大位移水平井岩屑床的危害与处理
水平井常见事故复杂及预防处理
水平井常见事故复杂及预防处理水平井钻井技术是当代油气资源勘探开发的重大技术之一，水平井具有“少井高产”的突出特点。
2009年底苏里格气田累计探明和基本探明地质储量达到2.27万亿立方米，其中探明储量8715亿立方米，成为国内最大气田，为规模应用水平井开发提供了较好的资源基础。
但由于水平井施工工艺的特殊性，其事故与复杂问题与常规直井、定向井相比存在着较大差异，水平井事故复杂的影响因素很多，涉及到多个领域、多个学科，本文对其影响因素从地质岩性到钻井工艺方面进行了总结归类，在前人研究的基础上，把事故复杂因素分为了两个方面：地质因素和工程因素，并提出了对应的预防及处理措施。
标签：苏里格;水平井;事故复杂;地质因素;工程因素;预防;处理第1章引言1.1苏里格水平井事故复杂研究现状及意义水平井具有井眼贯穿油气层段长、单井产量高的优点，同时也解决了某些特殊油藏采收率低的问题，因此得到广泛重视，这极大地促进了此项技术的应用和发展。
另外随着现有油气资源的开发趋于殆尽，我国的油气资源正在逐渐向低渗、超薄、海洋、稠油方向发展。
这为水平井钻井技术的发展和应用提供了有利的空间。
2009年底苏里格气田累计探明和基本探明地质储量达到2.27万亿立方米，其中探明储量8715亿立方米，成为国内最大气田，为规模应用水平井开发提供了较好的资源基础。
中国石油天然气股份有限公司《关于进一步加强苏里格气田水平井开发工作的通知》要求，在相对富集区优选的基础上蹄选水平井开发面积1892平方公里，规划部署水平井1459 口，建产能218亿立方米，动用地质储量2682亿立方米。
在钻井作业中，由于地质因素和工程因素的共同作用，往往會发生许多井下复杂情况，甚至造成严重的井下事故，轻者耗费大量人力、财力和时间，重者将导致油气资源的污染和浪费，甚至导致全井的报废。
据近几年的苏里格水平井钻井资料分析，在钻井过程中，处理井下复杂情况和钻井事故时间占钻井总时间的3%-8%。
岩屑床问题原因分析及解决措施
四、结论及建议
4、 主动定期清除岩屑床的作业是大斜度定向井建 井过程中多数情况下的必须作业，却要花费很多时间在起 下钻作业上，影响了钻进的效率。
四、结论及建议
5、 将若干个EHCDP接于旋转钻进的相对于大斜度井段
(或易形成岩屑床的井段) 的钻具上，实施“融钻进与清除岩
屑床为一体”的作业，不失为良策。
向井底方向滑动,是井眼净化的危险区。
四、结论及建议
2、 保持井径规则以及井 眼轨迹平滑，避免形成段长 且厚的岩屑床,应是大斜度 定向井设计和施工中十分关 注的课题。
四、结论及建议
3、 条件允许时,调整钻井液泵量、改变井眼与钻具 的尺寸配合及调整钻井液性能的综合考虑,使大斜度井段 环空钻井液呈现紊流状态,是防止岩屑床带来麻烦的关键 因素。
一、形成岩屑床的因素
7、其他因素 下部钻具外径、井眼规矩以及机泵的最大排量对 岩屑床也有很大的影响。
一、形成岩屑床的因素
二、岩屑床可能造成的危害
三、解决的途径及措施
四、结论及建议
二、岩屑床可能造成的危害
1、起钻严重困难 由于在40～60度的井斜角的井段容易形成岩屑床， 因此，起钻时钻头和扶正器在钻具提升的过程中象活塞 一般将在井璧上的岩屑“携带”上来，被“携带”上来 的岩屑达到一定数量时，岩屑于井璧之间就形成较大的 阻力，进而引起起钻的严重困难。
二、岩屑床可能造成的危害
2、卡钻 一般情况，在有岩屑床的情况下起钻存在困难时，尚可通 过活动钻具的办法来解决。但是，在岩屑床比较严重的情况下 起钻，尤其是存在有直径大小不一岩屑时，起钻时被携带上来 的岩屑就会形成这么一种“结构”：
二、岩屑床可能造成的危害
