儲(chǔ)氣庫(kù)井煤層防塌鉆井液技術(shù)

王成鑫　白寧　謝渭鋒

摘要：儲(chǔ)氣庫(kù)井12 1/4″井眼穿山西、太原、本溪煤層與碳質(zhì)泥巖，煤層段井斜為50°～75°左右，累計(jì)段長(zhǎng)48米，鉆井周期長(zhǎng)延長(zhǎng)了侵泡時(shí)間，井眼大攜砂困難（返速0.76m/s），根據(jù)上述難點(diǎn)，鉆井液處理主要做好以下幾個(gè)方面：1.處理好鉆井液組份做到硬性封堵，評(píng)價(jià)好封堵性;2.控制好高固相鉆井液的流型，解決好攜砂性能;3.對(duì)比分析儲(chǔ)氣庫(kù)井各項(xiàng)數(shù)據(jù)，得出結(jié)論與建議。

關(guān)鍵詞：硬性封堵;鉆井液流型;數(shù)據(jù)分析

一.處理好鉆井液組份做到硬性封堵，評(píng)價(jià)好封堵性

1.1封堵性評(píng)價(jià)

鉆井液的失水控制要得當(dāng)，減少降濾失劑，適當(dāng)增加固相顆粒含量可以提高泥餅封堵性，控制自由水與結(jié)合水出入，高溫高壓失水儀更好的模擬了井下環(huán)境，對(duì)泥漿封堵性的評(píng)價(jià)更為準(zhǔn)確和可靠。

1.2現(xiàn)場(chǎng)處理思路

儲(chǔ)氣庫(kù)井煤層要求高封堵，不一定高固相，梯配好固相顆粒組分，盡量減少降濾失劑加量，預(yù)防泥包及保證好鉆井液流型防止井下形成巖屑床，對(duì)封堵性要求越高的地層越要使鉆井液中保留一定的自由水，使得鉆井液有一定的溶解空間，易于調(diào)整鉆井液性能。

1.3現(xiàn)場(chǎng)處理經(jīng)驗(yàn)

該井施工中安全通過(guò)煤層且起下鉆正常，從上述性能分析，梯配好固相顆粒組分控制住高溫高壓失水，不刻意加降濾失劑去控中壓失水，放棄控制漏斗粘度轉(zhuǎn)為控制鉆井液流型，保證好12 1/4″井眼的攜砂性能防粘卡，是穿煤層的性能控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

1.4處理建議

通過(guò)實(shí)驗(yàn)室小型試驗(yàn)優(yōu)化好配方，控制好穿煤層的鉆井液性能，重點(diǎn)處理好鉆井液中固相顆粒和降濾失劑的組分。

二.控制好高固相鉆井液的流型，解決好攜砂性能

2.1 鉆井液流型與攜砂性的關(guān)系

從流體力學(xué)角度分析鉆井液攜砂性能，以鉆井液層流（紊流）狀態(tài)下環(huán)空攜砂效率為例進(jìn)行說(shuō)明：

（1）計(jì)算環(huán)空中流動(dòng)速度：

υa=0.408×Q/（D2-D2po）?????????????? （1.1）

（2）計(jì)算冪律模式流變參數(shù)：

ηa=0.5×lg（φ300/φ3）????????????? （2.1）

Ka=（5.11×φ300）/511ηa????????????? （2.2）

（3）鉆屑剪切應(yīng)力的計(jì)算：

τctg=7.9[Tctg（20.8-ρ）]0.5????????????? （3.1）

（4）鉆屑剪切速率的計(jì)算：

γctg=（τctg/ Ka）1/ηa????????????????????? （4.1）

（5）鉆屑在環(huán)空中滑落速度的計(jì)算：

υb=1/60×1.22×τctg[（γctg×Dctg）/ρ0.5]0.5（5.1）

（6）環(huán)空中鉆井液攜帶鉆屑速度的計(jì)算：

υT-ctg=υa-υb?????????????????????????? （6.1）

（7）環(huán)空中鉆井液攜帶鉆屑效率的計(jì)算：

ET-ctg=υT-ctg/υa×100??????????????????? （7.1）

由以上公式推導(dǎo)：環(huán)空中鉆井液攜帶鉆屑的效率ET-ctg與范氏旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)300r/min讀數(shù)φ300成反比、φ300/φ3讀數(shù)成反比、鉆屑直徑Dctg成反比。

