直井、斜井和水平井井眼净化和岩屑清除最优化
大位移井井眼净化的解决方法
大位移井井眼净化的解决方法聂勋勇【摘要】井眼净化是否良好直接影响到井眼摩阻、轨迹控制、钻井效率和安全钻井,直接关系到大位移井钻井的成败,是大斜度井的关键技术之一.文章分析了大位移井影响井眼净化的主要因素,总结了提高大位移井井眼净化的解决措施,最后提出了发展井眼净化预测、监测、快速决策系统的建议,对于大位移井眼净化实施和技术发展具有一定的借鉴意义.【期刊名称】《内蒙古石油化工》【年(卷),期】2014(000)022【总页数】4页(P42-45)【关键词】大位移井;钻井液;井眼净化;流体清扫段塞;岩屑床清除工具;综述【作者】聂勋勇【作者单位】中国石油集团长城钻探工程有限公司钻井液公司,北京100101【正文语种】中文【中图分类】TE28+3据报道［1］，迄今为止大位移井（Extended Reach Drilling（ERD））最大位移达到12700m，其中水平位移11739m。
大位移井能够开发地表地形受限制的油藏，能够增加井眼在油藏中的长度，能够大范围地控制含油面积、能够有效提高特定储层的开发效率，具有显著的经济、社会效益。
大位移井一般是指水平位移与垂直深度之比大于2的定向井和水平井。
当水垂比大于3时，则称为超大位移井［2］。
大位移井是一项集技术、管理、现场工艺于一体的综合性高技术工程，其中面临着井眼净化、井壁稳定、润滑与减摩、钻柱载荷控制、井底压力控制等技术挑战［3，4］。
井眼净化是否良好直接影响到井眼摩阻、轨迹控制、钻井效率和安全钻井，直接关系到大斜度大位移井钻井的成败，是大斜度井的关键技术之一。
1 岩屑床的形成及危害井眼清洁程度对钻井参数和施工过程均有影响，如泵压、扭矩、钻柱摩阻、机械钻速等会随着井眼的清洁程度而发生变化。
在大位移井钻井过程中，岩屑极易在大斜度井段和水平井段形成岩屑沉积床，造成危害［5～7］：①增加环空泥浆中的固相含量，减小环空间隙，容易引起憋泵；②岩屑床导致上下活动阻力增大，钻压不能全部传递至钻头，严重束缚机械钻速，大大增加钻井成本；③岩屑床导致钻具扭矩增大，严重时损伤甚至扭断钻具；④停泵后井眼中岩屑下沉形成台肩、砂桥，造成砂卡或粘卡；⑤岩屑床导致套管下入困难和固井质量差，导致测试工具下入受阻甚至造成粘卡，严重影响了钻井安全和钻井效果。
造斜段水平段技术要求
一、造斜段、水平段技术要求1、造斜段（1）因侧钻点位于177.8mm套管鞋以下8米，考虑φ177.8mm套管对磁性测量仪器的影响及石碳系泥岩地层可钻性差，侧钻造斜难度大，所以要求井队现场操作人员与现场施工技术人员密切配合，确保侧钻工作顺利完成。
（2）钻水泥塞至造斜点井深5383m，开始侧钻造斜作业，侧钻中要求控时钻进，开始的前3m钻时应控制在10cm/20分以内，然后根据侧钻效果逐步提高钻时，待井口返出岩屑全部为地层钻屑时，再按设计钻井参数钻进。
（3）侧钻时，应保持每0.5米捞1包岩屑，清洗干净，排放好，以对比分析侧钻效果。
（4）侧钻造斜刚开始时，造斜率将受到影响，且该段设计造斜率高，应依据设计造斜率，优选造斜钻具，确保实钻与设计轨迹的吻合性。
（5）该段造斜率高，钻柱摩阻力大，钻压的施加与传递困难，全造斜段采用柔性倒装钻具组合，并随着造斜井段的增加，不断地补充造斜井眼内的斜坡钻杆长度，使加重钻杆始终处于直井段的套管内，以减少钻柱摩阻，保证钻压的有效传递。
（6）造斜率高，曲率变化大，钻具在井眼内弯曲易产生疲劳破坏，要求全井选用1级S135钻柱（钻杆、加重钻杆和18°斜坡钻杆），造斜前要求对全井钻具探伤，且应对钻具进行抗弯强度计算，以免造成井下事故。
（7）由于造斜率高，钻具在井眼内难以使用转盘转动，井眼净化和螺杆钻具的有效工作存在一定困难。
因此，钻进中，应定时大范围活动钻具，及进行短提作业，同时提高钻井液的护壁性和润滑性。
（8）测量采用YST或RSS有线随钻测量系统，以保证在高曲率井眼中，测量仪器的正常工作。
（9）螺杆钻具下井前应在井口作好试运转工作，确认正常后入井。
（10）螺杆钻具入井，严禁划眼和悬空处理泥浆，遇阻时，上下活动钻具，转动弯角方向，轻压下放。
（11）由于钻具弯角大，下钻时，应控制下放速度，特别是进入裸眼井段后，应严格控制下放速度，严禁猛刹猛放，以免造成钻具与仪器的损坏。
2、水平井段(1)水平井段钻进采用小度数弯外壳马达配PDC钻头的钻井方式，以解决水平段稳斜及钻水平段较长时钻压传递困难问题；施工中，采用MWD跟踪监测，通过滑动、转动方式的结合应用，达到消除岩屑床和稳平钻进的目的。
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。
水平井钻井液技术
水平井钻井液技术水平井技术是当代油气资源勘探开发的重点技术之一.从80年代末期开始，为了提高勘探开发综合经济效益，世界各油公司掀起了水平井的热潮，在生产中取得了重大经济效益，证实了水平井“少井高产”的突出优点，取得了减少油田勘探开发费用，加快资金回收，少占土地和减少环境污染等一系列经济效益和社会效益。
由于水平井在钻井过程中井斜角从0°~ 90°变化，因而水平井与直井钻井工艺有较大的差别，为了确保水平井的钻成井保护好油气层，对水平井的钻井液完井液提出了特殊要求，必须解决井眼净化、井壁稳定、摩阻控制、防漏堵漏和保护储层等问题。
一、井眼净化井眼净化是水平井钻井工程的一个主要组成部分，井眼净化不好会导致摩阻和扭矩增加、卡钻；影响下套管和固井作业正常进行。
（一）影响井眼净化的因素1、井斜角：环空岩屑浓度或临界流速随井斜角的增加而变大，而清洁率则随之下降2、环空返速：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。
提高环空运速：环空岩屑浓度降低，井眼净化状况得以改善；岩屑床厚度降低或被破坏，井眼下侧不形成明显的岩屑床。
3、环空流型：<45°层流比紊流携屑效果好；45°~55°两种流态的携屑效果基本相同。
通过调整钻井液流变性能，改变层流速度剖面的平板程度来取代紊流，使钻井液在环空处于平板型层流，从而达到改善井眼净化的目的；55°~90°紊流比层流携屑效果好4、钻井液密度：钻井液密度的提高，有利于钻屑的携带5、钻柱尺寸：当井身结构已确定，随着钻杆尺寸的增大环空返速增加，有利于携屑6、转速：钻柱的旋转，对沉积的岩床起搅动作用，有利于床面岩屑的离去；转动钻柱可以限制钻柱的偏心效应，从而改善井眼净化；提高转速可防止钻井液在井壁周围形成不流动层，从而提高井眼净化；钻柱除了自转外，还围绕井眼周界作圆周运动，因而有利于岩屑的携带7、钻柱的偏心度：随着井斜角的增大，钻校的偏心度对环空岩屑的影响较大；环空岩屑浓度随钻柱偏心度的增大而增大8、钻井速度和岩屑尺寸：当钻速过高时，会造成环空钻屑浓度过大，岩屑床厚度增加；岩屑尺寸大小亦会对井眼净化效果带来影响(二)技术措施水平井的井眼清洗在现场经常采用机械清洗和水力清洗相结合的措施来解决，实现水平井净化的技术措施可归纳为以下几个方面：1、提高环空返速；2、选用合理流型与钻井液流变参数；3、改变下部钻具组合4、适当增加钻井液密度；5、转动钻具或上下大范围活动；6、使用钻杆扶正器；7、控制钻进速度；8、采用高转速金刚石钻头；9、倒划眼二、井壁稳定井壁稳定是钻井工程中最常见的井下复杂情况之一。
