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大斜度定向井-水平井泥浆技术

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泥浆技术 废泥浆处理
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© 1994   、 水 平 井 泥 浆 技 术阅 创 力 闪 而范 维 庆 苏 长 明胜 利 石 油 管 理 局 钻 井 泥 浆 公 司 山 东 东 营摘 要 分 析 了 大 料 度 定 向 并 、 水 平 井 的 特 殊 性 及 不 利 因 素 。 通 过 室 内 模 拟 试 脸 和 现 场 实 践 ,较 好 地 解 决 了 大 奸 度 定 向 井 和 水 平 井 泥 浆 的 润 汾 防 卡 、 井 眼 德 定 、 携 宕 洗 并 及 防 漏 堵 漏 等 关 健 技 术问 题 。 胜 利 油 田 应 用 一 水 包 油 泥 桨 、 一 正 电 胶 泥 浆 , 完 成 了 不 同 类 型 的 水 平 并 口 , 其 中在 拥 油 砾 石 油 截 完 成 无 技 术 套 管 长 裸 眼 水 平 并 口 , 未 发 生 枯 附 卡 钻 或 其 它 泥 浆 事 故 。主 肠 词 钻 井 液 水 平 井 井 眼 称 定 润 滑 堵 汤 魔 擦 洗 井 钻 井 液 性 能 控 制水 平 钻 井 和 大 斜 度 钻 井 工 艺 实 际 上 就 是 定 向 井 技 术 的 进 一 步 发 展 , 近 年 来 , 国 内 外 定 向 井技 术 发 展 迅 速 , 由 海 上 、 浅 海 、 滩 海 扩 大 到 陆 地 , 还 可 以 应 用 到 勘 探 开 发 裂 缝 性 和 断 块 油 气 田 ,目 前 甚 至 成 为 某 些 油 气 田 提 高 采 收 率 的 方 法 , 其 成 本 和 钻 井 速 度 等 于 或 低 于 常 规 的 平 均 单 井成 本 。 通 常 讨 论 水 平 钻 井 技 术 往 往 包 括 大 斜 度 井 和 上 翘 井 的 情 况 , 大 斜 度 井 是 指 达 到 预 定 井 斜后 稳 斜 钻 成 斜 井 段 上 翘 井 是 指 井 斜 达 到 。 后 逐 渐 上 翘 钻 进 一 定 距 离 。 水 平 井 有 三 种 基 本 类型 , 即 常 规 也 称 长 曲 率 半 径 , 曲 率 半 径 一 水 平 井 、 中 曲 率 半 径 水 平 井 曲 率 半 径 小于 、 小 曲 率 半 径 水 平 井 曲 率 半 径 , 其 中 小 曲 率 半 径 水 平 井 中 还 有 一 种 分 支水 平 井 , 它 是 指 从 垂 直 井 眼 侧 钻 的 水 平 井 或 近 似 水 平 的 井 筒 。 水 平 井 的 类 型 不 同 , 所 用 技 术 不同 。 就 泥 浆 而 言 , 不 但 要 求 其 支 撑 井 壁 、 携 带 岩 屑 , 还 要 求 其 对 井 眼 和 钻 柱 起 到 好 的 润 滑 作 用 ,以 减 小 摩 阻 系 数 , 降 低 摩 阻 和 扭 矩 , 保 证 钻 井 施 工 成 功 。