水平井井眼清洁技术研究与实践

近年来,国内大规模开发非常规油气资源,水平井部署数量急剧增加,由于对水平井井眼清洁缺乏科学、系统地认识,水平段钻进过程中经常出现卡钻、提前完钻、套管无法下至预定井深等问题;另外,不良的井眼清洁也会导致非常高的隐性成本,包括控制机械钻速、增加划眼、循环、起钻时间等.通过明确水平井不同井段岩屑运移机理,分析井眼清洁的关键要...     

水平井和斜井井眼清洁技术研究进展及展望

水平井钻井技术的进步有利于开发常规和非常规油气储层,然而,与水平段岩屑清除相关的井筒的不稳定性和井眼清洁困难严重制约了钻井生产。井筒岩屑清除效率低下会导致摩阻和扭矩增加、管道卡住,严重时可导致井漏等钻井事故。首先,分别从井眼清洁机理和井眼清洁主要影响因素（钻井液流变性、钻具转速、井角、岩屑尺寸、钻井液密度和流速等）分析综述了水平井和斜井岩屑沉积的成因和适用于现场生产的技术参数。其次,针对水平井和斜井井眼清洁困难分别从国内外钻井液技术和井眼清洁工具两个方面阐述了岩屑清除方法与机理。最后,对水平井和斜井井眼清洁发展方向进行了展望,为未来井眼清洁技术提供了参考。     

页岩气水平井井眼清洁评价研究

川渝地区页岩气水平井环空岩屑浓度增加和岩屑床的产生会使井眼清洁程度变差,导致卡钻等事故,需要加快井眼清洁评价方面的研究.鉴于此,根据页岩气钻井现场所用油基钻井液数据,利用切应力误差法和相关系数法优选出适用于该地区的油基钻井液流变模式——卡森模式,建立了环空岩屑颗粒启动临界流速模型和岩屑床厚度分布模型.以CNH17-2井...     

水平井井眼清洁定量化监测评价技术

为了监测和评价水平井井眼清洁程度,研制了岩屑返出量监测装置,以准确监测岩屑返出情况。基于岩屑返出量数据和工程录井实时采集的数据,建立了岩屑返出量监测装置在2种工作模式下,倾倒时段漏接岩屑补偿方法与实际返出岩屑体积计算方法;基于岩屑返出率与掉块监测结果,研究形成了水平井井眼清洁定量化监测评价技术。该技术在川南泸州区块多口页岩气水平井进行了应用,实现了监测井段岩屑返出体积与返出率实时准确监测,并多次预警井眼清洁异常情况,保证了水平段的顺利钻进。水平井井眼清洁定量化监测评价技术为水平井井眼清洁程度监测及卡钻复杂风险预防提供了一种新的技术手段。     

井眼清洁工具流场及岩屑运移数值模拟分析

在大位移井、水平井钻井过程中,常有岩屑运移不畅,形成岩屑床的现象发生,导致摩阻增大、蹩钻等复杂问题,严重时甚至影响钻井安全。本文分析了一种短节式的井眼清洁工具,采用计算流体动力学对其偏心旋转工况下的流场进行模拟,通过特征截面流线图、速度云图等分析了工具对该井段的流场扰动作用机理;通过多相流计算,得出了岩屑颗粒运动情况。分析表明,工具对流场具有导流和搅拌的作用,加速岩屑颗粒运动;随着工具转速增大,工具对流场的扰动作用加大,岩屑颗粒离开模型的最终速度增大,因此颗粒滑落距离增加,有利于岩屑携带。在某油田1603井的现场试验显示,合理安放多个井眼清洁工具后振动筛返屑量明显增加,后两次收集岩屑体积分别是使用前的3.75倍和1.6倍。     

水平井井筒清洁临界流速简化模型

石油钻井作业中井筒岩屑运移影响钻井成本、时间及成井质量, 井筒岩屑运移问题已经成为钻井作业中亟待解决的问题。不论在水平井中的直井段还是水平段, 流体拖曳力对于岩屑颗粒运移的作用超越其他作用力占据主导地位,井筒清洁临界流速计算的关键是确定拖曳系数计算的经验公式。根据拖曳系数与雷诺数关系的
实验数据, 对拖曳系数经验计算方法进行优选对比发现Turton的经验公式与实验数据平均误差最小,仅为3.06%;在优选对比拖曳系数的基础上,对岩屑颗粒进行微观受力分析, 推导了岩屑颗粒运移临界流速,研究了井斜角对于岩屑颗粒临界运移流速的影响,计算结果发现在50°~70°之间临界运移流速最大, 并对建立的数学模型进行了现,场应用验证。     

