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一种保持大斜度定向井井眼清洁的有效技术王爱宽1 高 虎2 邵晓伟2 张晓凯3 杜 丽3(11中原石油勘探局钻井一公司 21中原油田分公司信息中心 31中原油田分公司采油二厂)摘 要 为了提高大斜度定向井的施工安全,钻井过程中及时清除岩屑床,研究出了一种射流除屑剂。
该除屑剂的施工要求为:密度比基液高014～015g/cm3,在环空中至少有61～122m,除屑过程中必须保持连续开泵循环,采用正常排量循环除屑,钻具转速应为80r/min 左右。
,应使用3～4次除屑剂清砂。
使用该除屑剂清砂作为预防措施时,每6～8h或钻进150～300m进行一次清砂。
现场实践表明:应用该除屑剂能有效清除大斜度井段的岩屑,避免岩屑床的形成,保证大斜度定向井的施工安全。
关键词 大斜度定向井 岩屑床 射流除屑剂 井眼清洁 技术引言 在大斜度定向井的施工过程中,由于井眼得不到及时清洁,钻井事故时有发生。
岩屑床的形成,往往导致转动钻具时扭矩增加,钻具上提遇卡下放遇阻,甚至造成压差卡钻等复杂情况,及时的清洁井眼就显得尤为重要。
Ξ 在不断的实践与研究过程中,国内外专家对井眼清洁问题都做出了艰苦卓绝的努力。
陈乐亮[1]对井眼净化进行了细致的研究,黄丽萍[2]提出了机械法清除岩屑床,胡景荣[3]针对大斜度定向井的井眼净化问题,提出了“融钻进与清除岩屑床为一体”的作业工艺设想。
基于这一思路,研究出了一种与钻井施工为一体的射流除屑剂。
传统除屑方法在长裸眼井段的大斜度井中,总是达不到预期的效果。
应用射流除屑剂的方法清除堆积在下井壁的岩屑床,改变了过去清除岩屑的模式。
研究表明,应用稀钻井液产生紊流,清除岩屑床的效果远比稠钻井液有效[4]。
1 旧模式的不足钻井过程中井眼得不到很好的清洁时,最先考虑的往往是排量和钻井液粘度是否合适,实际上钻井液的流变性是至关重要的因素。
很多传统的模式建立在“平均环空流速”基础之上,这种模式仅适用于直井和定向井的直井段,因为在这些井型中,钻井液的流变性始终保持一致,但不适用于造斜点以下的定向井段。
112大位移井所涉及的关键技术手段相对较多，像井眼清洗技术、井眼轨迹优化设计、井壁稳定技术、降摩阻技术、固井技术等等，笔者主要针对大位移井的技术要点进行探讨和分析。
1 钻井降摩阻技术1.1 降摩阻和扭矩的原理分析斜井眼之中，钻井摩阻一般为裸眼段运动摩阻和套管段运动摩阻的总和，同时，摩阻也是井壁摩阻的因数和井壁法向压力因素二者的乘积之和。
同时摩阻会随着其他因素的变化而发生相应的变化，随着摩擦和斜角的不断增加，而随之增大，如若降低摩阻，则可以一定程度降低裸眼摩擦因数、裸眼接触面积、套管摩擦因数以及减少钻柱给井壁所带来的正面压力。
1.2 降摩阻和扭矩的方法其一，钻井液性能的把控。
现阶段，大位移井的钻井过程中，都会应用合成基站钻井液和油基钻井液，此类钻井液在实际应用过程中体现了较佳的性能，具有防塌性和润滑性，所需成本相对较高，难以处理，还会给环境带来一定程度的污染。
水基钻井液在防塌抑制性能和润滑性能方面的表现相对较差，具有一定的局限性，水平位移情况相对适宜，加之地质、地势条件良好，这一情形之下，可选用对环境影响较小的水基钻井液，降低钻井液的应用成本[1]。
其二，钻井液润滑性的调整。
大位移井对于钻井液的润滑性能具有相应的要求，需满足以下几个条件，钻井液润滑因数小于0.15，同时滤饼的摩擦因数小于0.1，摩擦因数低于40%。
