大位移定向井鉆井液攜巖影響因素分析

董丁丁 李濤 馬海正

摘要：在大位移定向井中，巖屑攜帶困難，及時清除巖屑對于推進鉆井工作正常進行有很重要的意義。隨著勘探開發的需要，大位移定向井占總鉆井工作量的比例也越來越高。位移較大使得巖屑攜帶困難，巖屑引起的下鉆遇阻、卡鉆等問題阻礙著鉆井工作的正常進行，所以，及時有效地清除巖屑是亟待研究解決的問題。本文對鉆井液攜巖的影響因素進行了分析，并有針對性地提出了幾條改進的對策。

關鍵詞：定向井；鉆井液；流變性能；鉆具轉速；攜巖能力；影響因素

1 大位移定向井鉆井液攜巖的影響因素

1.1井斜角

井斜角是影響鉆井液攜巖效果的主要因素之一，除直井外，不管使用何種鉆井液，都有巖屑床的形成與存在，井斜提供了其形成的條件，巖屑床厚度取決于井斜角的大小；不管是用清水還是具有流變性的流體作鉆井液，環空巖屑總濃度、臨界流速（可攜帶巖屑的最低流速）均隨井斜角的增大而增大，鉆井液攜巖效果則隨井斜角增加而降低。

1.2 環空返速

環空返速也是影響定向井鉆井液攜巖效果的主要因素之一，其大小直接影響環空巖屑的運移方式、狀態和環空巖屑濃度。在任何井斜角下，無論使用層流還是紊流，提高環空返速，都會使鉆井液攜巖效果得到改善；有巖屑床時，隨著環空返速的增大，巖屑床厚度降低，當環空返速足夠大時，巖屑 床會被破壞。有研究認為井斜角 45°時，確保巖屑有效上返的臨界返速的好幾倍。井斜角越大，臨界返速越大。

對于大位移井來說，環空返速存在一個最佳范圍。環空返速過低影響鉆井液攜巖效果，造成摩阻過大而引起卡鉆等井下復雜情況；環空返速過高的同時又存在著壓耗增加、鉆井泵能力有限和因沖刷井壁而造成井壁失穩、井徑擴大等負面效應。

1.3 鉆井液流變性能

鉆井液流變性能是影響大位移井鉆井液攜巖效果極為重要的因素。層流狀態下，鉆井液流速較低時，提高鉆井液的動切力 和動塑比，可降低環空巖屑濃度，從而獲得較好的攜巖效果；井斜角較小時，動切力作用非常明顯，隨著井斜角的增大，動切力作用減弱，但動塑比對攜巖的影響仍然較大，故在大井 斜井段中盡可能使用高動塑比鉆井液。紊流狀態下，在整個環空傾角范圍內，鉆井液的攜巖能力不受其流變性能的影響。

1.4 鉆具轉速

在定向井中，鉆具旋轉有利于巖屑的清除，旋轉鉆具的作用其一是通過旋轉增加了環空鉆井液的紊流度，使處于巖屑床層上的巖屑被攪動起來，增大了巖屑被起動的概率，且把運移中的巖屑帶入環空高速區，增大了巖屑單位時間內運移距離，從而減少環空巖屑濃度；其二是將大塊巖屑擠壓碾磨成小顆粒，有利于巖屑的進一步帶出。

1.5 鉆井液密度

提高鉆井液密度，可提高上返中的鉆井液拖 拽巖屑的能力和鉆井液靜態時的巖屑懸浮能力，有利于巖屑 的攜帶。同時，鉆井液密度的適度提高，也有利于平衡地層坍 塌應力，防止地層坍塌和泥頁巖的剝落掉塊，從而降低了環 空中有害固相的含量，改善了鉆井液攜巖效果。

1.6 鉆具的偏心度

當井斜角較小時，鉆具的不居中對攜巖也有影響，但是由于井斜角較小，幾乎不存在巖屑沉積于井壁某一側的問題，巖屑沿整個環空分布比較對稱。因此，在井斜角較小的井、井段，鉆具偏心度對于攜巖能力的影響可以忽略不計；當隨著井斜角的增大，由于“Boycott”效應的存在，鉆具的偏心度對巖屑的影響較大，并且環空巖屑濃度隨鉆具偏心度的增大而增大。