2、卡钻 较大的岩屑作为该结构的“框架” ；中等直径的岩屑形 成“中间结构” ；而细小的岩屑则填满整个“结构”的空间， 形成有相当结构力的“岩屑柱”。在此情况下如果还继续起钻， 则必然卡死钻具。这种情况不仅发生在裸眼井段，也可发生在
水平井岩屑床控制技术浅析
195 1901. 28 89. 69
500
197 1920. 29 89. 47
500
199 1939. 25 88. 59
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200 1948. 77 88. 81
510
204 1986. 66 89. 74
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2. 5
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3. 5
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3
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5. 5
用。
关键词： 水平井； 岩屑床； 控制
中图分类号： TE 243
文献标识码： A
DOI： 10. 3969 / J. ISSN. 1006 － 768X. 2011. 05. 08
一、岩屑床的形成条件及变化规律
1. 井斜角 水平井及大斜度井施工过程中，在钻井液体系
及性能相同的条件下井眼净化程度随井斜角的增加 而下降，随着井斜的增大钻井液携带岩屑越来越困 难。实践及资料表明，当水平井、定向井井斜角达到 30° ～ 65°时岩屑易下沉到井眼低边； 当钻井液停止 循环时，下沉到井眼低边的岩屑逐渐堆积形成岩屑 床，当井斜角大于 60° 后的井段形成的岩屑床更难 以破坏，随着其越积越厚、堆积井段越来越长，若钻 井液润滑性能差、处理方法不及时或不合理，则容 易导致粘吸卡钻。 2. 钻井液上返速度
Gx = G·cos（ a） ， Gy
Gy = G·sin（ a） ，W = 0
水平段 F
G Gx = 0，Gy = G，W = 0
图 1 岩屑受力分析图
二、防止和清除大斜度井段岩屑床方法
（ 1） 强化水力参数，以增加钻进排量为主。在 现场机泵条件允许的情况下排量尽可能大，当井下 出现遇阻或螺杆钻具粘脱等复杂征兆时，可以双泵 大排量进行循环洗井。从岩屑床的形成因素可知泥 浆泵排量越大、环空上返速度越高，岩屑床越不易形 成。
浅谈岩屑床在分支井眼的形成及应对措施
1221 岩屑床形成的理论根据Boycott效应，颗粒在静止液体中的沉降速度会有所不同，而倾斜状态会加速颗粒的沉降速度，因此在钻井过程中，斜井段钻井液携带岩屑相比直井段要更加困难。
因此目前在定向井、水平井、大位移井井眼岩屑运移的研究都是建立在Boycott效应基础之上。
1.1 斜井段岩屑微观受力分析作用在井眼低边岩屑上的力按照是否有利于携带运移岩屑分成正作用力和负作用力[1]，如图1所示。
图1 作用在井壁低边上的作用力（1）正作用力正作用力是指有助于岩屑从井底底边运移至环空泥浆中并随泥浆返回的力。
包括：平行于井壁低边的拖曳力和垂直于井眼底边的举升力。
举升力可以将岩屑运移至环空泥浆中。
拖曳力主要是促使岩屑颗粒沿井眼底边的方向向上流动，其中举升力主要来自泥浆的紊流，而拖曳力来自泥浆的层流和紊流。
（2）负作用力负作用力是指不利于岩屑从井底底边运移至环空泥浆中或不利于岩屑随泥浆返回的力。
负作用力主要来自于岩屑重力的分量，它使岩屑沉降至井眼低边，其来源主要是岩屑在泥浆中的浮重。
