大位移井解决岩屑床的技术措施.docx

石油钻探技术PETROLEUM DRILLING TECHNIQUES1999年 第27卷 第3期 Vol.27 No.3 1999大斜度大位移井岩屑床的解决方法张洪泉任中启董明健摘要：在大斜度大位移高难度定向井中，岩屑易在井眼中形成岩屑床，导致蹩泵、蹩钻甚至卡钻。本文在分析岩屑床的形成及危害的基础上，对岩屑床的清除办法进行了探讨，提出了将提高泥浆返速、改善泥浆性能与机械清除岩屑相结合的方法。胜利油田多口井的现场应用表明，该方法能有效地解决高难度定向井的携岩问题，为优质高效的钻高难度定向井提供了一定的技术保证。主题词：定向井井斜位移岩屑钻井液钻井液性能辛斜149井河71-斜8井中图分类号：TE243TE252文献标识码：A文章编号：1001-0890(1999)03-00-Methods to Solve Cuttings Bed in High-inclination,Long-reached wellZhang Hongquan1，Ren Zhongqi2，Dong Mingjian2(1.Huanghe Drilling Co.,Shengli Oilfield,Dongying,Shandong,257064,China. 2.3rd Drilling Co.，Shengli Oilfield,Dongying,Shandong,257000,China )Abstract：Cuttings are liable to form cuttings bed in high-inclination,long-reached and hardly difficult directional wells. They can lead to pump plugging,bit bouncing and pipe stuck.Based on analysing the formation and damage of cuttings beds,this paper discussed methods to clearing away cuttings beds and provided methods which combined with accelerating mud return rate,improving mud properties and mechanically removing cuttings. Field applications of many wells in Shengli Oilfield indicate that this method can effectively solve the debris-carrying problems in hardly difficult directional wells and provide certain technical insurance for high-quality,efficiently drilling hard difficult directional wells.Keys：directional well,hole deviation,displacement,cuttings,drilling fluid,drilling fluid property,Xinxie 149 Well,He 71-xie 8 Well随着勘探开发的需要，胜利油田定向井在所钻井眼中占的比例越来越大(已由80年代的5%10%提高到现在的40%50%)，特别是大斜度、大位移高难度定向井的比例也在增加。由于该类井井斜位移大，造成岩屑携带困难，且井眼易发生掉块，影响到钻井及电测等作业的正常进行，甚至造成卡钻事故。因此及时有效地清除岩屑是急待研究解决的问题。胜利油田黄河钻井公司对此开展了研究工作。一、定向井类型的划分定向井随着井斜及位移的增大，岩屑的携带也变的越来越困难。根据定向井井斜的大小及泥浆在井眼中的携岩情况，可把定向井分为三种类型。1.井斜角45。由于其井斜较小，泥浆携岩并不太困难。2.井斜角为4555。该类型井的岩屑易沉向下井壁，并且在下沉的过程中有可能滑到井底，或在下井壁形成岩屑床，造成井下复杂情况。3.井斜角55(定向井及水平井)。该类井的岩屑极易在下井壁形成岩屑床，且不易被清除，易造成起下钻困难及卡钻。二、岩屑床的形成及危害1.