情况下 ,岩屑总会被运移 走且不受流变性能影响 ,这是因为岩屑床上部井眼 空间中的流体处于紊流状态 ,雷诺数值将为 1900 或 更高 ,换句话说 ,流体将冲蚀岩屑床 ;在层流情况下 要提高携屑能力 ,就须提高动力 、动塑比 ,但粘度超 过临界值 ,在斜井低边形成岩屑床不动区范围就越 宽 ,携屑能力反而下降 ,故岩屑床总会形成 (但在钻 井液处于静止状态时 ,提高粘度可提高浮力 。) 。
112 返速对岩屑床的影响
垂直于井眼轴线方向的切线速度 :
当环空返速达到某一临界值时 ,岩屑床处于沉
V切 = RPM公转 ×π×ODDC/ 59970
(2)
积与冲蚀交迭发生的动态平衡状态 。有研究认为井 式中 : RPM公转 —钻具公转转速 ,r/ min ;
斜角 45°时 ,确保岩屑有效上返的临界返速 (拖动岩
V切 —切线速度 ,m/ s 。 例 : 155157 井眼下部钻具外径为 120. 65 ,转 盘转速 50r/ min ,垂直环空钻井液 V返速 为 0199m/ s , 则 RPM公转 = 120. 65 ÷(155157 - 120. 65) ×50 = 172r·min - 1 V切 = 172 ×3. 14 ×(120. 65 ÷59970) = 1. 09m/ s V螺旋 = (0. 992 + 1. 092) 1/ 2 = 1. 47m/ s
大斜度钻井岩屑床处理方法研讨
大斜度钻井岩屑床处理方法研讨作者：王世宁谢赐君来源：《中国化工贸易·下旬刊》2019年第10期摘要：在定向施工时岩屑床问题容易出现钻压不能全部负荷到钻头粘托螺杆、钻进速度慢、起下钻过程中不顺畅等问题。
文章从影响岩屑床的因素着手分析，结合现场应用情况，总结出有效控制岩屑床应采取的措施及钻井液优化技术。
关键词：大斜度钻井;岩屑床;控制0 前言目前水平井、大斜度定向井日益增多，在大斜度井段的钻进中，井斜角、环空返速、钻井液流变性及流态以及一些其他因素，都有可能导致起下钻过程岩屑堆积造成遇阻严重，甚至造成卡钻等事故复杂。
1 岩屑床的形成条件及变化规律1.1 井斜角的影响当井斜角达到第一临界值25～35°，岩屑会在重力作用下沉至低边并滑向井底方向;井斜角达到第二临界值55～65°时，低边上岩屑停止下滑。
由此可见，井斜角30至60°岩屑易沉向下井壁，尤其是循环中止时，在下沉过程中有可能滑到井底形成岩屑床、且不易被清除;当井斜大于60°后形成岩屑床虽不滑向井底，但是随着其越积越厚，井段越来越长，如泥浆性能差，润滑效果不好，处理方法不及时、不合理，容易导致粘吸卡钻，或者起钻下过程中，岩屑不断堆积，极易造成井下事故。
1.2 环空返速岩屑床的形成有一个临界返速。
实践证明当环空返速大于0.91m/S，有岩屑床形成，但却很不稳定，常被破坏，其厚度也不固定，是处于沉积和冲蚀交迭发生的状态。
虽然提高环空返速有助于减缓岩屑床的形成，但环空返速过高对井壁冲刷严重，现场泵排量也不可能无限制提高，因此环空返速应适当。
1.3 钻井液流变性及流态当钻井液处于紊流状态时液流的运动方向是素乱的和无规则的，岩屑总会被运移走;岩屑床厚度极不稳定，处于沉积与冲蚀破坏交迭发生的动平衡状态，当井斜大于50°大斜井段的紊流洗井比层流效果要好，但是对井壁有较强冲蚀作用，容易造成地层垮塌，不利于井壁稳定。
浅析水平井岩屑录井技术措施
浅析水平井岩屑录井技术措施摘要：岩屑录井能够获取第一手的地质信息，在油气显示识别、地层剖面建立及储层含油气性评价方面发挥重要作用。
水平井钻井给现场岩屑录井工作带来了很大的困难, 油气显示落实和归位难度增加，钻时不能准确反映地层岩性和物性，而且水平井钻井为减少钻具磨阻，往往要使用油基钻井液，这又会影响荧光录井、气测录井的效果。
针对水平井岩屑录井难题，采取相应的技术措施提升岩屑录井质量，对于发挥地质录井在油气勘探中的作用具有重要意义。
