水平井大位移井鉆井液技術(shù)

水平井/大位移井鉆井液技術(shù)摘要水平井/大位移井鉆井中，鉆具、套管在重力作用下，緊靠井壁低側(cè)，鉆屑在徑向分力作用下，易滑向井眼低邊。鉆井過(guò)程中易發(fā)生井壁垮塌、沉砂卡鉆、保護(hù)產(chǎn)層等問(wèn)題。因此水平井鉆井液性能比直井要求高，必須解決好井壁穩(wěn)定、井眼清潔、潤(rùn)滑減阻等問(wèn)題，才能保證水平井施工的順利進(jìn)行。文章討論了鉆井液對(duì)性能控制、井眼凈化、井壁穩(wěn)定、減摩與防卡、產(chǎn)層保護(hù)等主要關(guān)鍵技術(shù)。關(guān)鍵字水平井/大位移井鉆井液性能控制井眼穩(wěn)定減摩與防卡隨著大型整裝油氣田以及優(yōu)良儲(chǔ)層開(kāi)發(fā)程度的不斷加大，以單井方式獲得的可采油氣儲(chǔ)量也呈現(xiàn)出遞減趨勢(shì)。為了降低開(kāi)采成本，盡可能提高單井可控儲(chǔ)量，根據(jù)儲(chǔ)層分布情況實(shí)施定向鉆進(jìn)的工藝技術(shù)便應(yīng)運(yùn)而生。由于水平井/大位移井可以最大限度地揭露儲(chǔ)層，在老油田的增儲(chǔ)上產(chǎn)、稠油儲(chǔ)層、低滲儲(chǔ)層以及施工環(huán)境受限井位等情況下，這種施工工藝已經(jīng)逐漸成為整個(gè)鉆井工程不可缺少的組成部分，實(shí)踐表明，采用水平井/大位移井鉆井工藝技術(shù)能夠有效提高特定儲(chǔ)層的開(kāi)發(fā)效率，大幅度降低建井和完井成本。但由于管柱鉆進(jìn)方式的技術(shù)局限性，極大地制約了水平井/大位移井井眼的延伸極限，即便是在同等技術(shù)條件下，不同施工者所能得到的最大延伸長(zhǎng)度也相差很大，因此從工程角度講，先進(jìn)技術(shù)的采用對(duì)增加水平井/大位移井井段的延伸長(zhǎng)度至關(guān)重要。水平井/大位移井施工現(xiàn)狀大位移井(ERD)一般是指水平位移(HD)與垂直深度(TVD)之比大于2的定向井和水平井，當(dāng)水垂比大于3時(shí)，則稱(chēng)為特大位移井。大位移井具有以下技術(shù)特點(diǎn)：①能夠?qū)崿F(xiàn)目的層的精確鎖定；②施工的技術(shù)難度高，要求井下工具、測(cè)量技術(shù)、鉆井工藝實(shí)行三位一體的管理模式，否則無(wú)法達(dá)到預(yù)期目標(biāo)；③改善井眼環(huán)境的技術(shù)措施非常有限，在常規(guī)井中應(yīng)用效果明顯的技術(shù)手段絕大多數(shù)不再適合于大位移井；④鉆進(jìn)時(shí)采取的工藝參數(shù)難以兼顧各方面的技術(shù)需求，比較典型的如泵參數(shù)難以同時(shí)滿足井眼凈化與導(dǎo)向馬達(dá)功率發(fā)揮的需求。以上4點(diǎn)決定了大位移井是一項(xiàng)集技術(shù)、管理、現(xiàn)場(chǎng)工藝于一體的綜合性高技術(shù)工程，正是由于這種原因，世界上具備大位移井施工能力的石油公司屈指可數(shù)。隨著施工大位移井的各種技術(shù)手段的不斷成熟，大位移井或水平井的鉆井成本已降至直井的1.2?2.0倍，而水平井的產(chǎn)量卻是直井的4?8倍，這種經(jīng)濟(jì)因素促使大位移井或水平井的施工數(shù)量呈逐年上升趨勢(shì)［1］。中國(guó)水平井/大位移井施工技術(shù)現(xiàn)狀近年來(lái)，中國(guó)水平井施工及完井?dāng)?shù)量上升很快，從各種報(bào)刊、技術(shù)雜志所報(bào)道的相關(guān)信息分析，中石化、中石油兩大公司2007年完成各類(lèi)水平井大約1200~1300口，2008年可能達(dá)到2300~2500口，相比之下，中國(guó)水垂比大于3的特大位移井?dāng)?shù)量還不是很多。