三扶“四合一”钻具的优化
三扶“四合一”钻具的优化摘要：在陇东部分区块上部洛河地层增斜能力较强，延安中上部及长2以下地层降斜较快，增大了轨迹控制难度。
致使四合一钻具在实际的使用中轨迹控制表现为洛河大增、下部地层增降斜规律不稳定，导致下部大幅度滑动，低效施工，严重影响钻井速度及一趟钻的实现，进而试验推广三扶四合一钻具组合。
关键词：轨迹控制三扶四合一pdc钻头泥浆性能一、三扶“四合一”钻具组合1.四合一钻具的原理四合一钻具本身为双扶稳斜钻具，目前使用的四合一钻具组合为：pdc钻头+单弯螺杆+短钻铤+稳定器+钻铤+钻杆，其依靠单弯螺杆的滑动能力实现定向增斜，在洛河地层复合钻进微增斜，进入安定、直罗稳斜，延安及下部地层稳、微降斜。
通过调节短钻铤的长度，选择合适的钻具结构、造斜点、初始井斜角及钻进过程中的及时微调，达到实现二开一趟钻的目的。
四合一钻具的精髓在于钻具结构本身要体现“稳-微降斜”的特性，其目的是为了提高下部轨迹的可预见性，减少下部井段的调整，提高钻井的效率。
2.三扶四合一的理论依据四合一钻具组合本身相当双扶稳斜钻具组合，三扶四合一钻具相当于三扶稳斜钻具结构。
理论上三扶四合一稳斜钻具较四合一钻具下部刚性更强，钻具更居中，其稳斜、稳方位的能力较四合一钻具更强。
二、三扶四合一钻具组合的选择1.三扶四合一钻具的选择考虑到四合一钻具中单弯螺杆的长度及长井段稳斜的难度，借鉴常规三扶稳斜钻具组合②，优选三扶四合一钻具组合为：φ222mmpdc+7lz172mm*1.25°+φ165sdc*1.5-3m +φ212-213mmstab+φ165无磁+φ210-212mmstab+φ165dc9～11根+……单弯螺杆扶正器外径>212mm。
螺杆扶正器的外径偏小会影响到三扶四合一钻具组合稳斜、稳方位的能力。
中稳定器外径要大于上稳定器。
三、施工要点及保障技术措施1.优化钻井设计三扶四合一钻具的设计思路与四合一基本一致，在防碰许可的情况下，尽量提高造斜点，一般放在二开后30~100m，最大井斜尽量控制在15度以下，大位移井通过提高初始井斜角，最大井斜控制在20度左右。
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]。
水平井的摩阻控制
水平井的摩阻控制1.水平井摩阻控制的特殊性钻直井时，如钻具居中，起下钻具的提升拉力仅为钻具重量减去钻具在钻井液中的自身浮力；旋转钻具时，其扭矩仅为转动钻具、钻头破碎地层的阻力及与钻井液的摩擦力。
实际钻井中，井眼不可能绝对垂直，总有一定的弯度，钻具靠井壁，因而总存在一定的阻力和附加扭矩，但因井斜角小，接触面积小，故此值不大。
但钻水平井时，井斜角从0°增至90°，钻具在重力的作用下，总是靠着井壁，钻具与井壁的接触面积比直井大幅度增加，因而起下钻具的摩擦阻力和旋转钻具的扭矩与直井相比就会大幅度增加，其值随井斜角的增大而增加，随方位角的变化而增大。
因而水平井钻井过程中的卡钻可能性较直井大得多。
2.水平井钻进过程中影晌摩阻的因素水平井摩阻大小主要取决于压差，钻柱与井壁(或套管)的接触面积，岩屑床厚度，开眼清洗状况，钻井液润滑性，泥饼的摩擦系数及厚度、地层特性等。
其中压差、地层特性等因素对摩阻的影响与直井相同，下面着重研讨影响水平井摩阻的特殊因素。
1）井身剖面井身剖面对水平井钻井过程中的摩擦阻力和扭矩有较大的影响。
摩阻力和扭矩与井眼轨迹密切相关，随造斜率与狗腿度的增加而增大，荷兰Uncnl公司在分析对比定向侧钻水平井的井眼轨迹设计方案时得出:与低造斜率相比，中造斜率扭矩和摩阻力均较低，高造斜率扭矩较大。
Montigny采用井下钻柱模拟装置及计算机模式进行井眼轨迹和钻具组合的定量分析得出:在造斜率高的井底(30°/30m)，拉力较小，但在造斜率低的井眼上部(1.5°/30m)，拉力最大；稳斜段如井斜适当，则可使拉力与扭矩降低；稳斜段稳斜角愈大，钻具与井壁接触面就愈大，阻力增大；如果井眼轨迹允许只有一个造斜点，那么自造斜点到靶位造斜率恒定不变的轨迹所产生的扭矩和阻力最小。
2）钻柱结构钻柱结构对水平井的摩阻影响很大，随着井斜角的增大，支撑钻柱重量乘以井斜角的余弦为钻头的钻压，因而随着井斜角的增大，钻柱的阻力增加，当井斜超过60°，此值增加很快，井斜角为75°，总支撑重量60%是有效的，当井斜角增至85°时仅0.1%有效，钻压无法加至钻头上。
江汉油田侧钻井井液技术难点分析
江汉油田侧钻井钻井液技术难点分析黄尚德（江汉石油管理局钻井二公司）摘要本文着重分析了江汉油田侧钻井与原井眼或直井在井眼稳定、井眼净化、井眼润滑、储层保护等方面相比较存在的突出技术难点，阐述了在钻井液方面的技术对策，这些技术措施的落实对江汉油田侧钻井的成功钻探具有十分重要的意义。
关键词江汉油田侧钻井大移井水平井钻井液江汉油田随着勘探力度的不断加大，定向井、大斜度井、水平井、侧钻井等呈逐年增加之势，有些井因设计的靶区小、油气藏厚度越薄或因钻遇断层以及其它的原因等导致勘探目的落空而不得不填井重新侧钻或反复侧钻。
这里所讨论的侧钻井包括常规侧钻井、大位移侧钻井和侧钻水平井三类。
由于侧钻井是在原井眼的基础上进行的钻井工程，往往因钻井周期长、侧钻点浅、裸眼井段长、钻井液受水泥浆污染严重等原因给钻井液带来许多方面的困难与挑战。
概括来说，主要存在井眼稳定、井眼净化、井眼润滑及储层保护等四个方面的难题。
综合分析这类井钻井液技术的难点并制定相应的钻井液技术对策是解决侧钻井钻井液问题的关键。
一、井眼稳定难点及对策侧钻井壁稳定是钻井工程中最常见的井下复杂情况之一。
发生井壁不稳定的原因可归纳为力学因素与物理化学因素，但最终均归结为井壁岩石所受的应力超过其自身强度造成岩石发生剪切破坏。
对侧钻井来说，随着井斜角和方位角的变化、钻井周期的延长、钻井液性能的波动等因素的影响，井眼稳定受到较原井眼井壁稳定更大的挑战，必须须制定切实可行的钻井液井眼稳定措施才能确保钻井的安全。
1、井眼稳定难点1）井斜角和方位角对井壁稳定的影响井壁岩石所受的地应力由两部分组成：重力与构造应力。
当地层没有受构造运动作用，其水平地应力是均匀的；而当地层受强烈构造运动作用，水平地应力呈现不均匀性，其大小与上覆压力之间的关系发生变化，引起坍塌压力与破裂压力的变化。
水平井钻井过程中，其井斜角和方位角均会随所钻深度而发生变化，而井斜角和方位角对坍塌压力和破裂压力的影响又与井壁岩石所受的上覆压力所产生的垂直应力（σv）、最大水平地应力（σH）、最小水平地应力（σh)的大小及相互关系有关，即σv＞σH＝σh、σv＞σH＞σh、σH＞σv ＞σh、σH＞σh＞σv等四种不同的情形，此外，还与地层是否存在弱面有关。
X10-1H水平井井眼净化技术及应用
械钻 速不 易过快 ， 每钻 进 一 段距 离 应 进 行 短程 起 下
钻。
３ ５
日３ ０
越
Ⅲ
。
基
恒 畦
畦 １ ０
５
０
图 ２ 钻 井 液塑 性 粘 度对 水 平 段 井 眼 净 化 的 影 响
１ ３ 钻 井 液密度对 井 眼净化 影响 ．
Ｏ
１ Ｏ
２ ０
３ ０
眼净 化不 良， 在确保 不压漏 地层 的情 况下 ， 可 提高 钻
井液 密度 和钻井 液排 量洗井 。
２ ０
篓 器ｓ
Ｏ １３ ．
１４ ．
ｌ５ ＿
１６ ．
１ ． ７
ｌ８ ＿
１９ ．