1 前言岩屑录井是地质录井的重要工作内容之一，岩屑录井通过分析随钻井液返出的地层岩屑，建立岩屑剖面，监测油气显示情况，达到及时发现油气层、评价储层含油气性的目的，在油田勘探与开发中发挥重要的作用。
水平井钻井给现场地质录井工作带来了很大的困难, 油气显示落实和归位难度增加, 钻时不能准确反映地层岩性和物性, 而且水平井钻井为减少钻具磨阻, 往往要使用油基钻井液,这又会影响荧光录井、气测录井的效果。
所有这些因素都会在降低录井资料的采集品质、岩性和油气层符合率的同时, 削弱现场录井对钻井施工的地质导向作用。
2 水平井钻井对岩屑录井的影响2.1 岩屑录井难点大位移井、水平井由于自身的特点, 岩屑的搬运形式与直井迥然不同, 在水平段和斜井段, 岩屑以悬浮、滚动以及跳跃方式搬运。
为保证水平井的钻进速度, 在水平井的大斜度段和水平段钻井中通常使用P D C 钻头, 该钻头齿头小且密,破碎岩石的方式主要依靠井下水动力钻具带动钻头高速旋转而切割或研磨岩石,同时岩屑在上返过程中不断受到钻头与井壁、套管壁的碰撞、研磨而多次破碎,变得更加细小, 甚至呈粉末状,钻杆的反复研磨使细小的岩屑呈粉末状悬浮在环空。
这些因素的综合作用使录井中的岩屑细小, 甚至捞不到真岩屑, 进而增加了岩屑描述的难度, 直接影响了岩屑描述的准确性。
2.2 气测、荧光录井难点在大位移定向井中, 钻柱与井壁摩阻大, 钻具负荷大, 为了减小磨阻, 往往在钻井液中加人原油、润滑剂、磺化沥青等有机物, 对气测录井的影响很大。
浅层水平井岩屑床生成机理及应对措施浅析
79中国设备工程Engineer ing hina C P l ant中国设备工程 2016.07（上）0 引言浅层水平井施工中，地层埋藏浅，造斜段短，井眼曲率大，地层松散，井眼尺寸大，极易出砂，为保证井眼安全，不得不降低排量钻进及循环，导致井眼中岩屑，尤其在大井斜井段（井斜超过45°），极易生产岩屑穿，影响到水平段钻井及后期完井管柱的顺利下入，甚至造成卡钻、填井、侧钻、整井报废等事故，造成重大经济损失。
因此，必须应用相应技术解决在浅层水平井钻井过程中容易出现的井眼净化不彻底的难题。
1 岩屑床形成的过程及其造成的危害钻井施工中，当井眼的井斜角大于45°后，受重力作用的影响，整个钻具会斜躺在已钻井眼的下井壁，钻具与上井壁距离加大，在井眼中容易形成“偏心环空”,即环空切面为月牙状。
在偏心环空内，钻井的流速不均匀，即空间缝隙大的位置，钻井液流动阻力小，流速快；间隙小的位置，钻井液流动阻力大，流速小，而岩屑需要在钻井液的流动下被向上携带，进而携带出井眼，流速的不均匀极易导致流速小的位置岩屑发生沉降，落在下井壁的位置，岩屑堆积较多后即形成岩屑床。
当钻井液循环停止时（停泵），岩屑会以更快的速度沉积在下井壁处，更加速了岩屑床的形成，岩屑床形成之后会给安全钻井带来隐患。
首先大量岩屑床的存在会给紧贴下井壁的钻具带来极大的附着力，即钻具转动时产生扭矩增加，上下活动钻具时也会极大的增加钻具的摩阻力。
容易在钻井施工中发生卡钻事故。
同时岩屑床的大量存在会导致完井下套管、固井作业发生困难，水泥封固质量差。
2 井眼净化的影响因素2.1 钻井液的循环排量钻井液的循环排量是影响井眼净化程度最重要的参数之一，相同尺寸井眼，循环排量大，则环空返速高，循环排量小，则返速低。
环空返速影响到岩屑的运移效果，如果返速不够高，岩屑不能及时被带离井底，将会导致在大井斜井段，尤其是水平井段岩屑床，大段厚的岩屑床会对钻具产生卡钻威胁。
大位移水平井钻井技术难点及策略
大位移水平井钻井技术难点及策略摘要：油气资源是我国社会经济发展过程中非常重要的能源。
目前，我国很多油气田的开采都已经到了后期开发阶段，石油开采量很低，开采难度较大，开采效率不高，从而影响石油开采水平的提高。
大位移水平井钻井技术是推动石油产量提升的重要方式或者途径，其对我国油气资源的开采非常有利。
