大斜度井岩屑床分析及新型井眼清洁工具应用

在钻井过程中,大斜度井段易堆积形成岩屑床,引起卡钻、摩阻增大、机械钻速降低等问题。为解决岩屑上返问题,利用Landmark软件对岩屑床沉积规律进行了模拟分析,并研制了一种新型井眼清洁工具。岔X井的试验应用表明,新型井眼清洁工具能有效解决大斜度井岩屑返出问题,明显降低井眼摩阻,下入工具后两次收集的岩屑量是不使用工具的4.1倍、1.3倍,摩阻最大下降54.9%。     

大斜度井保持井眼清洁的有效方法

大斜度钻井过程中,钻屑在40～60°井段易堆积形成岩屑床,对井下安全危害极大,容易引发憋钻和卡钻事故。解决大斜度钻井中岩屑床的堆积,不应只考虑清除钻屑的问题,重要的是如何清除井眼低端的钻屑沉积床。进行钻井排量设计时经常使用不合理或不完整的数学模型以及使用高粘度的钻井液清洁井眼,使清洁井眼工作变得更加困难。而使用重塞钻井液可有效地破坏已形成的岩屑床。“重塞”在环空中可产生异乎寻常的“射流”把钻屑由井眼低端驱走,并且加重的钻井液可以产生更高的浮力,也有助于驱动井眼中的钻屑和淤泥。提出了重塞钻井液的设计方案,并提出了相应的建议。     

水平井和斜井井眼清洁技术研究进展及展望

水平井钻井技术的进步有利于开发常规和非常规油气储层,然而,与水平段岩屑清除相关的井筒的不稳定性和井眼清洁困难严重制约了钻井生产。井筒岩屑清除效率低下会导致摩阻和扭矩增加、管道卡住,严重时可导致井漏等钻井事故。首先,分别从井眼清洁机理和井眼清洁主要影响因素（钻井液流变性、钻具转速、井角、岩屑尺寸、钻井液密度和流速等）分析综述了水平井和斜井岩屑沉积的成因和适用于现场生产的技术参数。其次,针对水平井和斜井井眼清洁困难分别从国内外钻井液技术和井眼清洁工具两个方面阐述了岩屑清除方法与机理。最后,对水平井和斜井井眼清洁发展方向进行了展望,为未来井眼清洁技术提供了参考。     

一种保持大斜度定向井井眼清洁的有效技术

为了提高大斜度定向井的施工安全，钻井过程中及时清除岩屑床，研究出了一种射流除屑剂。该除屑剂的施工要求为：密度比基液高0．4—0．5g／cm^3，在环空中至少有61—122m，除屑过程中必须保持连续开泵循环，采用正常排量循环除屑，钻具转速应为80r／min左右。如果出现井眼清洁问题，应使用3—4次除屑剂清砂。使用该除屑剂清砂作为预防措施时，每6—8h或钻进150—300m进行一次清砂。现场实践表明：应用该除屑剂能有效清除大斜度井段的岩屑，避免岩屑床的形成，保证大斜度定向井的施工安全。     

井眼清洁工具流场及岩屑运移数值模拟分析

在大位移井、水平井钻井过程中,常有岩屑运移不畅,形成岩屑床的现象发生,导致摩阻增大、蹩钻等复杂问题,严重时甚至影响钻井安全。本文分析了一种短节式的井眼清洁工具,采用计算流体动力学对其偏心旋转工况下的流场进行模拟,通过特征截面流线图、速度云图等分析了工具对该井段的流场扰动作用机理;通过多相流计算,得出了岩屑颗粒运动情况。分析表明,工具对流场具有导流和搅拌的作用,加速岩屑颗粒运动;随着工具转速增大,工具对流场的扰动作用加大,岩屑颗粒离开模型的最终速度增大,因此颗粒滑落距离增加,有利于岩屑携带。在某油田1603井的现场试验显示,合理安放多个井眼清洁工具后振动筛返屑量明显增加,后两次收集岩屑体积分别是使用前的3.75倍和1.6倍。     