1.7 鉆進速度和巖屑尺寸

鉆進速度以單位時間內向環空中注入的巖屑量（巖屑注入速度）來表示。鉆進速度對巖屑床的形成影響較大，當鉆進速度過高時，會造成環空巖屑濃度過大，巖屑床 厚度增加；而巖屑尺寸對巖屑床的影響很小，但是，如果巖屑 尺寸太大，不易被帶出井眼，也同樣不利于巖屑的凈化。

2 改進鉆井液攜巖效果的對策

2.1 優選排量，提高環空返速

在鉆井施工過程中，排量過小達不到洗井效果，不利于井眼凈化；雖然鉆井液在環空中的上返速度越高，越有利于 清除巖屑，但是排量過大，則會沖蝕井壁，造成上部松軟地層出現垮塌掉塊或井徑擴大，尤其在膠結疏松地層和對沖蝕極為敏感的稠油砂層，因此要優選排量和環空返速。

2.2 合理選用鉆井液流型和流變參數

在現場施工中，使用低固相聚合物鉆井液體系，通常靠適當增加膨潤土含量以及加入 MMH處理劑的方法來提高動塑比和低剪切速率下有效粘度，避免盲目提高鉆井液漏斗粘度來改善環空鉆井液攜巖效果的不科學做法；尤其是在大井 斜定向井鉆井時，通過提高動塑比，使鉆井液在環空中形成 平板型層流，來提高鉆井液清洗效果；同時，為提高鉆井液的懸浮巖屑能力及防止巖屑床的形成，現場施工中，一般采用 高動塑比、高動切力的鉆井液和完井液，一般使動塑比范圍 保持在 0.36～0.70 之間，動切力要大于2Pa，旋轉粘度計Φ3 和 Φ6讀數值要大于2；另外，嚴格控制初、終切力差值，力求 避免鉆井液觸變性過大而帶來的各種不利的影響，避免起下 鉆過程中產生過高的抽吸和激動壓力。

2.3 經?；顒鱼@具，縮短鉆井液靜止時間

適時增大鉆井泵排量配以鉆具轉動、上下活動，增大環空鉆井液非層流程度，部分破壞巖屑床、降低環空巖屑濃度，提高鉆井液攜巖效果。起下鉆時，要分段循環，提前將井眼內 的巖屑分段循環清除掉，來改善井眼狀況，可以將提高鉆井液攜巖效果變被動為主動；對于巖屑床不太嚴重的井或井段，每鉆進 200 米左右，堅持搞一次短程起下鉆，拉刮修復井壁，使粘在泥餅上的巖屑脫落，破壞巖屑床；對巖屑床比較嚴 重的、采用短程起下鉆效果不明顯的井，可采用劃眼的辦法破壞巖屑床。

2.4 使用“重塞”，配合高速旋轉鉆具

現場施工重中，通常還使用“重塞”，雖然對已形成的巖屑床沒有多大的作用，但在高轉速、大排量的條件下，有利于攜巖，效果非常顯著。“重塞”用原漿改造，動切力可保持為正常鉆進時的值，密度比普通鉆井液高 0.36～0.48g/cm3。采用正常的鉆進排量循環，同時以高于80r/min 的速度轉動轉盤，“重塞”到達井底開始上返時可以攜帶大量的虛泥餅和巖屑，對巖屑床的清洗有很好的現場應用效果。

另外，在大位移定向井中，為了防止砂卡、粘卡等事故，鉆具結構在能滿足鉆井工藝條件下，鉆具結構越簡單 越好，一般不連接過多的鉆鋌，可以用加重鉆桿代替鉆鋌。同樣，不能因為提高環空流速，而不現實地接過多的大鉆具。盡可能使用 PDC 鉆頭，因為 PDC 鉆頭破巖時巖屑體積較小，有 利于提高鉆井液攜巖效果，另外還可以提高機械鉆速。

3 結束語

在大位移定向井中，巖屑攜帶困難，及時清除巖屑對于推進鉆井工作正常進行有很重要的意義。影響鉆井液攜帶巖屑效果的因素主要可以分為三類，鉆井的特征、鉆井液的特征和性能以及鉆具的使用。在現場施工中，經常采取提高鉆井液環空返速、改善鉆井液性能與機械清除巖屑相結合的方法來提高鉆井液攜巖效果。

參考文獻：

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