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
https://www.doczj.com/doc/9011125085.html,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 ROP
V 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 s
sl 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=13in
8
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=9in
8
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。
在图6中，随着水平段钻井液性粘度和屈服强度的减小，井眼净化需要的排量减小。在水平井中，推荐使用小的屈服压力能够更好的净化井眼，泥浆的屈服强度认为是塑性粘度的1，更低的塑性粘度能够实现更好的井眼净化和水力参数的优化。
3
图6: 900m垂深的优化排量和井眼净化排量
结论
这个方法实现了以最小排量输送岩屑，并且适用于0°~90°的井斜范围。结果表明，排量根据井斜变化而变化。井斜角位于0~55°范围，通过减小排量能够获得更高的钻井液流变性，重力是影响钻井液沉降的主要作用力，可以通过增加流体的承载能力克服其影响。对于大斜度井而言，岩屑容易沉降在井壁的较低侧形成岩屑床，需要降低钻井液的流变性来更好地净化井眼。此外，为了更好地调整和选择最好的排量值，还应该考虑功率和冲击力、泵送极限等参数的影响。
符号说明
C ang:Larsen模型井斜角的相关系数；
C d:钻头喷射速度的相关系数；
C mwt: Larsen模型泥浆密度的相关系数；
C size: Larsen模型岩屑体积的相关系数
MD:测深，ft；
n:幂律流动表现指数，无量纲；
PV:塑性粘度，cp；
q:排量，gpm；
ROP:机械钻速，ft/hr；
TVD:垂深，ft；
V cut:岩屑速度，ft/s；
V min:岩屑输送最小速度，ft/s；
V s:岩屑容积，ft3；
V sl:岩屑下滑速度，ft/s；
V:平均速度，ft/s；
V a:环状平均速度，ft/s；
V slip:平均下滑速度，ft/s；
W:岩屑重量，lbf；
YP:屈服强度，lbf/100ft2。
θ:井斜角，°；
μ:粘度，cp；
μa:表观粘度，cp；
ρ:钻井流体密度，ppg；
ρf:钻井流体密度，ppg；
ρs:泥浆密度，ppg；
τy:屈服强度，lbf/100ft2。
参考文献
[1] A. Saasenl, Den noske stats oljeselskapa.s. (Statod) “Hole Cleaning During Deviated Drilling - The Effects of Pump Rate and Rheology” SPE 50582, 1998.
[2] A.T. Bourgoyne, et al.; “Applied Drilling Engineering” SPE Textbook Series. Vol. 3, Richardson, Texas (1986) chapter 4.
[3] Azar, J.J and Sanchez, R.A “ Mud Cuttings Transport Study in Directional Well drilling.” SPE paper 39020, 1997. 4
[4] Patrick Kenny and EgdSunde. Staloil A/S. and Terry Hern phill.Baroid Drilling Fluids “Hole Cleaning Modelling: What?s …n? Got To Do With It?” SPE 35099, 1998.
[5] Rishi B. Adari, SPE, Stefan Miska, SPE. and Ergun Kuru, SPE, University of Tulsa, Peter Bern, SPE, BP-Amoco, and ArildSaasen, SPE, Statoil. “Selectin g Drilling Fluid Properties and Flow Rates For Effective Hole Cleaning in HighAngle and Horizontal Wells” SPE 63050, 2000.
[6] Rudi Rubiandini R S., SPE -1172519, Bandung Institute of Technology, Indonesia “Equation for Estimating Mud Minimum Rate for Cuttings Transport in an Inclined-Until Horizontal Well” SPE/IADC 57541,1999.
