大位移水平井岩屑床机理分析及对策

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1、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一一岩屑床，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

2、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一一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

3、，岩屑的携带能力存在如下一些情况：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Oo此时，钻井液的携岩能力受到轴向速度分量的制约，而钻具必然会压实或压碎岩屑，并为岩屑床的形成提供了条件，进而直接影响到工程施工安全和施工质量。1.2力作用角度冲击力、重力、浮力和粘滞阻力均会对井眼内固体微粒造成不同程度的影响。斜井钻井往往受制于多种因素进而致使岩屑浓度更大，则岩屑床的存在在所难免。环

4、空返速和井斜是岩屑床的主耍影响因素。1.2.1?井斜的影响针对垂直井与水平井和斜井间的差异，可从以下两个方面进行判别：有一定厚度的岩屑床分布在较低侧面；岩屑朝着井底方向发生滑移现象。井斜是岩屑床形成的必要条件之一。一般而言，临界返速和环空岩屑浓度均与井斜呈正相关，而井眼净化程度却与井斜和间呈负相关，即岩屑床更容易在井斜角较大的井段分布（见上一小节）。1.2.2?环空返速的影响若环空返速超出临界值，岩屑床必然会表现出冲蚀与沉积交迭的动态平衡状态。研究结果显示，若井斜角等于45。,岩屑的临界返速超出

5、直井若干倍。一般而言，临界返速与井斜角呈正相关。就客观角度而言，井斜和的增加必然会因马达、机泵和冲刷等的影响而制约返速的最人化提高，进而致使冲蚀比沉积更小，则岩屑床与井斜角间呈正相关。2大位移水平井岩屑床的处理对策2.1预防措施均匀悬浮式（见图1）、移动床式（见图2）、非均匀悬浮式和固定床式是岩屑床的四种运移方式，而均匀悬浮式是斜井内岩屑的最佳运移形式。均匀悬浮式的实现可参考如下一些方面：2.1.1?井斜角若井斜角未超过40°,少数岩屑会依附在钻具表面，并顺着钻具的旋转叶卷起，此时岩屑床难以形成

6、。若井斜角超过40。，钻井液的流变性在钻具偏心的作用下必然发生较大改变，英为岩屑床的形成提供了有利的条件。因此，钻井液流变参数和流态应基于井斜角的不同加以合理选择。2.1.2?环空返速研究结果显示，环空返速对岩屑运移的影响具有可控性。若井斜角处于40。一60°间，钻井液的返速0・9m/s,岩屑床必然会失去最佳的形成条件。就大斜度井而言，岩屑床在钻井液环空返速＞1.5m/s的条件下不易产生。因此，务必要基于现场设备均具备足够的承受能力，合理确定设备的排量。2.1.3?钻井液的流态若现场设备允许，应

7、就上返速度和钻井液排量予以适当提高,以便通过设备的紊流状态实现设备携岩能力的提高，但应基于井斜角范I韦I的不同选择恰当的流态。若井斜角处于0。一55。间，紊流效果略次于层流效果;若井斜角＞55。，紊流的携岩能力略优于层流；若井斜角处于45。-55°,层流和紊流的携岩能力不相上下。2.1.4?钻井液的性能若现场设备的环空返速较低，钻井液的动塑比必然会对钻井液的携岩能力造成明显的影响，层流均不会超过0・5Pa/mPa?s。研究结果显示，若流动指数2：1,设备的携岩能力会明显增加；钻井液过高的触变性会

8、对岩屑运移造成极大的阻力；钻井液过高的环空返速和触变性必然会给岩屑的清除工作造成严重的负面影响。由于钻井液目前尚不能满足钻井液中岩屑不下沉的要求，则应把钻井液性能的调整与其他岩屑清除方法配合使用。2.2提高参数设置的合理性结合图3可得，V形槽的工作原理为：V形槽部位环空截面积更大，钻井液在此处的流动速度也更大，以提高流体对岩屑的冲刷力；就來流而言，V形槽可发挥导向作用（即V形槽可改变来流的方向），加之V形槽旋转作用可增加来流的压力，进而实现流体速度的增加；V形槽旋转与流体速度的协同作用可实现流体