水基钻井液的应用过程中，可以运用极压润滑液的处理方式，提高钻井液的实际润滑性，减少钻井摩擦阻力。
其三，钻井液的性能调节。
对钻井液中固相颗粒的分布情况进行调整，这样可提高滤饼质量，降低滤饼的实际厚度，减小滤饼的面积，缩减滤饼和钻柱的面积，降低压差卡钻的几率，而后再将钻井液密度一定程度的削减，最终达到降低钻井摩阻的效果。
大位移井钻井技术要点陈立有长城钻探工程公司钻井二公司 辽宁 盘锦 124011摘要：当前的社会背景下，各行各业的发展和运作中都意识到了引入先进技术手段的重要性，凸显这些技术的应用优势，获取更高的经济效益。
大位移井井眼净化的理论与方法摘要：在大斜度大位移定向井中，岩屑易在井眼中形成岩屑床，导致下钻遇阻、蹩泵甚至卡钻。
本文在分析大井斜大位移井井眼净化程度以及井眼不清洁危害的基础上，对钻井液携岩效果的影响因素和岩屑床的清除办法进行了探讨，提出了将提高钻井液环空返速、改善钻井液性能与机械清除岩屑相结合的方法。
关键词：大斜度大位移；岩屑床；井眼净化；流变性；悬浮能力；概述随着海洋石油勘探开发的需要以及海洋石油平台开采的限制，大井斜、大位移定向井占总钻井工作量的比例也越来越高。
由于该类井井斜大、稳斜段长，造成岩屑携带困难，影响到钻井的正常进行，甚至造成卡钻的井下复杂事故，定向井随着井斜及位移的增大，岩屑的携带也越来越困难，对于大位移井的井眼净化显得尤为重要。
1井眼净化的影响因素影响大井斜大位移定向井钻井液携岩效果的因素有很多，在现场施工中经常遇到的有以下几个方面。
1.1井眼轨迹井斜角是影响钻井液携岩效果的主要因素之一，除直井外，不管使用何种钻井液，都有岩屑床的形成与存在，井斜提供了其形成的条件，岩屑床厚度取决于井斜角的大小；不管是用清水还是具有流变性的流体作钻井液，环空岩屑总浓度、临界流速（可携带岩屑的最低流速）均随井斜角的增大而增大，而在海洋石油调整井的开发中，定向井轨迹中存在扭方位，稳斜段长的特点，这无疑给携岩带来了压力，极易形成岩屑床。
1.2环空返速环空返速也是影响定向井钻井液携岩效果的主要因素之一，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。
在任何井斜角下，无论使用层流还是紊流，提高环空返速，都会使钻井液携岩效果得到改善；但是对于大井斜大位移井来说，环空返速存在一个最佳范围，环空返速过低影响钻井液携岩效果，造成摩阻过大而引起卡钻等井下复杂情况；环空返速过高的同时又存在着压耗增加、钻井泵能力有限和因冲刷井壁而造成井壁失稳、井径扩大和井眼质量不好等负面效应。
在多数情况下，将环空返速保持在0.8～1m/s就可满足携岩的要求，这样既能使泵压保持在合理的范围内，又能够降低钻井液在钻柱内和环空的压力损失，使水力功率得到充分、合理的利用。
大位移井井眼清洁技术在PH-ZG1井的应用
刘胜
【期刊名称】《长江大学学报（自然版）理工卷》
【年(卷),期】2018(015)007
【摘要】井眼清洁不干净极易导致钻头早期磨损、钻速降低、高扭矩和高摩阻等井下事故,直接影响到钻井效率和安全钻井,关系到大位移井钻井的成败.因此,井眼清洁技术是大位移井钻井关键技术之一.为了使现场的工程技术人员较准确地确定井眼清洁水力参数和施工参数,从工程控制角度定性地分析井眼清洁的4个关键参数,包括钻井液流变性、钻井液环空返速、钻井液排量以及机械转速,从理论上推导出适用于现场井眼清洁的一套计算方法,并在PH-ZG1大位移井的现场工程施工中大获成功,达到了指导实际工程的目的.