[7] T. I. Larsen, SPE. Unocal Cap. A.A. Pilehvari SPE. Texas A&M U. and J.J. Azar, SPE. U. of Tulsa “Development of a New Cuttings-Transport Model for High-Angle Wellbores Including Horizontal Wells” SPE 25872, 1997.
如果说普通水平井是“L”型，纵长横短，那么苏5-15-17AH 井则是“?”型，纵横距离几乎相等。失之毫厘谬以千里，水平段一寸长一寸难、一寸险。川庆钻探长庆钻井总公司凭着多年来的技术积累，完成了深6706米，水平段3056米的气井施工，创造了当时国内陆上水平井最长水平段纪录，成为川庆钻井史上的一座丰碑。 从“L”型到“?”型 3056米水平段的艰难奇迹！ 7月12日午时，鄂尔多斯天空骄阳似火，热浪袭人，金黄的沙地被郁郁葱葱的沙柳掩盖的严严实实，远处的羊群与瓦蓝的天际接壤，让这块神气的土地显得水草丰美。 顺着鄂托克旗一直向东，驱车行驶在平整的石子路上，不免让人心旷神怡。眼看快到苏5-15-17AH井场，承担该井施工任务的70165钻井队队长马小月不时将头探出窗外：“这里变化真大，刚开始打井的时候环境没有这么好。” 看着马小月兴奋的样子，司机师傅也有意识的放慢了车速。 苏5-15-17AH井被铁丝的防护栏隔开，金黄的采气树傲然挺立于50平米见方土地上当中，上面大大小小装满了红色闸门，表面看上去，这和普通气井没啥两样。“这口井的意义主要在于开辟了长庆区域超长水平段施工的一个先河，拿到了今后承钻同类井的‘准入证’”。长庆钻井总公司定向井技术办副主任石崇东介绍说。
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钻柱的托压问题及井眼的净化与润滑 胜利钻井工程技术公司 李建超1 摘要：分析了定向井中托压的危害及产生原因，本文主要从井眼的净化和泥浆的润滑性能方面分析了缓解定向托压的解决措施，希望对今后的定向井施工有一定的助益作用。 关键词：定向井、托压、泥浆、井眼净化、润滑 1 作者简介：李建超，男，2011年毕业于中国石油大学（北京）油气井工程专业，现工作于中石化胜利石油工程有限公司钻井工程技术公司，从事定向井、水平井技术服务，助理工程师。地址：山东省东营市德州路136号，邮编：257064。邮箱:ljch2010_happy@https://www.doczj.com/doc/9011125085.html, 。 前言 在定向井的施工中，由于轨迹不好、稳斜段长或泥浆性能不好都容易产生托压问题，托压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， 定向井中的托压问题的解决就变得非常迫切。 1.托压的产生及危害 钻柱的托压效应是指由于井眼轨迹存在曲率或狗腿度，钻柱在弯曲井段以下部分与井眼底边形成接触（或托底）而无法有效施加钻压的现象[1] 。从指重表及综合录井仪上看，就是钻 压不断增加，而钻头的位置不变，没有进尺，泵压不升高也不憋泵，在钻压继续增加到一定大小的时候突然憋泵。 定向井托压导致后期定向效果不明显，且费时费力。定向井中的托压问题致使油气井钻进没有进尺，严重影响钻井队的施工进度，也很容易造成压差卡钻，给施工造成重大的经济损失。 2.原因分析 定向中的托压问题的原因主要有：由于井眼轨迹不好，狗腿度大；稳斜段越长，井斜越大，钻柱与井壁 接触时产生的滑动摩擦力越大，就越容易托压；井眼不干净，下井壁有岩 屑床，井斜角30°～60°的斜井段岩 屑床形成容易清除较难；泥浆中固相含量高容易造成泥饼虚厚，其与钻具的接触面积大，容易造成托压。 3.井眼的净化和润滑 现场钻机的工作能力是确定的，主要采用减少钻柱接触压力、降低摩 擦因数等方法来缓解钻柱滑动钻井中 的托压问题。当出现托压问题时，除 了短起下及平滑轨迹外，最重要的就是要保证井眼的净化效果和泥浆有良好的润滑性能。 3.1加强井眼的净化 3.1.1加大排量 不同的井眼钻进时的排量要求不同，钻进中要尽可能的加大排量，冲刷井眼，提高泥浆的上返速度。 3.1.2提高泥浆的携岩性能 根据井下返砂情况调整泥浆的流变参数，一般来说，低固相聚合物钻井液泥浆的动塑比在0.42-0.50之间时携岩效果较好，粘度控制在48s 以上防止钻屑的垂直沉降[2]。 3.1.3用好固控设备 泥浆中的有害固相会对井眼的净 化造成破坏，有可能在定向钻进中造 成粘卡。钻进中一定要用好离心机、震动筛，清除泥浆中的有害固相。 3.1.4增大钻具外径 钻柱中和点位于最大井斜角井段