從資料報(bào)道情況看，中國(guó)海洋石油總公司與菲利普斯中國(guó)有限公司在南海海域的西江油田合作完成了4口大位移井，其中西江24-1井的水垂比達(dá)到了2.74,其余3口大位移井的水垂比也均接近3；在南海東部海域流花11-1油田完成的4口大位移井的水垂比均大于2，其中B3ERW4大位移井的最大水平位移為5634.07m，水垂比達(dá)到了4.58，是迄今為止中國(guó)水垂比最大的1口井。按照大位移井的概念，上述8口井在中國(guó)是真正意義上的大或超大位移井，其余各油田施工的水平井/大位移井的水垂比大于2的不多。從資料的檢索情況看，中國(guó)陸上水垂比達(dá)到或大于2的大位移井分別有新疆油田的FHW11013水平井，其水垂比為2.733,大港油田的莊海8Ng-H1井，水垂比為2.73，樓平3井，位垂比為2.39；其余大部分水平井的位垂比均不大于2，例如勝利油田的通59-平1井的位垂比為1.43，渤海油田的QK17-2大位移水平井的水垂比為1.94，遼河油田海南27-7井的位垂比為1.52。吳爽早在2002年就明確指出:從總體上看，所有由中國(guó)自身力量完成的大位移井，實(shí)際上并不符合大位移井技術(shù)的概念，只能算是位移較大的定向井或大位移定向井，這說(shuō)明中國(guó)大位移井技術(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于國(guó)際水平［2］。國(guó)際水平井/大位移井施工技術(shù)現(xiàn)狀迄今為止，世界范圍內(nèi)水平位移超過(guò)7000m的井有20口以上（2007年5月數(shù)據(jù)），水平位移超過(guò)10000m的井已有6口，位垂比最大已超過(guò)了10。最新報(bào)道顯示，由馬士基石油天然氣公司在卡塔爾海上ShaheenA1油田所鉆的一口大位移井創(chuàng)下了新的井深和水垂比記錄，該井以12289m的總深位居世界最深井，其水垂比達(dá)到了10.485。從相關(guān)的論文及技術(shù)分析資料可以看出，水垂比大于2的大位移井的施工必須具備以下技術(shù)條件：①井眼軌跡設(shè)計(jì)及控制技術(shù)；②摩阻預(yù)測(cè)及減摩技術(shù)；③井壁穩(wěn)定技術(shù)；④井眼凈化技術(shù)；⑤隨鉆測(cè)井技術(shù)；⑥下套管及固井技術(shù)。例如馬拉松石油公司與美國(guó)帕克鉆井公司合作在Brae油田施工的B31井水平位移達(dá)到了6141.72m，位垂比為1.46，該井除采用有效的技術(shù)手段控制盡可能光滑的井眼軌跡外，還就各施工階段的鉆具組合、鉆井液技術(shù)、降摩減阻和井眼清潔等技術(shù)制訂了詳細(xì)的操作方案，但在井深3447.29m（11310ft）處因摩阻上升啟用頂驅(qū)建立循環(huán)時(shí)，由于井眼內(nèi)的壓力超過(guò)了地層的破裂壓力而導(dǎo)致井壁失穩(wěn)，并發(fā)生了卡鉆事故，最終采用打水泥塞側(cè)鉆的方法恢復(fù)了正常鉆進(jìn)。這一案例表明，上述所列出的6項(xiàng)技術(shù)除“下套管及固井技術(shù)”外（這屬于大位移井完井技術(shù)系列），其余5項(xiàng)技術(shù)中的任何一項(xiàng)如果不能達(dá)到大位移井施工要求，都足以導(dǎo)致大位移井鉆井作業(yè)的中斷或是使整個(gè)工程失敗，而其中3項(xiàng)是與鉆井液技術(shù)密切相關(guān)或者說(shuō)其本身就是大位移井鉆井液所要研究解決的問(wèn)題。