大斜度钻井岩屑床处理方法研讨

王世宁　谢赐君

摘 要：在定向施工时岩屑床问题容易出现钻压不能全部负荷到钻头粘托螺杆、钻进速度慢、起下钻过程中不顺畅等问题。文章从影响岩屑床的因素着手分析，结合现场应用情况，总结出有效控制岩屑床应采取的措施及钻井液优化技术。

关键词：大斜度钻井;岩屑床;控制

0 前言

目前水平井、大斜度定向井日益增多，在大斜度井段的钻进中，井斜角、环空返速、钻井液流变性及流态以及一些其他因素，都有可能导致起下钻过程岩屑堆积造成遇阻严重，甚至造成卡钻等事故复杂。

1 岩屑床的形成条件及变化规律

1.1 井斜角的影响

当井斜角达到第一临界值25～35°，岩屑会在重力作用下沉至低边并滑向井底方向;井斜角达到第二临界值55～65°时，低边上岩屑停止下滑。由此可见，井斜角30至60°岩屑易沉向下井壁，尤其是循环中止时，在下沉过程中有可能滑到井底形成岩屑床、且不易被清除;当井斜大于60°后形成岩屑床虽不滑向井底，但是随着其越积越厚，井段越来越长，如泥浆性能差，润滑效果不好，处理方法不及时、不合理，容易导致粘吸卡钻，或者起钻下过程中，岩屑不断堆积，极易造成井下事故。

1.2 环空返速

岩屑床的形成有一个临界返速。实践证明当环空返速大于0.91m/S，有岩屑床形成，但却很不稳定，常被破坏，其厚度也不固定，是处于沉积和冲蚀交迭发生的状态。虽然提高环空返速有助于减缓岩屑床的形成，但环空返速过高对井壁冲刷严重，现场泵排量也不可能无限制提高，因此环空返速应适当。

1.3 钻井液流变性及流态

当钻井液处于紊流状态时液流的运动方向是素乱的和无规则的，岩屑总会被运移走;岩屑床厚度极不稳定，处于沉积与冲蚀破坏交迭发生的动平衡状态，当井斜大于50°大斜井段的紊流洗井比层流效果要好，但是对井壁有较强冲蚀作用，容易造成地层垮塌，不利于井壁稳定。

1.4 其他因素

由于旋转钻具可将井眼底边的岩屑推入循环的钻井液中，还可将大块岩屑压碎成小颗粒，所以有利于岩屑的清除。转速愈大，清除岩屑效果愈佳。当滑动定向时，由于钻杆不转动，可采用短程起下钻拉井壁、破坏岩屑床以及增大环空返速等措施清除岩屑。

2 提高大斜度井段井眼净化的途径

①条件下排量尽可能取上限，出现复杂征兆，设备允许的话可以双泵四凡尔定期循环洗净。在30至60°井段钻进接单根前要适当循环，可将岩屑提升到一定高度不至于沿低边滑落到井底，接单根时间为3min时，应循环1.5min;②在钻井液转换后调节钻井液流变性，将动塑比保持在0.36-0.48Pa/（MPa.s）达到最好携岩效果。为了减小岩屑的滑落速度，塑性粘度也不能太低应当保持在816MPa.s，同时为弥补钻进过程中层流不如紊流洗井的不足，可以利用循环补充钻井液量时泵入转换前使用过的聚合物无固相钻井液体系8m3左右直接入井;③井斜超过60°以后执行定时间、定井段短起下钻作业并分段循环;上下大幅度活动钻具，尽可能多转动钻具，利用钻头和扶正器的犁推作用再配合循环操作破坏已形成岩屑床。

3 现场应用

V1井4600m中途电测前使用聚合物无固相钻井液体系与转换后为聚硅酸盐钻井液体系。使用聚合物体系时环空返速大于其临界环空返速，流态属于紊流，同时在钻进过程中定期用高粘切聚合物进行清扫，中测前井斜达到44°，接单根过程摩阻在4-6t范围，没有出现明显遇阻情况。中途电测完之后转换为聚硅酸盐体系。在大斜井段的环空返速为1.26m/s，小于临界环空返速，动塑比为0.47Pa/（MPa.s），流态为平板层流，在连续定向三根单根准备接第383号单根（井斜53°）上提时摩阻达到9t，转盘反转3.5圈，在接完单根后有1m下不到底，开转盘循环正常，出现这种情况就是因为形成的岩屑床在重力作用下沿井底下滑造成接单根上提时遇阻，下放不到底，之后循环泵入聚合物无固相钻井液8m3，利用其紊流特点破坏该斜井段的岩屑床，再继续以硅酸盐体系钻进，携带出岩屑，同时补充处理剂调整达到稀释前的性能。后期钻进在每次滑动完接单根前开动转盘循环3min以上，60°以内井段施工比较正常，接单根没有出现明显遇阻，滑动粘托现象不明显。

井深4939.25m后，井斜超过88.59°进入水平段，滑动粘托现象开始明显，接单根上提也遇阻，转盘打倒车;在井深4960m起钻换钻头时在水平段起钻过程摩阻逐渐增大，下钻过程中有两根立柱下不到井底的情况，因当井斜角大于60°之后形成的岩屑床虽不再向井底下滑，但随着井段的不断加长岩屑床对钻具滑动定向时摩阻不断增大，钻压难以加到钻头，出现粘托;起下钻时由于钻具紧贴下底边，钻头和扶正器的犁推作用使岩屑床越集越厚，针对这种状况，在水平段施工过程中每一百米进行短程起下钻，每起出两根立柱开泵开转盘循环，上提下放反复几次。后续施工比较正常，机械钻速由17.4m/h提高到20.5m/h，接单根、起下钻没有出现明显的遇阻现象。

4 结论与认识

①现场条件下排量尽可能取上限。在30-60°井段钻进接单根前要确保循环时间，将岩屑提升到一定高度不至于沿低边滑落到井底;②调节钻井液流变性，将动塑比保持0.36-0.48Pa/（MPa.s），塑性粘度保持在816MPa.S;③大斜度井段聚硅酸盐体系钻进过程中定期用少量聚合物无固相钻井液体系循环洗净，实现两种体系层流和紊流的优势互补;④井斜超过60°以后執行定时间、定井段短起下钻作业并分段循环。