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如果说普通水平井是“L”型，纵长横短，那么5-15-17AH井则是“?”型，纵横距离几乎相等。失之毫厘谬以千里，水平段一寸长一寸难、一寸险。川庆钻探长庆钻井总公司凭着多年来的技术积累，完成了深6706米，水平段3056米的气井施工，创造了当时国陆上水平井最长水平段纪录，成为川庆钻井史上的一座丰碑。 从“L”型到“?”型 3056米水平段的艰难奇迹！ 7月12日午时，鄂尔多斯天空骄阳似火，热浪袭人，金黄的沙地被郁郁葱葱的沙柳掩盖的严严实实，远处的羊群与瓦蓝的天际接壤，让这块神气的土地显得水草丰美。 顺着鄂托克旗一直向东，驱车行驶在平整的石子路上，不免让人心旷神怡。眼看快到5-15-17AH井场，承担该井施工任务的70165钻井队队长马小月不时将头探出窗外：“这里变化真大，刚开始打井的时候环境没有这么好。” 看着马小月兴奋的样子，司机师傅也有意识的放慢了车速。 5-15-17AH井被铁丝的防护栏隔开，金黄的采气树傲然挺立于50平米见方土地上当中，上面大大小小装满了红色闸门，表面看上去，这和普通气井没啥两样。“这口井的意义主要在于开辟了长庆区域超长水平段施工的一个先河，拿到了今后承钻同类井的‘准入证’”。长庆钻井总公司定向井技术办副主任石崇东介绍说。
睹物视景，一桩桩、一件件、一幕幕，钻机的隆隆声响犹在耳畔！钻井汉子与天斗、与地斗的壮志豪情历历在目。马小月感慨万千：“我们完成了不可能完成的任务，一辈子难忘！” “压力面前需要信心、需要斗志，既然咱干的是钻井，总要干出点名堂” 鄂尔多斯盆地自古有“半盆油，满盆气”之誉，而这满盆气主要集中在里格气田。里格气田横跨自治区鄂尔多斯市乌审旗、鄂托克旗和鄂托克前旗。在蒙古语里，里格便是“半生不熟的肉”的意思。在油气勘探开发史上，这“半生不熟的牛肉”如同鸡肋，曾长期折腾着长庆人。 面对这个典型的低压力、低渗透气田，气田勘探开发不断深入，完井工艺不断完善，水平井的井身结构不断的调整，施工难度不断的增加。长水平段水平井对于低孔低渗油气藏来说，能够增加了泄流面积，有效改善油气藏的开发效果和提高单井产量，这一目标的追求成为石油人苦苦追寻的目标。 井位最终锁定在自治区鄂托克旗米图木巴音布拉格嘎查巴嘎希里小队。“之所以选择这里，正是因为该区域油气储层相对较为成熟、稳定，且气层连续性好，只有在这里，长水平段才能最大限度的提高单井产量很有帮助。”定向井技术办副主任石崇东说。 按照设计，5-15-17AH井井深6700米，而水平段则长达3000米。这样的井身结构让人咋舌。如果说普通水平井是“L”型，纵长横短，
- 71 - 第8期 大位移井井眼清洁技术简析 石磊，孙帅帅，王翊民 （中海石油有限公司天津分公司工程技术作业中心， 天津 300452） [摘 要] 大位移井指水垂比大于或等于2且测深大于3000m的井或水平位移超过3000m的井，由于其井斜大、稳斜段长、水平位移长导致井眼清洁较常规定向井困难，如果作业过程中井眼得不到有效的清洁，则可能会发生憋压、蹩扭矩、卡钻等工程事故，因此井眼清洁技术是大位移井钻井工程中的难点和重点所在。大位移井井眼清洁主要受钻井参数、钻井液性能、钻井液流态、钻井液返速等多方面影响，文章分析了井眼清洁的主要影响因素并推荐合理的作业参数，旨在减少大位移井作业过程中的复杂情况和工程事故的发生。 [关键词] 大位移井；井眼清洁；钻井参数；钻井液性能；钻井液流态；钻井液返速 作者简介：石磊（1988—），男，天津人，本科，学士学位， 工程师。中海石油有限公司天津分公司工程技术作业中心钻井副监督。 大位移井井眼清洁是一个系统工程，国外很早就已开始研究大位移井环空岩屑运移规律，而国内则是从上世纪80年代开始进行实验和理论的研究[1]。井斜角在45°～65°之内，环空岩屑清洁比较困难，容易形成岩屑床[2]，而大位移井由于其较长的稳斜段，较大的水平位移，定向井轨迹设计时很难避开45°～65°的稳斜角，因此大位移井作业过程中如果不能及时有效地进行井眼清洁，则极容易导致岩屑床的形成，造成复杂情况和工程事故发生。本文以建立钻井液为非牛顿流体的塑性流体模型进行研究，作业过程中钻井参数中的钻具转速，机械钻速；钻井液性能中的剪切应力、剪切速率；钻井液流态中的层流携砂、紊流携砂；钻井液返速等都会对环空岩屑运移规律产生影响，合理地调节相应参数来达到最优的井眼清洁状态是本文研究的重点。1 钻井参数对井眼清洁的影响 钻具的转动能将环空岩屑搅动起来，防止岩屑的沉降，有助于岩屑的清除，对一般钻井液来说，如果把钻具转速提高到100-120r/min ，岩屑 的清除效果会大大提高，而提高到150-180r/min 时岩屑清除效果更明显，但由于钻井设备和井下动力钻具的限制，作业过程中钻具钻速往往达不到最佳的清除岩屑的钻速，因此在允许的范围内提高钻具钻速有助于岩屑清除，其相应关系如图1所示。机械钻速是指作业过程中每小时的钻井进尺，机械钻速越高则钻头岩磨性越快，形成的岩屑颗粒极不均质，较大颗粒岩屑较多，相对应的环空中岩屑密度越大，极不利于环空清洁，因此相对的控制机械钻速有利于环空岩屑清除，避免岩屑床的形成。 2 钻井液性能对井眼清洁的影响 非牛顿流体的塑性流体的钻井液流体模型流动时的剪切速率和剪切应力之间的关系如图2所示，图2中流变曲线可以看出当t>tr 时，此时的钻井液体系还不能均匀地被剪切，继续增加t 值，当其数值达到一定程度后，此时的钻井液体系被均匀地剪切，此时的性能也达到了稳定值，其流变曲线变成直线，此直线的斜率为塑性黏度，直线段的延长与剪切应力轴相交的值称为动切应力，因此剪切速率和剪切应 力组成的流变曲线根