水 平 钻 井 的 特 殊 性 及 不 利 因 素特 殊 性钻 屑 的 下 滑 方 向 由 直 井 的 轴 向 下 滑 转 变 为 水 平 并 的 径 向 下 滑 , 给 钻 屑 的 输 送 、 泥 浆 悬 浮 物的 非 均 状 态 带 来 一 系 列 的 变 化 钻 柱 在 环 空 中 由 同 轴 旋 转 运 动 转 变 为 偏 心 或 贴 近 井 壁 的 旋 转运 动 , 钻 柱 在 斜 井 段 向 下 部 井 壁 整 体 倾 斜 , 下 沉 偏 心 , 起 下 钻 过 程 中 也 会 偏 心 移 向 上 井 壁 斜 井中 上 方 井 壁 的 悬 空 状 态 , 不 利 于 井 眼 稳 定 , 易 发 生 坍 塌 掉 块 , 遇 阻 划 眼 及 卡 钻 等 斜 井 段 中 的 增斜 、 稳 斜 、 纠 斜 及 频 效 侧 量 , 使 得 起 下 钻 次 数 多 , 停 钻 时 间 长 , 易 发 生 卡 钻 事 故 。不 利 因 案一 般 情 况 下 , 在 斜 井 段 要 形 成 稳 定 沉 积 层 , 沉 积 层 厚 度 随 井 斜 角 的 增 大 而 增 厚 泥 浆 轴 向上 提 力 克 服 钻 屑 径 向 下 滑 比 克 服 钻 屑 轴 向 下 滑 困 难 得 多 钻 屑 向 下 方 井 壁 沉 积 , 此 时 环 空 分 为稳 定 沉 积 层 、 沉 积 或 移 动 层 、 非 均 相 的 悬 浮 液 流 动 层 及 假 均 相 流 动 层 , 使 泥 浆 的 流 型 和 流 变 性更 加 复 杂 , 导 致 泥 浆 悬 浮 液 的 均 匀 性 破 坏 斜 井 中 下 井 壁 的 钻 屑 沉 积 层 在 停 泵 时 会 整 体 下 滑 ,落 入 井 内 , 使 岩 屑 携 带 情 况 更 加 恶 化 , 易 造 成 砂 桥 卡 钻 正 偏 心 的 钻 柱 在 斜 井 中 向 下 嵌 埋 入 下© 1994   , 导 致 扭 矩 增 大 , 摩 阻 升 高 , 钻 压 加 不 到 井 底 , 无 法 钻 进 , 且 这 种 偏 心 嵌 埋 , 起 钻时 使 提 升 阻 力 急 剧 增 加 , 甚 至 超 过 大 钩 负 荷 和 钻 杆 强 度 , 导 致 卡 钻 。 钻 柱 在 斜 井 段 的 嵌 埋 , 既 类似 于 压 差 卡 钻 , 又 类 似 于 键 槽 卡 钻 , 卡 钻 机 会 增 多 了 偏 心 嵌 埋 使 扭 矩 和 摩 阻 力 急 剧 增 加 , 使 得斜 井 中 润 滑 作 用 和 润 滑 剂 的 选 用 问 题 突 出 斜 井 中 要 不 断 地 侧 斜 , 因 此 起 下 钻 频 繁 , 停 钻 时 间长 , 这 样 减 少 了 有 效 钻 进 时 间 , 增 加 了 卡 钻 等 复 杂 情 况 的 产 生 及 严 重 程 度 此 外 , 斜 井 中 上 井 壁处 于 悬 空 状 态 , 在 层 理 发 育 的 地 层 、 胶 结 不 好 的 砂 层 及 易 坍 塌 的 地 层 都 容 易 发 生 坍 塌 , 这 些 都不 利 于 正 常 钻 进 。水 平 井 的 主 要 泥 浆 技 术 问 题康 阻 问 题斜 井 段 钻 柱 整 体 躺 靠 下 井 壁 , 钻 柱 与 井 壁 的 轴 向 摩 擦 和 径 向 摩 擦 形 成 了 起 下 钻 的 摩 阻 力和 旋 转 钻 柱 时 的 扭 矩 。 摩 阻 过 大 , 可 造 成 起 下 钻 遇 阻 遇 卡 , 钻 压 不 能 全 部 加 到 钻 头 ,使 钻 速 减慢 扭 矩 过 大 可 造 成 钻 杆 胀 扣 脱 开 , 产 生 一 系 列 复 杂 事 故 。 