２０ ．
密度／ ．ｎ ） （ｏ ｇｌ
图 ３ 钻 井 液 密度 对 水 平段 井眼 净 化 的 影 响
从 井 眼 净化 影 响 因素 分 析 ， 屑床 与钻 井 液 性 岩 能 、 径扩 大率 、 井 机械钻 速 、 具转 速 、 井液 排量 等 钻 钻 关系 密切 ， 这些 是在 限定其 它条 件不 变 的情 况 下 ， 但 并未考 虑地 面泵 注 设 备 工作 能 力 、 具 结 构 等 。 因 钻
于深 层水 平井 ， 井 深 、 平段 长 、 眼不 规 则 以及 受 水 井
钻头 施工 ４６ ０ ０ 为例 ， ０ ￣５８ ０ｍ） 分析 上述 因素对 大 斜度 井段 和水平 段井 眼净化 的影 响 。
１ １ 钻 井液动切 力对 井 眼净化 影响 ．
在其 它 条件 不 变 的情 况 下 ， 调整 钻 井液 动 切 力 值 ， 别对钻 井 液 排： １ ６ ／ ｎ １ ６ 。 ｍｉ 分 量 ． ０ ｍ。 ｍｉ、 ． ５ ｍ ／ ｎ 和 １ ７ ／ ｎ时井 眼净 化情况 进 行分 析 。从 图 １ ． ０ｍ。 ｍｉ 可 以看 出 ： 随着 动 切力 值 的增 大 ， 屑床 高 度减 小 ， 岩 动切 力值 为 １ ａ 右 时 出 现一 明显 “ 点 ” 当 动 ５Ｐ 左 拐 ， 切力 值小 于 １ ａ时 ， 利 于 携 眼 ； 于 １ ａ时 ， ５Ｐ 不 大 ５Ｐ 岩屑 床高度 变 化不 明显 ， 本趋 于平稳 。排 量越 大 ， 基 岩屑 床高度 越小 。因此 ， 现场施 工过 程 中 ， 在 需要 提
陕224_区块储气库水平井钻完井关键技术优化
文章编号：1000 − 7393(2023)01 − 0031 − 07 DOI: 10.13639/j.odpt.2023.01.005陕224区块储气库水平井钻完井关键技术优化倪华峰中国石油集团川庆钻探工程有限公司长庆钻井总公司引用格式：倪华峰. 陕224区块储气库水平井钻完井关键技术优化［J ］. 石油钻采工艺，2023，45（1）：31-37.摘要：针对前期长庆区域储气库采用四开大尺寸井眼水平井施工过程存在大井眼携砂困难、机械钻速低、轨迹控制难度大、井壁失稳垮塌严重、塌漏矛盾突出、井下故障复杂时率高及固井质量要求高等难点，通过分析钻遇地层特性和工程难点，基于井壁稳定性、提高机械钻速方面开展井身结构优化、井眼轨迹控制、强抑制强封堵钻井液体系及固完井技术研究，形成了储气库水平井钻完井关键技术，包括：“导管+四开”小井眼井身结构、井眼轨迹控制技术、强抑制强封堵高性能水基钻井液体系及“筛管+尾管”半程固完井配套技术，并在陕224储气库区应用完井2口，平均钻井周期120.25 d ，平均机械钻速5.24 m/h ，井身质量合格率100%，较优化前完成井钻井周期缩短49.79%，机械钻速提高174.74%。
该技术为长庆油田鄂尔多斯盆地储气库水平井高效、优质、快速钻井提供了技术支撑。
关键词：储气库；井身结构优化；轨迹控制；水基钻井液体系；半程固井；长庆油田中图分类号：TE243 文献标识码： AOptimization on key technologies for drilling and completion of horizontal wellsin gas storage in Shan 224 blockNI HuafengChangqing Drilling Corporation , CNPC Chuanqing Drilling Engineering Company Limited , Xi’an 710018, Shaanxi , ChinaCitation: NI Huafeng. Optimization on key technologies for drilling and completion of horizontal wells in gas storage in Shan 224 block ［J ］. Oil Drilling & Production Technology, 2023, 45(1): 31-37.Abstract: In the gas storage in Changqing area, during the process when drilling horizontal wells with large-scale boreholes in the fourth section, in view of the fact that it is difficult to carry sand in large boreholes, the rate of penetration is low, it is difficult to control well trajectory, the well wall is unstable and collapsible, the contradiction of collapse and leakage is prominent, downhole failures occur frequently, and cementing requires high qualities, by analyzing the formation characteristics and engineering difficulties encountered during drilling, and based on the technique researches on such as wellbore wall stability, wellbore structure optimization in terms of improving rate of penetration, wellbore trajectory control, drilling fluids with strong plugging and strong inhibition, well cementation, and well completion, the key technologies for horizontal well drilling and completion in gas storage were formed. The key technologies include: conduit+four-section slim hole well structure, well trajectory control technology, water-based drilling fluid system of strong plugging and strong inhibition, and screen+liner half-process cementing and completion supporting technology.These technologies were applied to 2 wells in the Shan 224 gas storage area, with an average drilling cycle of 120.25 days and an average rate of penetration of 5.24 m/h, and the qualified rate of wellbore quality was 100%. Compared with the well completed before optimization, the drilling period was shortened by 49.79%, the rate of penetration was increased by 174.74%. This technology provides a technical support for efficient, high-quality, and rapid drilling of horizontal wells in the gas storage of Changqing Oilfield in the第一作者: 倪华峰(1971-)，1996年毕业于西南石油学院钻井工程专业，现从事定向井、水平井钻井完井技术研究与相关管理工作，高级工程师。