第三章井眼清洗引言自井筒内除去钻屑是钻井作业中的非常重要的部分。任何井眼都应保持有效的清洗；无法有效清除钻屑将导致大量钻进复杂情况：起钻时超提力太大。转盘扭矩高、卡钻、井眼堵塞、地层破裂、钻速低、循环终止。所有这些不仅对近垂直井(井斜<30。)而且对大位移井都是潜在的问题。但总体看来，井眼清洗在近垂直井中问题不大。上面列出的问题在大位移井中很常见。井眼清洗质量取决于各种泥浆性能优化以及对钻进参数的选取。当遇到问题时，必须了解问题的实质以及产生原因何在，这样可以集中考虑其中几项以定出最合适的措施。影响井眼清洗的因素有大量钻进参数会影响井眼清洗；司钻可以控制其中一些，其它的则是由钻井作业的限制因素客观决定了。 岩屑运移下图(图3-1,图3-2)示意了一定井斜范围内岩屑运移的机理。在井斜小于30。的井中，岩屑能够被泥浆切力有效地悬浮，不会产生岩屑床(1区和3区)。在这种情况下，常规的基于钻屑垂直滑脱的返速计算仍适用。大体上，这些小斜度井环空返速通常要比直井大20~30%。超过30。的井，钻屑会在井眼底边沉积成床并可能沿着井筒下滑引起环空堵塞。沉积在井眼底边的钻屑要么作为一个滑动的岩屑层整体移动(4区)，要么交替地在泥浆与沉积层的界面上象涟波或沙丘那样运动(2区)。环空内的流型主要取决于泥浆排量和流变性。低屈服值的稀泥浆容易形成紊流使岩屑跳跃式搬运。高屈服值的稠泥浆提高了流体剪切力会引起岩屑床滑动。较理想的岩屑运移区是1区和2区。5区必然产生缩径问题。图3-1 岩屑的运移、图3-2 岩屑床的运动 流变性泥浆流变性对井眼清洗的影响取决于环空内的流态。为层流时增大泥浆粘度可以提高井眼清洗质量，这对低剪切流变性及高的YP/PV比值的情况特别有效。为紊流时，降粘会有利于清除钻屑。屈服应力屈服应力是泥浆低剪切性的量度。它由常规范氏 (Fann)粘度计的6rpm及3rpm的读数来确定，[YS=2*Fann3-Fann6]。该性质决定了流动泥浆能(动态地)悬浮起的钻屑大小。这个动态悬浮受钻屑大小和泥浆比重的影响。实际作业时，需要的最优值最好是基于现场资料由经验来定。泵排量泥浆流速提供携砂出井口的举升力。排量对大位移井的井眼清洗是非常重要的因素，而直井中的岩屑清除速度随环空返速及流变能力增加而增加。井眼几何形状井眼直径对环空返速影响很大。例如变17-1/2"为16"将提高环空返速约20%。 泥浆比重泥浆比重通过钻屑浮力影响井眼清洗。随着比重增加，钻屑就越容易返出井口，井眼清洗也就越容易了。实际上，泥浆比重的范围与其说是受井眼清洗的限制，倒不如说主要是受钻进因素(井壁稳定、当量循环密度、压差卡钻等)的影响。钻屑性质井眼清洗取决于岩屑的大小和密度两个方面。大小、密度的增加都要加大岩屑的下滑速度，这就使清除岩
裸眼井封隔器及其应用 (江汉油田分公司采油工艺研究院井下工具研究所) 摘要近年来裸眼井越来越多,对裸眼井地层进行酸化、压裂、注水、堵水与试油试气等分层措施作业需要使用裸眼封隔器。为了满足这种需要,研究了K341、K342、K344三种类型的裸眼井封隔器。现场应用时,其最大密封系数达到了1、486,远远大于普通压缩式封隔器密封系数1、1～1、15的水平,最高工作压差达到47MPa,最高工作温度达到142℃。介绍了这三种封隔器的工作原理、现场施工管柱与现场使用情况。 关键词裸眼井裸眼封隔器管柱应用 前言 因油气田开发的需要以及完井技术的发展,油气井尤其就是碳酸盐岩等致密地层钻探的油气井,采用裸眼井完井的方式日益增多。裸眼井需要裸眼封隔器才能进行酸化、压裂、注水、堵水与试油试气等分层措施作业,由此导致对裸眼井封隔器需求的增长。 裸眼井在钻井过程中,有时需要进行中途测试,以取得较为详细的资料,对地层进行更加准确的判断,由此决定就是否追加投入,继续完成下步施工,从而节省不必要的开支。 裸眼井封隔器还可以用在套管变形井与一些常规封隔器不适宜应用的油井的采油、堵水、措施作业等。在采油井中,勘探初期的探井往往使用一些特殊尺寸的套管完井,后期采油中这些井缺少配套的井下封隔器,裸眼井封隔器则能够满足这些井的酸化、压裂、注水、堵水与试油试气等分层措施作业的施工需求。 工作原理 一、扩张式胶筒 (一)结构 其结构分三层,以弹性不锈钢片做叠层骨架,加以内胶筒、外筒组成。 (二)主要特点 1、扩张系数大,可以达到1、2～1、6,即可用小直径胶筒封隔大直径井眼。 2、容易扩张与收缩,即易坐封与解封,胶筒压差为1～1、5MPa即可实现封隔器胶筒的初封。 3、耐高温125～150℃,最高达180℃。 4、承压差大,最大工作密封压力达到50MPa以上。 5、残余变形小,通常残余变形不超过2％。 6、对井眼适应性强,可用于先期完井的裸眼井、套管侧钻开窗井、后期完井的裸眼井、组合套管井与特殊套管井的工艺措施中。 二、K344 型裸眼井封隔器 (一) 结构 由上接头、中心管、密封胶筒、下接头等组成,见图1所示。
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 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。
