淺析蘇北張家垛區塊巖屑床問題

袁毅（華東石油工程公司六普鉆井分公司，江蘇鎮江 212003）

淺析蘇北張家垛區塊巖屑床問題

袁毅（華東石油工程公司六普鉆井分公司，江蘇鎮江 212003）

蘇北張家垛區塊由于儲層具有薄、多油層、地層傾角大等特點，大斜度井成為開發該區塊的主要途徑，但由于井斜大巖屑床極易形成，加之地層容易產生剝落掉塊，導致井下遇阻卡嚴重，多次發生井下井下復雜與事故，一定程度影響了該區塊的開發。文章對巖屑床的形成原因與影響因素進行了分析，針對該區塊的特點提出了一些解決措施并得到應用，對于保證該區塊的安全鉆井、縮短施工周期具有一定參考意義。

大斜度井；巖屑床；鉆井液性能；鉆具；井斜角

張家垛區塊大井斜井井斜大，極易形成巖屑床，導致井下遇阻卡情況頻繁發生，一旦處理方法不正確造成卡鉆等復雜情況。造斜、穩斜段會鉆遇大段的硬脆性泥頁巖，水化作用使硬脆性泥頁巖強度降低導致井壁失穩。由于井眼不清潔給作業帶來困難，如機械鉆速低、起下鉆遇阻卡、測井遇阻等。由于巖屑床及井壁失穩導致的張**井的事故，處理耗時數月、造成直接損失上千萬。由此可見巖屑床的危害之大，解決該問題的急迫性。

1 井巖屑床形成原因

1.1 井斜角造成的鉆具偏離井眼中心線

井斜越大、鉆具與井眼接觸的面積越大，面積越大粘卡的可能性也越大。

1.2 鉆井液流動速度的不均勻

井斜大使得鉆具貼著井壁，環空鉆井液流動軸線速度在井眼低邊的接近于零、切向分量自高邊向低邊不斷降低。鉆井液很難將低邊附近的巖屑攜帶至井口，低邊附近的巖屑不斷被鉆具研磨、壓實，加重了巖屑床，井壁的潤滑性降低了，降低了鉆速。

1.3 密度差造成巖屑的重力沉積

巖屑趨向沉積于井眼低邊形成巖屑床的另一個原因是巖屑密度大于鉆井液密度。巖屑床的存在使得鉆具受到的扭矩增大、轉盤負荷加大、鉆具上下活動摩阻增加、鉆壓很難傳遞給鉆頭形成托壓，影響機械鉆速。

2 巖屑床的影響因素［1］［2］

2.1 環空返速

提高返速對井眼凈化很有效果，提高泥漿返速可以降低環空巖屑床厚度，同時巖屑床達到穩定以及被清除時間得到縮短。返速對巖屑床形成速度影響較大，返速越大，環空形成的巖屑床達到穩定狀態時的厚度越小，環空達到穩定狀態所需時間越短。張家垛區塊在目的層施工時使用LWD儀器時受排量限制，井眼清潔差，加重了巖屑床問題。

2.2 井眼軌跡

張家垛區構造復雜，由于儲層變化大，儲層垂直深度、厚度薄，另外該區塊油層發育受構造影響大，地層傾角25°-40°，油層井斜80°-90°，地質需要調整軌跡，導致井眼軌跡復雜，甚至狗腿度超標，加劇了巖屑床的形成，下部鉆具存在明顯的托壓粘附現象。使用螺桿鉆具鉆進會使一大段鉆柱貼在低端井壁上，在鉆柱和井壁接觸面附近存在“循環盲區”，在接單根和起下鉆時，這些“循環盲區”使重晶石和巖屑聚集在低邊井眼井壁上。

