辽河油田小井眼段铣安全有效段铣作业

辽河油田小井眼段铣安全有效段铣作业

1施工质量有待提高近年来，辽河油田先后采用三种工具在8个口侧钻孔，部分抛水炮施工。其中存在以下问题:1)时间长,速度慢。段铣时间2.49～11.00d,平均每口井4.53d,使用刀片2.5副,起下钻3.5次。2)阻卡严重。每口井段铣作业过程中都出现不同程度地上提遇卡、下放遇阻现象。严重时需要起钻通井,甚至被迫改用斜向器开窗,耗费了大量时间。3)铣进速度低,单只刀片进尺少。开始时铣速0.8～1.2m/h,一般铣进2～3m后,铣速迅速下降,有的降至0.1m/h左右,并伴随有遇卡现象发生。单副铣刀进尺在3m左右,严重影响了作业进度。4)工具与刀片质量有待提高。4口井发生刀片崩缺、扭曲、折断、本体变形、下井后刀片张不开和不能顺利收回等问题。5)排量低,钻井液携带能力差。在8口井施工过程中,最大排量18.0L/s,最小排量13.5L/s,一般为15.0～16.0L/s,由于排量低,而且钻井液结构力低,不能很好地悬浮和携带铣屑。2性能条件下,铣刀性能好所谓的安全有效段铣作业是指在一定铣速和钻井液性能条件下,能保证段铣作业中井下不发生阻卡,铣刀工作平稳,且获得较高进尺(由于篇幅有限,笔者仅列出计算公式,不对公式及应用进行讨论)。2.1铣屑用量直径d在满足钻井液条件下,井眼净化良好,能均匀安全铣进的铣速方程,以能顺利及时带到地面的铣屑当量直径表示。dΤ=1.29099√(D2外-d2内)Rn(1)式中,dT为铣屑当量直径,cm;R为铣速,m/h;D外、d内为段铣套管外径与内径,cm;n为转速,r/min。2.2b屑ms铣屑悬浮力是钻井液悬浮铣屑的静切力,应确保停泵时铣屑不下沉或下沉很慢。τs=98.0665(ρ屑-ρm)dΤ6(2)式中,τs为钻井液静切力,Pa;ρ屑为铣屑密度,ρ屑=7.85kg/L;ρm为钻井液密度,kg/L。2.3单井段型dh-dp井眼直径do在段铣井段,钻井液返速一般均低于0.7m/s,属平板流型。此时,需要调整钻井液参数使其达到间隙比的60%～70%,以有利于井眼清洗。do=τo/ηs(Dh-dp)22400Va+3τo/ηs(Dh-dp)(3)式中,do为流速核直径,cm;τo为钻井液动切力,Pa;ηs为塑性粘度,mPa·s;Dh为段铣段井眼直径,cm;dp为段铣段钻铤直径,cm;Va为段铣段钻井液环空返速,m/s。2.4高动塑比的确定由于段铣段井眼直径大,返速低,加之铣屑尺寸较大,且密度是岩屑的3倍以上,因此,需要高动塑比。笔者认为,从实际出发,当返速小于0.7m/s时,动塑比(τo/ηs)应在0.7～1.0为宜。2.5流型指数vh这里仅给出铣屑下滑速度、塑性粘度和铣屑返出率的计算公式。根据实际经验,铣屑返出率在40%以上,井下才较为正常。VΗ=0.0707dΤ(ρ屑-ρm)2/3ρ1/3mη1/3s(4)ηs=[(1200VDh-Dp)2n+13]n8.35×10-4Κ(Dh-Dp)V(5)E=Va-VΗVa×100(6)式中,VH为铣屑在循环钻井液中下滑速度,m/s;n为流型指数;K为稠度系数,Pa·sn;E为铣屑返出率,%;ηs为塑性粘度,Pa·s。3提高单次推算效率的主要措施3.1理论铣速与铣屑返出率的关系在钻井液体系和流变性以及其它因素基本不变的情况下,适当控制铣进速度是提高段铣效率的重要措施。表1列出了几口井铣速对井下情况的影响。表2列出了理论铣速与铣屑返出率之间的关系。由表1可看出:1)静33-71CP井和静29-59CP井的情况相似,即开始铣速较快,随后因铣屑堵塞不仅造成铣速降低,而且发生阻卡;2)静33-59CP井和静31-67CP井一开始就以低铣速铣进,不仅总进尺多,而且井下正常;3)理论分析表明,最大铣速不超过0.5m/h为宜,否则岩屑返出率甚至达不到40%。3.2铣速返出率计算辽河油田套管侧钻水平井均在ue001φ177.8mm套管中进行。段铣工具最大张开直径为220.0mm,考虑到工具摆动和水泥掉块,故按ue001φ235.0mm计算。因此,在段铣段钻井液返速低于0.7m/s,一般为0.5m/s左右。现以铣速0.5m/h为例进行分析,计算条件同表2。分析情况见表3。由表3可看出,当铣速为0.5m/h,排量18L/s以下时,铣屑返出率<40%,无法及时清除井下铣屑。为了保证井下正常,在0.5m/h铣速下要求排量20L/s以上,因此,在条件许可的情况下,采用较大排量铣进是非常必要的。3.3静切力的要求套管段铣的铁屑尺寸大,密度比岩屑大,而且段铣段井径较大,这就要求用于段铣的钻井液体系必须具有较高的静切力τs和动切力τo,较高的动塑比和良好的剪切稀释性。根据研究和实际经验,采用聚合物加适当粘土的钻井液体系为宜,以钻井液配好后在静止条件下能悬浮实际铣屑为标准。3.4环空堵塞的地层控制当排量不足,铣速较快时,铣屑在段铣井段上下翻腾被转动的钻具弄碎后,小尺寸的上返出地面,较大的则沿工具下沉到工具之下的套管内。随着铣进的继续,大尺寸的环空铁屑和下沉到套管内的铁屑也越来越多,不仅造成环空堵塞而且套管内的铁屑被压紧,托着工具,使工具因钻压不足而大大降低铣进速度。针对上述问题,在工具下端接ue001φ152.4mm钻头或ue001φ152.0mm大头铣锥,这样,在段铣过程中钻头或铣锥不断磨削和破坏下沉铁屑,保证井眼畅通,并有效地传递钻压,从而有利于提高铣削速度。这在实践中得到了证实,见表4和表5。由表4、5可看出,尽管这两口井排量相当低,环空返速不足0.5m/s,最低仅0.44m/s,除控制铣速外,表5茨16-146井带牙轮钻头组合的段铣效果铣锥和钻头具有及时清除套管内铣屑堵塞的作用,从而使铣削效率较高。同时也可看出,这两口井后期因铣速加快而出现阻卡现象。3.5活动钻具未充放量过大,且以0.21)检查待用工具,确保入井工作可靠。2)控制铣速小于0.5m/h,以0.2～0.4m/h为宜。3)确保排量在18L/s以上,并确保作业过程中不停泵,必要时可停钻洗井。4)遇阻卡不得硬拔强压,应轻提慢放活动钻具。5)若铣速