在应用大位移水平井钻井技术时，影响其钻井效果的因素有很多，且在该技术应用过程中也会遇到很多的难点或者问题，加强对大位移水平井钻井技术难点的分析与策略的创新，对促进我国原油行业的快速发展非常有利。
基于此，本篇文章对大位移水平井钻井技术难点及策略进行研究，以供参考。
关键词：大位移水平井；钻井技术；难点；策略引言在大位移水平井钻井工作开展过程中容易出现很多技术难点或者问题，如井眼轨迹的控制难度较高、钻具的断裂程度较高、井下安全事故、坍塌事故等的频发，这些都是大位移水平井在钻井工作中遇到的实际技术难题。
为了能够解决这些技术问题，从控制井眼轨迹、强化钻井泥浆质量、优化钻具摩阻扭矩大等问题，促进大位移水平井钻井水平与效率的更好提高。
1大位移水平井钻井介绍大位移水平井钻施工难度大，在轨迹控制、井眼清洁、降摩减阻、单控储量大、泄油面积广及生产差压小等特点，已成为油气田高收收率和经济效益重要支柱，如今水平井钻井技术已日臻完善，但在水平井钻井方面仍存在技术难点，需要开展技术攻关研究。
2大位移水平井钻井技术难1）坍塌率较高。
应用大位移水平井钻井技术来进行钻井作业时，必须在地层中开展定向造斜作业，而这种作业容易破坏地层的土壤结构，进而诱发坍塌问题或者事故。
我国很多油气资源开采区块的土壤都比较疏松，在疏松区块的坍塌率较高。
坍塌的范围较小会直接影响钻井作业效率，如果坍塌的范围较大，那么可能会直接诱发安全事故，导致钻井作业无法正常开展与进行。
2）频发的井下事故。
岩屑床在大位移水平井钻井作业中的作用与影响很大，其会影响钻速，使钻速降低。
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2、第一次通井
• 第一次通井：22日4：30——16：30测井， 2398m遇阻，不能通过，通井至23日6：10， 2377m以下均划眼通过，循环泥浆至23日9： 10，继续短起下至14：20，2406m和2450m 两处开泵上下活动无效后划眼通过，在遇阻位 置反复上下活动，正、倒划眼通畅； • 泥浆性能: 比重1.19g/ml,粘度54S，失水6.0ml， 泥饼0.4mm，含砂0.4％，初/终：2/4,PH:9,动 塑比：0.24，kf:0.08,固含：9％
3、第二次通井：
• 23日23：00测井队进行软测，测至2404m遇阻，井 队于24日9：20通井划眼至25日1：10（井深 2397m开始划眼至井底），循环泥浆()（循环出大 量泥皮及掉块） • 泥浆性能：比重1.20g/ml,粘度59S，失水5.8ml，泥 饼0.3mm，含砂0.4％，初/终：2/4,PH:9,动塑比： 0.29，固含：10％ • 3：20后再次短起，反复短起下2次至井深2271m循 环3.5小时后封井（封井液性能：比重1.24g/ml,粘 度80S），封闭至井深1700m再次短起至今。遇阻 严重点，上下活动不能通过，划眼通过后上提仍然 遇阻，倒划眼提出后，不能下放，钻具多次放空仍 然不能通过。
（2）二开提示
1、无固相钻井液钻至30度，井深钻至12001400米时，加大大钾润滑剂的用量，逐步 提高密度，30度时提至1.16g/cm3。 80 度时提至1.20g/cm3上方。 2、造斜后，根据摩阻情况补充润滑剂。 3、提前配置坂土浆预水化。
七、D19井复杂情况处理与处理
• 完钻：8月21日11：40钻至井深 2693.42m，达到A点要求，循环泥浆 至17：30短起下（井段：2385m-井 底），在井深2500m和2540m有遇阻 显示，反复划眼到底。 • 泥浆性能：比重1.21g/cm3,粘度63S， 失水5.4ml，泥饼0.3mm，含砂0.3％， 初/终：3/5,PH:10,动塑比：0.31， kf:0.06,固含：9％；
大位移水平井 岩屑床的危害与处理
