水平井井眼净化问题

1水平井井眼净化问题井况因素：井眼净化程度与井况和环空几何形状有密切关系，钻柱的偏心程度由井斜角来决定，环空的几何形状又由钻柱的偏心程度来决定。根据一口井井斜角的大小的变化，可分为四个不同范围的井眼净化问题。在这四个不同范围内，岩屑床的形成与表现各不相同：1、接近于直井（0°—10°），井斜角10°时，岩屑在重力的影响下开始向井眼低边聚积；2、低井斜角（10°—30°）时，岩屑床开始形成，但不稳定；3、中间段（30°—60°）；4、高井斜段（60°—90°）。岩屑床随着井斜角的增大逐渐变厚，同时在井眼低边存在着聚积趋势，这种趋势直到井凭着角达到60°左右时消失，因为此时由于重力影响的岩屑下滑将停止。由于油基泥浆和合成基泥浆比水基泥浆有很好的润滑性，所以，因重力影响产生岩屑下滑现象消失所城的最大井斜角，油基泥浆和合成基泥浆要比水基泥浆大。上述四个不同范围在所有的水平井都存在，但根据大量实践，在这四个范围内，钻井液的特性和钻井施工措施应要主集中在最关键的一段上，当然其它段也不能忽视，中间段（造斜）（30°—60°）一般来说是净化最困难的，因为在本段岩屑床开始形成，并在井眼底边能向下滑移，向井底堆积，导致各种井下复杂问题，在大量的油田实践中已经发现，由于生物聚合物泥浆具有优越的水力学特性，周到屑床的形成和滑移情况比常规泥浆对井斜角的敏感性小。环空几何形状的不同影响环空流速和剪切速率。在大尺寸井眼，尤其是冲蚀形成的井眼扩大段，由于环空返速的下降，而岩屑开始堆积。在井斜角小于50°时，堆积的岩屑将脱离井壁，向井底下滑，并封堵环空，所以必须提高环空返速而改变岩屑的运移。钻柱的偏心影响环空流速的分布情况，近而导致岩屑床的形成和阻碍钻柱的转动。在井斜角大于20°时，钻柱产生偏心（趟在井眼低边），，这就迫使大部分泥浆沉着高边流动，而影响岩屑的有效运移。这种偏心分布的流速状况给低边的岩屑提供了很小的运移能量，因而导致岩屑床形成。流速因素：环空返速是井眼净化的关键因素，在不考虑流态的情况下，提供环空返速将改进岩屑运移，在极度高返速时（井将变为紊流），大部分或全部岩屑能2被泥浆运载，低环空流速将使岩屑在井眼低边堆积，并均匀地形成岩屑床。生物聚合物泥浆在速度返速和层流状态下具有优越井眼净化动能，特别是在钻柱旋转，完全偏心环空。钻柱旋转产生的螺旋流动，可以很快地移去存在的岩屑床并有助于防止岩屑床的再生成。很明显，水平段的井眼净化，紊流是首选状态，但这仅适应于较硬和压实性地层。如果可以得到和维持完全的紊流，那么在不考虑泥浆类型的情况下，泥浆粘度和钻柱的偏心度以内及转动就将是为很小的因素。对于非牛顿流体，在偏心环空中产生紊流所需的环空返速是很难精确计算的。一般用平均用平均雷诺数为4000作为一个准则来计算这种螺旋速度分布，在井眼高边是紊流，而在低边为层流的情况是非常普遍的。在剥蚀敏感性地层，或上部大环空井眼受泵功率限制时，紊流不建议使用，在层流状态下，如果对泥浆水力特性进行流速调整，也可以获得较好的井眼净化。泥浆性能：提高低剪切速率粘度（LSRV），在泥浆流动时可提供很好的携砂能力，而在泥浆静止时，又能对岩屑提供很好的悬浮能力。在层流时，井眼净化与低剪切速率粘度的关系非常敏感。井眼净化与真实的切力值（TYV）和低剪切速率粘度（LSRV）存在着密切的关系，而与粘弹性质没有明显关系。宾汉模式的切力（Tieldpoint）近似于真实的切力值（TYV），但是，该值是在高剪切速率下通过旋转粘度计读数外推出的数值，不能作为水平井眼净化能力的鉴定值。测量6转R6和3转R3值可以得到有用的TYV近似值，外推R6、R3值为需，或用R100值和R3值计算APIKw值，无论用哪种方法确定TYV值，能很好地实现井眼净化的TYV值设为井眼尺寸（英寸）的1.5倍。流变性生物聚合物泥浆的低剪切速率粘度可以用布氏（现场）粘度计测量出来，根据现场经验，低剪切速率值至少在40000CP（在剪切速率为0.0636秒-1时），泥浆具有很好的井眼净化能力和携砂能力。运用这种流体在防止和清除岩屑床时并不需要紊流。这种泥浆通过提低剪切速率粘度，在偏心的旋转钻柱周围可产生具有优越的井眼净化特性的层流。在这种情况下，偏心环空的井眼净化比居中环空更安全。3井壁的稳定性也是水平井井眼净化的关键，不容忽视，井壁失稳也是水平井井眼净化的大问题，井壁的稳定性可以通过“化学”和“机械”两种调节方式来改进提高。“化学”方式就是调节泥浆的抑制性和失水。“机械”方式就是调节泥浆比重。水平井井壁失稳的问题，主要是由于泥浆比重不能很好地平衡地层侧应力，而导致摩阻和扭矩增大。其次是低泥浆比重可能引起泥页岩掉块。