大斜度井钻井液携岩性能研究.docx

大斜度井钻井液携岩性能研究摘要：随着钻井技术的发展，大斜度井也在不断地得到推广，大斜度定向井钻井技术具有造斜点高，斜度大，裸眼井段长等特点。有相关资料表明，大斜度定向井的钻井速度及钻井成本与同类直井不相上下，大斜度双靶定向井的钻井速度可以达到其钻井速度的90%95%，其钻井成本比同类直井要搞20%左右，但其在同一油层所能钻穿的厚度要比同类直井高一倍，且其可对相信断块的多组油层进行斜穿，单井的产量相比同类直井要高出12倍，具有较好的整体开发效益。但大斜度井也易造成岩屑床的形成，导致下钻遇阻，憋泵甚至卡钻。本文在分析岩屑床的形成及危害的基础上，对钻井液的携岩性能，和岩屑床的清除办法做了多方探讨和论证。关键词：大斜度，钻井液，携岩，岩屑床，钻井液性能，机械除岩，流变参数 一概况 首先介绍钻井液的携岩作用机理，钻井液是指在油气钻井过程中以其多种功能满足钻井工作需要的各种循环流体的总称，钻井液又称钻井泥浆，钻井液的循环是通过钻井泵来维持的，从钻井泵排出的高压钻井液经过地面高压管汇，立管，水龙带，水龙头 ，方钻杆，钻杆，钻铤到达钻头，从钻头喷出的以清洗井底并携带岩屑，然后沿钻柱与井壁形成的环形空间向上流动，在到达地面后经排出管线流入钻井液池，在经过各种固控设备经行处理后返回上水池，最后进入钻井液泵循环再用，钻井液流经的各种管件，设备构成了一整套钻井液循环系统。钻井液作用中的最基本的就是携带和悬浮岩屑，钻井液首要各做基本的的作用就是 通过其本身的循环，将井底被钻头破碎的岩屑挟至地面，并保持井眼清洁，使起下钻畅通无阻，并保证钻头在井底始终接触和破碎新地层，不造成重复切削，保持安全快速钻井，在接单根，起下钻或者因故停止循环时，钻井液又将井内的钻屑悬浮在钻井液中，使钻屑不会很快的下沉，防止沉砂卡钻等情况的发生。这就是钻井液的携岩性能综述。结合时代背景看，在钻井过程中，钻头工作面所产生的岩屑需要通过钻井液循环系统携带到地面，钻头工作效率的高低与井底岩屑能否被及时运移到地面关系密切，携带岩屑的媒体是钻井液，不但能够促进机械钻速的解放，而且能够保证钻井作业的安全以及较好的井眼质量。从40年代初期到目前为止，钻井技术的重大发展，都推动了钻井液洗井技术的进步，从直井，定向井到水平井钻井，钻井液的携岩机理也随之发生了根本性的变化，评价钻井液携岩能力的方法也经历了从直井到定向井到水平井的发展过程，下面就这一问题进行综述 。循环泥浆进行洗井的目的就是建立井眼泥浆和地层孔隙压力的平衡，并使岩屑从井底有效地携带至地面，显然，如何合理的选择环空返速是实现这种目的的更关键所在。随着勘探开发的需要，各种大斜度井，水平井在所钻井眼中的比例越来越大，特别是大斜度井的比例大幅度增加。根据大斜度井井斜角的大小以及钻井液在井中的携带岩石的情况，可其将分为以下几种类型，即低斜度（1030度），在这种情况下，井斜角很小，携岩很简单；中斜度（3060度），携岩有点复杂，容易造成井下事故，其次就是，岩屑容易下沉至井壁，在下沉过程中，岩屑也容易滑落至井底，或者是在井壁处形成岩屑床，从而造成井下复杂情况，而不利于施工操作等等。若钻井液性能差，润滑效果不大好，处理不及时，不合理，则极易造成卡钻事故。大斜度（6090度）， 该大斜度井的岩屑极易掉落至井壁形成岩屑床，而且由于井斜角过大，不易去清除，容易造成起下钻困难和卡钻。二 岩屑床的形成过程以及危害在井斜角大于60度的大斜度井中，由于重力的作用，钻具在井眼中始终靠近下井壁，形成“偏心空环”。岩屑的运移，沉降与直井，小斜度井有着根本上的区别，岩屑呈现向井壁径向沉降的趋势，由于偏心环空流速的不均匀，就是宽间隙处阻力小，流速较快；而窄间隙处阻力大，流速较慢；使岩屑容易沉向下井壁处且不容易被清除掉，以至于形成岩屑床，在一定条件下还易发生岩屑床滑移，堆积。特别是当钻井液循环停止时，岩屑会很快聚集在下井壁处，更加速了岩屑床的形成，给大斜度井井下施工带来困难。