大斜度大位移定向井井眼净化技术

大斜度大位移定向井井眼净化技术

【摘要】在大斜度大位移定向井中，岩屑在井眼中极易积累形成岩屑床，导致起钻困难、蹩泵、甚至卡钻，完井作业难度大、固井质量差。本文分析了岩屑床的形成及危害，总结了影响井眼净化效果的因素，提出了提高井眼净化效果的几项途径。在施工的多口大斜度、大位移定向井中应用效果良好，为施工该类型定向井提供了一定的技术支持。

【关键词】大斜度大位移定向井井眼净化岩屑床钻井液

随着油田勘探开发的不断深入，大斜度大位移定向井不断增多，这类井岩屑在环空中的下滑速度随着井斜角的增大而增加，岩屑携带困难，不断沉积到环空的底边形成岩屑床，极易造成卡钻、电测遇阻、固井质量不合格等问题。能否及时有效的清除岩屑是实现优快钻井的关键。

1 现场施工中影响井眼净化效果的因素

1.1 井斜角

除近乎直井外，不管使用何种钻井液，都与岩屑床的形成存在问题[1]，井斜提供了其形成的条件，其厚度取决于井斜角的大小。用清水或具有流变性的流体作钻井液，环空岩屑的总浓度、临界流速（可拖带走岩屑的最低速度）均随井斜角的增大而增大，净化效果则随井斜角的增大而降低。

1.2 环空返速

环空返速是影响岩屑床的主要可控因素。在任何井斜角度下，无

论层流还是紊流，提高环空返速均会改变井眼净化效果。岩屑床的厚度随着环空返速的增加而减小，当返速足够大时，岩屑床就会被破坏，井眼净化效果较好。有专家指出，井斜角从0°增到45°时，确保岩屑有效上返的临界返速增加很快，且是直井的1～2倍[2]。井斜角越大临界返速越大。

对大斜度大位移井，环空返速存在一个最佳范围。提高返速无疑对净化井眼有利，但又存在压耗增加，钻井泵能力有限，冲刷井壁等原因造成井壁失稳、井径扩大等负面影响。返速过低，井眼净化效果不好，造成井下摩阻过大，而且极易引起卡钻等井下复杂情况的发生。

1.3 钻井液流态

有关研究证明，井斜角在0°～45°的井段，层流比紊流携岩效果好；井斜角在45°～55°的井段层流和紊流没有明显的区别；55°～90°的井段紊流比层流净化效果好。当钻井液流态由层流到紊流过渡时，岩屑床面积急剧下降，紊流比层流携岩效果好。钻井液以紊流流动时，岩屑不存在转动和滑落现象，几乎全被带到地面。

1.4 钻具的转动

钻具的转动有利于岩屑的清除，对一般钻井液，如果把转速提高到100～120r/min，岩屑的清除效果就会大幅提高，而当提高到150～180r/min，岩屑的清除效果更加明显。这是因为旋转的钻具一是通过旋转增加环空钻井液的紊流度，使处于岩屑床上的岩屑充分被搅动起来，把更多的岩屑带进环空高速区，增大单位时间内岩

屑运移距离，从而降低环空岩屑浓度。二是大块岩屑能被钻具挤压成细小颗粒，有利于岩屑的携带。理想情况是在钻进过程中钻具始终旋转，这样就可以把岩屑甩向井眼高边，从而使岩屑进入高速流动的钻井液中。但大斜度定向井钻井施工中所用的定向工具把转速限定在了60～80r/min之内，由于这些工具在高速旋转时会功能失常，所以在现场施工中利用高转速实现井眼净化的做法较难实现。

1.5 钻具的偏心度

当井斜角较小时，岩屑在在整个环空内的分布比较均匀，几乎不存在岩屑沉积于某一侧的问题，随着井斜角的增大，钻具偏心度增大，岩屑床厚度随偏心度增大而增厚。井斜角大于30°后，岩屑床厚度增加速度大于井斜角的增加速度。

2 提高大斜度井段井眼净化效果的途径

（1）优化钻具组合、简化钻具结构。此办法能够有效的防止沉砂卡钻、粘卡等井下复杂情况的发生，在满足钻井工艺的条件下，钻具越简单越好，一般不易连接过多的钻铤，可以用加重钻杆代替，同时不能为提高返速而过多的连接大尺寸的钻具，此举措能够在一定程度上减小钻具的偏心度。钻井时使用pdc钻头，以便使岩屑体积尽可能的减小。有利于提高钻井液的携砂效果及机械钻速。（2）合适时机适当增大钻井泵排量配合钻具转动、上下活动，增大环空钻井液的非层流程度，部分破坏岩屑床，降低岩屑环空浓度，提高钻井液的携岩效果。对于大斜度井段，岩屑床相对比较严重的井段，短程起下钻不明显的井段，可采用划眼的办法清除岩屑

床，划眼可以有效拉刮修复井壁，使粘在泥饼上的岩屑脱落，清除岩屑床，改善井眼状况。

（3）控制好排量及环空返速。在钻井过程中，排量过大、返速较高，会严重冲蚀井壁，造成上部松软地层井径扩大或垮塌掉块，因此要控制好钻井泵排量和环空返速。对于∮241.3mm井眼，在大斜度井段钻井泵的排量一般为34～37l/s，环空返速为1.03 ～

1.12m/s。

（4）在大斜度定向井施工中，提高、控制动塑比可有效的解决岩屑的翻转问题，使钻井液在环空中形成平板型层流以提高钻井液的悬浮能力和清洗岩屑效果，有效控制岩屑床的形成。现场施工中一般采用高动切力、高动塑比的钻井液和完井液。此外，还要严格控制初切和终切力差值，避免因钻井液触变性过大而带来的各种不利影响，以及起下钻过程中产生过高的抽吸和激动压力。

3 现场应用效果

在现场钻井生产中，优化钻具组合、提高钻井液排量、改善钻井液性能和机械清除岩屑相结合的办法在cb20ca井组应用中取得了较好的效果。该井组共设计15口井，其中井斜超过50度的井有5口，超过45度的井有4口。以cb20ca-9井为例，该井钻具组合为：∮241.3mm钻头+∮197mm螺杆钻具+∮177.8m m无磁钻铤×1根

+mwd+∮127mm加重钻杆×28根+∮127mm钻杆，二开使用∮

241.3mmpdc钻头钻至井深521m开始造斜，钻至1021m井斜已达59.7°，造斜结束，稳斜钻进至井底2210米，排量34～36l/s，泵

压16.5～17.0mpa，采用天然高分子非渗透钻井液，井斜达30°后每柱采用划眼办法清除岩屑，直至井底，起钻前调整好泥浆性能，充分循环，井眼内岩屑得到了有效清除，保证了井眼畅通。该井完钻后，常规电测等完井作业一次成功。

4 结论与认识

（1）优化钻具组合，采用旋转钻具，大斜度井段坚持划眼等办法能够减轻钻具在井眼内的偏心度，增大钻井液环空的非层流程度，有利于岩屑的清除，减少岩屑在井壁底边堆积的数量或厚度。（2）合理的选择钻井液流型、合理的环空返速、钻井液的粘度、动切力、动塑比、触变性等可改变和增强钻井液的携砂能力。（3）保证井壁稳定、井径规则以及井眼轨迹平滑和在钻井液中加入塑料小球有助于井眼润滑，提高完井速度，缩短建井周期。

参考文献

[1] 徐同台，洪培云，潘世奎.水平井钻井液与完井液.北京：石油工业出版社，1999.

[2] 陈乐亮.水平井的井眼净化问题.钻井液与完井液，1992，9（3）：1-10