其次，由于重力作用，岩屑对井壁产生正压力，在平行于井底低边的方向上还会产生摩阻力，阻碍岩屑向上滑动。
1.2 岩屑运移流动模式岩屑在井眼中流动时，由于井斜角、钻井液性能和环空流速不同，导致作用在岩屑上的力关系不同，从而产生3种流动模式[1-3]。
（1） 非均质悬浮由于举升力大于重力，因此岩屑能被举升离开井壁保持悬浮状态。
然而，在环空横截面上岩屑浓度不同，呈现非均质状态，在底边向上岩屑浓度逐渐降低。
这种流动模式通常发生在举升力或者是在浅谈岩屑床在分支井眼的形成及应对措施宋涛中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司 天津 300452摘要：钻井过程中的岩屑清理问题是井眼清洁的主要问题，如果不能较好地清洁岩屑，则会导致岩屑在井眼中形成岩屑床。
目前随着定向井、水平井、大位移井等在钻井作业中比重的增加，尤其是分支井的开发，岩屑床的控制在钻井中变得日益重要。
水平井关键技术探讨及对策
水平井关键技术探讨及对策发布时间：2021-12-24T01:25:41.432Z 来源：《防护工程》2021年24期作者：杜首位[导读] 水平井作为油气勘探开发的重要技术手段，受到了国内外的广泛关注。
随着江汉油田水平井开发力度的加大，水平井技术得到了推广。
在水平井技术中，岩屑床、扭矩、摩阻等技术问题一直是人们关注的焦点。
本文对这些技术问题进行了分析和探讨，并提出了相应的解决方案。
杜首位中石化中原石油工程有限公司钻井二公司河南濮阳 457001摘要：水平井作为油气勘探开发的重要技术手段，受到了国内外的广泛关注。
随着江汉油田水平井开发力度的加大，水平井技术得到了推广。
在水平井技术中，岩屑床、扭矩、摩阻等技术问题一直是人们关注的焦点。
本文对这些技术问题进行了分析和探讨，并提出了相应的解决方案。
关键词：技术难点；水平井；措施引言：随着科技水平的不断提高，水平井以其较低投入、高产出的特点受到世人的日益关注，目前，它被国内外视为促进油气勘探开发的重要技术手段。
通过经过广大工程技术人员的不懈努力，取得了长足的进步。
近年来先后成功钻探了几口水平井，标志着钻井在水平井工艺技术上迈上了一个新台阶。
本文就水平井的这些相关技术进行探讨。
1、精确的地质导向是水平井井眼轨迹控制的前提水平井能最大限度地暴露油层，大大增加采油面积，从而增加单井产量，因此，要发挥水平井的最大功效，必须确保水平段在油层中穿行。
但是，在钻井实际生产过程中，经常会遇到由于地质预告不准，而导致错过油层或井斜角不够的问题。
在进行水平井井眼轨迹设计时，根据地质提供的油层位置，工具造斜能力、钻井设备承受能力、井下安全等因素综合考虑，进行井眼轨迹最优化设计。
如果地质预告不及时，由于受到工艺限制，这时极有可能会错过油层，如造斜率不够，因此，精确的地质导向是水平井成功钻探的前提条件。
2、岩屑床的形成、危害及对策研究表明井斜在 30°~60°的井段中最易形成岩屑床，而且岩屑床形成之后，清除困难，势必威胁到钻井正常生产，影响钻井速度。
大位移井钻井难点与提速工艺技术分析
大位移井钻井难点与提速工艺技术分析摘要：现阶段，水平井钻井技术得以推广和运用，能够在不同规模的石油资源开采工程当中发挥出良好的作用，不但体现出技术方面的优势，而且提升了对油气的利用率，实现了清洁开发的效果。
水平井钻井提速技术主要以水平井钻井技术作为重要的基础，经过改进和优化之后最后形成。
应用此项先进的技术，一方面，能够达到增大泄油的面积、单井石油产量的效果；另一方面，依靠石油开采处理的方式，能够减少直井钻井的情况发生，有效规避形成油田储层受损的现象，获得了更多的经济收益。