岩屑床的形成在井斜45的井中，岩屑随钻井液上返过种中，部分岩屑碰到井壁后立即下滑或缓慢下移，又由于钻具旋转作用，在泥浆的作用下不断被卷起，重新进入循环，不会因为岩屑的沉降积聚而产生岩屑床。在井斜45的大斜度定向井中，由于重力作用，钻具在井眼中靠向下井壁，使钻具周围间隙宽窄变化明显，造成井眼中宽间隙处泥浆流速大，窄间隙处泥浆流速小，剪切速率增大，使岩屑易沉向下井壁且不易清除，形成岩屑床；尤其在钻井液停止循环时，井斜角45的大斜度定向井中，岩屑主要沿着井眼径向下沉，由于井筒径向距离有限，岩屑很快地聚集停留在下井壁上，更加速了岩屑床的形成。2.岩屑床的危害岩屑床的形成，增加了环空泥浆中的固相含量，减小了环空间隙，容易引起蹩泵。而且岩屑床的存在会使钻具下部的扶正器产生相当大的扭矩或造成泥包扶正器，从而导致蹩钻。此外，停泵后井眼中岩屑下沉形成台肩、砂桥，造成砂卡或粘卡，严重影响了钻井安全和钻进效果。三、岩屑床的清除方法岩屑床在斜井中的运移方式有四种。其一，均匀悬浮式，泥浆中岩屑在同一环空截面上均匀分布；其二，非均匀悬浮式，泥浆中岩屑在同一环空截面中分布不均匀，一般靠向下井壁含岩屑密度大；其三，移动床式，多数岩屑沿下井壁，形成活动岩屑床，可随上返泥浆慢慢运移；其四、固定床式，多数岩屑沿下井壁形成固定岩屑床，其岩屑不能随上返泥浆自然运移。在斜井中岩屑的理想运移形式为均匀悬浮形式，要达此目的，经常采取以下两种方法：一是改善泥浆性能，提高泥浆的悬浮能力，使岩屑在泥浆中不因重力作用而径向运移下沉；二是增大泥浆排量、提高泥浆上返速度，使之达到紊流，把沉向下井壁的岩屑有效地携出井眼。对于同一井眼，在相同排量下，不同井段的环空泥浆处于不同的流动状态。井眼下部，由于钻铤、扶正器的尺寸大，因此环空返速大、紊动性大，岩屑一般处于均匀分布状态；而井眼中部，环空增大且偏心，环空流速变小，泥浆的携岩能力也明显变小。因此在大斜度大位移定向井中，为了防止砂卡、粘卡等事故，钻具结构在能满足钻压、增斜、稳斜等工艺条件下，钻具结构越简单越好，一般不连接过多的大钻具。另外不能因为提高环空流速，而不现实地接过多的大钻具。胜利油田常采用以下三种方法来清除岩屑床。1.提高返速法泥浆在环空中的上返速度越高，越有利于清除岩屑，同时对钻井设备和钻具也提出了更高的要求。若泥浆循环当量密度也随之增加，就有可能造成井漏。胜利油田钻井三公司在利1-斜11井进行了大排量携岩试验。该井二开井眼直径为215.9mm，造斜点井深1900m，最大井斜55，当钻到井深2535m时，因岩屑得不到及时的清除，井眼不畅通，出现蹩钻、蹩泵现象。为此，把泵排量由原来的3235L/s提高到约60L/s后，下部井眼情况有所改善。但由于返速太高，上部松软地层出现垮塌掉块(该井未下技术套管)。由此可见，在受设备条件限制的情况下，完全靠大排量的方法来提高泥浆的携岩能力一般难于实现，应在现有的设备及井下允许的情况下，增大排量，提高返速。2.改善泥浆性能法目前现场一般采用正电胶泥浆体系，通过降低泥浆的流性指数n值，提高动塑比，可以改善泥浆携岩性能。但在目前条件下，泥浆还难以调整到使岩屑在泥浆中不下沉的程度。因此，单靠调整泥浆性能还不能有效的消除岩屑床，还必须配合其他清除岩屑方法。3.机械清除法在现有条件下，除采用提高泥浆返速及改善泥浆性能来提高其携岩能力外，实际钻井中还需配合短程起下钻、分段循环和划眼等措施，以破坏、清除若屑床。因此，对于岩屑床不太严重的井或井段，可采用短程起下钻的办法。在短程起下钻过程中，造斜点以下钻具沿下井壁运动，可破坏岩屑床。对岩屑床比较严重，采用短程起下钻效果不明显的井，可采用划眼的办法破坏岩屑床。同时在起钻换钻头等作业中，要分段循环，提前将井眼内的岩屑分段循环清除掉，来改善井眼状况。四、施工实例1.辛斜149井(1)基本数据辛斜149井为一口评价井，是胜利油田第一口大井眼、大斜度、大位移定向井。该井设计斜深3767m，垂深3250m，造斜点深400m，设计最大斜度角46，最大水平位移1738m，完钻层位为沙四段，完钻泥浆密度为1.30kg/l。一开使用444.5mm钻头钻至井深353m，下入339.7mm表层套管350m；二开使用311.1mm钻头钻至井深2700m，下入244.5mm技术套管2698m；三开使用215.9mm钻头钻至井深3767m，下入139.7mm油层套管3750m。