【总页数】4页(P58-61)
【作者】刘胜
【作者单位】中海油服油田化学事业部上海作业公司,上海200000
【正文语种】中文
【中图分类】TE254
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超深大位移井高效井筒清洁与预校深一体化提效工艺
葛俊瑞;李三喜;李艳飞;蔡斌
【期刊名称】《海洋石油》
【年(卷),期】2024(44)1
【摘要】超深大位移井的井眼轨迹复杂、井斜大、稳斜段长,常规套管程序为
ϕ244.5 mm套管与ϕ177.8 mm尾管复合,且刮管洗井阶段存在随钻预校深为射孔备用的需求,常规采用两趟管柱分别实现井筒清洁、随钻预校深的功能,造成井筒清洁效率低、作业周期长。
通过集成优化组合多功能清洁工具、可变径刮管器、随钻测井工具和分流转向阀工具,设计形成了高效井筒清洁与预校深一体化管柱结构,重点开展了水力学模拟、管柱安全评价、工艺流程优化,实现复合井筒一趟式高效清洁和随钻预校深一体化功能,相比常规两趟式方案提效30%。
该技术在东海3口超深大位移井中成功应用,井下工具工作正常,相比同类井型常规工艺单井平均缩短43.6 h,具有显著的提速提效作用。
【总页数】5页(P46-50)
【作者】葛俊瑞;李三喜;李艳飞;蔡斌
【作者单位】中海石油(中国)有限公司上海分公司
【正文语种】中文
【中图分类】TE257
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第十章大位移井技术第一节大位移井意义及挑战一．大位移井定义大位移井即水平位移与垂深之比大于或等于2的，或者水平位移超过3000m的井。
但在深水井中概念稍许变化，称为深水大位移井，但其水垂比不能沿用常规大位移井大于或等于2的概念。
二．大位移井的历史目前世界记录是BP公司在Wytch农场钻的M16井：总井深=11，277m，水平位移=10，727m，TVD=1636m，水垂比=6.55；海上水平位移最大记录：澳大利亚的Goodwyn A18井：水平位移=8，306m，总井深=9，277m；国内西江24-3-A14井总井深=9，238m，TVD=2，985m，水平位移=8，062.7m，水垂比=2.7。
三．大位移井的主要作用1）水平位移大，能较大范围控制含油面积，开发相同面积的油田可以大量减少海上钻井平台的数量；2）省建人工岛和固定平台的费用；3）大位移井勘探开发近海油田，距海岸10km左右近海油田，均可从陆地用大位移井勘探开发；4）用大位移井代替海底井，不用海底设备，节省大量投资；四．钻大位移井的技术挑战1）井眼清洁；2）高摩阻扭矩，需要高抗扭抗拉和耐压钻杆；3）大斜度长裸眼稳斜段，套管的安全顺利下入；4）平台设备能力配套与常规井差别，常规超深井考虑钻机的动力和提升载荷能力，而大位移井侧重考虑水力和顶驱输送扭矩能力；5）井斜大，裸眼段长，井眼侵泡周期时间长，影响井壁稳定性；6）普通井的经验很多不适合大位移井，大位移井一旦出现失误，惩罚比普通井严重；7）储层埋藏深度不确定性和仪器精度误差对钻井轨迹调整影响；8）钻杆伸缩性大，在接近完钻深度只能单根钻，对复杂情况处理活动空间小。
第二节大位移井井眼清洁井眼清洁在大位移井中是个很关键的因素，制约大位移井延伸能力。
斜井清洁跟直井区别很大，至少需要比直井很长的循环周时间，而且在程序方法处理上也大大不同，随着井斜的增加，井眼清洁难度加大，岩屑上返更加困难，需要循环时间更长。
大位移井技术一．大位移井定义大位移井即水平位移与垂深之比大于或等于2的，或者水平位移超过3000m的井。
但在深水井中概念稍许变化，称为深水大位移井，但其水垂比不能沿用常规大位移井大于或等于2的概念。