主要测井曲线及其含义 主要测井曲线及其含义 一、自然电位测井： 测量在地层电化学作用下产生的电位。 自然电位极性的“正”、“负”以及幅度的大小与泥浆滤液电阻率Rmf和地层水
电阻率Rw的关系一致。Rmf≈Rw时，SP几乎是平直的； Rmf＞Rw时SP为负异常；Rmf＜Rw时，SP在渗透层表现为正异常。 自然电位测井 SP曲线的应用：①划分渗透性地层。②判断岩性，进行地层对比。③估计泥质含量。④确定地层水电阻率。⑤判断水淹层。⑥沉积相研究。 自然电位正异常 Rmf＜Rw时，SP出现正异常。 淡水层Rw很大（浅部地层） 咸水泥浆（相对与地层水电阻率而言） 自然电位测井 自然电位曲线与自然伽马、微电极曲线具有较好的对应性。 自然电位曲线在水淹层出现基线偏移 二、普通视电阻率测井（R4、R2.5） 普通视电阻率测井是研究各种介质中的电场分布的一种测井方法。测量时先给介质通入电流造成人工电场，这个场的分布特点决定于周围介质的电阻率，因此，只要测出各种介质中的电场分布特点就可确定介质的电阻率。 视电阻率曲线的应用：①划分岩性剖面。②求岩层的真电阻率。③求岩层孔隙度。 ④深度校正。⑤地层对比。 电极系测井 2.5米底部梯度电阻率进套管时有一屏蔽尖，它对应套管鞋深度；若套管下的较深，在测井图上可能无屏蔽尖，这时可用曲线回零时的半幅点向上推一个电极距的长度即可。 底部梯度电极系分层： 顶：低点； 底：高值。 三、微电极测井（ML） 微电极测井是一种微电阻率测井方法。其纵向分辨能力强，可直观地判断渗透层。主要应用：①划分岩性剖面。②确定岩层界面。③确定含油砂岩的有效厚度。④确定大井径井段。⑤确定冲洗带电阻率Rxo及泥饼厚度hmc。
长水平段水平井钻井技术难点分析及对策分析 我国是国土面积大国，幅员辽阔，矿产资源丰富，其中石油能源就是主要的矿产资源。石油能源的用途非常广泛，在燃料、润滑、建筑、医药等方面都有广泛的应用。随着科学技术水平的不断提高，人们开始认识到，把石油通过蒸馏并依次冷却冷凝而获得不同的油品，如煤油和汽油等。由此可见石油对于社会发展的重要性，在石油行业发展的过程中，开采工作是主要的环节。现阶段，长水平段水平井钻井技术在石油开采工作中，应用的非常广泛，笔者以下将进行主要的论述。 标签：长水平段水平井钻井技术；难点；对策 1 引言 随着科学技术的不断发展，长水平段水平井钻井技术在石油开采中的应用越加的广泛。其自身具有的优势，受到相关企业的广泛欢迎。虽然长水平段水平井钻井技术为石油开采工作作出了突出的贡献，但是在实际钻井的过程中，由于长水平段水平井钻井技术的作业时间较长，且会面临着非常复杂的岩性情况，如果掌控不好，很容易发生一些技术问题，强化长水平段水平井钻井技术水平是非常有必要的。 2 技术优势及技术进展 在科学技术快速发展的背景下，长水平段水平井钻井技术发展的越加完善，其已经在全球范围内被广泛的应用，充分发挥了自身的优势，为石油的开采作出了突出的贡献。油气藏有薄层、低孔低渗和稠油之分，而长水平段能够将渗流面积扩大，提升油气田的整体产量。部分油气藏具有垂直型裂缝，而长水平段能够同时将多条裂缝垂直钻穿，保证多条垂直裂缝能够同时进行油和气的生产。部分油气藏特点为气顶、边底水，应用长水平段技术可以将气和水的锥进状态在一定程度上减缓，将油气产量提升。部分油气藏属于天然气藏，其水平段的高渗透层能够对产气速度进行控制减缓，尤其是近井区域，还能够缓解其紊流的现象，对高渗透气层的整体产能进行改善。一些油气藏属于注水注汽井，长水平段技术能够提升流体注入过程的波峰和注入的体积，一直将流体延伸至深部的油气藏中，提升整体注水气井的效率和效果。除此之外，一些海上油气藏距离陆上较远，通过水平段的长度加长还可以将其穿越，降低海上钻井所需的财力、物力和人力。相较于普通的同直井，水平井的长水平段所占据的井场用地更小，也节省了搬迁和安装钻机所花费的费用。近几年来，水平井大范围应用长水平段技术，其钻井所需的成本逐渐降低，只为直井成本的30%—50%，甚至更低，但其实际投入使用和生产的过程中，产量能够达到直井产量的6倍左右。 长水平段水平井钻井技术自身所具有的优点，受到了国内外石油行业的欢迎，并在全球广泛应用。我国对于长水平段水平井钻井技术也有广泛的应用，但是我国在其核心工具以及钻井技术研发方面比较欠缺，因此相关技术水平提高困
水平井井眼轨道控制 班级：采油60901 学号：200962276 序号：4 姓名：蒋凯 指导老师：卢林祝
在长、中半径水平井的井眼轨迹控制模式的形成和验证过程中，针对不断出现的轨迹控制问题，建立了适应于水平井轨迹控制特点的几个新概念。 一、水平井的中靶概念 地质给出的水平井靶区通常是一个在目的层内以设计的水平井眼轨道为轴线的柱状靶，其横截面多为矩形或圆。可以把这个柱状靶看成是由无数个相互平行的法面平面组成，因此，控制水平井井眼轨迹中靶，与普通定向井、多目标井是个截然不同的新概念，主要体现是: 井眼轨迹中靶时进入的平面是一个法平面（也称目标窗口），但中靶的靶区不是一个平面，而是一个柱状体，因此，不仅要求实钻轨迹点在窗口平面的设计范围内，而且要求点的矢量方向符合设计，使实钻轨迹点在进入目标窗口平面后的每一个点都处于靶柱所限制的范围内。也就是说，控制水平井井眼轨迹中靶的要素是实钻轨迹在靶柱内的每一点的位置要到位（即入靶点的井斜角、方位角、垂深和位移在设计要求的范围内），也就是我们所讲的矢量中靶。 二、水平井增斜井段井眼轨迹控制的特点及影响因素 对一口实钻水平井，从造斜点到目的层入靶点的设计垂深增量和水平位移增量是一定的，如果实钻轨迹点的位置和矢量方向偏离设计轨道，势必改变待钻井眼的垂深增量和位移增量的关系，也直接影响到待钻井眼轨迹的中靶精度。 水平井钻井工程设计中所给定的钻具组合是在一定的理论计算
