大斜度鉆井巖屑床處理方法研討

王世寧　謝賜君

摘 要：在定向施工時巖屑床問題容易出現(xiàn)鉆壓不能全部負(fù)荷到鉆頭粘托螺桿、鉆進(jìn)速度慢、起下鉆過程中不順暢等問題。文章從影響巖屑床的因素著手分析，結(jié)合現(xiàn)場應(yīng)用情況，總結(jié)出有效控制巖屑床應(yīng)采取的措施及鉆井液優(yōu)化技術(shù)。

關(guān)鍵詞：大斜度鉆井;巖屑床;控制

0 前言

目前水平井、大斜度定向井日益增多，在大斜度井段的鉆進(jìn)中，井斜角、環(huán)空返速、鉆井液流變性及流態(tài)以及一些其他因素，都有可能導(dǎo)致起下鉆過程巖屑堆積造成遇阻嚴(yán)重，甚至造成卡鉆等事故復(fù)雜。

1 巖屑床的形成條件及變化規(guī)律

1.1 井斜角的影響

當(dāng)井斜角達(dá)到第一臨界值25～35°，巖屑會在重力作用下沉至低邊并滑向井底方向;井斜角達(dá)到第二臨界值55～65°時，低邊上巖屑停止下滑。由此可見，井斜角30至60°巖屑易沉向下井壁，尤其是循環(huán)中止時，在下沉過程中有可能滑到井底形成巖屑床、且不易被清除;當(dāng)井斜大于60°后形成巖屑床雖不滑向井底，但是隨著其越積越厚，井段越來越長，如泥漿性能差，潤滑效果不好，處理方法不及時、不合理，容易導(dǎo)致粘吸卡鉆，或者起鉆下過程中，巖屑不斷堆積，極易造成井下事故。

1.2 環(huán)空返速

巖屑床的形成有一個臨界返速。實踐證明當(dāng)環(huán)空返速大于0.91m/S，有巖屑床形成，但卻很不穩(wěn)定，常被破壞，其厚度也不固定，是處于沉積和沖蝕交迭發(fā)生的狀態(tài)。雖然提高環(huán)空返速有助于減緩巖屑床的形成，但環(huán)空返速過高對井壁沖刷嚴(yán)重，現(xiàn)場泵排量也不可能無限制提高，因此環(huán)空返速應(yīng)適當(dāng)。

1.3 鉆井液流變性及流態(tài)

當(dāng)鉆井液處于紊流狀態(tài)時液流的運動方向是素亂的和無規(guī)則的，巖屑總會被運移走;巖屑床厚度極不穩(wěn)定，處于沉積與沖蝕破壞交迭發(fā)生的動平衡狀態(tài)，當(dāng)井斜大于50°大斜井段的紊流洗井比層流效果要好，但是對井壁有較強沖蝕作用，容易造成地層垮塌，不利于井壁穩(wěn)定。

1.4 其他因素

由于旋轉(zhuǎn)鉆具可將井眼底邊的巖屑推入循環(huán)的鉆井液中，還可將大塊巖屑壓碎成小顆粒，所以有利于巖屑的清除。轉(zhuǎn)速愈大，清除巖屑效果愈佳。當(dāng)滑動定向時，由于鉆桿不轉(zhuǎn)動，可采用短程起下鉆拉井壁、破壞巖屑床以及增大環(huán)空返速等措施清除巖屑。

2 提高大斜度井段井眼凈化的途徑

①條件下排量盡可能取上限，出現(xiàn)復(fù)雜征兆，設(shè)備允許的話可以雙泵四凡爾定期循環(huán)洗凈。在30至60°井段鉆進(jìn)接單根前要適當(dāng)循環(huán)，可將巖屑提升到一定高度不至于沿低邊滑落到井底，接單根時間為3min時，應(yīng)循環(huán)1.5min;②在鉆井液轉(zhuǎn)換后調(diào)節(jié)鉆井液流變性，將動塑比保持在0.36-0.48Pa/（MPa.s）達(dá)到最好攜巖效果。為了減小巖屑的滑落速度，塑性粘度也不能太低應(yīng)當(dāng)保持在816MPa.s，同時為彌補鉆進(jìn)過程中層流不如紊流洗井的不足，可以利用循環(huán)補充鉆井液量時泵入轉(zhuǎn)換前使用過的聚合物無固相鉆井液體系8m3左右直接入井;③井斜超過60°以后執(zhí)行定時間、定井段短起下鉆作業(yè)并分段循環(huán);上下大幅度活動鉆具，盡可能多轉(zhuǎn)動鉆具，利用鉆頭和扶正器的犁推作用再配合循環(huán)操作破壞已形成巖屑床。