二．大位移井的主要作用1）水平位移大，能较大范围控制含油面积，开发相同面积的油田可以大量减少海上钻井平台的数量；2）省建人工岛和固定平台的费用；3）大位移井勘探开发近海油田，距海岸10km左右近海油田，均可从陆地用大位移井勘探开发；4）用大位移井代替海底井，不用海底设备，节省大量投资；三．大位移井剖面设计大位移井的设计与常规井差不多，但是大位移井面临设备挑战和钻具钻井的极限，因此设计要不断进行优化和论证，将地层、靶点着陆、摩阻、水力、钻具组合等在剖面设计中结合表现，这样一个完整的设计才是优秀的设计，在指导打井才更具有实际意义。
在设计中并非将设计归于单一的设计剖面选型，而是将设计结合实际情况，将设计约束因素进行排比，进行权衡，因此井的剖面有时是两种剖面类型以上结合使用。
以下为设计简单应用举例：a）关于上部地层夹层多，易井漏，垂深较深：由于大位移井井身结构剖面简单，一般8-1/2"井段为生产段，一个是从完井油管角度考虑，另外就是钻柱的强度限制大位移井小井眼的延伸，因此在不可能增加小井眼钻井情况下考虑这种情况，如果选择单一的造斜率，当然减少摩阻和井深，但增加表层17-1/2"井段的斜深，增加大井眼的钻井难度和13-3/8"套管下入难度，如果使用双造斜率，在上部井段使用较小的造斜率或拟悬链曲面，以尽可能小的井斜角及最短的井深到达易漏层段下，将其封隔好，减少17-1/2"井段作业压力，然后在12-1/4"井段继续造斜，毫无疑问12-1/4"井段稳斜角将高于第一种方案，方案变化其实将17-1/2"部分压力嫁接给12-1/4"，因此方案的优选要进行综合评估。
定向井井眼净化技术定向井施工中，尤其是大难度大位移定向井，常有砂床存在，它的存在极易引起起下钻阻卡、磨阻增大、划眼、电测遇阻等井下复杂情况，甚至卡钻等到事故，钻井液钻进过程中的循环流体，其性能优良与否，对钻井安全十分重要。
为了改善钻井液的携砂性，提高钻井液对“砂床”的清除能力，合理控制钻井液的流变性，并结合“变排量”洗井、短起下、“紊流段塞”洗井技术，较好地解决了“砂床”对安全钻井造成的危害。
一、钻井液的流变性定向井钻井液携砂性能的好坏是衡量钻井液流变性优劣的重要标准。
定性地讲：（1）振动筛筛面返砂与钻井速度相比正常；（2）钻井液各种性能参数稳定；（3）钻井各工况井下正常；（4）地质录井岩屑不混杂，地质分隔清晰。
就认为相应情况下钻井液流变性能对于清洗环空井眼比较合适。
而对应地层位置如发现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，就认为钻井液流变参数不利于环空携沙。
中原油田定向井井斜大多在30~40度，据国外资料分析和钻井实践证明，此井斜区间为最困难井段，岩屑运移中“爬坡”过长，极易形成“砂床”，一旦“砂床”形成，对钻井安全、完井作业十分不利。
对一口井来讲，施工中除去钻井液流变性外，其他条件几乎都是不可变因素。
因此，调整钻井液流变性、提高携沙悬浮能力是改善井眼净化效果的重要措施。
1．技术思路钻井液是一种非牛顿的塑性流体，其成分组成决定了它具有粘滞性。
井斜增大后，影响井眼净化效果的主要因素是钻井液上返速度和有效是粘度，视粘度增加，携砂所须的最底环空上返速度就下降，环空岩屑也相应降低。
受水力参数和机泵功率的限制，视粘度也不能过高；同时为防止砂床过快过厚的形成，兼顾井下安全、激动压力的大小，钻井液具有适度的表观粘度、较高的静结构和较低的变性（静结构随时间的变化降低），此体系有利于提高井眼静化效果。
2.技术要求根据室内模拟实验，结合有关资料和现场经验，首先正电胶MMH作为定向井钻井液的流型调节剂。