油井斜度大只是形成岩屑床的原因之一，一般来说，除了一些直井外，只要有井斜角的存在都会形成岩屑床，在几种不同的井段中，当中斜度的井斜角影响是最大的，它的存在不仅会造成井眼底边形成岩屑床，还有可能会发生因岩屑床滑落而造成的堵塞井眼和卡钻等事故的发生，尤其是当井斜角为45度左右时，一定要注意钻井液的使用，否则会发生“垂沉”问题，这样会加剧岩屑床的形成。由于井眼中的固体微粒受重力，黏滞阻力，冲击力，浮力的作用影响，岩屑的浓度大于这些作用力的工作能力，岩屑就会沉降产生岩屑床；另外井斜，环空返速对岩屑床的产生有比较大的影响，返速低井斜角大，环空岩屑在重力的作用下在井壁底边上沉积形成岩屑床，尤其是停泵是这种现象尤其明显，这就是为什么井斜角大时接完单根,鉆柱不易下放到底的原因。由相关部门统计知道，自上世纪90年代的3%提高到现在的70%，一般的大斜度井的倾角都在45度到60度左右间 ，容易造成携带岩屑困难。岩屑床形成以后，直接影响钻井，电测， 下套管，固井，作业的正常运行，轻则造成井下复杂情况，严重时造成井下事故。在大斜度钻井过程中，大斜度钻井段环空岩屑沉积过厚会造成如下危害，岩屑床的存在，增加了环空泥浆中的固相含量，减小了环空间隙，增加了钻井液上返循环压耗，容易造成憋泵；岩屑床的存在，易造成键槽和台阶，造成井下复杂和事故 ，使得钻井过程中测得的悬重和钻压失真，钻具的下部扶正器，大尺寸钻铤产生相当大的扭矩，和扶正器泥包，导致憋钻，而且停泵后井眼中的岩屑下滑形成台阶，砂桥，造成砂卡，或者是粘卡，严重影响钻井安全。此外，岩屑床的存在会使测试工具，测井仪器下井过程中受阻，作业成功率下降，甚至是作业难以进行，而且会使下套管，固井作业困难，水泥封固质量差等等。由此可见 ，清除岩屑对于钻井有着重要的现实意义。因此弄清楚大斜度井的钻井液携岩机理从技术上是必要的，对于实现钻井作业效率的提高是可行的。解决大斜度井的钻井液携岩问题，一方面对于油田安全有着重大的意义，另一方面可以节省钻井成本 。因此合理的解决该问题对于加快大斜度井的施工效率有着重大意义.由相关资料了解到，在井斜角大于45度范围内的大斜度井段，容易出现岩屑轴上返速度为零，轴向滑向钻进方向的滑落速度大于零，沉向井底边的沉降速度大于零而形成岩屑床，并且经常发生岩屑床向钻进方向滑动的情况，这易造成井下复杂情况，乃至钻进困难情况的发生。三钻井液携岩性能的影响因素 影响大斜度井钻井液携岩性能的因素有很多的，在钻井施工过程中，主要有下列问题的：3.1 井斜角 井斜角的度数大小是影响钻井液岩屑性能的主导原因之一。钻井液的携岩性能会随着该井井斜角度数的增加而下降。现有资料表明，除了直井，不论是用何种好的钻井液都会导致岩屑床的形成，井斜角是岩屑床形成的重要条件，而且岩屑床的沉积厚度也与井斜角的大小有关。就井斜角的大小来说，钻井液携岩能力与井斜角的具体大小息息相关。第一种情况：当井斜角在30度以内时，岩屑在上返阶段中，钻井液在钻柱的强大扭矩旋转作用的带动下，开始向井口正上方向流动，并且在钻柱做圆周运动的同时，钻井液也同时受到离心力的作用，由于惯性力不足以平衡离心力，从而以一定的切向速度和法向速度飞落至井壁处，井壁在长时间钻井液的冲击作用下会发生井壁岩石的松动，脱落形成岩屑和钻井液混合后，然后又伴随着钻井液的循环排出。不至于形成岩屑床。第二种情况：井斜角控制在30度60度间，由于钻具组合自身重力的增加会影响到钻井液的流变性能，而流变性与钻井液携岩能力密切相关，同时由于井斜角的存在，钻具与井壁之间夹角过小，致使钻井液剪切速率变大，由流体力学知识知道，无论是牛顿流体还是非牛顿流体钻井液，钻井液粘度与钻井液剪切速率成反比，与剪切力成正比。钻井液粘度变小导致岩屑床形成的几率变大。第三种情况就是： 当井斜角在60度以上时，钻井液的法向速度分量会受到钻具的偏离的影响而变小，以至于可以忽略不计。而切向速度分量为从下井壁处到上井壁处是逐渐增加的。下井壁处切向速度趋近于无穷小。可以忽略不计。钻井液的携岩性能受到法向速度的制约。岩屑上不去而钻具在不断的钻进会导致岩屑被钻具压实，从而导致岩屑床的形成覆盖。为将来施工带来安全隐患，影响施工质量。3.2力的复杂作用 从岩屑本身出发，对钻井液中的岩屑作受力分析知道，钻井液对岩屑的冲击力，浮力，粘滞阻力，还有重力等各