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。

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。

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。