(2)施工情况该井二开用311.1mm钻头从井深400m开始造斜，当钻至井深954.88m时井斜为45.4。采用聚合物不分散泥浆体系，排量为4550L/s，泵压17MPa。当钻到井深1800m时，发生严重蹩钻，同时在500m以深井段，出现起钻遇卡、下钻遇阻现象，当时泥浆性能见表1。为了提高环空返速，增加携岩效果，把两台泥浆泵的缸套换成了双170mm3缸套，排量增至6065L/s，每钻进50100m短程起下钻一次，井下情况虽有好转，但还有蹩钻和起下钻不畅通的现象。当钻到井深2600m时，蹩钻严重已无法钻进并且在起钻过程中发生粘卡。分析认为是由于岩屑床得不到及时清除所致。泡油解卡后，为防止再次卡钻及能顺利进行中途电测和下入技术套管，在钻至井深2610m时将原聚合物不分散泥浆体系换为正电胶泥浆体系，并适当提高动塑比，降低n值，结合采用短程起下钻及中途循环泥浆的办法，安全钻至井深2700m，顺利进行了中途电测及下技术套管和固井作业。三开继续采用正电胶泥浆体系(泥浆性能见表1)，采用180mm3缸套单泵打钻，泵排量为3238L/s，泥浆上返速度始终大于1m/s，每钻进50100m短程起下钻一次，并中途循环泥浆，顺利钻至井深3700m完钻。表1辛斜149井分段泥浆性能井段m泥浆密度kg/l漏斗粘度s滤失量ml泥饼mmpH值含砂%塑性粘度mPa*s动切力Pa动塑比9501.143480.98.00.71450.3612001.153670.78.00.61460.4315001.173770.79.00.51560.4019001.174060.69.00.51570.4723001.194250.69.00.516100.6326001.205050.48.00.416110.6926801.225640.48.50.321140.6728001.245530.48.50.321140.6730001.275750.48.50.322150.6834001.505930.39.00.225170.6837001.476130.39.00.222160.732.河71-斜8井(1)基本数据河71-斜8井为一口大斜度大位移生产井，设计斜深2705m，垂深2400m，造斜点深1423m，设计最大斜度角56，最大水平位移738m，完钻层位为沙三段，完钻泥浆密度为1.25kg/l。一开使用444.5mm钻头钻至井深203m，下入339.7mm套管200m，二开使用215.9mm钻头钻至井深2705m，下入139.7mm油层套管2700m。(2)施工情况该井二开用215.9mm钻头钻到井深1420m开始造斜，钻到井深2100m时井斜达47，钻进时排量为3035L/s，泵压18MPa，采用正电胶泥浆体系，泥浆性能见表2。在2300m以浅每钻150200m短程起下钻一次。该井钻到井深2509m时，井斜达到56，在井深2300m以深井段，每钻进80150m短程起下钻一次并中途循环。通过上述措施，使井眼中岩屑得到良好的清除，保证了井眼畅通。该井完钻后，完井电测一次成功。 表2河71-斜8井分段泥浆性能井段m泥浆密度kg/l漏斗粘度s滤失量ml泥饼mmpH值含砂%塑性粘度mPa*s动切力Pa动塑比12001.1431100.980.91540.2714001.143580.890.71550.3315001.153870.780.61660.3817001.154070.690.61780.4720001.134160.590.416110.6922001.174650.580.517110.6525801.225140.490.420140.7026801.255740.490.319140.74五、结束语通过对大斜度大位移定向井携岩问题的分析研究及实践认为，在目前现有条件下，单纯采用大排量或改善泥浆性能都不能有效地清除岩屑床，消除钻井隐患。而最有效的方法是，将增大泥浆排量、改善泥浆性能和机械除岩三者有机的结合起来。其一，在现有的机泵条件下，适当增加排量，提高泥浆上返速度(一般上返速度控制在0.91.2m/s以内)，使泥浆达到紊流状态；其二，选择合理的泥浆类型，改善和增强泥浆的携岩能力(胜利油田浅井的泥浆性能一般为：粘度4555s，滤失量在6ml以内，动塑比0.6以上；深井的泥浆性能一般为：粘度5565s，滤失量在4ml以内，动塑比0.65以上)；其三，必须结合短程起下钻及中途循环等机械除岩方法，才能彻底消除岩屑床，保持正常钻进。目