上 行 摩 阻 在 钻 具 拉 力 大 、 弯 曲 曲 率 大处 产 生 推 靠 井 壁 的 力 大 , 当 水 平 井 段 发 生 卡 钻 时 , 如 果 增 大 拉 力 以 解 脱 被 卡 钻 具 , 摩 阻 也 增 大 ,最 后 可 能 使 拉 力 传 不 到 卡 钻 部 位 , 这 种 现 象 称 为 “ 猫 头 效 应 ” 下 行 摩 阻 随 水 平 段 增 长 而 增 加 ,水 平 段 钻 具 不 能 形 成 钻 压 。 为 此 , 为 保 证 水 平 井 的 钻 进 , 可 采 取 以 下 措 施 ① 造 斜 从 尽 可 能 深 的井 段 开 始 , 即 在 钻 具 拉 力 较 低 的 位 置 ② 增 斜 要 逐 步 增 加 斜 度 , 最 大 全 角 变 化 率 应 放 在 钻 具 拉力 最 小 的 位 置 ③ 钻 具 中 装 两 个 震 击 器 , 下 部 震 击 器 负 荷 标 定 , 上 部 震 击 器 在 井 斜 左右 , 负 荷 标 定 ④ 减 轻 下 部 钻 具 结 构 , 把 钻 挺 和 加 重 钻 杆 加 到 井 斜 。 一 处 ⑤ 下 部 钻 具禁 止 使 用 短 而 外 突 的 连 接 件 和 直 台 肩 钻 杆 接 头 等 , 减 轻 对 井 壁 的 刮 削 作 用 ⑥ 使 用 高 效 润 滑 泥浆 , 降 低 摩 阻 系 数 。润 滑 问 题为 保 证 水 平 井 的 顺 利 施 工 , 提 高 泥 浆 润 滑 性 可 采 取 以 下 措 施 ① 使 用 ‘ 润 滑 性 好 的 泥 浆 , 如油 基 泥 浆 、 油 包 水 泥 浆 、 水 包 油 泥 浆 和 混 油 泥 浆 ② 加 入 较 好 的 润 滑 剂 ③ 加 入 固 体 润 滑 剂 , 使滑 动 摩 擦 变 为 滚 动 摩 擦 , 降 低 摩 阻 力 ④ 加 强 净 化 , 配 备 四 级 净 化 设 备 , 保 证 含 砂 量 低 , 提 高 泥饼 质 量 ⑤ 胜 利 油 田 使 用 固 体 乳 化 剂 一 , 形 成 润 滑 性 很 好 的 水 包 油 泥 浆 。 胜 利 油 田 使 用一 水 包 油 泥 浆 、 一 正 电 胶 泥 浆 完 成 了 多 口 不 同 类 型 的 水 平 井 , 其 中 在 稠 油 砾 石 油 藏完 成 口 无 技 术 套 管 长 裸 眼 水 平 开 发 井 , 未 发 生 过 卡 钻 事 故 。 在 水 平 井 钻 井 施 工 中 , 虽 发 生 过多 次 断 钻 具 或 其 它 工 程 事 故 , 但 由 于 泥 浆 润 滑 防 卡 性 能 好 , 井 眼 稳 定 , 每 次 处 理 事 故 都 较 顺 利 ,未 发 生 报 废 进 尺 或 钻 具 事 故 。 如 水 平 一 井 在 井 深 时 因 柴 油 机 坏 , 钻 具 静 止 , 未发 生 卡 钻 。 在 水 平 井 水 平 段 井 深 钻 进 时 , 钻 具 断 , 在 井 下 静 止 , 打 捞 顺 利 。拼 屑 洗 井 问 题试 验 研 究 影 响 携 屑 洗 井 的 因 素 如 下 不 论 是 紊 流 还 是 层 流 , 随 着 井 斜 角 的 增 加 , 岩 屑 的 携砂 率 降 低 , 在 环 空 中 的 返 速 降 低 层 流 下 , 泥 浆 必 须 具 有 与 井 斜 相 应 的 最 低 屈 服 值 , 才 能 达 到 好的 洗 井 效 果 , 层 流 下 塑 性 流 型 的 泥 浆 洗 井 效 果 好 “ 井 段 , 层 流 净 化 速 度 高 , 一 。 井段 , 紊 流 净 化 效 果 好 , 当 井 斜 簇 。 