井眼清洁工具作用下岩屑颗粒运动规律研究

在复杂结构井钻井过程中常有岩屑成床现象发生,容易造成一系列井下复杂问题,严重影响施工效率。目前一种螺旋式工具已被用于解决井眼清洁问题,应用效果较好。针对这种工具的基本结构,通过研究岩屑颗粒在螺旋式工具叶片上的运动,建立数学模型,得出这种工具螺旋角在不同井斜角条件下对岩屑颗粒通过该工具后的轴向、切向速度影响关系。研究结果表明:该螺旋式工具对岩屑颗粒运移有明显的加速作用,利于清除岩屑床;螺旋角作为清除岩屑床螺旋式工具的可控参数对工具性能产生重要影响;随着螺旋角增大,经过螺旋工具作用的岩屑颗粒切向速度逐渐增大,轴向速度逐渐减小,调整螺旋角可以使岩屑颗粒产生所需的速度以提高工具清屑效率。     

复杂结构井井眼清洁技术研究进展

复杂结构井在海洋油气田、老油田和低渗透油气田开发中应用广泛,但该井型的大斜度井段和水平井段易出现井眼清洁问题,造成卡钻等事故,从而影响机械钻速和井下安全,制约了复杂结构井技术的发展。文中分别从井眼清洁的主要影响因素、数学模型及岩屑床清洁工具等方面,对井眼清洁技术进行了系统综述。通过分析井眼清洁的主要影响因素,结果表明,井斜角在30~60°时岩屑床最难清除,增加环空流速、钻杆转速和调整钻井液性能,可在一定程度上提高井眼清洁效果。此外,分析了描述岩屑运移规律的经验模型、分层理论模型及岩屑床清除工具,并对未来井眼清洁数学模型和井眼清洁技术发展趋势进行展望,为今后深入研究井眼清洁问题提供了参考。     

页岩气水平井井眼清洁评价研究

川渝地区页岩气水平井环空岩屑浓度增加和岩屑床的产生会使井眼清洁程度变差,导致卡钻等事故,需要加快井眼清洁评价方面的研究.鉴于此,根据页岩气钻井现场所用油基钻井液数据,利用切应力误差法和相关系数法优选出适用于该地区的油基钻井液流变模式——卡森模式,建立了环空岩屑颗粒启动临界流速模型和岩屑床厚度分布模型.以CNH17-2井...     

井眼清洁技术在东海超深大斜度井中的应用

近年来东海海域通过滚动勘探获得一些边际油气田,依靠海上已有生产设施实施超深大斜度井开发成为实现边际油气田低成本开发的有效途径.超深大斜度井稳斜角大、稳斜段长,钻井过程中岩屑在井筒中易堆积形成岩屑床,导致摩阻增大、起下钻困难甚至卡钻等井下复杂情况,井眼清洁是确保超深大斜度井钻井工程作业安全与高效的关键技术之一.文章通过应...     

高效岩屑床清除钻杆作用机理

岩屑携带困难是大斜度、大位移定向井和水平井钻井普遍存在的问题,严重影响钻井安全和钻进效果。设计了高效岩屑床清除钻杆（EHCDP）,并利用计算流体动力学(CFD)仿真模拟技术对EHCDP作用下环空流场的流动特性展开研究,从流线图、速度场、压力场等方面对数值模拟结果进行了分析,研究了EHCDP的作用机理,分析了螺旋槽道结构对环空流体流动特性的影响。研究结果表明,在EHCDP作用下,流体在槽道附近形成了涡流结构,改变了偏心环空中流体的流动特性,使流体从小环空往大环空运动,将岩屑输送到大环空,而槽道附近的涡则将岩屑卷入槽道中,并利用钻杆转动所产生的离心力将岩屑“甩入”大环空,达到有效清除井眼低边岩屑床的目的。     

X10-1H水平井井眼净化技术及应用

井眼净化问题是深层水平井钻井的难点和关键.结合X10- 1H井实际情况,分析了钻井液性能、井径扩大率、机械钻速、钻具转速、钻井液排量等对井眼净化的影响.提出优化钻具结构、合理调整钻井液性能、加强短程起下钻、选择合理的钻进方式和钻井速度以及研制破坏岩屑床新工具等井眼净化技术,这些技术在X10- 1H深井钻井过程中应用后,...     