大斜度井保持井眼清洁的有效方法

大斜度钻井过程中,钻屑在40～60°井段易堆积形成岩屑床,对井下安全危害极大,容易引发憋钻和卡钻事故。解决大斜度钻井中岩屑床的堆积,不应只考虑清除钻屑的问题,重要的是如何清除井眼低端的钻屑沉积床。进行钻井排量设计时经常使用不合理或不完整的数学模型以及使用高粘度的钻井液清洁井眼,使清洁井眼工作变得更加困难。而使用重塞钻井液可有效地破坏已形成的岩屑床。“重塞”在环空中可产生异乎寻常的“射流”把钻屑由井眼低端驱走,并且加重的钻井液可以产生更高的浮力,也有助于驱动井眼中的钻屑和淤泥。提出了重塞钻井液的设计方案,并提出了相应的建议。     

井眼清洁技术在东海超深大斜度井中的应用

近年来东海海域通过滚动勘探获得一些边际油气田,依靠海上已有生产设施实施超深大斜度井开发成为实现边际油气田低成本开发的有效途径.超深大斜度井稳斜角大、稳斜段长,钻井过程中岩屑在井筒中易堆积形成岩屑床,导致摩阻增大、起下钻困难甚至卡钻等井下复杂情况,井眼清洁是确保超深大斜度井钻井工程作业安全与高效的关键技术之一.文章通过应...     

国内外水平井井眼清洁监测技术现状及发展建议

实时监测井眼清洁状况,对保证水平井安全及高效钻进至关重要。目前成熟的井眼清洁监测技术被国外公司掌控,制约了我国水平井钻井技术的发展,故加快国内井眼清洁监测技术的研究势在必行。鉴于此,在进行大量文献及资料调研的基础上,首先介绍了国内外现有井眼清洁监测技术的原理及特点,包括ECD监测摩阻、扭矩及钩载监测、返出岩屑体积监测、气体钻井监测、岩屑形状及PSD等其他监测技术;其次从模型、软件、装置及新技术4个方面对比分析了国内外井眼清洁监测技术;最后针对该技术的发展方向给出建议:对现有的岩屑运移规律模型进行修正与优化,提高模型与实际情况的符合程度与计算精度;进行井眼清洁分析软件的编制与优化,使其具有适用范围广和准确度高等特点;进行岩屑返出测量装置的研制与改进,提高返出岩屑称量与井下岩屑残余量计算的准确度;加快利用成像仪和光谱仪测量返出岩屑粒径分布及形态、利用冲击力传感器测量返出岩屑体积等新技术的研究。     

基于井眼清洁程度与水力学耦合的环空压耗最小化计算方法

在钻井过程中,岩屑在井眼中堆积形成岩屑床,会引起环空压耗增大。针对井眼清洁不充分造成的环空压耗大的问题,根据质量及动量守恒理论,将岩屑运移与钻井水力学计算相耦合,建立了井眼清洁程度与环空压耗相关的数学模型,并利用全尺寸岩屑运移试验数据进行了模型验证。利用所建模型,分析了排量、井斜角、环空尺寸、机械钻速和钻井液流变参数对环空压耗和井眼清洁程度的影响。结果表明:大位移井和水平井中由于存在岩屑,环空压耗并非随排量增大一直增大,而是存在一个临界值;排量小于临界值时,环空压耗随着排量增大而减小;排量大于临界值时,环空压耗随着排量增大而增大。根据分析结果,建立了基于井眼清洁与水力学耦合的环空压耗最小化计算方法,利用该方法可以优化钻井参数,控制环空压耗,指导钻井设计和钻井施工。      

X10-1H水平井井眼净化技术及应用

井眼净化问题是深层水平井钻井的难点和关键.结合X10- 1H井实际情况,分析了钻井液性能、井径扩大率、机械钻速、钻具转速、钻井液排量等对井眼净化的影响.提出优化钻具结构、合理调整钻井液性能、加强短程起下钻、选择合理的钻进方式和钻井速度以及研制破坏岩屑床新工具等井眼净化技术,这些技术在X10- 1H深井钻井过程中应用后,...     

大斜度井岩屑床分析及新型井眼清洁工具应用

在钻井过程中,大斜度井段易堆积形成岩屑床,引起卡钻、摩阻增大、机械钻速降低等问题。为解决岩屑上返问题,利用Landmark软件对岩屑床沉积规律进行了模拟分析,并研制了一种新型井眼清洁工具。岔X井的试验应用表明,新型井眼清洁工具能有效解决大斜度井岩屑返出问题,明显降低井眼摩阻,下入工具后两次收集的岩屑量是不使用工具的4.1倍、1.3倍,摩阻最大下降54.9%。     

井眼轨迹对水平井产能的影响

一般情况下,实际完钻的水平井并不是绝对水平的,井眼轨迹成波浪状起伏。当井筒弯曲程度较大时,采用常规水平井产能公式进行计算会产生较大的误差,因此有必要对这种水平井的产能特征做深入分析。文中将井眼轨迹弯曲的水平井近似认为是由一系列斜直井组成的连续结构,通过在垂直井产能公式中加入井斜拟表皮系数和部分穿透拟表皮系数2项参数修正,建立了各向异性油藏中斜直井的产能公式,并将该公式与Joshi水平井产能公式的计算结果进行了对比,研究了井眼轨迹弯曲对水平井产能的影响规律。结果表明,当地层各向异性较强时,井眼轨迹的弯曲可以克服垂向渗透率低的不利地质因素,保证水平井获得较高的产量,并且此时水平井的产能随着弯曲段倾斜角的增大而增大;当地层各向异性较弱时,井眼轨迹的弯曲会降低水平井的产能。      