2.3 鉆具與巖屑床的相對狀態

實踐說明在大斜度井段，當鉆具與巖屑床處于相對靜止狀態巖屑床很難受到破壞，且厚度可能會逐漸增加；鉆具相對巖屑床處于運動狀態會因鉆具及其接頭部位、扶正器等作用使得巖屑床表面巖屑再次進入鉆井液，隨之返出井口。鉆桿旋轉有利于攜巖，轉速越大，巖屑床厚度越小，而減小到一定程度就停止，在8 1/2＂井眼中使用5 1/2＂可以較小環空間隙，同樣排量下環空返速增大，利于鉆井液向紊流狀體改變。

2.4 井斜角

井斜角在30°-60°范圍內的井段，巖屑沿軸線上返速度接近為零、而軸向滑向鉆進方向的滑落速度大于零、沉向井底低邊的沉降速度大于零最終形成巖屑床，停泵期間更容易形成巖屑沉積，隨著時間的推移環空鉆井液中懸浮的巖屑顆粒的粒徑和濃度均呈由小到大的垂直分布，這無疑易造成鉆進進行困難，嚴重時會引起井眼堵塞甚至引發卡鉆。張家垛區塊的3次井下復雜情況就是這樣出現的。

2.5 鉆井液性能

蘇北張家垛區塊的經驗是提高懸屑、攜屑的重要途徑是提高低剪切速率下的視粘度，降低高剪切速率下的粘度。鉆井液粘度的升高有利于攜屑能力的提高，但超過一定值攜屑能力反而下降。也可以通過提高鉆井液密度，一定程度上達到提高鉆井液攜帶巖屑的能力，因為這樣減小了巖屑與鉆井液的密度差。

3 清除巖屑床的措施

3.1 傳統措施

3.1.1 大斜度井段通過短起下鉆，以達到破壞巖屑床的目的，當存在開泵困難、下鉆頻繁與阻的情況下可以下簡易鉆具組合通井。

3.1.2 盡可能使泥漿在環空中達到紊流狀態，以提高鉆井液的懸浮能力和攜巖效果，保證動塑比在0.45-0.6，控制巖屑床的形成，確保鉆井液足夠的攜巖能力。

3.1.3 在大斜度井段使用高粘鉆井液不定期清掃井眼、破壞巖屑床；盡可能減少滑動鉆進，都可以有效的減少巖屑床的形成，也為井下安全提供條件。

3.2 新措施具與專用工具［3］［4］

3.2.1 重漿

配置一種重漿——粘度低、密度高出普通鉆井液0.36一0.48 g/cm3，重漿按正常排量循環，同時以80 r/m in的速度轉動轉盤，重漿可以攜帶大量虛泥餅和鉆屑，返到地面后經固控設備過濾而被排掉。在使用重漿的同時開動轉盤，轉速盡可能高，因為轉速越高巖屑清除效率更明顯。但該方法受限于井下MWD工具對轉速的限制，通常使用時小于100 r/m in。

3.2.2 機械清巖工具

機械清巖工具凈化井眼的作用很好，比如改進的扶正器，減少扶正部分的長度，當鉆具旋轉時，在扶正器部位形成紊流，堆積的巖屑顆粒被攪動重新進入環空懸浮起來，然后被鉆井液攜帶出井眼，鉆具的旋轉也形成一種旋流，有利于巖屑懸浮起來，進而對巖屑形成沖刷作用。

［1］胡景榮，再論大斜度井的井眼凈化問題［J］，鉆采工藝，2011.2：14-16.

［2］大位移鉆井全井段，巖屑動態運移規律，郭曉樂，汪志明龍芝輝，中國石油大學學報（自然科學版）［J］，2011.1：73-74.

［3］魏文忠，劉永旺，管志川，等：一種用于大斜度大位移井巖屑床清潔的新裝置［J］.石油天然氣學報，2006.28（5）：138-140.

［4］燕建成，蘇北地區張家垛區塊大斜度井鉆井技術研究，硅谷［j］，2014.10：111.

袁毅，男，工學學士，2010年畢業于西南石油大學，現在中石化華東石油工程六普鉆井分公司從事鉆井技術工作。