时 塞 流 携 岩 才 有 效 井 斜 角 范 围 内 , 环 空 流 速 越 高 , 岩屑 返 速 越 高 , 但 流 速 过 高 时 返 速 不 再 增 加 , 且 输 送 能 力 反 而 下 降 在 水 平 段 钻 进 时 , 岩 屑 在 几 厘© 1994   、 水 平 井 泥 浆 技 术米 到 十 几 厘 米 内 就 滑 到 下 井 壁 沉 淀 堆 积 , 因 此 , 应 严 格 测 量 并 控 制 旋 转 粘 度 计 、时 的 读 数 , 保 证 泥 浆 有 足 够 的 悬 浮 能 力 岩 屑 密 度 越 大 , 需 要 悬 浮 的 最 低 零 切 力 越 大 , 达 不到 该 数 值 时 , 岩 屑 就 快 速 沉 降 于 井 眼 底 边 形 成 岩 屑 床 岩 屑 顺 粒 直 径 越 大 , 悬 浮 能 力 越 差 在 水平 井 中 , 旋 转 钻 具 将 下 井 壁 沉 积 的 岩 屑 推 入 流 动 的 泥 浆 , 带 出 井 眼 , 同 时 还 可 将 大 块 岩 屑 挤 压碾 磨 , 变 成 小 颖 粒 , 有 利 于 岩 屑 悬 浮 而 带 出 井 眼 平 滑 的 斜 井 井 眼 轨 迹 , 可 减 少 泥 浆 的 流 动 阻力 , 降 低 动 能 的 消 耗 , 有 利 于 岩 屑 的 清 除 在 泥 浆 流 型 、 环 空 流 速 确 定 的 情 况 下 , 适 宜 的 泥 浆 流变 参 数 是 携 带 岩 屑 清 洗 井 眼 的 关 键 , 必 须 通 过 现 场 试 验 研 究 , 确 定 泥 浆 的 最 优 流 变 参 数 范 围 ,才 能 达 到 安 全 钻 井 的 目 的 。胜 利 油 田 使 用 卜 一 水 包 油 泥 浆 , 流 变 参 数 控 制 在 以 下 范 围 见 表 , 基 本 上 满 足 了 水 平井 的 洗 井 要 求 。表 一 水 包 油 泥 桨 的 流 变 参 橄井井 斜 段段 , 。 二二 二 。 ‘ 的 , 。。 位· ·一二二井 眼 稼 定 问 肠影 响 井 眼 稳 定 的 因 素 有 地 质 结 构 因 素 、 物 理 化 学 因 素 及 钻 井 工 艺 因 素 。 国 外 研 究 者 认 为 ,松 软 的 白 奎 岩 最 易 坍 塌 , 其 次 是 页 岩 , 砂 岩 最 稳 定 由 于 物 理 化 学 因 素 造 成 的 井 眼 某 些 岩 石 主要 是 泥 页 岩 水 化 膨 胀 、 分 散 导 致 井 眼 剥 蚀 掉 块 、 坍 塌 钻 进 中 起 下 钻 碰 撞 挂 擦 井 壁 和 起 下 钻 速度 、 开 泵 造 成 的 压 力 激 动 等 都 会 导 致 井 眼 不 稳 定 。 胜 利 油 田 就 该 问 题 主 要 采 取 了 以 下 措 施 。选 用 对 所 钻 地 层 有 防 塌 能 力 的 泥 浆 配 方 。泥 浆 密 度 尽 可 能 满 足 井 眼 稳 定 的 要 求 。在 保 证 井 眼 清 洁 的 前 提 下 , 泥 浆 环 空 流 速 不 宜 过 大 , 避 免 严 重 冲 蚀 井 壁 和 在 泥 岩 段 长时 间 定 点 循 环 。控 制 起 下 钻 速 度 和 开 泵 平 稳 , 避 免 产 生 过 大 的 压 力 激 动 , 防 止 井 漏 和 并 塌 。尽 可 能 提 高 钻 井 速 度 , 降 低 泥 浆 滤 失 量 , 缩 短 泥 浆 对 井 壁 的 浸 泡 时 间 。对 稠 油 胶 结 的 地 层 , 应 使 用 水 基 泥 浆 , 避 免 油 基 泥 浆 溶 解 胶 结 稠 油 而 造 成 井 眼 坍 塌 。