2水平井/大位移井鉆井液難點(diǎn)技術(shù)鉆井液性能的合理控制關(guān)于大位移井鉆井液性能的掌握，目前在技術(shù)界尚無(wú)統(tǒng)一的范圍或標(biāo)準(zhǔn)，但有2個(gè)原則是公認(rèn)的，①常規(guī)性能及專(zhuān)項(xiàng)性能（如高溫高壓濾失量、摩擦系數(shù)等）的維護(hù)原則與普通鉆井液相同；②流變性能的維護(hù)應(yīng)以保證井眼凈化為原則，這是大位移井鉆井液性能控制的技術(shù)難點(diǎn)。馬拉松石油公司在施工B31井時(shí)，在0311.2mm井眼使用了油基鉆井液，在總結(jié)現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上認(rèn)為體系的。3讀數(shù)為12?15最好，比以往的。3讀數(shù)應(yīng)是井眼直徑（單位以“in”計(jì)）的1.5倍標(biāo)準(zhǔn)要低。隨著中國(guó)大位移井施工標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)的不斷提高，中國(guó)技術(shù)人員也逐漸認(rèn)識(shí)到提高低剪切速率下的鉆井液黏度對(duì)于提高水平段井眼凈化效果的重要性。沈偉［3］等人通過(guò)總結(jié)，提出了以下觀點(diǎn):①提高低剪切速率下的鉆井液黏度能明顯減小巖屑的垂沉現(xiàn)象，提高攜砂效果；②應(yīng)嚴(yán)格控制。6和。3讀數(shù)，保證鉆井液對(duì)巖屑的懸浮能力；③不同的井眼尺寸對(duì)低剪切速率黏度的要求不同，一般低剪切速率黏度隨井眼尺寸的增大而降低；④井斜角大于55o的井段不宜采用提高鉆井液黏度的方式改善井眼凈化效果怎應(yīng)設(shè)法控制體系的觸變性，保持終切應(yīng)力不大于30Pa,以保證液流在斜井段仍具有較好的攜帶上返能力。鉆井液的動(dòng)塑比提高動(dòng)塑比能夠有效改善井眼凈化狀況已是一個(gè)常識(shí)性的結(jié)論。通常認(rèn)為，當(dāng)動(dòng)塑比接近或等于1Pa/mPa.s時(shí)能夠達(dá)到最好的返出效果，在普通井的施工中，一般建議動(dòng)塑比應(yīng)不低于0.5Pa/mPa.s，從流變學(xué)角度講，施工大斜度井時(shí)應(yīng)進(jìn)一步提高動(dòng)塑比，以保證環(huán)空流態(tài)和保持不同容積環(huán)空的有效黏度，較好地平衡過(guò)度沖刷和下井壁巖屑沉積效應(yīng)之間的矛盾。但就相關(guān)數(shù)據(jù)的報(bào)道情況看，動(dòng)塑比值的現(xiàn)場(chǎng)掌握情況差異很大，中國(guó)的技術(shù)專(zhuān)家一般將動(dòng)塑比控制為0.30?0.68Pa/mPa.s，極少能夠達(dá)到0.7Pa/mPa.s以上，即便是像Liuhuall-1-21（A4）ERW3井這樣的符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的大位移井，其動(dòng)塑比也只維持在0.36?0.48Pa/mPa.s。從資料中介紹的情況看，國(guó)外似乎不是十分強(qiáng)調(diào)鉆井液的動(dòng)塑比，而比較重視對(duì)動(dòng)切力的維護(hù)。