正电胶磺化混油聚合物钻井液在长裸眼水平井中的应用

针对塔里木油田大部分开发水平井裸眼井段长，地层极易坍塌、渗漏，造成粘附卡钻等复杂问题。对不同的井段、不同地层采用了不同的钻井液体系。即上部地层采用正电胶聚合物钻井液，以防中上部软泥岩地层分散、造浆以及粘附卡钻等复杂情况的发生；下部地层采用正电胶聚磺钻井液，保证钻井液在高温、高压下性能优良，再配合使用稳定处理剂对地层进行封堵，确保了长裸眼井段的井壁稳定；定向水平井段采用正电胶磺化混油钻井液，解决了钻进存在的“岩屑床－流变性－水马力发挥－压耗”等诸多问题，提高了机械钻速，减少了裸眼井壁的浸泡时间，再配合使用油层保护剂及超细碳酸钙，改善泥饼质量，形成屏蔽暂堵层，较好地保护了油气层。经现场50口长裸眼水平井应用表明，该套钻井液体系性能稳定，具有很强的抑制性及悬浮携砂性，钻井施工安全、顺利，无粘附卡钻事故发生，仅套管费用每口井就节约几百万元，取得了非常好的经济效益。     

水平井钻井液携岩机理研究

水平井环空中岩屑运移明显不同于直井。从运动形式来讲，可分为推移质运动和悬移质运动。文中给出了推移质运动的研究方法，指出推移质运动本质上属于一种剪切运动。认为岩屑的波状运移是推移运动发展的必然结果。通过对悬移质运动的岩屑运动机理分析，指出了岩屑悬浮运动的本质在于钻井液的紊动扩散作用与岩屑重力作用相互影响的结果。岩屑各种运动形式之间存在着相互转化，文中求解了岩屑各种运动形式互相转化的概率。     

水平井岩屑床清除的室内模拟试验

水平井水平段环空易形成岩屑床。模拟水平井水平段岩屑床形成、发展及清除过程进行了室内试验研究。结果发现,调整钻井液特性及水力条件可以使岩屑运移并清除岩屑床,当环空返速高于临界返速时,转动钻具,延长洗井时间,也可以改善环空净化。     

胜利油田裸眼井钻井井眼清洁技术应用

胜利油田新生界地层长裸眼定向井钻井施工中常出现井眼清洁困难的情况,对井眼清洁的影响因素进行了分析,针对返砂困难主要是由钻屑粘附井壁造成的特点．确定了使用假塑性流体的幂律模式评价钻井液的流变性能和井眼清洁能力,采取了钻井液稠度系数K值小于0．6,适当的Φ3,合适的环空钻井液返速及短起下钻等技术措施。取得了明显的施工效果。     

油藏-井筒耦合的微小井眼径向水平井流动规律及产能分析

微小井眼径向水平井技术是最近20年来兴起的一项新技术,是指井眼直径小于88.9 mm,井眼曲率半径约为0.3 m的水平井,一般通过高压水射流喷射钻井。由于井眼尺寸很小,钻井成本低,这些优点给该技术的应用提供了广阔的空间,可以对薄油藏、稠油油藏、低渗透油藏、边际油藏等进行有效的开发。文章基于油藏和井筒的耦合模型计算微小井眼径向水平井井眼内的流动规律、压降分布、流量分布,分析了其产能的影响因素以及与常规水平井的异同。     

国外公司研制成功新型钻井液

M-I钻井液公司在标准微泡钻井液的基础上研制出了一种新型微泡钻井液体系。该钻井液体系是使用粘土和聚合物来使钻井液达到理想的流变性以及稳定微泡，具有很好的井眼清洁能力和较低的当量循环密度。     

哈德地区长裸眼双台阶水平井钻井液技术

塔里木哈德地区石炭系地层深度为5005－5015m，两个油层厚度均为1－2m，属低压，低渗透油气藏，3000m以上地层胶结疏松,岩性差，泥岩水化造浆严重，极易发生阻卡事故；3000m以下地层易漏，井壁易垮塌，因此，直井段钻进时，在钻井液中加入足量的封堵剂和防塌剂，保证井壁稳定，在造斜段和水平段采用低粘度，低切力聚磺混油钻井液体系；并随着井温升主，不断补充抗温处理剂和润滑剂，降低摩阻，减少托压和阻卡事故的发生；进入油气层前，在聚磺混油钻井液中加入大量的乳化沥青，SMP－1和超细碳酸钙，利用屏蔽暂堵技术，防止固相颗粒进入储层，减少对储层的损害，应用结果表明，低粘度，低切力聚磺混油钻井液体系具有很强的抑制性和携砂能力，润滑性能好，性能稳定，完全满足了长裸眼，双台阶水平井钻工程的要求，避免了井下复杂情况的发生。