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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
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据其相应值的变化可得到相应的塑性黏度和动切应力，这两个参数也是钻井液性能的重要指标，工程上追求钻井液性能为低塑性黏度和高动切应力，也就是高t/r，对钻井液携砂有利。
3 钻井液流态对井眼清洁的影响
钻井液循环流动过程中常见的流动模式为尖
峰型层流和紊流状态，尖峰型层流的特点是流体流动过程中过水断面流速分布不均与，流动中心的流速最快，靠近两侧的流动速度最慢，这种流体状态下会导致井壁周围的岩屑无法有效清除，从而堆积形成岩屑床。
紊流的特点是流体过水断面流速分布均匀，携砂过程中岩屑不存在翻转滑落现象，对携砂较利，但不足之处是紊流时流体的流动是紊乱和无规则的，而且紊流流速高，动能大，对井壁有较强的冲蚀作用，容易引起井壁垮塌，不利于井壁稳定。
结合这两种流态的优点，工程上追求钻井液的流态为平板型层流。
平板型层流流动中心存在一个等速核，等速核直径越大越可实现用环空返速较低的钻井液有效地携带岩屑。
钻井液流态的判断采用综合雷诺系数来判别，当综合雷诺系数>2000时为紊流，雷诺系数为2000时按公式(1)计算出临界返速，钻井液流动
过程中返速大于临界返速时为紊流。
公式(1)式中：v c -临界返速，cm/s；μp -塑性黏度，Pa•s；τo -动切力，Pa；ρ -钻井液密度，g/cm；
D -井径，cm；d -钻杆或钻铤外径，cm。
平板层层流的理想状态是流动中心的等速核和环空直径相等，即环空流动状态为完全平板化，影响平板化层流平板化程度的因素如公式(2)。
公式(2)式中：d0 -流核直径，cm；D -井径，cm；d -钻杆或钻铤外径，cm；v f -钻井液上返速度，m/s。
从公式中可以看出流核直径的大小与动塑比及上返速度有关。
4 钻井液返速对井眼清洁的影响
钻屑在环空中的运移规律为靠自重岩屑在环空中有下沉的趋势，而钻井液向上流动过程中由于摩擦力的存在会携带岩屑向上运移，根据实验证明，对于钻井液非牛顿流体的塑性流体模型，钻屑在钻井液中的下沉速度小于或等于环空返速的一半则能达到井眼净化要求，由公式（3）可以得出最小的环空返速[2]。
公式(3)式中：v a -环空返速，m/s；d s -钻屑当量直径，mm（通常牙轮钻头d s=10mm；PDC钻头d s=8mm）；ρm -钻井液密度，g/cm；μ-环空钻井液视黏度，mPa•s。
根据公式计算的井眼净化所需的最小环空返速可以指导作业过程中满足井眼清洁所需的钻井排量要求。
5 结论
（1）通过钻井参数对井眼清洁的影响分析，作业过程中在允许的范围内尽量提高钻具转速和适当的控制机械钻速来达到井眼净化要求。
（2）提高钻井液性能中的动塑比来提高钻井液的携砂能力，从而达到井眼净化要求。
（3）钻井液循环流态尽量避免紊流和尖峰型层流的出现，尽量使钻井液流态处于平板化程度较高的平板型层流，既能满足携砂要求又能保证井壁稳定性。
（4）井眼清洁对于钻井液环空返速要求较高，作业过程中尽量使钻井液环空返速处于大于2倍岩屑下沉速度而小于紊流的临界返速之间。
（5）影响井眼清洁的因素还有很多，本文只针对了其中一部分影响因素进行了分析，其它方面的影响因素还需后续继续分析研究。
◆参考文献
[1] 郭晓乐，连吉弘，胡家品，等. 惠州油田大位移井水力参数设计难点及对策研究[J].重庆科技学院学报（自然科学版），2011，13(4)：36-40.
[2] 董星亮等编著. 海洋钻井手册[M].北京：石油工业出版社，2009.
收稿日期：2019-04-15；修回日期：2019-06-18。