关键词：大位移井；钻井；提速；工艺技术；研究科学运用水平井钻井提速技术，能够科学处理不同类型地质的情况，深入了解油气井流体的特点，便于井控工作的开展，有效提升了石油资源开采工作的效率。
同时，合理运用水平井钻井提速技术，确保所选用钻具的科学性，让相关钻井参数符合有关规定，能够深入了解实际开采区储层的特点情况，确保钻探部位的准确性。
1.大位移钻井技术难点1.1岩性较差，岩石强度高大位移井主要应用于地形复杂的地区，随着钻井深度的不断增加，岩石密度和硬度也不断增加，岩石可钻性和研磨性大幅降低，使得钻井效率大幅下降。
油田深部钻井时可能钻遇片麻岩地层，该地层研磨性极强，钻进时进尺较慢、且钻头磨损，严重影响施工进度和成本。
钻遇砾石井段兼具一定的冲击特性，导致钻头钻进过程中崩齿磨损影响整个井段钻速。
若采用常规钻井工艺，不仅钻速慢、成本高、效果差，而大位移钻井若采用合理的钻井提速工具或钻井工艺技术则可以有效提高岩性较差地层的钻井速度，从而实现降本增效。
1.2井眼轨迹控制难度高井眼轨迹控制对定向井至关重要且大位移井的井眼轨迹相比一般的井更为复杂，需多次造斜、稳斜，为调整井斜与方位，钻具大多处于滑动钻进模式。
现场作业时，由于钻柱并没有转动、井眼整洁能力较差，岩屑堆积使得钻具摩阻扭矩明显加大，加上钻压施加困难，滑动模式受到很大阻力，使局部狗腿明显加大，反过来导致扭矩增大。
水平井岩屑携带
PV mPa.s 36 34 37 35 27 25
YP Pa 8 6.5 8.5 8 12 10.5
Φ6/Φ3 10/8 9/7 11/8 9/8 5/2 4/2
FLAPI mL 2.0 2.2 2.0 1.8 3.2 3.6
ES V 812 765 824 795
热滚条件:120℃×16h
油基钻井液测定温度：50℃。
关键设计技术 钻井液设计
声波传递实验 岩屑回收率实验 压力传递实验
井壁稳定性
动失水实验
接触滑动角测试
关键设计技术 钻井液设计
泥页岩钻井液体系
根据页岩油地区地质特征和室内钻井液体系对比实验，油基钻井液更有 利于解决泥页岩地层易坍塌的难题。 对于微裂缝, 选用刚性、柔性和树脂类成膜封堵材料相结合，对微裂隙 进行有效封堵，提高井壁稳定性。 配合油基钻井液回收利用技术，降低油基钻井液费用。
关键设计技术
岩屑运移分析
岩屑运动
65 ° ~90°
出现了一个完全不同的作业环境。此时钻屑落到井眼低端形成了一个长 的连续的岩屑床，钻井液在钻柱上部运移，此时需要通过人工搅动来移动 钻屑（不管泥浆的粘度和流速）。尽管岩屑床崩塌的难题消失了，这个环 境下井眼清洁更困难（即时间的消耗）。
关键设计技术
Drill pipe rotation throws cuttings into high flow area
Hole Cross Section in High Angle Hole with Rotation
AREA OF HIGHEST FLOW
DRILL PIPE
DEA D ZON E
关键设计技术
关键设计技术 钻井液设计
大位移水平井岩屑床机理分析及对策
大位移水平井岩屑床机理分析及对策【摘要】在开采技术和各项科学技术深入发展的背景下，水平井技术应用而生，其凭借着自身所具备的高产出、低投入等优点而被广泛应用。
但水平井技术的应用范围却受制于开采阶段的卡钻现象，进而对钻井作业造成严重的负面影响。
所谓卡钻现象，其产生的原因在于水平井位移过大且水平段长度过长，进而导致钻井阶段侧钻弯曲幅度过大，并最终因粘卡现象而导致岩屑床现象的出现。
本文简述了大位移水平井的常见问题——岩屑床，并基于问题的分析，提出相应的解决对策。
【关键词】大位移水平井岩屑床解决对策岩屑床是大位移水平井钻井中最常见、危害最严重的问题之一。