融清除岩屑床与钻井为一体的新工艺技术

井斜角30°～60°的斜井段易形成岩屑床,其形成后难以清除,不稳定易向井底方向滑动,影响钻进速度、威胁钻井施工安全,是定向井施工中井眼净化的危险区.介绍江苏局安徽公司现阶段提高大斜度定向井井眼净化程度的系列技术措施,由于受其有效程度所限偶发井下复杂情况和事故.在关注大斜度定向井井眼净化的同时,研究开发出“融清除岩屑床与钻进为一体的新工艺技术”,作为技术储备.文中介绍该工艺技术的技术要点,论证其技术优势及可行性、经济性.     

Sensitivity Analysis of Major Drilling Parameters on Cuttings Transport during Drilling Highly-inclined Wells

Abstract

In this study, a layered cuttings transport model is developed for high-angle and horizontal wells, which can be used for incompressible non-Newtonian fluids as well as compressible non-Newtonian fluids (i.e., foams). The effects of major drilling parameters, such as flow rate, rate of penetration, fluid density, viscosity, gas ratio, cuttings size, cuttings density, wellbore inclination and eccentricity of the drillsting on cuttings transport efficiency are analyzed. The major findings from this study are, the dominating parameter on wellbore cleaning is the flow rate, and, as the viscosity of the fluid is increased, the thickness of the cuttings bed developed in the wellbore is significantly increasing. Also, cuttings properties, fluid density, wellbore inclination and eccentricity have some influence on cuttings transport.     

再论大斜度定向井的井眼净化问题

从天62-4井井斜角41°～43°井段井眼净化不好引发起钻遇卡、憋泵及消除这一井下复杂情况的实例出发,引申论述定向井及水平井的大井斜角井段井眼不清洁的危害、岩屑床形成的原因及其影响因素,介绍清除岩屑床、提高井眼净化程度的途径,并警示井斜角30°～60°的斜井段是井眼净化危险区;岩屑床形成容易清除较难,预防形成岩屑床需从多方设法,清除岩屑床则需积极主动对待。建议重新定义大斜度定向井,推荐大井斜角井段井眼达净化程度的指标,推荐“融钻进与清除岩屑床为一体”的作业工艺。     

Critical Fluid Velocities for Removing Cuttings Bed Inside Horizontal and Deviated Wells

Abstract

This study aims to estimate the critical fluid flow velocity for preventing the development of a stationary bed using empirical correlations valid for horizontal and highly inclined wellbores that can be easily used at the field. For this purpose, experiments have been conducted at METU-PETE Cuttings Transport Flow Loop for various conditions. Observations showed that a stationary bed is developed when the fuid velocity is less than 6.0 ft/s, and a critical fluid velocity of 8.0 ft/s is required to establish a no-bed condition. Results showed that the critical velocity and the thickness of the stationary bed, if developed, could be estimated with a reasonable accuracy.     

空气钻井井眼净化与冲蚀效应模拟分析

空气钻井环空气固两相流场分布、工艺参数设计方面的研究较少。笔者基于流体动力学与空气动力学理论,采用有限体积法对气固两相流动控制方程进行了离散求解,模拟分析了不同注入参数条件下环空内的压强和流速分布,着重分析了＂关键点＂处的流场分布,并结合井眼净化和冲蚀效应评价方法,选取了合适的注入参数。模拟所得压强、流速分布均与实际情况吻合较好,并为实际工程参数设计（比如注入压力及井口回压确定）提供了依据,研究成果已用于指导川庆钻探公司空气钻井施工。     

钻杆旋转影响大斜度井段岩屑分布的数值模拟

为了研究钻杆旋转对复杂结构井大斜度井段环空岩屑分布状态的影响规律和钻井液-岩屑两相流动压降的变化规律,应用三维建模软件建立了复杂结构井大斜度井段物理模型,应用CFD动网格运动模型模拟钻杆在环空的旋转效果,流动域内采用Realizable涡黏模型近似求解钻井液-岩屑两相纳维-斯托克斯方程。模拟结果显示,钻杆旋转作用使岩屑沿井眼周向呈非对称状分布,钻杆旋转能够提高钻井液对岩屑沿切向的拖曳程度,显著提高了井眼清洁效果。根据CFD数值模拟结果,应用最小二乘法,结合Buckingham-π定理,建立了岩屑床比面积模型和环空压降计算模型。