淺析蘇北張家垛區(qū)塊巖屑床問題

袁毅（華東石油工程公司六普鉆井分公司，江蘇鎮(zhèn)江 212003）

淺析蘇北張家垛區(qū)塊巖屑床問題

袁毅（華東石油工程公司六普鉆井分公司，江蘇鎮(zhèn)江 212003）

蘇北張家垛區(qū)塊由于儲層具有薄、多油層、地層傾角大等特點(diǎn)，大斜度井成為開發(fā)該區(qū)塊的主要途徑，但由于井斜大巖屑床極易形成，加之地層容易產(chǎn)生剝落掉塊，導(dǎo)致井下遇阻卡嚴(yán)重，多次發(fā)生井下井下復(fù)雜與事故，一定程度影響了該區(qū)塊的開發(fā)。文章對巖屑床的形成原因與影響因素進(jìn)行了分析，針對該區(qū)塊的特點(diǎn)提出了一些解決措施并得到應(yīng)用，對于保證該區(qū)塊的安全鉆井、縮短施工周期具有一定參考意義。

大斜度井；巖屑床；鉆井液性能；鉆具；井斜角

張家垛區(qū)塊大井斜井井斜大，極易形成巖屑床，導(dǎo)致井下遇阻卡情況頻繁發(fā)生，一旦處理方法不正確造成卡鉆等復(fù)雜情況。造斜、穩(wěn)斜段會鉆遇大段的硬脆性泥頁巖，水化作用使硬脆性泥頁巖強(qiáng)度降低導(dǎo)致井壁失穩(wěn)。由于井眼不清潔給作業(yè)帶來困難，如機(jī)械鉆速低、起下鉆遇阻卡、測井遇阻等。由于巖屑床及井壁失穩(wěn)導(dǎo)致的張**井的事故，處理耗時(shí)數(shù)月、造成直接損失上千萬。由此可見巖屑床的危害之大，解決該問題的急迫性。

1 井巖屑床形成原因

1.1 井斜角造成的鉆具偏離井眼中心線

井斜越大、鉆具與井眼接觸的面積越大，面積越大粘卡的可能性也越大。

1.2 鉆井液流動速度的不均勻

井斜大使得鉆具貼著井壁，環(huán)空鉆井液流動軸線速度在井眼低邊的接近于零、切向分量自高邊向低邊不斷降低。鉆井液很難將低邊附近的巖屑攜帶至井口，低邊附近的巖屑不斷被鉆具研磨、壓實(shí)，加重了巖屑床，井壁的潤滑性降低了，降低了鉆速。

1.3 密度差造成巖屑的重力沉積

巖屑趨向沉積于井眼低邊形成巖屑床的另一個(gè)原因是巖屑密度大于鉆井液密度。巖屑床的存在使得鉆具受到的扭矩增大、轉(zhuǎn)盤負(fù)荷加大、鉆具上下活動摩阻增加、鉆壓很難傳遞給鉆頭形成托壓，影響機(jī)械鉆速。

2 巖屑床的影響因素［1］［2］

2.1 環(huán)空返速

提高返速對井眼凈化很有效果，提高泥漿返速可以降低環(huán)空巖屑床厚度，同時(shí)巖屑床達(dá)到穩(wěn)定以及被清除時(shí)間得到縮短。返速對巖屑床形成速度影響較大，返速越大，環(huán)空形成的巖屑床達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的厚度越小，環(huán)空達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)所需時(shí)間越短。張家垛區(qū)塊在目的層施工時(shí)使用LWD儀器時(shí)受排量限制，井眼清潔差，加重了巖屑床問題。

2.2 井眼軌跡

張家垛區(qū)構(gòu)造復(fù)雜，由于儲層變化大，儲層垂直深度、厚度薄，另外該區(qū)塊油層發(fā)育受構(gòu)造影響大，地層傾角25°-40°，油層井斜80°-90°，地質(zhì)需要調(diào)整軌跡，導(dǎo)致井眼軌跡復(fù)雜，甚至狗腿度超標(biāo)，加劇了巖屑床的形成，下部鉆具存在明顯的托壓粘附現(xiàn)象。使用螺桿鉆具鉆進(jìn)會使一大段鉆柱貼在低端井壁上，在鉆柱和井壁接觸面附近存在“循環(huán)盲區(qū)”，在接單根和起下鉆時(shí)，這些“循環(huán)盲區(qū)”使重晶石和巖屑聚集在低邊井眼井壁上。

2.3 鉆具與巖屑床的相對狀態(tài)