但一味維持較高的動(dòng)切力，盡管能夠有效改善井眼凈化效果，但也會(huì)引起體系過(guò)高的膠凝強(qiáng)度和較大的當(dāng)量循環(huán)密度值，誘發(fā)井漏、引起井眼穩(wěn)定性下降等井下復(fù)雜情況，因此掌握合理的動(dòng)切力值對(duì)于提高大位移井施工的安全性十分重要，這已成為國(guó)內(nèi)外鉆井液技術(shù)界的共識(shí)。從近年來(lái)鉆井液添加劑的研發(fā)情況看，部分技術(shù)公司已經(jīng)在著手開(kāi)發(fā)低剪切速率提黏降濾失劑，其主要優(yōu)點(diǎn)是能夠有效提高體系在低剪切速率下的黏度（即。6、。3讀數(shù)），但對(duì)。600讀數(shù)的影響很小，這種材料的開(kāi)發(fā)與使用有望解決上述問(wèn)題。從這種角度看，動(dòng)塑比值的高低實(shí)際上反映了一個(gè)作業(yè)公司甚至一個(gè)地區(qū)的整體鉆井液技術(shù)水平，如新型材料的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用、現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)與管理、固相控制等，這已不是單純的參數(shù)控制問(wèn)題了。井眼凈化問(wèn)題不論是常規(guī)井還是大位移井，井眼的凈化從來(lái)就不是僅僅依靠提高鉆井液技術(shù)水平就能夠做好的，一個(gè)清潔的井眼是各種技術(shù)手段相互配合協(xié)作的結(jié)果，所不同的是大位移井對(duì)于配合的要求更高，甚至已經(jīng)成為主要的技術(shù)措施。關(guān)于與鉆井液密切相關(guān)的井眼凈化問(wèn)題，早在20世紀(jì)80年代后期就有人做過(guò)比較系統(tǒng)的研究，這方面比較具有代表性的是陳譜所進(jìn)行的變井斜角實(shí)驗(yàn)研究及機(jī)理分析11］。結(jié)合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并通過(guò)對(duì)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行分析研究后得到如下結(jié)論:①當(dāng)井斜角大于10o以后，隨著井斜角的增大，鉆屑開(kāi)始在下井壁具有積累趨勢(shì)，在較低排量下這種情況更加明顯；②排量一定時(shí)，當(dāng)井斜角大于某一臨界值以后，巖屑床厚度增加的趨勢(shì)會(huì)隨著井斜角的增大而變大；③排量和井斜角一定時(shí)，鉆柱偏心度對(duì)巖屑床的厚度影響很大，而鉆井液黏度只具有中等影響程度；④鉆屑顆粒越大，越不易形成巖屑床；⑤環(huán)空返速低于臨界值時(shí)，巖屑床厚度會(huì)突然增大；⑥井斜角超過(guò)10o時(shí)，鉆屑的傳輸應(yīng)按照斜井作業(yè)特點(diǎn)考慮，井斜角在30o一60o時(shí)鉆屑的上返最為困難；⑦鉆柱的旋轉(zhuǎn)有利于鉆屑的上返；⑧提高鉆井液密度有利于巖屑的傳輸；⑨鉆井液的觸變性對(duì)鉆屑的傳輸不利，應(yīng)設(shè)法降低［4］。摩擦問(wèn)題摩擦問(wèn)題在大位移井的施工中變得尤其突出，客觀地講，摩阻的控制程度直接關(guān)系著水平井段延伸的長(zhǎng)度，由于井下環(huán)境的復(fù)雜性及井眼曲率變化的影響，鉆井過(guò)程中摩阻的準(zhǔn)確測(cè)定實(shí)際上是一個(gè)非常困難的問(wèn)題，目前所推出的各種測(cè)定摩阻系數(shù)的儀器和方法只能使操作人員對(duì)井下鉆具的潤(rùn)滑狀態(tài)具有一種定性的估計(jì)，遠(yuǎn)不能反映鉆柱與井壁之間的真實(shí)摩擦情況。