一、前沿
随着科技不断发展，水平井以 其高产能的特点受到广泛运用， 但是钻井液携岩一直是问题的 焦点，成为困扰水平井技术发 展的瓶颈，而在钻井工程中钻 井液又是最复杂的一个课题。
二、岩屑床的形成
• 1、井眼中的固体微粒受重力、粘滞阻力、冲击力、 浮力作用影响，由于种种原因，岩屑浓度大于这 些作用力的工作能力，岩屑床就会产生。 • 2、井斜、环空返速对岩屑床的影响，返速低井斜 大，钻井液中的岩屑颗粒在重力作用下，在井壁 底边上沉积成为岩屑床，尤其是停泵时，这就是 为什么井斜角大时接完单根，不易不放到底并且 易卡，转动转盘就正常的原因。 • 3、井斜给岩屑床提供了形成条件。环空岩屑浓度， 随井斜增大而增大，井眼净化程度则随井斜角增 加而下降，即井斜角越大的井段越易形成厚的岩 屑床。
三、岩屑床对钻井的影响
• 1、岩屑床严重影响了机械钻速，也增加钻 井成本，其导致阻力增大，脱压现场普遍 存在造成工程进度缓慢。 • 2、岩屑床导致扭矩增大，严重时甚至扭断 井内钻井工具。 • 3、岩屑床还导致粘卡等事故频繁发生，岩 屑床的存在使测试工具受阻，使下套管固 井作业困难，水泥封固质量差。
八、经验与教训
• 本井造成的复杂情况主要原因是加重太晚， 加重时泥浆密度为1.05g/cm3 • 计划好合理的密度。 • 控制失水。 • 提高钻井液的触变性 • 控制粘度在32-40之间，粘切不宜过高。 • 泥浆处理必须有自主性。
2、钻进时积极清除岩屑床
• 执行定时间、定井段长短起下钻作 业；起下钻分段循环，有阻卡的井 段划眼机械破坏岩屑床。间断泵入 比原浆粘度高的段塞循环。上下大 幅度快速活动钻具，尽可能 多转动钻具。
六、D19井预处理计划与措施
• • • • • 一开醅浆；坂土浆2#3#罐 坂土8吨 纯碱400公 斤 5#罐配置胶液备用 CMC100公斤 大钾150公 斤 6#罐配置胶液备用 大钾300公斤 4#罐打满清水备用，根据泥浆性能作出应变措施。 一开钻进提示；0-50米防造浆，观察振动筛，发 现有粘筛布现象，6#罐的胶液入井，控制造浆。 粘度控制在32秒左右，完钻前提高粘度至50秒。
四、流态对岩屑床影响
• 据了解专家认为环空在紊流情况下， 岩屑总会被运移走且不受流变性能影 响，这是因为岩屑床上部井眼空间中 的流体处于紊流状态，也就是我们常 说的紊流洗井，换句话说，流体将冲 蚀岩屑床；误区；我们经常认为粘度 高是解决携岩的途径，其实粘度过高， 形成层流
• 而岩屑在层流的情况下，要提高携屑 能力，就须提高动力、动塑比，但粘 度超过临界值，在斜井低边形成岩屑 床不动区范围就越宽，携屑能力反而 下降（但是在钻井液处于静止状态时， 提高粘度可提高浮力。所以我们钻井 液就要求有良好的触变性，起钻时泵 入稠塞也是降低岩屑床形成系数的一 个好的方法）
五、常规处理岩屑床措施
• 钻进中调整合适的水力参数、钻井参 数、钻井液性能，使流体处于紊流状 态，主动清岩，在机泵设备仪器允许 条件下，排量尽可能取上限，提高环 空上返速度，使其大于临界返速；条 件限制时，可间断短时间大排量循环。 钻时快时适当控制机械钻速或适时停 钻循环清岩，
• 控制岩屑浓度，钻时快时，接单根前 适当循环，可以将岩屑提升到一定高 度不至于下沉到井底。调整钻井液性 能，适当降低其流性指数，提高动塑 比，使处于紊流状态钻进。钻进过程 中间断泵入的比原浆粘度低的段塞， 使段塞成为紊流态循环，再配合泵入 高粘清扫液辅助清岩。
现场分析原因及处理
• • • • • • • • • 井壁剥落掉块形成大肚子、岩屑床。 井壁形成台阶。 处理方案 ： 干通井争取完成软测井 提粘切100-120秒，提高悬浮能力、携岩能力 反复打入低粘度段塞和高粘度稠塞。 泵排量也采取不间断的高低转换。 提密度1.25g/cm3,抑制地层失稳。 封井液50方，密度提至1.30g/cm3。