所谓岩屑床，其形成的条件包括：井眼内固体微粒受到粘带阻力、自重、浮力作用和冲击力的影响；环空返速和井斜的影响等。
岩屑床的危害表现为：减缓机械的钻速和工程施工进度、增加工程施工成本、增大的扭矩导致钻井工具受损、粘卡等事故频发等。
本文就大位移水平井的常见问题——岩屑床的机理和解决对策展开讨论。
1 大位移水平井岩屑床机理分析1.1 井斜角角度岩屑的携带能力直接取决于大位移井斜角、大斜度和井斜位移等，即各井斜角的增加直接致使岩屑的携带能力的下降。
就井斜角而言，岩屑的携带能力存在如下一些情况：若井斜角＜40°，岩屑处于上返阶段，钻井液必然在钻柱旋转作用所的影响下顺着轴向朝着上方向移动，并表现为周向速度，而井壁四周的岩屑却受到周向速度的影响表现为二次循环，则此井斜角不会产生岩屑床。
若井斜角处于40°—60°，受到自重作用影响的钻具必然改变钻井液的流变性，进而对岩屑的携带能力造成严重的负面影响，加之下井壁与钻具间的间隙受到钻具偏离的影响而变小，进而导致钻井液的剪切速率增大，并最终削减钻井液的粘度，则为岩屑床的形成提供了可能。
若井斜角＞60°，钻井液的轴向速度分量必然会受到钻具的严重偏离的影响而变得极小，而切向速度分量的减小趋势表现为：从下井壁至上井壁逐渐增加，注意下井壁的速度分量无限接近0。
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2、第一次通井
• 第一次通井：22日4：30——16：30测井， 2398m遇阻，不能通过，通井至23日6：10， 2377m以下均划眼通过，循环泥浆至23日9： 10，继续短起下至14：20，2406m和2450m 两处开泵上下活动无效后划眼通过，在遇阻位 置反复上下活动，正、倒划眼通畅； • 泥浆性能: 比重1.19g/ml,粘度54S，失水6.0ml， 泥饼0.4mm，含砂0.4％，初/终：2/4,PH:9,动 塑比：0.24，kf:0.08,固含：9％
3、第二次通井：
• 23日23：00测井队进行软测，测至2404m遇阻，井 队于24日9：20通井划眼至25日1：10（井深 2397m开始划眼至井底），循环泥浆()（循环出大 量泥皮及掉块） • 泥浆性能：比重1.20g/ml,粘度59S，失水5.8ml，泥 饼0.3mm，含砂0.4％，初/终：2/4,PH:9,动塑比： 0.29，固含：10％ • 3：20后再次短起，反复短起下2次至井深2271m循 环3.5小时后封井（封井液性能：比重1.24g/ml,粘 度80S），封闭至井深1700m再次短起至今。遇阻 严重点，上下活动不能通过，划眼通过后上提仍然 遇阻，倒划眼提出后，不能下放，钻具多次放空仍 然不能通过。
（2）二开提示
1、无固相钻井液钻至30度，井深钻至12001400米时，加大大钾润滑剂的用量，逐步 提高密度，30度时提至1.16g/cm3。 80 度时提至1.20g/cm3上方。 2、造斜后，根据摩阻情况补充润滑剂。 3、提前配置坂土浆预水化。
七、D19井复杂情况处理与处理
• 完钻：8月21日11：40钻至井深 2693.42m，达到A点要求，循环泥浆 至17：30短起下（井段：2385m-井 底），在井深2500m和2540m有遇阻 显示，反复划眼到底。 • 泥浆性能：比重1.21g/cm3,粘度63S， 失水5.4ml，泥饼0.3mm，含砂0.3％， 初/终：3/5,PH:10,动塑比：0.31， kf:0.06,固含：9％；
大位移水平井 岩屑床的危害与处理
一、前沿
随着科技不断发展，水平井以 其高产能的特点受到广泛运用， 但是钻井液携岩一直是问题的 焦点，成为困扰水平井技术发 展的瓶颈，而在钻井工程中钻 井液又是最复杂的一个课题。