和实践经验的基础上得出的，随着理性认识的深化和实践经验总结，设计的钻具组合钻出实际井眼轨迹与设计轨道曲线的符合程度会不断提高。但是，由于井下条件的复杂性和多变性，这个符合程度总是相对的。实钻井眼轨迹点的位置相对于设计轨道曲线总是会提前、或适中、或滞后，点的井斜角大小也可能是超前、适中或滞后。 实钻轨迹点的位置和点的井斜角大小对待钻井眼轨迹中靶的影响规律是： ①实钻轨迹点的位置超前，相当于缩短了靶前位移。此时若井斜角偏大，会使稳斜钻至目的层所产生的位移接近甚至超过目标窗口平面的位置，必将延迟入靶，且往往在窗口处脱靶。 ②轨迹点位置适中，若此时井斜角大小也适中，是实钻轨迹与设计轨道符合的理想状态。但若井斜角大小超前过多，往往需要加长稳斜段，可能造成延迟入靶，或在窗口处脱靶。 ③轨迹点的位置滞后，相当于加长靶前位移。此时若井斜角偏低，就需要提高造斜率以改变待钻井眼垂深和位移增量之间的关系，往往要采用较高的造斜率而提前入靶。 实践表明，控制轨迹点的位置接近或少量滞后于设计轨道，并保持合适的井斜角，有利于井眼轨迹的控制。点的井斜角偏大可能导致脱靶或入靶前所需要的造斜率偏高。实际上，水平井造斜段井眼轨迹控制也是轨迹点的位置和矢量方向的综合控制，这对于没有设计稳斜调整段的井身剖面更是如此。 在实际井眼轨迹控制过程中，我们根据造斜段井眼轨迹控制的新
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。
井眼清洁和ECD控制方法 1. 下钻过程中，每30柱灌浆并间断循环，剪切泥浆。 2. 下钻到底后，逐步提高排量和转速到设计值，循环直到ECD值到正常值。 3. 开始时低速钻进，直到ECD值正常。 4. 控制活动钻具的速度，避免产生激动或抽吸压力。 缓慢开泵和停泵。 泥浆返出井口后再活动钻具或转动钻具。 禁止快速活动钻具和停止活动钻具。 改变上提、下放方式之前需要有缓冲时间。 钻具开始转动后，注意观察岩屑返出和ECD的情况。 5. 监测扭阻，摩阻，泵压，岩屑及ECD的情况。 6. 监测出口泥浆和进口泥浆的性能变化。 7. 优化钻井速度以清洗井眼，钻速不要超过钻井设备清洁井眼的实际能力。 8. 每次接立柱前，至少要划眼/倒划眼一个单根。 9. 测斜时，至少提离井底一个单根以防卡钻。采用软开泵方式测斜。 10. 根据需要，采用轻/重泥浆洗井。 11. 采用洗井液洗井时不要停泵，直到洗井液全部返出地面。 12. 井眼清洁标准：循环至振动筛没有岩屑后，再泵入轻/重泥浆洗井，如果没有增加岩屑量， 则认为井眼已经清洗干净。 13. 起钻/下钻循环。每循环一个Bottom-Up将钻具起出一柱，最多起5柱。下钻循环时每循环 一个Bottom-Up下钻一柱，直到下到井底。 14. 对ERD井或存在抽吸现象的井，采用开泵起钻的方式起钻，排量为正常钻进的50-70%左右。 15. 如果必须倒划眼起钻，参数为正常钻进的50-70%左右，同时观察ECD和井眼清洁情况。 16. 如果井眼缩径或井眼被沉砂堵塞，下钻至少2柱，循环干净后再起钻。 17. 如果需要停止起下钻来维修设备，则将钻具座于卡瓦，保持钻具旋转并保持循环。
第四章 试题及答案 一、简答题 1． 影响钻进速度的主要因素有哪些，哪些为可控制的因素？简要分析这些可控因素对钻进 速度的影响。 答： 影响因素：地质条件、岩层性质和钻井深度等客观因素；钻头类型、钻井液性能、水力参数、钻压、转速等可控变量。 钻头类型：因不同的钻头类型适用于不同的地层，选择好钻头可获得高的机械钻速。 钻井液性能：密度增加会降低机械钻速；粘度增加会降低机械钻速，固相含量增加会降低机械钻速，钻井液的分散性增加钻速降低。 钻压：增加钻压，提高机械钻速。 转速：增加转速，一般机械钻速提高，但当钻头齿的接触时间小于破碎岩石的接触时间时，钻速降低。 2． 写出修正的杨格模式钻速方程，简要分析该钻速方程中所列因素对钻进机械钻速的影响 规律。 答： 杨格模式钻速方程为： H P R pc C C h C n M W K 211)(+-=λ υ 式中 pc υ——钻速，m/h ； W ——钻压，kN ； M ——门限钻压，kN ； N ——转速，r/min ； R K 、λ、2C 、H C 、P C 、h 为无因次量。 钻速方程考虑的因素对钻进机械钻速的影响规律如下： （1）岩石可钻性：它包含了岩石强度，以及与可钻性有关的钻头类型和泥浆性能等对钻速的影响；可钻性越大钻速越高。 （2）井底压差：随着井底压差的增加钻速减小。 （3）单位钻压：随着单位钻压的增加钻速增加。 （4）转速：转速的增加钻速增加。 （5）水力净化和水力参数：随着井眼净化程度和水力能量的提高钻速增加。 （6）牙齿磨损：磨损量增加钻速降低。 3． 什么是喷射钻井？喷射钻井能大幅度提高钻速的主要原因是什么。 答：
