定向井鉆井液攜巖性能分析與改善策略

楊佐州

摘要：鉆井液（原稱(chēng)泥漿）是指鉆井中使用的工作流體。它可以是液體或氣體。因此，鉆井液應(yīng)確切地稱(chēng)為鉆井流體。鉆探過(guò)程中，孔內(nèi)使用的循環(huán)沖洗介質(zhì)。又稱(chēng)鉆孔沖洗液。鉆井液按組成成分可分為清水、泥漿、無(wú)粘土相沖洗液、乳狀液、泡沫和壓縮空氣等。隨著勘探開(kāi)發(fā)的需要，大位移定向井占總鉆井工作量的比例也越來(lái)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(wèn)題阻礙著鉆井工作的正常進(jìn)行，所以，及時(shí)有效地清除巖屑是亟待研究解決的問(wèn)題。本文對(duì)鉆井液攜巖的影響因素進(jìn)行了分析，并有針對(duì)性地提出了改進(jìn)的對(duì)策。

關(guān)鍵詞：大位移定向井;鉆井液攜巖;環(huán)空返速;流變性能

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(huán)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(huán)空返速

環(huán)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(huán)空巖屑的運(yùn)移方式、狀態(tài)和環(huán)空巖屑濃度。在任何井斜角下，無(wú)論使用層流還是紊流，提高環(huán)空返速，都會(huì)使鉆井液攜巖效果得到改善;有巖屑床時(shí)，隨著環(huán)空返速的增大，巖屑床厚度降低，當(dāng)環(huán)空返速足夠大時(shí)，巖屑 床會(huì)被破壞。有研究認(rèn)為井斜角 45°時(shí)，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(duì)于大位移井來(lái)說(shuō)，環(huán)空返速存在一個(gè)最佳范圍。環(huán)空返速過(guò)低影響鉆井液攜巖效果，造成摩阻過(guò)大而引起卡鉆等井下復(fù)雜情況;環(huán)空返速過(guò)高的同時(shí)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(wěn)、井徑擴(kuò)大等負(fù)面效應(yīng)。

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(tài)下，鉆井液流速較低時(shí)，提高鉆井液的動(dòng)切力 和動(dòng)塑比，可降低環(huán)空巖屑濃度，從而獲得較好的攜巖效果;井斜角較小時(shí)，動(dòng)切力作用非常明顯，隨著井斜角的增大，動(dòng)切力作用減弱，但動(dòng)塑比對(duì)攜巖的影響仍然較大，故在大井 斜井段中盡可能使用高動(dòng)塑比鉆井液。紊流狀態(tài)下，在整個(gè)環(huán)空傾角范圍內(nèi)，鉆井液的攜巖能力不受其流變性能的影響。

1.4 鉆具轉(zhuǎn)速

在定向井中，鉆具旋轉(zhuǎn)有利于巖屑的清除，旋轉(zhuǎn)鉆具的作用其一是通過(guò)旋轉(zhuǎn)增加了環(huán)空鉆井液的紊流度，使處于巖屑床層上的巖屑被攪動(dòng)起來(lái)，增大了巖屑被起動(dòng)的概率，且把運(yùn)移中的巖屑帶入環(huán)空高速區(qū)，增大了巖屑單位時(shí)間內(nèi)運(yùn)移距離，從而減少環(huán)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(jìn)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(tài)時(shí)的巖屑懸浮能力，有利于巖屑 的攜帶。同時(shí)，鉆井液密度的適度提高，也有利于平衡地層坍 塌應(yīng)力，防止地層坍塌和泥頁(yè)巖的剝落掉塊，從而降低了環(huán) 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(dāng)井斜角較小時(shí)，鉆具的不居中對(duì)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(cè)的問(wèn)題，巖屑沿整個(gè)環(huán)空分布比較對(duì)稱(chēng)。因此，在井斜角較小的井、井段，鉆具偏心度對(duì)于攜巖能力的影響可以忽略不計(jì);當(dāng)隨著井斜角的增大，由于“Boycott”效應(yīng)的存在，鉆具的偏心度對(duì)巖屑的影響較大，并且環(huán)空巖屑濃度隨鉆具偏心度增大而增大。

1.7 ?鉆進(jìn)速度和巖屑尺寸

鉆進(jìn)速度以單位時(shí)間內(nèi)向環(huán)空中注入的巖屑量（巖屑注入速度）來(lái)表示。鉆進(jìn)速度對(duì)巖屑床的形成影響較大，當(dāng)鉆進(jìn)速度過(guò)高時(shí)，會(huì)造成環(huán)空巖屑濃度過(guò)大，巖屑床 厚度增加;而巖屑尺寸對(duì)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(jìn)鉆井液攜巖效果的對(duì)策