實(shí)踐說明在大斜度井段，當(dāng)鉆具與巖屑床處于相對靜止?fàn)顟B(tài)巖屑床很難受到破壞，且厚度可能會逐漸增加；鉆具相對巖屑床處于運(yùn)動狀態(tài)會因鉆具及其接頭部位、扶正器等作用使得巖屑床表面巖屑再次進(jìn)入鉆井液，隨之返出井口。鉆桿旋轉(zhuǎn)有利于攜巖，轉(zhuǎn)速越大，巖屑床厚度越小，而減小到一定程度就停止，在8 1/2＂井眼中使用5 1/2＂可以較小環(huán)空間隙，同樣排量下環(huán)空返速增大，利于鉆井液向紊流狀體改變。

2.4 井斜角

井斜角在30°-60°范圍內(nèi)的井段，巖屑沿軸線上返速度接近為零、而軸向滑向鉆進(jìn)方向的滑落速度大于零、沉向井底低邊的沉降速度大于零最終形成巖屑床，停泵期間更容易形成巖屑沉積，隨著時(shí)間的推移環(huán)空鉆井液中懸浮的巖屑顆粒的粒徑和濃度均呈由小到大的垂直分布，這無疑易造成鉆進(jìn)進(jìn)行困難，嚴(yán)重時(shí)會引起井眼堵塞甚至引發(fā)卡鉆。張家垛區(qū)塊的3次井下復(fù)雜情況就是這樣出現(xiàn)的。

2.5 鉆井液性能

蘇北張家垛區(qū)塊的經(jīng)驗(yàn)是提高懸屑、攜屑的重要途徑是提高低剪切速率下的視粘度，降低高剪切速率下的粘度。鉆井液粘度的升高有利于攜屑能力的提高，但超過一定值攜屑能力反而下降。也可以通過提高鉆井液密度，一定程度上達(dá)到提高鉆井液攜帶巖屑的能力，因?yàn)檫@樣減小了巖屑與鉆井液的密度差。

3 清除巖屑床的措施

3.1 傳統(tǒng)措施

3.1.1 大斜度井段通過短起下鉆，以達(dá)到破壞巖屑床的目的，當(dāng)存在開泵困難、下鉆頻繁與阻的情況下可以下簡易鉆具組合通井。

3.1.2 盡可能使泥漿在環(huán)空中達(dá)到紊流狀態(tài)，以提高鉆井液的懸浮能力和攜巖效果，保證動塑比在0.45-0.6，控制巖屑床的形成，確保鉆井液足夠的攜巖能力。

3.1.3 在大斜度井段使用高粘鉆井液不定期清掃井眼、破壞巖屑床；盡可能減少滑動鉆進(jìn)，都可以有效的減少巖屑床的形成，也為井下安全提供條件。

3.2 新措施具與專用工具［3］［4］

3.2.1 重漿

配置一種重漿——粘度低、密度高出普通鉆井液0.36一0.48 g/cm3，重漿按正常排量循環(huán)，同時(shí)以80 r/m in的速度轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)盤，重漿可以攜帶大量虛泥餅和鉆屑，返到地面后經(jīng)固控設(shè)備過濾而被排掉。在使用重漿的同時(shí)開動轉(zhuǎn)盤，轉(zhuǎn)速盡可能高，因?yàn)檗D(zhuǎn)速越高巖屑清除效率更明顯。但該方法受限于井下MWD工具對轉(zhuǎn)速的限制，通常使用時(shí)小于100 r/m in。

3.2.2 機(jī)械清巖工具

機(jī)械清巖工具凈化井眼的作用很好，比如改進(jìn)的扶正器，減少扶正部分的長度，當(dāng)鉆具旋轉(zhuǎn)時(shí)，在扶正器部位形成紊流，堆積的巖屑顆粒被攪動重新進(jìn)入環(huán)空懸浮起來，然后被鉆井液攜帶出井眼，鉆具的旋轉(zhuǎn)也形成一種旋流，有利于巖屑懸浮起來，進(jìn)而對巖屑形成沖刷作用。

［1］胡景榮，再論大斜度井的井眼凈化問題［J］，鉆采工藝，2011.2：14-16.

［2］大位移鉆井全井段，巖屑動態(tài)運(yùn)移規(guī)律，郭曉樂，汪志明龍芝輝，中國石油大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）［J］，2011.1：73-74.

［3］魏文忠，劉永旺，管志川，等：一種用于大斜度大位移井巖屑床清潔的新裝置［J］.石油天然氣學(xué)報(bào)，2006.28（5）：138-140.

［4］燕建成，蘇北地區(qū)張家垛區(qū)塊大斜度井鉆井技術(shù)研究，硅谷［j］，2014.10：111.

袁毅，男，工學(xué)學(xué)士，2010年畢業(yè)于西南石油大學(xué)，現(xiàn)在中石化華東石油工程六普鉆井分公司從事鉆井技術(shù)工作。