定向井井眼凈化技術(shù)

1、定向井井眼凈化技術(shù)定向井施工中，尤其是大難度大位移定向井，常有砂床存在，它的存在極易引起起下鉆阻卡、磨阻增大、劃眼、電測(cè)遇阻等井下復(fù)雜情況，甚至卡鉆等到事故，鉆井液鉆進(jìn)過(guò)程中的循環(huán)流體，其性能優(yōu)良與否，對(duì)鉆井安全十分重要。為了改善鉆井液的攜砂性，提高鉆井液對(duì)“砂床”的清除能力，合理控制鉆井液的流變性，并結(jié)合“變排量”洗井、短起下、“紊流段塞”洗井技術(shù)，較好地解決了“砂床”對(duì)安全鉆井造成的危害。一、 鉆井液的流變性定向井鉆井液攜砂性能的好壞是衡量鉆井液流變性優(yōu)劣的重要標(biāo)準(zhǔn)。定性地講：（1）振動(dòng)篩篩面返砂與鉆井速度相比正常；（2）鉆井液各種性能參數(shù)穩(wěn)定；（3）鉆井各工況井下正常；（4）地質(zhì)錄井巖屑

2、不混雜，地質(zhì)分隔清晰。就認(rèn)為相應(yīng)情況下鉆井液流變性能對(duì)于清洗環(huán)空井眼比較合適。而對(duì)應(yīng)地層位置如發(fā)現(xiàn)振動(dòng)篩返砂明顯減少，活動(dòng)鉆具阻卡嚴(yán)重，下鉆劃眼，轉(zhuǎn)盤扭矩異常大，錄井巖樣雜亂，下鉆到底有大量巖樣反出等，就認(rèn)為鉆井液流變參數(shù)不利于環(huán)空攜沙。中原油田定向井井斜大多在3040度，據(jù)國(guó)外資料分析和鉆井實(shí)踐證明，此井斜區(qū)間為最困難井段，巖屑運(yùn)移中“爬坡”過(guò)長(zhǎng)，極易形成“砂床”，一旦“砂床”形成，對(duì)鉆井安全、完井作業(yè)十分不利。對(duì)一口井來(lái)講，施工中除去鉆井液流變性外，其他條件幾乎都是不可變因素。因此，調(diào)整鉆井液流變性、提高攜沙懸浮能力是改善井眼凈化效果的重要措施。1 技術(shù)思路鉆井液是一種非牛頓的塑性流體，其

3、成分組成決定了它具有粘滯性。井斜增大后，影響井眼凈化效果的主要因素是鉆井液上返速度和有效是粘度，視粘度增加，攜砂所須的最底環(huán)空上返速度就下降，環(huán)空巖屑也相應(yīng)降低。受水力參數(shù)和機(jī)泵功率的限制，視粘度也不能過(guò)高；同時(shí)為防止砂床過(guò)快過(guò)厚的形成，兼顧井下安全、激動(dòng)壓力的大小，鉆井液具有適度的表觀粘度、較高的靜結(jié)構(gòu)和較低的變性（靜結(jié)構(gòu)隨時(shí)間的變化降低），此體系有利于提高井眼靜化效果。2.技術(shù)要求根據(jù)室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)，結(jié)合有關(guān)資料和現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)，首先正電膠MMH作為定向井鉆井液的流型調(diào)節(jié)劑。正電膠特殊的電化學(xué)性質(zhì)決定了正電膠鉆井液流變性很適合定向井?dāng)y砂。正電膠鉆井液特性：（1）底的塑性粘度，高的動(dòng)切力；（2）靜切

4、力隨時(shí)間變化率小，有較低的觸變性；（3）具有固液雙重性，靜止瞬間即成“假固體”；（4）極小的作用力即可使其流動(dòng)。這些特性對(duì)斜井段巖屑的攜帶十分有利，且抗高溫能力強(qiáng)，熱穩(wěn)定性好，可用于飽和鹽水。正電膠也有不足之處，如：正電膠鉆井液在井壁上形成“滯流層”，較厚的“滯流層” 易吸附巖屑，不利于清除“砂床”，因此現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用時(shí)要控制合理的MMH加量，且鉆井后期停加，配合清砂技術(shù)，用“利”棄“弊”。3 現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)（1） 對(duì)于216井眼井段，攜砂問(wèn)題突出時(shí)，調(diào)整基漿性能；T45-50，AV23-25，PV12-15，YP10-12，1/21-3/5-8，視現(xiàn)場(chǎng)鉆井液密度及般土含量，一次性追加MMH150-300

5、，充分循環(huán)，性能可達(dá)T75-85，AV28-30，PV16-20，YP15-22，1/26-8/16-20，追加MMH后，鉆井液粘切均有提高，靜切力提高較明顯，但動(dòng)切力變化不大，有利于保持原泵排量下的環(huán)空流態(tài)。（2） 追加MMH后，如粘切上升過(guò)快，可用低濃度NH4-HPAN膠液緩慢補(bǔ)充，降粘切效果明顯。（3） MMH具有一定的抗鹽能力，但NCL含量、H值較高時(shí)溶解的帶正電離子對(duì)正電膠電性影響大，維護(hù)較困難，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用時(shí)遇欠飽和鹽水鉆井液改用HV-CMC、MPA-99、般土漿等來(lái)提高粘切。二、 清砂工藝環(huán)空凈化關(guān)鍵在于選擇合理的鉆井液流變參數(shù)和控制環(huán)空流態(tài)，大量研究表明，流體的雷諾數(shù)越大，越有利于