3 現(xiàn)場應(yīng)用

V1井4600m中途電測前使用聚合物無固相鉆井液體系與轉(zhuǎn)換后為聚硅酸鹽鉆井液體系。使用聚合物體系時環(huán)空返速大于其臨界環(huán)空返速，流態(tài)屬于紊流，同時在鉆進(jìn)過程中定期用高粘切聚合物進(jìn)行清掃，中測前井斜達(dá)到44°，接單根過程摩阻在4-6t范圍，沒有出現(xiàn)明顯遇阻情況。中途電測完之后轉(zhuǎn)換為聚硅酸鹽體系。在大斜井段的環(huán)空返速為1.26m/s，小于臨界環(huán)空返速，動塑比為0.47Pa/（MPa.s），流態(tài)為平板層流，在連續(xù)定向三根單根準(zhǔn)備接第383號單根（井斜53°）上提時摩阻達(dá)到9t，轉(zhuǎn)盤反轉(zhuǎn)3.5圈，在接完單根后有1m下不到底，開轉(zhuǎn)盤循環(huán)正常，出現(xiàn)這種情況就是因為形成的巖屑床在重力作用下沿井底下滑造成接單根上提時遇阻，下放不到底，之后循環(huán)泵入聚合物無固相鉆井液8m3，利用其紊流特點破壞該斜井段的巖屑床，再繼續(xù)以硅酸鹽體系鉆進(jìn)，攜帶出巖屑，同時補充處理劑調(diào)整達(dá)到稀釋前的性能。后期鉆進(jìn)在每次滑動完接單根前開動轉(zhuǎn)盤循環(huán)3min以上，60°以內(nèi)井段施工比較正常，接單根沒有出現(xiàn)明顯遇阻，滑動粘托現(xiàn)象不明顯。

井深4939.25m后，井斜超過88.59°進(jìn)入水平段，滑動粘托現(xiàn)象開始明顯，接單根上提也遇阻，轉(zhuǎn)盤打倒車;在井深4960m起鉆換鉆頭時在水平段起鉆過程摩阻逐漸增大，下鉆過程中有兩根立柱下不到井底的情況，因當(dāng)井斜角大于60°之后形成的巖屑床雖不再向井底下滑，但隨著井段的不斷加長巖屑床對鉆具滑動定向時摩阻不斷增大，鉆壓難以加到鉆頭，出現(xiàn)粘托;起下鉆時由于鉆具緊貼下底邊，鉆頭和扶正器的犁推作用使巖屑床越集越厚，針對這種狀況，在水平段施工過程中每一百米進(jìn)行短程起下鉆，每起出兩根立柱開泵開轉(zhuǎn)盤循環(huán)，上提下放反復(fù)幾次。后續(xù)施工比較正常，機械鉆速由17.4m/h提高到20.5m/h，接單根、起下鉆沒有出現(xiàn)明顯的遇阻現(xiàn)象。

4 結(jié)論與認(rèn)識

①現(xiàn)場條件下排量盡可能取上限。在30-60°井段鉆進(jìn)接單根前要確保循環(huán)時間，將巖屑提升到一定高度不至于沿低邊滑落到井底;②調(diào)節(jié)鉆井液流變性，將動塑比保持0.36-0.48Pa/（MPa.s），塑性粘度保持在816MPa.S;③大斜度井段聚硅酸鹽體系鉆進(jìn)過程中定期用少量聚合物無固相鉆井液體系循環(huán)洗凈，實現(xiàn)兩種體系層流和紊流的優(yōu)勢互補;④井斜超過60°以后執(zhí)行定時間、定井段短起下鉆作業(yè)并分段循環(huán)。