斜井井眼净化模型及其应用研究
（ ０ ）虽然岩屑有沉积到井壁下侧 的趋势 ， ≤１。 ， 但起 主 导作 用 的仍然 是 岩 屑 向井 底 的沉 降作 用 ， 般 形 一
不成 稳定 的岩屑 床 ． 因而 近 直 井 段 和 直井 段 使 用 相 同的计算 模 式 ． 论 上 只要 满 足 钻 井 液上 返 速 度 稍 理 大 于岩 屑在钻 井 液 中 的沉 降速 度 ， 且 保 证 不 停 止 并
１ １１ 岩屑 沉 降速度 的确 定 确 定 岩屑沉 降速 度 ．．
前必 先判 断 环空钻 井 液 的流 态 ， 为岩 屑 在 钻 井 液 因
中的沉 降速度 与钻 井 液 的流 态 有 关 ， 岩屑 周 围钻 井
收 稿 日期 ： ０９１ －０ ２ ０ —２２
基金项 目 ： 国家科 技支 撑 计 划项 目“ 长 油 区低 渗 一超 低 渗 透 油 藏 复杂 结 构 井 开采 工艺 技 术 研 究及 示 范 ”（ 号 ： 延 编
２１ ０ ０年 ３月
西安石油大学学报 （ 自然科学版 ）
Ｊｕ ａ ｏ ｉ ｌＳ ｉ ｕＵ ｉ ｒ ｔ（ ａｕａ Ｓｉ ｃ ｄｔ ｎ ｏ ｒ ｌ ｆ ｌ ｈｙ ｎｖ ｓ ｙ Ｎ ｔｒｌ ｃ ｎｅＥ ｉｏ ） ｎ Ｘ ａ ｏ ｅｉ ｅ ｉ
Ｍ ａ ．２ Ｏ ｒ ０１
第２ ５卷第 ２期
液 的流态 不 同 ， 沉 降速度也 不相 同． 其４
颗粒 雷诺 数 Ｒ 来 判断 钻井液 的流态 ，
Ｒ ｐ＝ ｅ ， ㈩
进 而便可 由式 Ｑ ｉ １， ９ ｍ ｌ ｌ： ） ７ 确定 最小环 空排 量． 式 中 ， ｃ 为环 空 岩 屑体 积 分 数 ； 机 械 钻 速 ， 为
２０ Ｂ Ｂ ７ ０ ） ０ ７ Ａ １Ｂ ４
浅析煤层气多分支水平井钻井关键技术
Engineering Technology150《华东科技》浅析煤层气多分支水平井钻井关键技术赵 俊（云南煤层气资源勘查开发有限公司，云南 曲靖 655000）摘要：随着我国社会和经济的高速发展，对煤层气的需求量持续增加，各种煤层气开采工程越来越多，对煤层气开展要求不断提升。
为了进一步提升煤层气的开采效果，可以将煤层气多分支水平井钻井关键技术应用到实际钻井工程中，在降低煤层气开采难度的同时，还能够进一步提升煤层气开采质量。
为此，笔者在本文中对煤层气多分支水平井钻井关键技术进行探讨，希望对促进我国煤层气开采事业的发展，可以起到有利的作用。
关键词：煤层气；多分支水平井钻井；关键技术我国地域非常广大，很多地区的煤层气资源相对比较丰富，具有非常大的开采潜力。
根据大量研究发现，我国煤层气具有低饱和、低压、低渗透等特征，如果采用传统垂直开采的方式，往往开采局限性相对比较低，煤层气开采难度也相对比较低。
为了有效解决这个问题，可以将煤气层多分支水平井应用到煤层气的开采过程中，提升对煤层气的开采效果。
1 多分支水平井的技术优势 相对于垂直井的开采优势。
在煤层气垂直井开采的过程中，其通常会采用射完井、钻井、水力压裂增产技术，但这些技术方法在实际使用的过程中，往往会具有一定的局限性。
然而，在煤层气多分支水平井钻井技术的应用中，其就可以有效化解地质条件所带来的各种影响，其同垂直钻井开采技术相比，主要有如下几个优势：（1）能够更进一步增加气体的导流能力，其流动阻力能够不受裂缝长度的影响，相对于割理系统，煤层气流动阻力会降低很多。
（2）通过对多分支水平井开采技术的应用，能够有效避免在开采过程中，对地层所造成的伤害。
此外，通过该技术的应用，还能够进一步提升波及面积，加强割裂地区的联系[1]。
产量优势。
同直井开采技术相比，在多分支水平井开采技术得到应用之后，能够更进一步提升煤层气的开采效率，对资金的使用率也相对比较高，进一步提升煤层气开采经济效益，让钻井工序得到更进一步的减少。
定向井工艺知识
1.指重表指示的参数有钻压和悬重。
2.震击器以上的钻具外径不得大于震击器的外径。
(涉及扩眼问题)。
为避免在震击器上部卡钻，震击器上部的钻柱外径不能超过震击器外径，避免把震击器连接在钻具外径变径的过渡部位，如钻铤和加重钻杆之间，震击器应连接在过渡部位上或下至少两根钻具长度的位置。
震击器下部的钻铤和其它钻具只允许稍大于或等于震击器的外径。
震击器以下钻铤的重量应大于预定的钻压，使震击器销处于受拉状态下工作。
震击器上部钻柱质量：为能获得最大的震击效率。
在震击器的上部，要求至少应连接二根钻铤。
震击器与钻柱最上面的稳定器之间至少应连接两根钻铤。
3.井身剖面的最大井眼曲率应小于马达组合和下井套管抗弯曲强度允许的最大曲率值。
4.弯接头定向键位于弯接头弯曲方向的高边。
5.定向井应用良好的净化系统，至少配备三级净化装置。
6.弯接头的弯曲角一般不大于4度。
7.常规稳定器外径磨损不大于2mm。
8.使用随钻震击器，上击器应接在下击器之上。
可以接在一起，也可间隔20-30米，其间用加重钻杆连接。
9.使用导向钻井系统采用转盘方式钻进，钻成的井眼井径比钻头尺寸略大一些。
10.降斜段井斜角在3 度以下，井段可视为直井段。
11.使用动力钻具造斜时，减少钻铤重量可以提高造斜率。
12.弯接头以上的钻铤刚性越强，弯接头造斜能力越大。
13.双泵钻进，打完单根需停泵时应打完单根先停一台泵，提起方钻杆后再停另一台泵。
14.使用螺杆钻具定向或扭方位时，最好选用滚动轴承牙轮。
15.使用动力钻具时，牙轮钻头最好选用滚动轴承钻头以适应高转速。
16.侧钻打水泥塞时，水泥浆密度不低于1.85g/cm3。
17.无磁的上扣扭矩为同类尺寸钻铤上扣扭矩的80-85％。
18.欠平衡钻井的英语缩写UBD：under balance drilling19.丛式井设计中，造斜点上下错开，应先施工造斜点浅水平位移大的井，后钻造斜点深水平位移小的井和直井。
20.直井段可用小钻压、高转速、大钟摆钻具组合钻进。
关于如何提高塔河南区块水平井钻井效率的建议
关于如何提高塔河南区块水平井钻井效率的建议摘要：中石化塔河油田塔河南区块油层多为三叠系，有少量白垩系，该类型储层岩性均为砂岩，加之埋深关系，最宜打水平井，水平井成本为同类型直井的1.5倍，而产量确是同类型直井的2-3倍，因此具有良好的经济效益。