钻柱旋转对大位移井和水平井的井眼清洗和摩阻压耗的影响 第一篇理论模拟 钻柱旋转对大位移井井眼净化影响规律的研究 摘要 为了研究钻柱旋转对井眼净化效果的影响规律, 选择直径215.19 mm井眼及<127.10 mm钻柱作为环空尺寸, 取钻柱的偏心度为0.5, 选择20 m作为轴向长度构造物理模型。采用欧多相流数学模型对问题进行分析处理, 内边界条件设定为旋转, 外边界条件为井壁(不考虑其摩擦效应) 。数值模拟结果认为, 钻柱旋转带动液、固相做周向旋转运动, 其与轴向流动耦合使得环空内固相运动方式与钻柱无旋转时有很大的不同, 类螺旋流动是液、固相的主要运动方式, 钻柱旋转不仅能降低环空内固相含量, 而且还会使固相移动速度增加, 从而促进水平井段的井眼净化。 关键词井眼净化钻柱旋转大位移井沉积床数值模拟 引言 大位移井与常规井最大的区别在于其有较长的水平位移, 使得井下钻屑经过较长的时间才能到达井口, 在这个过程中固相沉积床的形成使井眼净化变得十分困难。影响井眼净化效果的因素很多, 钻柱旋转是其中之一。研究中考虑钻柱旋转将更加接近于大位移井钻井实际, 对旋转影响的研究 有很重要的理论意义和工程价值。 1 欧拉多相流数学模型 根据前人的研究成果[ 7 - 10 ]及大位移井的钻井实际情况, 笔者选择 215.19 mm 井眼及127.10mm钻柱作为环空尺寸, 同时取钻柱的偏心度为 0.5, 根据计算机CPU及内存的实际情况, 选择20m作为轴向长度构造物理模型。通过理论分析、比较及对现场实际情况的调研, 笔者采用欧拉多相流数学模型对问题进行分析处理。所建立的数学模型如下面所述。 1.1 体积分数 体积分数的计算公式 1.2 流体连续性方程 根据实际情况，环空内液相之间没有相互的质量传递 1.3 流体运动方程q相受力包括: 质量力、虚拟质量力、相间相 互作用力、共有压力等 q相受力包括: 质量力、虚拟质量力、相间相 互作用力、共有压力等 1.4 边界条件 物理模型为偏心环形空间, 其一侧端面为液、固2相混合入口, 另一侧端面为液固2 相混合出口; 环空内壁为钻柱, 不考虑接头的影响, 内边界条件设定为旋转; 外边界条件为井壁(不考虑其摩擦效应) 。计算中相应初始条件及参数的设定如下: 井眼直径21519 mm, 流速30 L / s, 粘度25 mPa·s,颗粒直径 1 mm, 转速100 r/min, 偏心度015, 固相体积分数5%。 1.5 网格划分物理模型及网格划分如图1所示。计算中先采用较疏的网格, 再不断进行细化。当计算流场划分为56 ×8×360个网格时, 与它前面使用的网格计算结果相比, 二者之间的差异达到了可以忽略的程度, 因此对环空模拟计
水平井井眼净化问题 井况因素： 井眼净化程度与井况和环空几何形状有密切关系，钻柱的偏心程度由井斜角来决定，环空的几何形状又由钻柱的偏心程度来决定。 根据一口井井斜角的大小的变化，可分为四个不同范围的井眼净化问题。在这四个不同范围内，岩屑床的形成与表现各不相同：1、接近于直井（0°—10°），井斜角10°时，岩屑在重力的影响下开始向井眼低边聚积；2、低井斜角（10°—30°）时，岩屑床开始形成，但不稳定；3、中间段（30°—60°）；4、高井斜段（60°—90°）。岩屑床随着井斜角的增大逐渐变厚，同时在井眼低边存在着聚积趋势，这种趋势直到井凭着角达到60°左右时消失，因为此时由于重力影响的岩屑下滑将停止。由于油基泥浆和合成基泥浆比水基泥浆有很好的润滑性，所以，因重力影响产生岩屑下滑现象消失所城的最大井斜角，油基泥浆和合成基泥浆要比水基泥浆大。 上述四个不同范围在所有的水平井都存在，但根据大量实践，在这四个范围内，钻井液的特性和钻井施工措施应要主集中在最关键的一段上，当然其它段也不能忽视，中间段（造斜）（30°—60°）一般来说是净化最困难的，因为在本段岩屑床开始形成，并在井眼底边能向下滑移，向井底堆积，导致各种井下复杂问题，在大量的油田实践中已经发现，由于生物聚合物泥浆具有优越的水力学特性，周到屑床的形成和滑移情况比常规泥浆对井斜角的敏感性小。环空几何形状的不同影响环空流速和剪切速率。在大尺寸井眼，尤其是冲蚀形成的井眼扩大段，由于环空返速的下降，而岩屑开始堆积。在井斜角小于50°时，堆积的岩屑将脱离井壁，向井底下滑，并封堵环空，所以必须提高环空返速而改变岩屑的运移。 钻柱的偏心影响环空流速的分布情况，近而导致岩屑床的形成和阻碍钻柱的转动。在井斜角大于20°时，钻柱产生偏心（趟在井眼低边），，这就迫使大部分泥浆沉着高边流动，而影响岩屑的有效运移。这种偏心分布的流速状况给低边的岩屑提供了很小的运移能量，因而导致岩屑床形成。 流速因素： 环空返速是井眼净化的关键因素，在不考虑流态的情况下，提供环空返速将改进岩屑运移，在极度高返速时（井将变为紊流），大部分或全部岩屑能