2.1 優(yōu)選排量，提高環(huán)空返速

在鉆井施工過(guò)程中，排量過(guò)小達(dá)不到洗井效果，不利于井眼凈化;雖然鉆井液在環(huán)空中的上返速度越高，越有利于 清除巖屑，但是排量過(guò)大，則會(huì)沖蝕井壁，造成上部松軟地層出現(xiàn)垮塌掉塊或井徑擴(kuò)大，尤其在膠結(jié)疏松地層和對(duì)沖蝕極為敏感的稠油砂層，因此要優(yōu)選排量和環(huán)空返速。

2.2 合理選用鉆井液流型和流變參數(shù)

在現(xiàn)場(chǎng)施工中，使用低固相聚合物鉆井液體系，通常靠適當(dāng)增加膨潤(rùn)土含量以及加入 MMH處理劑的方法來(lái)提高動(dòng)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(lái)改善環(huán)空鉆井液攜巖效果的不科學(xué)做法;尤其是在大井 斜定向井鉆井時(shí)，通過(guò)提高動(dòng)塑比，使鉆井液在環(huán)空中形成 平板型層流，來(lái)提高鉆井液清洗效果;同時(shí)，為提高鉆井液的懸浮巖屑能力及防止巖屑床的形成，現(xiàn)場(chǎng)施工中，一般采用 高動(dòng)塑比、高動(dòng)切力的鉆井液和完井液，一般使動(dòng)塑比范圍 保持在 0.36～0.70 之間，動(dòng)切力要大于2Pa，旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)Φ3 和 Φ6讀數(shù)值要大于2;另外，嚴(yán)格控制初、終切力差值，力求避免鉆井液觸變性過(guò)大而帶來(lái)的各種不利的影響，避免起下 鉆過(guò)程中產(chǎn)生過(guò)高的抽吸和激動(dòng)壓力。

2.3 經(jīng)常活動(dòng)鉆具，縮短鉆井液靜止時(shí)間

適時(shí)增大鉆井泵排量配以鉆具轉(zhuǎn)動(dòng)、上下活動(dòng)，增大環(huán)空鉆井液非層流程度，部分破壞巖屑床、降低環(huán)空巖屑濃度，提高鉆井液攜巖效果。起下鉆時(shí)，要分段循環(huán)，提前將井眼內(nèi) 的巖屑分段循環(huán)清除掉，來(lái)改善井眼狀況，可以將提高鉆井液攜巖效果變被動(dòng)為主動(dòng);對(duì)于巖屑床不太嚴(yán)重的井或井段，每鉆進(jìn) 200 米左右，堅(jiān)持搞一次短程起下鉆，拉刮修復(fù)井壁，使粘在泥餅上的巖屑脫落，破壞巖屑床;對(duì)巖屑床比較嚴(yán)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(zhuǎn)鉆具

現(xiàn)場(chǎng)施工重中，通常還使用“重塞”，雖然對(duì)已形成的巖屑床沒(méi)有多大的作用，但在高轉(zhuǎn)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(dòng)切力可保持為正常鉆進(jìn)時(shí)的值，密度比普通鉆井液高 0.36～0.48g/cm³。采用正常的鉆進(jìn)排量循環(huán)，同時(shí)以高于80r/min 的速度轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)盤(pán)，“重塞”到達(dá)井底開(kāi)始上返時(shí)可以攜帶大量的虛泥餅和巖屑，對(duì)巖屑床的清洗有很好的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)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(jié)構(gòu)在能滿(mǎn)足鉆井工藝條件下，鉆具結(jié)構(gòu)越簡(jiǎn)單 越好一般不連接過(guò)多的鉆鋌，可以用加重鉆桿代替鉆鋌。同樣，不能因?yàn)樘岣攮h(huán)空流速，而不現(xiàn)實(shí)地接過(guò)多的大鉆具。盡可能使用 PDC 鉆頭，因?yàn)?PDC 鉆頭破巖時(shí)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(jī)械鉆速。

3 結(jié)束語(yǔ)

在大位移定向井中，巖屑攜帶困難，及時(shí)清除巖屑對(duì)于推進(jìn)鉆井工作正常進(jìn)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(lèi)，鉆井的特征、鉆井液的特征和性能以及鉆具的使用。在現(xiàn)場(chǎng)施工中，經(jīng)常采取提高鉆井液環(huán)空返速、改善鉆井液性能與機(jī)械清除巖屑相結(jié)合的方法來(lái)提高鉆井液攜巖效果。

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（作者單位：中石化勝利石油工程公司黃河鉆井總公司40567隊(duì)）