根据在层特点，要使此地区的水平井达到优质高效的钻进，必须进行井身结构优化、轨迹设计、靶区设计、直井段轨迹监测、斜井段定向技术。
关键词：水平井钻井效率优化设计下面以所钻遇的kz5-1h井做为例子，其相关参数见表1：表1 kz5-1h井相关参数根据在层特点，要使此地区的水平井达到优质高效的钻进，必须进行以下的几项措施：一、优化工程设计水平井工程设计,综合考虑地质因素、油层特点、井身结构因素,以提高油井产量和有利于井眼轨迹控制为目的,优化井身结构,选择合理的轨迹类型,力求达到钻柱摩阻小,轨迹控制有利于中靶,有利于提高机械钻速为目的。
1.优化井身结构塔河南区块油田出于对深水平井安全钻进、油气层保护等因素的考虑,在保证安全、快速的前提下,尽量简化井身结构,减少成本投入。
“ 660.4 钻头打导管,下入“ 508 导管封固第四系松散的表土及粉砂岩;“ 444.5 钻头一开,下入“ 339.7 表层套管封固库车组上部易水化膨胀的泥岩层;“ 311.2 钻头二开,下入“ 244.5 技术套管封固上部直井段;“ 216 钻头三开, 钻至b 点, 下入( “ 244.5 ד 177.8 悬挂器+ “ 177.8 油层套管+ “ 139.7油层套管) 复合管柱封固三开井眼，最后对油层射孔完井。
2.轨迹设计水平井轨迹设计,主要是工具造斜率的不确定性及油层位置的空间变化,合理地选择造斜点。
该井造斜点在3586m ,该处地层硬度合适,无坍塌、缩径,无压力异常。
本井采用直-增-平剖面结构。
斜井段采用动力钻具增斜,后期水平段采用转盘和螺杆复合钻进,采用该剖面类型具有以下优点:增斜段的钻进,可以了解工具的造斜率,中间段微增斜钻进中,对第一增斜段中可能出现的轨迹偏差进行调整和修正,并根据第一增斜段的实际造斜率,准确地估计和设计第二造斜段的造斜率和造斜位置；斜段有助于发现标志层；这种简易型剖面,井眼轨迹圆滑,摩阻、扭矩小。
石油钻井名词解释（中英文版）
石油钻井名词解释（中英文版）第一篇：石油钻井名词解释(中英文版)石油钻井名词解释（中英文版）（1）缩径 tight hole:井眼因井壁岩石膨胀等而使井径变小。
（2）钻头行程 bit run:一只钻头从下入井内到起出为一行程。
（3）井史 well history:是指一口井的档案资料，包括钻井、地质、完井等施工作业数据和资料。
（4）磨料射流 abrasive jet:带有某种细小的、耐磨的固体颗粒的射流。
它靠固体颗粒的研磨作用可极大地提高破岩效率。
（5）钻头水力参数 bit hydraulic: 指钻头压降Bit pressure drop 和钻头水功率Bit hydraulic horse-power水功率。
（6）循环压耗 circulating pressure loss:钻井液在循环系统中流动所造成的压力损耗。
包括地面管汇压耗、钻柱内压力损耗和环空压耗。
（我们现在很多的工作，就是为了计算准确循环压耗。
）（7）塞流 plug flow: 当流体通过管子时，如果质点的流动象塞状物，就叫塞流。
管流pipe flow:流体在边壁处处受到水流压力作用的管道内流动称为管流。
（8）岩屑上返速度 cutting rising velocity:岩屑随钻井液上升的绝对速度。
它等于环空钻井液返速与岩屑滑沉速度之差。
（9）向壁效应wall effect:指岩屑下沉时，由于岩屑与井壁相碰撞而使滑落速度降低的作用。
（10）优化钻井技术optimized drilling 选取合适的钻井参数，利用钻进快速、高效进行。
（11）门限钻压threshold bit weight:钻压与转速的典型关系曲线中，把钻速与钻压关系线性化后的截距。
它取决于岩石的压实程度、应力状态和外界作用条件。
第二篇：石油钻井水力学名词(中英文)石油钻井水力学名词（中英文）（1）in situ stress 地应力。
是指地壳中存在的应力状态。
（2）drilling string assembly 钻具组合，具体包括各种钻具工具和连接处。
井眼净化技术
中原石油勘探局钻井
公司
二、 井眼净化情况判断
1、井眼净化良好
筛面返砂与钻井速度相比正常；钻井液各种性能参数稳定；钻井 各工况井下正常；地质录井岩屑不混杂，地质分隔清晰。 2、井眼净化不良 振动筛返砂明显减少，活动钻具阻卡严重，下钻划眼，转盘扭矩 异常大，录井岩样杂乱，下钻到底有大量岩样反出等。
中原石油勘探局钻井
3、选用合适的环空流型 中原石油勘探局钻井 公司
6、 经常活动钻具，缩短泥浆静止时间，勤搞短起下 在水平井施工过程中，尽可能缩短泥浆静止时间，当机械钻速过快时， 停止钻进，循环一段时间，待井下正常后方可恢复钻进；循环时要大幅 度活动钻具，以破坏岩屑床；起下钻时应控制起下钻速度，并做到开泵 平稳，避免过大的激动压力，防止破坏井壁及井塌；在钻井施工中尽可
下套管前用120缸套3个反尔循环通井后下套管顺利（该井还是31/2的
钻杆）。陕北施工的YB282-H02井和DPT-72井两口井的水平段，4寸钻 杆，130缸套钻进，两口井均出现井下复杂，其中YB282-H02井蹩泵几 次划眼困难，DPT-72井出现了循环过程中卡钻，两口井调整泥浆性能 后，把缸套换成120或110的，顺利交井。
3、选用合适的环空流型 中原石油勘探局钻井 公司
4、段塞洗井技术 对于存在有大肚子的井，应配制粘度100～200s的钻井液20～30m3注 入井内形成一段塞流，将井内岩屑带出；对泥饼虚厚、岩屑多、井斜大 的井，变排量洗井、短起下效果不明显的，应采用“紊流段塞”洗井。 其方法是：配制10~15m3 35～45s左右的低粘度钻井液，替入环空，利用
公司
一、影响井眼净化的因素
1、井斜角
随着井斜角增大，井眼净化难度越来越大，在井斜角超过30°的 井段及水平井段表现得尤其明显。井斜角＞ ３０°时，易形成岩 屑床，停止循环时，岩屑床在重力的作用下有可能停留在井壁下侧 或下滑到井底。当井斜角＞ 60°时，岩屑沉淀并聚集在井眼底侧， 钻井液停止循环时，岩屑床也不再向下滑动。
延长油田浅层大位移水平井固井优化技术
延长油田浅层大位移水平井固井优化技术刘云【摘要】固井作业是一次性工程，一旦固井质量出现问题，补救作业一般无法达到封固合格的要求，并且水平井固井存在一定的固井工艺难点，包括弯曲井段曲率大，套管不易下入；斜井段套管与井壁发生长段面积的多处接触，井斜越大，摩阻力越大；环空的严重偏心度使窄边钻井液不能有效清除；易形成集中的水带，尤其是水平井游离水易集中与井眼上方，使油气串通；且直井中常用的固井附件不能使用，需要改进或重新设计。
延长油田东部的部分区域油层埋深浅、存在低压、易漏失层，该区域内的井在固井过程中易发生地层破裂、水泥浆漏失现象。
这不仅使水泥浆返高不够，也对地层造成了污染，严重影响了固井质量和油水井的后续生产。