保 持 泥 浆 性 能 稳 定 , 使 井 眼 有 一 定 的 适 应 性 。井 月 及 堵 泪 问 魔在 大 斜 度 定 向 井 、 水 平 井 钻 井 中 , 由 于 地 层 因 素 诵 层 和 压 力 不 同 的 多 层 系 裸 眼 存 在 , 采油 施 工 造 成 的 地 下 油 层 压 力 降 低 , 环 空 当 量 密 度 不 断 增 加 及 压 力 激 动 等 因 素 , 经 常 发 生 井 漏 ,井 漏 发 生 率 比 常 规 定 向 井 、 直 井 大 得 多 。 胜 利 油 田 完 成 的 口 水 平 井 中 , 有 口 发 生 漏 失 。 例如 , 墙 拜 斗 探 井 在 水 平 段 钻 进 中 , 要 求 泥 浆 当 量 密 度 为 一 , 在 采 用 ·© 1994   , 再 提 高 到 · 耐 又 发 生 井 漏 , 最 后 用 · · , 密度 的 泥 浆 在 油 气 侵 情 况 下 完 钻 。 水 平 一 井 在 井 深 时 发 生 井 漏 , 井 漏 原 因 是 煌 科井 和 水 平 井 采 油 已 采 万 所 致 , 为 此 采 用 停 采 并 降 低 泥 浆 密 度 由 , 降 至, , 井 漏 停 止 钻 至 时 又 发 生 井 漏 , 漏 速 ‘ , 降 低 泥 浆 密 度 至 , , 再加 入 单 向 压 力 暂 堵 剂 、 土 粉 等 , 解 决 了 井 漏 问 题 。 草 一 平 、 草 一 平 、 草 一 平 井 在 钻穿 砾 层 和 砂 砾 岩 段 时 , 都 发 生 不 同 情 况 的 漏 失 , 轻 者 渗 漏 , 重 者 只 进 不 出 , 采 用 的 都 是 降 低 泥 浆密 度 和 堵 漏 相 结 合 的 措 施 。认 识 与 建 议使 用 与 地 层 稳 定 相 匹 配 的 泥 浆 类 型 , 确 保 井 眼 安 全 , 一 般 选 用 本 地 区 钻 直 井 和 常 规 定向 井 行 之 有 效 的 泥 浆 类 型 。优 选 泥 浆 流 变 参 数 , 满 足 携 屑 洗 井 要 求 。选 用 适 当 的 泵 排 量 , 保 证 洗 井 所 需 要 的 环 空 流 速 , 不 同 井 深 、 井 斜 、 泥 浆 类 型 和 不 同 的流 变 参 数 对 环 空 流 速 要 求 不 同 , 只 能 根 据 现 场 洗 井 情 况 和 设 备 能 力 进 行 优 选 。提 高 泥 浆 润 滑 性 , 防 止 粘 附 卡 钻 , 要 尽 可 能 降 低 泥 饼 枯 附 系 数 。井 漏 时 一 般 采 用 降 低 泥 浆 密 度 和 堵 漏 相 结 合 的 解 决 方 法 。旋 转 钻 井 和 短 程 起 下 钻 有 利 于 井 眼 清 洁 即 时 破 坏 键 槽 , 有 利 于 防 止 键 槽 卡 钻 井 眼 轨迹 平 滑 , 有 利 于 岩 屑 携 带 。加 强 泥 浆 净 化 , 保 证 泥 浆 质 量 , 应 配 齐 并 利 用 好 四 级 净 化 设 备 。作 者 简 介 范 维 庆 , 高 级 工 程 师 , 年 毕 业 于 山 东 大 学 化 学 系 , 现 为 胜 利 石 油 管 理 局 泥 桨 公 司 主 任 工程 师 。 地 址 山 东 省 东 营 市 胜 利 石 油 管 理 局 钻 井 泥 浆 公 司 , 邮 政 编 码 。年 月 日 收 稿 编 者 郑 云一 一 ,, ,,一一

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