6、攜砂，對(duì)井壁吸附巖屑及“砂床”來(lái)講，紊流攜砂洗井效果最好，其次是平板型層流，尖峰型層流效果最差。紊流是一種流體內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)做混亂脈動(dòng)運(yùn)動(dòng)的流態(tài)，紊流時(shí)鉆井液對(duì)井壁有較大的全方位的脈動(dòng)沖擊，對(duì)井壁吸附的清除十分有效。根據(jù)水力學(xué)的理論，要使環(huán)空達(dá)到紊流狀態(tài)，必須使流體的雷諾數(shù)R>2000。影響雷諾數(shù)的因數(shù)較多，但與鉆井液有關(guān)的是：密度通常情況下恒定，在泵排量一定時(shí)，視粘度、動(dòng)切力越低，R數(shù)值越大，越易達(dá)到紊態(tài)流型。1 紊流攜砂的限制條件（1） 紊流對(duì)井壁巖石的沖蝕性比層流大得多，這對(duì)疏松地層井壁的穩(wěn)定十分不利。（2） 受井眼幾何尺寸、機(jī)泵功率的限制，單靠提高排量，紊流難以實(shí)現(xiàn)。 （3） 降低鉆井

7、液體系內(nèi)部結(jié)構(gòu)參數(shù)實(shí)現(xiàn)紊流，易張（4） 造成鉆井液懸浮能力下降，對(duì)加重鉆井液穩(wěn)定不利。 2 室內(nèi)評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)（1） 大量研究結(jié)果證明，增大鉆井液的非牛頓性有利于提高鉆井液的攜砂能力。（2） 保證動(dòng)塑比大于0.5條件下，提高鉆井液的動(dòng)切力和塑性粘度，有利于降低環(huán)空巖屑濃度和砂床厚度。顯然，層流洗井比較符合實(shí)際。3 清砂工藝 井斜大于30度以上的井，“砂床”的存在是不可避免的，為了防止過(guò)厚的砂床對(duì)鉆井施工安全造成的隱患，鉆井中除提高鉆井液結(jié)構(gòu)力和粘滯性，防止巖屑過(guò)快聚集外，在流變參數(shù)穩(wěn)定的情況下，采用“變排量”洗井、紊流洗井、短起下等來(lái)防止和破壞砂床的產(chǎn)生。（1） 堅(jiān)持短程起下鉆，每鉆進(jìn)50200米起

8、下鉆一次，完井時(shí)整個(gè)穩(wěn)斜井段拉井壁一次，強(qiáng)制破壞“砂床”。（2） 216mm井眼正常鉆進(jìn)時(shí)，采用3032L/s排量，絕大部分巖屑均能帶出，進(jìn)尺150300米時(shí)，提高柴油機(jī)轉(zhuǎn)速，增大泵排量35L/s持續(xù)1220min,條件允許，可增加一個(gè)凡爾，提高環(huán)空流體的雷諾數(shù)，“激活”砂床巖屑。（3） 對(duì)泥餅虛厚、巖屑多、井斜大的井，變排量洗井、短起下效果不明顯的，采應(yīng)用“紊流段塞”洗井。其方法是：在4#罐配1015m35s左右的低粘度鉆井液，替入環(huán)空，利用較大雷諾數(shù)的低粘度鉆井液沖刷井壁及巖屑床，使巖屑處于分散狀態(tài)，隨后以高粘切鉆井液攜砂。（4） 對(duì)地層坍塌、井眼擴(kuò)大率較大、井斜大位移大的定向井有必要相對(duì)地全井提高鉆井液的粘切，保持良好的攜砂性和懸浮性。此工藝避免了為了實(shí)現(xiàn)紊流攜砂使整個(gè)環(huán)空系統(tǒng)鉆井液處于低粘切狀態(tài)，又能實(shí)現(xiàn)真正意義上的“紊流洗井”，同時(shí)，“紊流段塞”短時(shí)間沖刷井壁，對(duì)井壁穩(wěn)定性造成的影響也不大。完井通井時(shí)，采用更換大水眼或不裝水眼，用原漿增加一個(gè)凡爾排量洗井，徹底清楚井壁滯流巖屑，保證完井作業(yè)順利。三、現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用在前期的定向井鉆井過(guò)程中，在分析以往井下情況中認(rèn)識(shí)到，隨著井斜、位移的增大，鉆井液應(yīng)有較高的粘切，高粘切滿足了鉆井需要，但在完井前期需破壞“砂床”時(shí)，往往采取頻繁短起下，降低整個(gè)循環(huán)系統(tǒng)的鉆井液粘度的方法。其結(jié)果：一是易使增斜井段產(chǎn)生鍵槽，影響起鉆和電測(cè)；二