定向井托压原因分析及解决措施..doc

定向井托压问题原因分析及解决措施王伟忠 庞永海 张琦随着陆地油气的不断开发，今后在浅海及陆地上大位移、大井斜井将不断增多，在油田进入后期及采收水平的不断发展，陆地上的一些老井要进行二次开发，所以开窗侧钻井的不断增加也是钻探的一个必然趋势。大港油田从2003年开始在油区内布水平井和大井斜井也在逐年增加，为了确保施工的顺利，减少事故复杂，这对钻井液技术水平的要求更加严格，大井斜、大位移的定向井及水平井在除了对润滑防卡、井壁稳定等要求更加严格以外，对定向井定向过程中托压问题的解决也是我们目前施工中存在且迫切要求解决的一个重要问题。在定向井的施工中托压的产生不仅严重影响钻井队的施工进度而且很容易造成压差卡钻，给施工造成重大的经济损失。施工统计：2004年泥浆二中队施工井情况施工井总数定向井水平井40-60度井斜开窗侧钻井9656482托压的现象及危害： 托压产生在直井反扣或定向井多次反扣的定向过程中、开窗侧钻井开窗侧钻,定向中、水平井70-90度的定向过程中；托压由于井眼轨迹以及各种阻力的原因使得钻具加压后，压力很难传递到钻头；从综合录井仪器及指重表看，就是在钻压不断增加的前提下，钻头的位置不变、没有进尺，泵压不升高、不憋泵，在钻压继续增加的时可能会突然憋泵。定向井托压一方面影响正常的定向施工，另一方面如操作不当易产生卡钻。二、原因分析：1、井眼轨迹差：定向中的托压与施工的井眼轨迹有很大的关系，在施工井中每年定向井占60%、直井40%，在实际施工中其中有一部分直井或定向井都会因为地层或施工的原因造成井眼轨迹偏离设计，这时就要进行导向反扣钻进，而切一部分井会因为某种原因进行反扣几次，从而造成井眼轨迹不好。在井眼轨迹不好的前提下改变钻具结构进行反扣定向时，由于钻具刚性的问题在加压时钻具的某一点会支撑在井壁上此时往往会出现托压现象。由于井眼轨迹差造成的托压，在加压后上提的过程中上提的附加拉力不会很大，即和平时的附加拉力相差不多，一般不会超过下压的压力。定向井的井眼轨迹与造斜率有一定的关系，造斜率越小井眼轨迹就越平滑施工中产生托压的现象就少，在水平井的施工中，长半径的水平井较中半径、短半径水平井产生托压的几率要小的多。2、井眼不干净，有岩屑床的存在：造成定向井定向过程中、直井反扣过程中托压的另一个原因是井眼不干净，下井壁有岩屑床的存在。造成井眼不干净的原因主要有以下几点：（1）、泥浆的本身流变性能不好，不能满足携带岩屑的需求；（2）、泥浆泵排量不能满足要求使得钻井液在井眼中的上返速度达不到要求；（3）、在钻进的过程中长时间或长的井段不进行短起下作业及时挂拉井壁这些都是造成井壁不干净岩屑不能及时被清除的原因；（4）、指地面的净化设备差，即地面净化设备对被泥浆携带的有害固相、岩屑等清除的能力差，使得有害固相又重新进入井内。（5）、另外就大井斜定向井及水平井来说45-90度本身存在一个岩屑携带困难。在定向的过程中钻具与井壁是滑动摩擦，岩屑床的存在使得其间的滑动摩擦力增大，从而造成定向过程中托压。岩屑床的存在一般是明化镇以下的地层，以下的地层岩性较硬，对定向钻进影响较大。对大井斜定向井及水平井来说在明化镇中施工很少有托压产生，而在沙河街、孔店中施工岩屑床的存在易造成托压。3、泥饼虚厚、泥浆的摩阻系数大：在定向井的施工中接单根、起钻时的上提拉力的大小除了与井眼净化等有关系以外与泥浆的摩擦阻力系数有很大的关系，摩阻系数越小钻具下滑的阻力也就越小，反之越大即易产生托压现象。泥浆由于固相含量等原因造成泥饼虚厚时也易产生定向过程中托压，泥饼越虚厚与钻具的接触面积越大，易造成粘卡，泥饼需厚造成的钻具托压的现象与井眼轨迹不好造成的现象有所不同，由于泥饼需厚造成的托压在加大的压力后（如30吨钻压），有时会突然憋泵，在上提的过程中上提附加拉力会大于下放的压力。很多定向井在定向中由于托压后加压不当造成粘卡。例如2001年施工的小9-7井在过了石膏层以后由于井斜方位偏离设计进行反扣，在反扣中由于托压，工程施工不当把90吨钻具全部加上，造成卡钻，泡解卡剂后解卡。