引言 目前国内外钻井技术日新月异，井身结构越来越复杂。现代钻井技术已经实现对许多大井斜角、大水平位移的高难度井的钻进。在大位移井的钻进过程中，岩屑沉积问题一直尤为严重，若不能很好的清理沉积的岩屑，将会引发一系列问题影响钻进。岩屑沉积不仅增大了钻具的扭矩及摩阻，降低钻速，且直接影响钻井、固井等作业的正常运行[1]。 大位移井井眼净化问题是阻碍钻进速率的重要因素。为了更安全、高效的实现大位移井钻进，井眼净化问题的解决显得极为迫切。 1 大位移井井眼净化问题分析 在大位移、大斜度井中，岩屑有一种向下崩落的自然倾向，造成在井筒内的积累。当钻井泥浆的流速变得不足以维持一个干净的井眼时，在井底就会形成岩屑床，给钻井工作带来负担。尤其对于保持高速钻进的井眼倾斜超过30°的大水平位移井是十分关键的，现场作业中通常会需要额外的钻井时间来进行清理工作。过程中，钻井和井眼净化过程包括高转速、高流量、循环、高压冲洗、通井、循环冲刷井底、慢脱扣、划眼和倒划眼等。 井眼净化的好坏对钻井的性能和成本有很大影响，特别是对受时间成本影响很大的海上钻井平台。在钻井开始，一切工作似乎都进展顺利时，岩屑就开始从井底自下而上的充满井筒。当岩屑的量在一个可以接受的范围内时，因为并不影响正常的钻进而被人们忽视，直到钻井工作显示很多异常，出现越来越多的问题时才引起人们的警觉。如果继续无视这一问题，那么就会出现一系列钻井异常情况，比如机械钻速降低、需要高钻压、扭矩不稳定、切削速率不稳定、卡钻等现象。一旦发生这种情况，就必须采取必要的补救措施，诸如额外的通井、洗井、长时间的钻井液循环以及其他的常用的故障排除方法。 在井眼直径较小（小于8?英寸）时，尤其是水平井中，井眼净化的标准是不同的。过高的环空压力和高当量循环钻井液密度（ECD）会使岩屑在井底不断沉积，从而加快井底岩屑床的形成。随着井眼中水平段的长度增加，这个问题愈加严重，特别多见于大位移井（ERD）中。人们往往存在这样一个错误的认识，认为高速的管柱旋转和高的泵功率可以保持岩屑的悬浮，只要保持较高的水功率和钻柱旋转速度就可以把岩屑从井底运输到地面。从物理学的普遍规律来看，在任何给定的时间内将至少20%的岩屑总量以悬浮状态运输到地面是可能的。但在工程实践中，将规范的钻井操作、对钻井程序的连续监测结合起来才是保持井眼清洁，获得最优钻井时间的最佳方法。 2 影响大位移井井眼净化因素分析 实际钻井过程中，大位移井井眼净化问题的影响因素很多，比如井眼尺寸、钻井液性能及排量、钻具转速及钻速、人为操作等。综合分析，主要因素可分为以下四个方面：钻井条件、钻井机械、钻井参数、钻井液。 2.1 钻井条件 钻井条件主要包括地层特性、井斜角、井眼尺寸等。 在大位移井钻井过程中，地层特性将直接影响井眼净化问题。地层岩石胶结性越差，越可能引发钻进过程中井壁坍塌、井漏等井下复杂情况[2]。 在钻井条件中，井斜是造成井眼净化的根本困难。井斜角越大，所形成的岩屑床越厚，钻井液可携岩屑回返的临界流速越高，钻井液的携岩及清除能力越弱。另外，井斜的位移大小、所钻井井眼类型、井眼轨迹规则与否也会对井眼净化效果有所影响。 2.2 钻井机械 大量工程实践证明，大位移大斜度井所用钻头类型及钻具旋转情况对井眼净化有直接影响。钻头选用类型的不同，决定了碎岩后形成的岩屑大小不同，如钻井常用的PDC钻头和牙轮钻头，前者所形成的岩屑更小，更容易被钻井液携带回返至地面；钻具的旋转，不仅能将一些较大的岩屑碾碎成小岩屑，而且可以搅动回返的钻井液，增加环空内钻井液的紊流程度，钻井液携岩回返更为容易[3]。 2.3 钻井参数 钻井参数对大位移井井眼净化的影响主要表现在机械钻速和钻井液排量两方面。 机械钻速越高，所形成的岩屑越快越多，在大位移大斜度井中，由于钻井液携岩能力有限，在井眼残留堆积的岩屑越多，岩屑床高度越大，而且堆积的岩屑增大了环空 浅析大位移井井眼净化问题 杨恒涛 中石化胜利钻井研究院 山东 东营 257000 摘要：本文对大位移井井眼净化问题进行简要分析并重点归纳了四类大位移井井眼净化的因素，同时介绍了一种国外先进的机械井眼净化设备，为国内的大位移井井眼净化技术的发展提出了期望和建议。 关键词：大位移井 岩屑床 井眼净化 机械净化设备 Wellbore cleaning in extended reach well Yang Hengtao Research Institute of Drilling，Shengli Oil? eld，SINOPEC，Dongying 257000，China Abstract：This paper describes the wellbore cleaning in extended reach well along with four kinds of factors that affect the cleaning. An advanced mechanical wellbore cleaning device is introduced as well to offer advices for the development of the cleaning technology. Keywords：extended reach well；cutting bed；wellbore cleaning；mechanical cleaning devices 177