%Cementing job is a one-time project,once the cementing quality problems,remedial cementing opera-tions are generally unable to meet eligibility requirements,and there is a certain level of well cementing cementing process difficulties,including the curved portioncurvature,casing under difficult into;inclined casing and the bore-hole wall segments occur long segment of multiple contact area,the greater the deviation,the greater the friction re-sistance;annulus serious eccentricity so narrow mud can not effectively clear;easy to form a concentrate with water especially easy to focus on horizontal wells and above the free water borehole so that oil and gas collusion;and ver-tical wells cementing common attachment can not be used,need to be improved or redesigned. And the extension of the eastern part of the region′s oil reservoir is shallow,there is a low pressure,easy thief zone,the region in the wellcementing process prone to the formation fracture,grout leakage phenomenon. This not only makes the grout is not high enough to return,but also resulted in the formation of pollution,seriously affecting the quality of cementing oil wells and subsequent production.【期刊名称】《延安大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2015(000)003【总页数】4页(P72-75)【关键词】水平井;固井质量;套管;摩阻力;固井附件【作者】刘云【作者单位】延长油田勘探开发技术研究中心，陕西延安 716000【正文语种】中文【中图分类】TE256由于水平井已经成为提高低渗透油田开发效益的一项重要技术手段，该技术的应用将越来越广，水平井数量也将日益增加，向规模化发展。
直井、斜井和水平井井眼净化和岩屑清除最优化
直井、斜井和水平井井眼净化和岩屑清除最优化M. Mohammadsalehi等著翻译：魏振（钻井所）审校：（）摘要：随着水平井测量深度和水平位移的提高，优质的井眼净化和岩屑清除已经成为解决钻杆粘卡、非正常拉扭、机械钻速低等问题的关键。
目前，许多方法和模型都是通过计算最小排量来有效地解决钻井过程中的岩屑清除问题。
其中的Larsen模型，能够预测55°~90°井斜范围的最小排量，另一个Morre关系式用来计算直井段上返泥浆中岩屑的下滑速度。
本论文通过结合Larsen模型和Morre关系式，用以预测和计算0°~90°井斜范围清除岩屑的最小排量。
用计算出的最小排量与使钻头功率或喷射力最大化的排量（优化排量）相比较，如果清除岩屑排量比优化排量较小，就选择优化排量；如果清除岩屑排量比优化排量较高，就调整钻井液流变性，直到优化排量高于清除岩屑排量。
这个工艺既优化了水力学参数，又起到净化井眼的目的。
本论文选择了直井、斜井和水平井来阐述这个工艺技术，对所有井斜都具有适用性。
关键词：优化排量井眼净化岩屑清除工艺技术介绍清除井眼岩屑一直是钻井过程的难题。
上世纪八十年代早期，钻井工作者大多致力于弄清楚直井的井眼净化问题。
差的井眼净化可能造成循环漏失、下套管困难、起下钻困难、过大的旋转扭矩、过高的当量循环密度、地层破裂、机械钻速降低、钻头过度磨损和钻杆粘卡等问题。
影响岩屑输送的主要影响因素包括：钻杆的偏心率、井眼直径、井斜角、钻井流体密度、岩屑体积、岩屑密度、机械钻速、转盘转速、钻井液的流变性和排量等。
通过以上参数控制岩屑的清除，例如：钻杆的偏心率是影响岩屑输送的主要因素，但是在钻井作业中评估钻杆偏心率十分困难。
图1阐明了这些参数的关系。
图1: 影响井眼净化参数钻井液流变性和排量是影响岩屑输送的两个主要参数，而且在钻井作业中相对容易控制。
基于以上这些情况、方法和模型，通过确定最小排量来清除特殊钻井环境和钻井液流变性的井筒中的岩屑。
沙特阿拉伯NYYM—133三底水平井钻井技术
沙特阿拉伯NYYM—133三底水平井钻井技术摘要：NYYM-133井位于沙特NYYM区块，是一口140度扇形内的三底水平井，主要是探明NYYM地区油气产量。
介绍了三底水平井井身结构、钻具组合、钻井液性能、开窗方法及施工工艺；直井段优选大功率螺杆塔式钻具结构，解决了直井段防斜，分支井段采用SMITH WHIPSTOCK套管开窗技术，实现定向、开窗、修窗一次完成，水平井段采用SPERRY-SUN公司旋转导向技术；优选油基钻井液，采取低粘、高粘交替循环清洗井底，及防卡、降摩等措施，安全快速地完成了施工，对国内外同类井的施工提供了借鉴。
关键词：钻井；技术；三底井；多底水平井；开窗；分支；全油基钻井液；防卡工艺；增斜稳斜；NYYM-133井；沙特阿拉伯1 前言NYYM-133井位于沙特阿拉伯国家NYYM区块，设计开发UNAIZA-A-RESERVOIR油层，产层连通油层达6000英尺，主要目的是探明NYYM地区产层产油气量，为下一步油气开发积累宝贵经验和地质资料；为了提高单井油气产收率和单井控制油气储量，阿美公司在NYYM区块部署的是一口140度扇形内的三井底水平井，提高水平段的泄油通道，达到增加产量的目的。
扇形水平井形成的油气通道，可提高单位面积内的气液两相流的导流能力，大幅提高井眼与油气的泄油面积，降低油气田的投资费用。
2 多底水平井技术难点3 现场施工主要技术3.1直井段防斜技术从一开到早斜点的直井段，均采用的是典型的塔式钻具结构：钻头+近钻头扶正器+ 减震器+9?”DC x1根+钻柱形扶正器+9?” DC x 2根+，8?”DC x8根+5” HWDP x 15根+5” DP.。
为了保证钻进更加安全，采用磙子扶正器和减震器来降低井下扭矩和震动，并起到了修整井壁的作用。
钻井液为搬土和石灰，比重63pcf （0.99 g/cm3，），并配足够用高粘，用于洗井和封底。
在进人WASIA地层之前确保有足够容量的75pcf泥浆帽。
大斜度井及水平井井眼岩屑携带问题探讨
工业 Ａ
大斜度 井及水 平井井 眼岩屑携 带问题探讨
李 涛 刘庆 怀
中 国石 化 中原 石油 工程 有 限公 司塔里木 分 公 司 新 疆 库 尔勒 ８ ４ １ ０ ０ ０
摘要 ：环 空岩屑 浓度或岩屑沉 降的趋 势随井斜 角的增 大而增 大，影 响大斜度 甚至水平井眼净化 的因素主要是 井壁稳定性 、钻 井 液排量 、钻井液流 变性 、钻井方 式、钻具组合等许 多方 面，本文将对 大斜
