薛強(qiáng)　劉軍　孫方龍

摘 要：隨著順北油氣田井身結(jié)構(gòu)的改變，二開采用?444.5mm的鉆頭進(jìn)行鉆進(jìn)，由于上部地層鉆時(shí)較快，開孔鉆頭尺寸大且段較長，產(chǎn)生的巖屑量較多，在施工過程中常見遇阻卡、劃眼等復(fù)雜情況，探討和分析影響?444.5mm井眼凈化能力的因素（排量、鉆井液流變性能、鉆具組合等），為大尺寸井眼的鉆井施工提供理論指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：大尺寸井眼;井眼凈化;排量;流變性能

1 順北油氣田二開設(shè)計(jì)的井身結(jié)構(gòu)及施工現(xiàn)狀

西北油田分公司對順北油氣田井身結(jié)構(gòu)不斷調(diào)整，二開由原來的?311.2mm或者?250.8mm的井眼調(diào)整為?444.5mm，在鉆井過程中采用螺桿+PDC鉆頭進(jìn)行鉆進(jìn)。由于上部地層鉆時(shí)較快，開孔鉆頭尺寸大且段較長，產(chǎn)生的巖屑量較多，如果鉆井液性能處理或維護(hù)不及時(shí)，極易造成起下鉆遇阻卡、劃眼等復(fù)雜情況。不同尺寸的鉆頭產(chǎn)生的巖屑情況如表1。

由表1可以看出，?444.5mm的井眼產(chǎn)生的巖屑分別是250.88mm、311.2mm的井眼產(chǎn)生巖屑的3.14倍和2.04倍。?444.5mm的井眼每米鉆井液與井壁接觸面積分別是?250.88mm、?311.2mm的井眼每米鉆井液與井壁接觸面積的1.77倍和1.43倍，因此在施工過程中鉆井液要具有良好的包被抑制性能、攜巖與封堵能力，同時(shí)要求固控設(shè)備必須具有很好的處理能力，防止固相處理不及時(shí)造成鉆井液性能的惡化或者鉆頭泥包。

2 影響井眼凈化能力因素的分析

鉆井液的主要功能之一就是清洗井底并將巖屑攜帶到地面上，鉆井液清洗井眼的能力除取決于循環(huán)系統(tǒng)的水力參數(shù)外，還取決于鉆井液的性能，特別是其流變性能，巖屑的清除過程分為兩個過程，一是巖屑沖離井底，二是巖屑從環(huán)空攜帶到地面，在環(huán)空中鉆井液攜帶巖屑顆粒向上運(yùn)動的速度取決于鉆井液上返速度與巖屑顆粒自身滑落速度之差，即：Vp=Vf-Vs，則有Vp/Vf=1-Vs/Vf，Vp/Vf：攜巖比，此值表示井眼的凈化效率;Vp：巖屑在環(huán)空的上返速度，m/s;Vf：鉆井液在環(huán)空的上返速度，m/s;Vs：巖屑的滑落速度，m/s。顯然，提高井眼凈化效率的途徑一是提高鉆井液在環(huán)空的上返速度;二是降低巖屑的滑落速度，但是受到泵壓和泵功率的限制，上返速度不能大幅度提高，因此如何降低巖屑的滑落速度對攜巖至關(guān)重要。

2.1 排量對井眼凈化的影響

在?444.5mm井眼段，研究?139.7鉆桿段處不同排量下的環(huán)空返速，當(dāng)排量在40-80L/s的情況下，環(huán)空返速在0.29-0.57m/s之間，而在?311.2mm井眼中環(huán)空返速在0.66-1.31m/s之間，在?250.88mm井眼中環(huán)空返速在1.17-2.34 m/s之間，同樣條件下大尺寸井眼環(huán)空返速較低。

大尺寸井眼鉆進(jìn)過程中，環(huán)空返速較低，巖屑的運(yùn)移速度較慢，同時(shí)由于鉆時(shí)較快，巖屑難以及時(shí)被鉆井液攜帶返出地面，造成環(huán)空巖屑量較大;由圖1和圖2可以看出隨排量的增加，攜巖比增加，井眼凈化能力增加，因此大尺寸井眼鉆進(jìn)時(shí)在設(shè)備允許的情況下盡可能保持較高的排量。

2.2 鉆井液流變性對井眼凈化的影響

由圖2-圖4可以看出，在一定排量下，鉆井液流變性能對井眼凈化能力影響較大，在鉆井施工過程中降低鉆井液中有害固相，保持合理的動切力及較低的塑性粘度可增加鉆井液的攜巖能力。經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明當(dāng)初切為2至6MPa時(shí)鉆井液具有良好的懸浮能力，終切為初切值的2至3倍時(shí)鉆井液屬于良好的觸變體，當(dāng)終切值大于初切值的5倍時(shí)屬于遞增型觸變體，此時(shí)會產(chǎn)生較高的激動壓力。

2.3 短起下鉆對凈化能力的影響

大尺寸井眼由于環(huán)空返速較低，同時(shí)鉆井液與井壁接觸面積較大，不可避免地造成巖屑在井壁上粘附形成虛厚泥餅，因此在鉆進(jìn)過程中堅(jiān)持每鉆進(jìn)300m左右進(jìn)行短起下，對虛厚泥餅進(jìn)行拉實(shí)，一是清理井壁上粘附的巖屑，二是減小巖屑與井壁的摩擦力，確保井眼暢通。

2.4 鉆具組合對凈化能力的影響

采用大尺寸鉆桿降低循環(huán)壓耗，提高環(huán)空返速，研究在排量一定情況的下（70L/s）不同尺寸鉆具下其環(huán)空的返速，如表2：

同時(shí)研究對于4000m段長?127mm和?139.7mm鉆桿在不同排量下的總循環(huán)壓耗，見圖5。

由圖5可見，采用?139.7mm比采用?127mm總循環(huán)壓耗降低35%，因此，對于大尺寸井眼采用大尺寸鉆桿，降低總循環(huán)壓耗，大幅度提高鉆頭水功率和噴射速度，也能增加排量以提高環(huán)空返速和攜巖能力。

3 結(jié)論與建議

①大尺寸井眼鉆進(jìn)過程中，在設(shè)備允許的條件下盡可能采用大尺寸鉆桿和保持較高的排量，使得巖屑在環(huán)空中有較高返速;②固控設(shè)備要有高效率的處理能力，降低鉆井液中的有害固相;③保持合理的流變性能，較高的動塑比，盡可能提高鉆井液攜巖能力，在短起下鉆過程中通過固控設(shè)備清理地面鉆井液中的固相;④合理控制機(jī)械鉆速，使鉆井液中巖屑的濃度不至于過高，不盲目追求機(jī)械鉆速，防止鉆井液中巖屑濃度過高，造成井下復(fù)雜;⑤加強(qiáng)鉆井液的封堵性能，防止砂巖段因封堵能力不足形成虛厚泥餅，泥巖段因封堵不足，造成濾液沿硬脆性泥頁巖層理、微裂縫進(jìn)入地層深部造成泥頁巖剝落或者垮塌;⑥大尺寸井眼鉆井液的量大大增加，包被抑制、防塌封堵等材料的加量也應(yīng)相應(yīng)增加，以確保鉆井液中各種材料的有效含量。