二、岩屑床的形成
• 1、井眼中的固体微粒受重力、粘滞阻力、冲击力、 浮力作用影响，由于种种原因，岩屑浓度大于这 些作用力的工作能力，岩屑床就会产生。 • 2、井斜、环空返速对岩屑床的影响，返速低井斜 大，钻井液中的岩屑颗粒在重力作用下，在井壁 底边上沉积成为岩屑床，尤其是停泵时，这就是 为什么井斜角大时接完单根，不易不放到底并且 易卡，转动转盘就正常的原因。 • 3、井斜给岩屑床提供了形成条件。环空岩屑浓度， 随井斜增大而增大，井眼净化程度则随井斜角增 加而下降，即井斜角越大的井段越易形成厚的岩 屑床。
三、岩屑床对钻井的影响
• 1、岩屑床严重影响了机械钻速，也增加钻 井成本，其导致阻力增大，脱压现场普遍 存在造成工程进度缓慢。 • 2、岩屑床导致扭矩增大，严重时甚至扭断 井内钻井工具。 • 3、岩屑床还导致粘卡等事故频繁发生，岩 屑床的存在使测试工具受阻，使下套管固 井作业困难，水泥封固质量差。
八、经验与教训
• 本井造成的复杂情况主要原因是加重太晚， 加重时泥浆密度为1.05g/cm3 • 计划好合理的密度。 • 控制失水。 • 提高钻井液的触变性 • 控制粘度在32-40之间，粘切不宜过高。 • 泥浆处理必须有自主性。
2、钻进时积极清除岩屑床
• 执行定时间、定井段长短起下钻作 业；起下钻分段循环，有阻卡的井 段划眼机械破坏岩屑床。间断泵入 比原浆粘度高的段塞循环。上下大 幅度快速活动钻具，尽可能 多转动钻具。
六、D19井预处理计划与措施
• • • • • 一开醅浆；坂土浆2#3#罐 坂土8吨 纯碱400公 斤 5#罐配置胶液备用 CMC100公斤 大钾150公 斤 6#罐配置胶液备用 大钾300公斤 4#罐打满清水备用，根据泥浆性能作出应变措施。 一开钻进提示；0-50米防造浆，观察振动筛，发 现有粘筛布现象，6#罐的胶液入井，控制造浆。 粘度控制在32秒左右，完钻前提高粘度至50秒。
四、流态对岩屑床影响
• 据了解专家认为环空在紊流情况下， 岩屑总会被运移走且不受流变性能影 响，这是因为岩屑床上部井眼空间中 的流体处于紊流状态，也就是我们常 说的紊流洗井，换句话说，流体将冲 蚀岩屑床；误区；我们经常认为粘度 高是解决携岩的途径，其实粘度过高， 形成层流
• 而岩屑在层流的情况下，要提高携屑 能力，就须提高动力、动塑比，但粘 度超过临界值，在斜井低边形成岩屑 床不动区范围就越宽，携屑能力反而 下降（但是在钻井液处于静止状态时， 提高粘度可提高浮力。所以我们钻井 液就要求有良好的触变性，起钻时泵 入稠塞也是降低岩屑床形成系数的一 个好的方法）
五、常规处理岩屑床措施
• 钻进中调整合适的水力参数、钻井参 数、钻井液性能，使流体处于紊流状 态，主动清岩，在机泵设备仪器允许 条件下，排量尽可能取上限，提高环 空上返速度，使其大于临界返速；条 件限制时，可间断短时间大排量循环。 钻时快时适当控制机械钻速或适时停 钻循环清岩，
• 控制岩屑浓度，钻时快时，接单根前 适当循环，可以将岩屑提升到一定高 度不至于下沉到井底。调整钻井液性 能，适当降低其流性指数，提高动塑 比，使处于紊流状态钻进。钻进过程 中间断泵入的比原浆粘度低的段塞， 使段塞成为紊流态循环，再配合泵入 高粘清扫液辅助清岩。
现场分析原因及处理
• • • • • • • • • 井壁剥落掉块形成大肚子、岩屑床。 井壁形成台阶。 处理方案 ： 干通井争取完成软测井 提粘切100-120秒，提高悬浮能力、携岩能力 反复打入低粘度段塞和高粘度稠塞。 泵排量也采取不间断的高低转换。 提密度1.25g/cm3,抑制地层失稳。 封井液50方，密度提至1.30g/cm3。