好 ；只有井斜 角不大于４ ５ ‘ 。时，紊流携岩才有效 。 现场 实践证 明，层流 能很好地满足水平井 的洗井要求 。重 要 的必 须 是平 板 层 流 ， 即动 塑 比为０ ． ５ 左 右 ，此 时环 空 速度 梯 度 近于零 ，既避免 了岩屑上返过程中的翻 转、推靠井壁 ，又冲刷 井壁低边的岩屑 ，使之不形成岩屑床，达到好的洗井效果 。 ３ 钻 井液 的悬浮性 在水平 井段钻进 中，岩屑 在几厘 米到 几 十 厘 米 内 就 滑 到 下 井 壁 ， 从 钻 井 液 中析 出 而 堆 积 在 井 壁 低 边 ，增加 了洗井难度 因 此 ，保证 钻 井液有 足够 的悬浮性 是水 平段洗 井技术 的 关键 。水平 井钻井 液是要 求在一 定环空剪 切速率 下的零切 力 （ 即在环空剪切速率下 “ 静止 ”零秒钟的切力值 ）。 ４钻井液密度钻井液密度越高，悬浮钻屑 的能力越强 试 验表 明，随钻井 液密 度 的增加 ，岩 屑床 厚度呈 递减趋 势。 ５ 钻 井 方 式 目前 ，常 用 的 钻 井 方 式 主 要 有转 盘钻 井和 井 下 马 达钻 井 转 盘钻 井方 式使整 个钻 柱都旋转 起来 ，一方 面对运 移 的 岩 屑起 到搅动作 用上返 岩屑颗 粒传递动 量 ；另一方面 ，对沉 积 的岩 屑床也 能起到搅 动作用 ，使沉积 的岩 屑颗粒脱 离岩屑 床 ，随 液流返 出井眼 。井下 马达钻井 方式 ，旋 转动力 相对集 中于 钻 头 ，钻 柱 不旋 转 ，只 在 井 眼低边 产 生 滑动 。 由此 可 见 ，转盘 钻井对 井眼净 化是有利 的 ，井 下马达钻 井对水 平井 井 眼净化 是不利 因素 。不过 ，现 在常用 转盘钻井 与井下 马达 钻 井 结合 使 用 ， 即在 井下 马 达钻 进 的 同 时 ，用转 盘 旋转 钻 柱 ，这 既可 以将破 岩动 力集 中于钻头处 ，又可 以使旋转 的钻 柱搅动岩屑床 ，改善水平井井眼净化状况。 ６破岩方式也可 以称作钻头类型 常用 的破岩 钻头 主 要有 牙轮 钻头 、刮 刀钻 头 、Ｐ Ｄ Ｃ 钻 头 和 金刚石钻 头 。牙 轮钻 头靠冲击 压碎岩石 ，岩屑 体积较大 ， 所 需运 移动 量较大 ，在 一定液流 速率条件 下 ，较大 体积 的岩 屑颗粒 更容 易沉积 于井 眼低 边 ，而且也不 易从岩屑床 上脱 离 出来 ；但是 ，较大 体积 的岩 屑颗粒 之间 的粘 结力和 离散力较 弱 ，又有 改善水平井井眼净化 状况的趋势 。刮刀钻头和Ｐ Ｄ ｃ 钻 头靠 “ 犁 ”的作用 剪切破碎 岩石 ，岩屑体积 较小 ，在一定 液 流速 率条件 下 ，较 小体积 的岩屑颗 粒虽然不 容易沉积 于井 眼 低边 ，而且 也较容 易从岩屑 床上脱 离出来 ，但是较 小体积 的 岩 屑颗 粒之 间的粘 结力和离 散力较 强，有加速 水平井 井眼净 化 状 况 恶 化 的趋 势 。 由此 可 见 ， 破 岩 方 式 的选 择 对 水 平 井 井 眼 净 化 效 果 有较 强 的 影 响 作用 。 ７钻具组合 钻具组 合主 要是通 过 以下二种途 径影 响水平 井井 眼净化 效 果 。钻 具尺 寸的大 小决定钻 井液环 空返速 的大 小 。返 速越 大 ，传递 给岩屑 的动量越 大 ，易于将岩 屑携带 出井眼 。钻具 组 合 中 一 定 尺 寸 和 数 量 的 扶 正 器 ， 造 成 对 岩 屑 的 挤 压 和 磨 损 ，使岩屑颗粒体积减小被清洁 出井眼 的几率增大。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
直井、斜井和水平井井眼净化和岩屑清除最优化M. Mohammadsalehi等著翻译：魏振（钻井所）审校：（）摘要：随着水平井测量深度和水平位移的提高，优质的井眼净化和岩屑清除已经成为解决钻杆粘卡、非正常拉扭、机械钻速低等问题的关键。
目前，许多方法和模型都是通过计算最小排量来有效地解决钻井过程中的岩屑清除问题。
其中的Larsen模型，能够预测55°~90°井斜范围的最小排量，另一个Morre关系式用来计算直井段上返泥浆中岩屑的下滑速度。
本论文通过结合Larsen模型和Morre关系式，用以预测和计算0°~90°井斜范围清除岩屑的最小排量。
用计算出的最小排量与使钻头功率或喷射力最大化的排量（优化排量）相比较，如果清除岩屑排量比优化排量较小，就选择优化排量；如果清除岩屑排量比优化排量较高，就调整钻井液流变性，直到优化排量高于清除岩屑排量。
这个工艺既优化了水力学参数，又起到净化井眼的目的。
本论文选择了直井、斜井和水平井来阐述这个工艺技术，对所有井斜都具有适用性。
关键词：优化排量井眼净化岩屑清除工艺技术介绍清除井眼岩屑一直是钻井过程的难题。
上世纪八十年代早期，钻井工作者大多致力于弄清楚直井的井眼净化问题。
差的井眼净化可能造成循环漏失、下套管困难、起下钻困难、过大的旋转扭矩、过高的当量循环密度、地层破裂、机械钻速降低、钻头过度磨损和钻杆粘卡等问题。
影响岩屑输送的主要影响因素包括：钻杆的偏心率、井眼直径、井斜角、钻井流体密度、岩屑体积、岩屑密度、机械钻速、转盘转速、钻井液的流变性和排量等。
通过以上参数控制岩屑的清除，例如：钻杆的偏心率是影响岩屑输送的主要因素，但是在钻井作业中评估钻杆偏心率十分困难。
图1阐明了这些参数的关系。
图1: 影响井眼净化参数钻井液流变性和排量是影响岩屑输送的两个主要参数，而且在钻井作业中相对容易控制。
基于以上这些情况、方法和模型，通过确定最小排量来清除特殊钻井环境和钻井液流变性的井筒中的岩屑。
Larsen模型能够预测55°~90°井斜角范围的清除岩屑的最小排量；另一个Morre模型能够计算岩屑在直井中的沉降速度。
通过Matlab编程，能够用这两种方法预测0°~90°井斜范围岩屑输送的最小排量。
另一个程序针对不同的钻井液流变性、用水功率和喷射冲击力准则计算最小排量。
最后，将这两个程序结合，确定钻井液的流变性，以给出能够清除岩屑的最小排量，并且应用于Varaminin的Yorte-E-Sha油田的YS5水平井。
钻井液流变性和排量对井眼净化的影响/作用钻井液影响井眼净化的主要因素是泥浆比重和泥浆粘度。
泥浆密度的主要功能是稳定井壁和阻止地层流体侵入。
通过增加泥浆密度能够加强岩屑的悬浮能力和运载力。
但是，泥浆密度的增加会降低机械钻速，因此，不采用提高泥浆密度的方法来净化井眼。
粘度对于井眼净化的影响能够描述为YP/PV比率，针对宾汉姆流体的特有剪切速度（YP 是流体屈服强度，PV是流体塑性粘度）。
这个比率是流体粘度两倍于塑性粘度的剪切速率。
剪切速率远大于YP/PV，流体多为牛顿流体；剪切速率小于YP/PV，流体剪切变稀。
90%的剪切变稀发生在剪切速率大约为10YP/PV。
对于有些系统，YP/PV能够用来评定流体剪切变稀的性质。
因此，用YP/PV来比较流体性质十分重要。
对于定向井而言，流体粘度的增加会降低钻井液净化井眼的能力。
事实上，用清水钻井是定向钻井过程中净化井眼最有效的手段，用清水打钻能够解决低排量带来的循环紊流，是最有效的井眼净化方式。
紊流就像摩擦力，会使压降损失增加，导致岩屑床表面的剪应力增大，增大的剪应力能够帮助清除更多的岩屑。