2.2 現(xiàn)場(chǎng)處理思路

儲(chǔ)氣庫(kù)12 1/4″井眼攜砂困難（返速0.76m/S），進(jìn)入煤層段后，要保證好高固相鉆井液的流型，以解決攜砂性能，否則井下很容易出現(xiàn)巖屑床造成井下復(fù)雜，鉆井液高粘度，不一定是高攜砂，控制好鉆井液流型，重點(diǎn)要控制較低的旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)φ300讀數(shù)、較高的φ3讀數(shù)，動(dòng)塑比必須>0.4，該指標(biāo)為硬性指標(biāo)。

2.3 現(xiàn)場(chǎng)處理經(jīng)驗(yàn)

儲(chǔ)氣庫(kù)靖平22-4-3井斜井段現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)性能：

由上表分析可知，粘度越高，動(dòng)塑比不一定高，攜砂性能不一定越好，通過(guò)鉆井液流型分析鉆井液攜砂性能較為準(zhǔn)確，上述性能均滿(mǎn)足儲(chǔ)氣庫(kù)井?dāng)y砂性能要求，控制好φ300、φ3、動(dòng)塑比等數(shù)據(jù)解決了攜砂困難的問(wèn)題。

2.4處理建議

要解決儲(chǔ)氣庫(kù)12 1/4″井眼的攜砂性，從控制鉆井液方面的φ300、φ3、動(dòng)塑比等方向入手，根據(jù)鉆井液實(shí)時(shí)性能合理控制馬氏漏斗粘度，建議取值：φ300<70，φ3>7，動(dòng)塑比>0.4，漏斗粘度85↘65秒。

三.對(duì)比分析儲(chǔ)氣庫(kù)井各項(xiàng)數(shù)據(jù)，得出結(jié)論與建議

根據(jù)所完成的儲(chǔ)氣庫(kù)靖平22-4-1井與靖平22-4-3井斜井段施工過(guò)程，從煤層施工情況、復(fù)雜情況、井徑擴(kuò)大率、鉆井液性能指標(biāo)等方面分析總結(jié)，得出結(jié)論與建議。

3.1 儲(chǔ)氣庫(kù)井?dāng)?shù)據(jù)對(duì)比

儲(chǔ)氣庫(kù)靖平22-4井組靖平3井比靖平1井在煤層防塌方面取得了很大的進(jìn)步，靖平3井在煤層侵泡時(shí)間比靖平1井長(zhǎng)12.59天的情況下，通井及處理復(fù)雜時(shí)間縮短5.85天，節(jié)約了生產(chǎn)時(shí)效，從通井掉塊情況和井徑擴(kuò)大率看，靖平3井井下較靖平1井井下情況相對(duì)穩(wěn)定，有效的預(yù)防了煤層坍塌，避免了井下復(fù)雜。

從煤層本溪組鉆井液性能分析，靖平3井鉆井液密度1.32 g/cm3已滿(mǎn)足煤層力學(xué)防塌要求，鉆井液流型方面動(dòng)塑比0.44高于靖平1井的0.32，攜砂性能得到保障，封堵性方面高壓失水3.8mL低于靖平1井的5mL，是穩(wěn)定煤層的關(guān)鍵幾個(gè)因素。

3.3 儲(chǔ)氣庫(kù)井煤層的鉆井液施工建議

建議穿煤層密度為1.28 g/cm3～1.32 g/cm3，做好封堵性再適當(dāng)提密度。控制鉆井液旋轉(zhuǎn)粘度計(jì)讀數(shù)φ300<70，φ3>7，動(dòng)塑比>0.4，保證攜砂性能。梯配好固相顆粒組分做到硬性封堵，控制高溫高壓失水在4mL以下。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：

王成鑫（1986-）男，漢族，陜西西安人，鉆井液工程師，主要從事鉆井液技術(shù)管理工作。