三、解决措施：1、加强井眼轨迹的控制、改变钻具结构： 井眼轨迹差造成的托压，解决措施主要是工程加强井眼轨迹的控制，在大井斜大位移定向井中全井跟导向，控制井眼轨迹避免井斜方位等偏离设计进行反扣，另外针对井眼轨迹不好的情况产生的托压现象，最有效的解决措施是简化钻具结构，减少钻挺的数量，增加加重钻杆的数量，从而降低钻具的刚性，减少钻具与泥饼的接触面积防止托压和粘卡。在女22x1K井斜21度地层沙二施工中产生托压现象，在加入原油、润滑剂、短起下等均无效的前提下最后简化钻具结构，简化钻具结构后定向正常。在今年的水平井施工中定向中采用的钻具结构一般都是马达+MWD+LWD+加重钻杆，在70度以后采用倒装钻具马达+MWD+LWD+钻杆+加重钻杆，整个钻具结构中不含钻挺，钻具中直径大的仪器马达+MWD+LWD加起来也只不过20多米，这样的钻具结构钢性不强，加上定向中全井导向所以很少产生因井眼轨迹和钻具结构产生的托压。所以水平井井中产生的托压主要从井眼净化、润滑、司钻操作等方面采取措施。2、加强净化：加强净化包括井眼的净化和地面泥浆通过地面固控设备的净化。 （1）加强泥浆的携砂性能：在近年来施工的定向井基本都采用PDC加导向马达技术，进尺相对较快、岩屑被研磨的较细，这给井眼净化都带来一定的难度。不同的井眼钻进时排量的要求是，对于311井段，排量须高于3.4m3/min，216井段则要高于1.1m3/min，那么实际钻进时，311井段要上返速度0.8-1.2m/s求排量达到3.6m3/min，215.9上返速度1-1.5m/s，井段要求排量在泵压许可条件下，尽量开大，使之大于1.5m3/min。 另外根据井下返砂情况调整泥浆的流变参数，对于低固相聚合物钻井液来说泥浆的动塑比要求控制在0.42-0.50之间，对岩屑的携带效果较好，在泥浆粘切方面，大井斜定向井粘度控制在48s以上，高的粘切有利于防止钻屑的垂直沉降，在港H1施工中50-60度时由于加入有机正电胶后泥浆的粘度降低42s左右，井下返砂效果不好同时出现定向过程中托压，提高泥浆粘度到50s以后井下正常，另外在女MH4、西H1、扣3-1等井同样粘度控制在50s以上返砂效果较好。（2）加强固控设备的使用：泥浆中有害固相、劣质般土等含量过高易造成泥饼需厚，在定向钻进中易造成粘卡。所以使用好离心机、震动筛加强有害固相的清除是加强泥浆净化的关键，泥浆本身的携带岩屑的效果再好，如果地面设备利用效果差，被携带上的有害固相同样又进入井下对井眼的净化造成破坏。（3）加强短起下作业破坏井壁岩屑床：在施工中我们主要是控制好泥浆的流型以外要定期（150-200米）进行一次短起下作业，用物理的方式清楚井壁上的岩屑，破坏井壁上形成的岩屑床。在大井斜定向井40度以后岩屑易沉在下井壁形成岩屑床，注意的是每次短起下的长度尽量拉到上次短起下井深以上200-300米，水平井可以拉到20-30度井斜的井段，因为在定向井施工中的钻具结构中往往带几柱钻挺，在新施工的井眼中由于钻挺的存在新井眼的环空泥浆上返速度较大，岩屑床一般沉在老井眼中，所以有的井队在施工中只拉新施工过的井段对破坏岩屑床的作用很小。3、加强泥浆的润滑性，改善泥饼质量：加强泥浆润滑性方面，具体做法是，首先是加强润滑剂的加量；其次是润滑剂之间的配合使用。在定向井中一般定向时要混入原油，原油虽然有能很好润滑性但原油的加入会时泥饼质量变差。为此我们在定向井的施工中原油最好配合水基润滑剂共同使用。这样既解决了润滑问题又解决原油加量大造成的泥饼需厚。在定向中滑动摩察的随着摩察阻力系数的增加而增大，解决的措施是在泥浆中混入一定量的原油约3-5%，原油含量最好不要超过9-10%，同时在改善泥饼质量方面可以加入磺化沥青、酚醛树脂等泥浆材料，好的泥饼质量会减少因托压而造成的粘卡现象。另外在润滑剂方面除了液体润滑剂以外，固体及极压润滑剂也是减少托压有效方式。在硬地层定向井定向时产生托压时一次加入200-300 kg 膨化石墨对由于润滑性差产生的托压有很好的效果，在板北11x1、扣3-1井、女MH4井中应用有很好的效果，加入后等到材料返到环空时，托压现象明显减轻，使得定向钻