Okrajni观察到在紊流条件下，对于任意井斜角，岩屑的运载都不受泥浆性能的影响。
层流时，YP/PV比率越高，井斜角越低，岩屑富集度越低。
Okrajni发现井斜角位于0°~55°范围，层流对于井眼净化更有利；而紊流对于55°~90°井斜角范围的井眼净化更有利。
Iyoho注意到，在直井中，紊流中的低粘度泥浆和层流中的高粘度泥浆性能差不多。
对于大斜度井而言，环状层流对于岩屑的运载更加有利。
泵排量是影响岩屑床发育最大的因素。
泵排量也可以称为环流速度。
排量的急剧增加能够阻止岩屑床的形成，并增加的岩屑的运载能力。
这是由于更高的排量使作用于岩屑床的剪应力更大，从而阻止了岩屑床的形成。
特别是紊流对于岩屑的运载更为有利，岩屑床的发育大大降低。
尽管如此，排量上限的规定是：（1）钻机的水功率利用率。
（2）允许的当量循环密度。
（3）裸眼井段的水力冲蚀率。
随着钻井液排量的增加，岩屑在井眼较低一侧堆积减少直到排量达到一特殊值（没有颗粒沉降和无岩屑堆积发生）。
大多数预测岩屑运载的最小排量模型，定义临界运载速度为最小流速，需要保持岩屑向上不断地运动。
当整体容积排量没有产生运载岩屑的流速，岩屑开始堆积在钻柱底部，形成不动的岩屑床。
当岩屑床的高度与岩屑床之上的速度相平衡时，与水流联通区域，形成充足运载岩屑的能力，使岩屑床不能堆积。
当整体容积速率达到将岩屑床分散成缓慢移动的岩屑床时，容积排量足够高，以分配固体颗粒到水相中。
固体颗粒在水相中分配如图2。
图2: 岩屑在液相中的分散分布状态Larsen 模型和Morre 关系比较rsen 、A.A.Pilehvari 和J.J.Azar （SPE-25872）介绍了预测定向井和水平井中岩屑在泥浆中下滑速度和最小速度的方法。
他们指出最小速度是下滑速度和岩屑速度（钻头的切削速率）的叠加。
最小速度取决于机械钻速、钻杆外径和井眼直径，其表达式如下：slip cut V V V +=min （1）岩屑速度表达式为：⎥⎦⎤⎢⎣⎡+⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=ROP D D ROPV hole pip cut 16.1864.01362（2）下滑速度的表达式为：()⎩⎨⎧>+-<+=cp cp V a a a a slip 5382.353002554.053006.300516.0μμμμ（3）这两个下滑速度的方程式与泥浆密度、井斜角和岩屑平均大小有关。
泥浆密度相关系数是：()⎩⎨⎧<>--=7.817.87.8333.01m m m mwt C ρρρ（4）井斜角的相关系数是： 213.0000233.00342.02--=ang ang ang C θθ（5）岩屑平均大小的相关系数是：286.104.150+-=cut size D C （6）下滑速度表达式为：()()()mut size ang slip slip C C C V V =（7）Morre 关系用于预测直井中岩屑在上返泥浆中的下滑速度，其表达式如下：⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=f f s ssl f d V ρρρ89.1（8）为了预测直井中的最小速度，用Morre 关系计算V slip ，用关系式（2）计算C cut ，现在举例说明如何将这两个方法结合预测和计算0°~90°井斜范围的最小速度。
实例中的数据在表1中，结果在图3。
图3中有超过两个点位于55°~90°井斜范围，一个是30°井斜，另一个是40°井斜。
这两个点的数据通过Larsen 模型数值运算得出岩屑运载的最小速度V min ，在Larsen 数据中，30°的V min 除以65°的V min 为0.76，40°的V min 除以65°的V min 为0.8。
同样，可以认为30°的V min 为65°的V min 的0.76，40°的V min 为65°的V min 的0.8。
这两个点在表3中更好更精确的解释。
如果不用这两个点，0°~55°的变化时线性的，看起来不准确。
V min 随着泥浆流变性和机械钻速的变化而变化。
表1: 计算V min所需的数据图3: 0o到55o V min的推断另一个能够调整和改变用来减小V min，用以净化井眼的因素是机械钻速。
机械钻速越高，岩屑产生越多，V min越高，需要将岩屑运载到地表的排量越高，但是机械钻速这一因素没有考虑在井眼净化工艺中，应为其会影响到钻时和单井花费。
排量优化实例在YS6井，为了实现井眼净化的目的，通过将Larsen模型和Morre关系组合到一起，来预测计算优化井眼净化的参数。
为了呈现计算过程和结果，选择井眼轨迹上的三个点，垂深300m的直井段，垂深690m 的斜井段和垂深990m的水平段。
下面举例说明计算方法的适用性和井斜适用范围。
（1）300m垂深（井深300m）钻杆：长度=133m，外径=5in，内径=4.276in；钻铤：长度=166m，外径=8in，内径=3in；钻井液密度=9.6ppg；井眼尺寸=17.5in；井斜角=0°；机械钻速=30ft/hr；最大允许表压=3000psi；岩屑密度=21.68ppg；平均岩屑尺寸=0.175in；屈服强度=2倍塑性粘度。
优化结果见图4。
随着钻井液塑性粘度和屈服强度的增加，需要运载岩屑的排量减少。
分析结果表明，在直井或斜井的直井段，为了净化井眼应该增加塑性粘度和屈服强度。
塑性粘度小于44cp，优化排量适合净化井眼；塑性粘度超过44cp，优化排量不足以净化井眼，需要增大排量。
图4: 300m垂深的优化排量和井眼净化排量（2）690m垂深（井深750m）这个点位于斜井段（井斜角46°）钻杆：长度=386m，外径=5in，内径=4.276in；加重钻杆：长度=200m，外径=5in，内径=3in；钻铤：长度=164m，外径=8in，内径=3in；3套管：长度=420m，内径=13in8钻井液密度=11ppg；井眼尺寸=12.25in；机械钻速=30ft/hr；最大允许表压=3000psi；岩屑密度=21.68ppg；平均岩屑尺寸=0.175in；屈服强度=塑性粘度。
由图5可得出结论，45°井斜位于35°~65°之间，随着钻井液塑性粘度和屈服强度的增加，井眼净化需要的排量增加。
井斜角位于35°~65°之间，重力造成岩屑沉降，并且有向井底的堆积趋势，使岩屑运移困难。
紊流能够阻止这一过程的发生。
解决这一情况可以增加排量或者降低粘度。
如图5，PV<9cp，优化排量适合净化井眼；当PV>9cp，优化排量不适合净化井眼。
选择更高的排量，应考虑泵压和地表设备的压力流量。
图5: 650m垂深的优化排量和井眼净化排量（3）990m垂深（井深1050m）这个点位于水平段（井斜角90°）钻杆：长度=586m，外径=5in，内径=4.276in；加重钻杆：长度=200m，外径=5in，内径=3in；钻铤：长度=176m，外径=6in，内径=2.813in；5套管：长度=727m，内径=9in8钻井液密度=12ppg；井眼尺寸=12.25in；机械钻速=20ft/hr；最大允许表压=3000psi；岩屑密度=21.68ppg；平均岩屑尺寸=0.175in；屈服强度=0.5塑性粘度。