顺北油气田大尺寸井眼净化能力的探索

薛强　刘军　孙方龙

摘 要：随着顺北油气田井身结构的改变，二开采用?444.5mm的钻头进行钻进，由于上部地层钻时较快，开孔钻头尺寸大且段较长，产生的岩屑量较多，在施工过程中常见遇阻卡、划眼等复杂情况，探讨和分析影响?444.5mm井眼净化能力的因素（排量、钻井液流变性能、钻具组合等），为大尺寸井眼的钻井施工提供理论指导。

关键词：大尺寸井眼;井眼净化;排量;流变性能

1 順北油气田二开设计的井身结构及施工现状

西北油田分公司对顺北油气田井身结构不断调整，二开由原来的?311.2mm或者?250.8mm的井眼调整为?444.5mm，在钻井过程中采用螺杆+PDC钻头进行钻进。由于上部地层钻时较快，开孔钻头尺寸大且段较长，产生的岩屑量较多，如果钻井液性能处理或维护不及时，极易造成起下钻遇阻卡、划眼等复杂情况。不同尺寸的钻头产生的岩屑情况如表1。

由表1可以看出，?444.5mm的井眼产生的岩屑分别是250.88mm、311.2mm的井眼产生岩屑的3.14倍和2.04倍。?444.5mm的井眼每米钻井液与井壁接触面积分别是?250.88mm、?311.2mm的井眼每米钻井液与井壁接触面积的1.77倍和1.43倍，因此在施工过程中钻井液要具有良好的包被抑制性能、携岩与封堵能力，同时要求固控设备必须具有很好的处理能力，防止固相处理不及时造成钻井液性能的恶化或者钻头泥包。

2 影响井眼净化能力因素的分析

钻井液的主要功能之一就是清洗井底并将岩屑携带到地面上，钻井液清洗井眼的能力除取决于循环系统的水力参数外，还取决于钻井液的性能，特别是其流变性能，岩屑的清除过程分为两个过程，一是岩屑冲离井底，二是岩屑从环空携带到地面，在环空中钻井液携带岩屑颗粒向上运动的速度取决于钻井液上返速度与岩屑颗粒自身滑落速度之差，即：Vp=Vf-Vs，则有Vp/Vf=1-Vs/Vf，Vp/Vf：携岩比，此值表示井眼的净化效率;Vp：岩屑在环空的上返速度，m/s;Vf：钻井液在环空的上返速度，m/s;Vs：岩屑的滑落速度，m/s。显然，提高井眼净化效率的途径一是提高钻井液在环空的上返速度;二是降低岩屑的滑落速度，但是受到泵压和泵功率的限制，上返速度不能大幅度提高，因此如何降低岩屑的滑落速度对携岩至关重要。

2.1 排量对井眼净化的影响

在?444.5mm井眼段，研究?139.7钻杆段处不同排量下的环空返速，当排量在40-80L/s的情况下，环空返速在0.29-0.57m/s之间，而在?311.2mm井眼中环空返速在0.66-1.31m/s之间，在?250.88mm井眼中环空返速在1.17-2.34 m/s之间，同样条件下大尺寸井眼环空返速较低。

大尺寸井眼钻进过程中，环空返速较低，岩屑的运移速度较慢，同时由于钻时较快，岩屑难以及时被钻井液携带返出地面，造成环空岩屑量较大;由图1和图2可以看出随排量的增加，携岩比增加，井眼净化能力增加，因此大尺寸井眼钻进时在设备允许的情况下尽可能保持较高的排量。

2.2 钻井液流变性对井眼净化的影响

由图2-图4可以看出，在一定排量下，钻井液流变性能对井眼净化能力影响较大，在钻井施工过程中降低钻井液中有害固相，保持合理的动切力及较低的塑性粘度可增加钻井液的携岩能力。经验数据表明当初切为2至6MPa时钻井液具有良好的悬浮能力，终切为初切值的2至3倍时钻井液属于良好的触变体，当终切值大于初切值的5倍时属于递增型触变体，此时会产生较高的激动压力。

2.3 短起下钻对净化能力的影响

大尺寸井眼由于环空返速较低，同时钻井液与井壁接触面积较大，不可避免地造成岩屑在井壁上粘附形成虚厚泥饼，因此在钻进过程中坚持每钻进300m左右进行短起下，对虚厚泥饼进行拉实，一是清理井壁上粘附的岩屑，二是减小岩屑与井壁的摩擦力，确保井眼畅通。

2.4 钻具组合对净化能力的影响

采用大尺寸钻杆降低循环压耗，提高环空返速，研究在排量一定情况的下（70L/s）不同尺寸钻具下其环空的返速，如表2：

同时研究对于4000m段长?127mm和?139.7mm钻杆在不同排量下的总循环压耗，见图5。

由图5可见，采用?139.7mm比采用?127mm总循环压耗降低35%，因此，对于大尺寸井眼采用大尺寸钻杆，降低总循环压耗，大幅度提高钻头水功率和喷射速度，也能增加排量以提高环空返速和携岩能力。

3 结论与建议

①大尺寸井眼钻进过程中，在设备允许的条件下尽可能采用大尺寸钻杆和保持较高的排量，使得岩屑在环空中有较高返速;②固控设备要有高效率的处理能力，降低钻井液中的有害固相;③保持合理的流变性能，较高的动塑比，尽可能提高钻井液携岩能力，在短起下钻过程中通过固控设备清理地面钻井液中的固相;④合理控制机械钻速，使钻井液中岩屑的浓度不至于过高，不盲目追求机械钻速，防止钻井液中岩屑浓度过高，造成井下复杂;⑤加强钻井液的封堵性能，防止砂岩段因封堵能力不足形成虚厚泥饼，泥岩段因封堵不足，造成滤液沿硬脆性泥页岩层理、微裂缝进入地层深部造成泥页岩剥落或者垮塌;⑥大尺寸井眼钻井液的量大大增加，包被抑制、防塌封堵等材料的加量也应相应增加，以确保钻井液中各种材料的有效含量。