如果是由于井眼侧应力导致的井壁机械失稳，那么，就适当提高泥浆比重，如果泥浆比重由于某种原因（如井漏等）不能提高，那么必须大幅度提高泥浆的携砂能力。对水敏性泥页岩地层，应使用抑制性泥浆，以减少井眼净化问题。钻井因素：1.提泵排量；2.提高低剪切速率粘度的同时，配合钻柱的旋转。3.控制钻速。太高的钻速，使泥浆中钻屑含量超出泥浆的运移能力，这样将导致井下复杂。一般说来，当泥浆中岩屑含量超过大约5%时就开始有井下复杂情况发生，在这种情况下，如采取其它措施不能改善井眼净化，那么必须采取控制钻速的方法。其它辅助方法：岩屑床的形成容易，消除难，要想把已形成的岩屑床消除掉，那么可采取以下措施：1.高环空返速；2.保持钻柱旋转；3.用清洁剂；4.综合运用以上措施；高环空返速通过给岩屑提供更多的运移能量而提高井眼净化能力，钻柱旋转在改变性生物聚合物泥浆中，使环空提高流变性，产生螺旋流型，因而对清除岩屑床非常有用。生物聚合物泥浆的低剪切速率粘度可以对固相运移提供有效的水力和机械能量。必须限制循环排量的最小值，低循环排量将导致岩屑沉积以前没有岩屑床存在的井段。形成岩屑床。4在泥浆悬浮性差时，使用聚合物清扫剂是非常必要的，低粘度或高粘度清扫剂结合钻柱旋转，以高于正常环空返速的排量泵入井内循环洗井，将有效地清除岩屑床，必要时采用高于泥浆比重21b/gal的低粘度/高粘度清扫剂更为有效。水平井井眼净化问题根据钻井实践，结合井眼净化理论，水平井井眼净化经验及措施概括如下：1.当井斜变大时，排量应增大，井斜30°的井需要比相同尺寸的直井高出20%的排量，以达到有效的井眼净化，而井斜60°的井要用大约是直井两倍的返速来达到井眼净化。2.斜井的净化要用高返速，但在大尺寸井眼中，光靠提高返速不能达到井眼净化的目的，要用高粘度塞来帮助净化井眼，在水平井中要使用低粘度泥浆产生紊流以帮助井眼净化。岩屑床存在时，可以用低粘度塞（清扫剂），紧跟着高比重高粘度塞（清扫剂）方法来清除岩屑床，但注意当泵入这类清扫剂时一定要保持怛定的泵速，以防止堵塞井眼。3.当井斜超过45°时，转动和上下活动钻具能有效地帮助井眼净化。4.确保使用性能良好的泥浆，要使泥浆性能控制在设计范围内，但是当泥浆性能在该井段明显不合适时，应重新确定泥浆性能要求。5.起钻前要循环干净井眼，只把井底岩屑带出来不能保证井眼是干净的，应根据循环计算指南进行循环，但必须检查震动筛是否干净。6.要依据井况进行通井或短起下钻，这样有助于阻止岩屑床的向上扩展。7.注意观察震动筛上岩屑数量、开关和尺寸，它能明显地反映井下情况。8.保持全部的循环和固控设备处于良好工况。水平井井眼净化所需排量的计算一.井眼净化所需排量的计算1.计算方法(1).根据PV与YP图查出流变参数RF；5(2).从表中查出井斜系数AF；(3).计算携带指数TITI=SG×RF×AFSG为泥浆比重g/cm3(4).检查井径有无扩大，将扩大的井径DW代校正携带指数公式，计算出TI’(5).在排量和钻速图中根据钻速和携带指数TI（或井径扩大时TI’）查出井眼净化所需要的排量。2.不同井眼尺寸的井眼净化图表(1).171/2”井眼净化因素①流变参数（RF）从PV和YP图中查出；②井斜系数（AF）根据井斜角从下表中查出。井斜角253035404550556065AF1.511.391.311.241.181.141.101.071.05③TI=SG×RF×AF④TI’=4.65TI/(0.38Dw-2.00)(2).121/4”井眼净化因素①流变参数（RF）②井斜系数（AF）井斜角303540455055606570-80AF1.391.311.241.181.141.101.071.051.02③TI=SG×RF×AF④TI’=2.44TI/(0.38Dw-2.22)(3).81/2”井眼净化因素①流变参数（RF）②井斜系数（AF）6井斜角303540455055606570-8080-90AF1.391.311.241.181.141.101.071.051.021.00③TI=SG×RF×AF④TI’=1.12TI/(0.38Dw-2.11)二.水平井起钻前的循环时间计算起钻前的循环时间取决于井眼预计井斜角的大小，具体计算方法如下：1.计算有效长度依据下表中的井斜范围把井眼分成几段井斜（°）各井段的长度系数171/2”121/4”81/2”6”0-101.51.31.31.310-301.71.41.41.430-602.51.81.61.560-903.02.01.71.62.循环周的次数等于有效长度的总和除以测量井深；3.循环体积等于循环周次数乘以环空体积（或循环时间等于循环次数以迟到时间）。