對(duì)于大位移井而言，控制摩阻首先來(lái)自于鉆頭掘進(jìn)的需要，亦即通常所說(shuō)的鉆頭處必須保持一定的鉆壓，如果地面設(shè)備施加的鉆壓在傳遞過(guò)程中全部用于克服鉆柱與井壁之間的摩阻，傳遞至鉆頭的力接近于零時(shí)，則井眼的延伸自動(dòng)終止。井眼摩擦問(wèn)題的復(fù)雜性在于：①井下鉆柱為非線彈性存在狀態(tài)；②井眼橫截面呈非圓形（可能也不是近似橢圓形）；③井壁剛性較差；④在整個(gè)井眼中，各段的摩擦系數(shù)不同；⑤溫度對(duì)摩擦系數(shù)的影響程度不確定；⑥鉆柱的受力狀態(tài)、環(huán)空液流的流型、各井段環(huán)空鉆屑濃度等的差異也會(huì)引起摩擦阻力的較大變化。目前推出的摩擦系數(shù)測(cè)定儀有10多種，中國(guó)現(xiàn)場(chǎng)常用的也達(dá)到了4—5種，但由不同儀器得到的摩阻數(shù)據(jù)沒(méi)有可比性，為了盡可能準(zhǔn)確客觀地反映井下鉆具所受到摩擦阻力的大小，中國(guó)部分水平井作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)采用同時(shí)使用幾種儀器監(jiān)測(cè)泥餅?zāi)Σ料禂?shù)的方法，將所得到的不同摩擦系數(shù)進(jìn)行分析對(duì)比后制訂鉆井液的潤(rùn)滑處理方案。井壁穩(wěn)定問(wèn)題研究和實(shí)踐均表明，水平井/大位移井的井壁穩(wěn)定問(wèn)題比常規(guī)井更加突出，在實(shí)際施工中，水平井/大位移井的井壁失穩(wěn)常常發(fā)生在水平井段的上井壁部位，對(duì)于如何提高大斜度井眼的井壁穩(wěn)定性，廖揚(yáng)強(qiáng)［5］等人認(rèn)為，當(dāng)井斜角在0o?60o之間變化時(shí)，為不致壓漏地層，建議鉆井液密度應(yīng)降低0.36g/cm3耐，而保持井壁不至于發(fā)生坍塌的鉆井液密度則需要提高0.3g/cm3。一般而言，井斜角對(duì)井壁穩(wěn)定性的影響非常明顯，并且隨著井斜角的增加，鉆井液的安全密度窗口變小。從施工角度看，井壁穩(wěn)定性的破壞首先會(huì)使井壁與鉆具之間的摩擦阻力變大，引起鉆具運(yùn)動(dòng)阻力增加甚至于發(fā)生卡鉆，其次是由于水平井段井壁完整性被破壞以后可能導(dǎo)致的漏失問(wèn)題。水平井/大位移井一旦發(fā)生井壁失穩(wěn)，其后果比常規(guī)井要嚴(yán)重許多，處理工作的復(fù)雜程度也高得多，因此保持大斜度井尤其是水平井段井壁的穩(wěn)定性是水平井/大位移井鉆進(jìn)施工得以順利進(jìn)行的技術(shù)基礎(chǔ)，是一項(xiàng)系統(tǒng)性和協(xié)作性很強(qiáng)的工程，技術(shù)難度無(wú)疑更高［6］。其它問(wèn)題和常規(guī)井一樣，水平井/大位移井在鉆進(jìn)中也可能遇到一些非常規(guī)地質(zhì)問(wèn)題，如異常高壓地層、漏失地層、異常高溫帶等，這些問(wèn)題的出現(xiàn)肯定會(huì)增加水平井/大位移井的施工難度。1）鉆遇異常高壓地層時(shí)，使用高密度鉆井液會(huì)加大鉆井液維護(hù)管理的難度。天東97X井用鉀基聚磺一聚合醇鉆井液鉆進(jìn)至井深3150和3725m時(shí)，因井涌分別將密度提高到了1.94g/cm3耐和2.15g/cm3,并以2.15g/cm3的密度完成了井斜角為65.48o、長(zhǎng)980m的斜井段；磨0052H8井采用水包油鉆井液鉆至井深3300.2m時(shí)發(fā)生鹽水侵，提高密度至2.36g/cm3后恢復(fù)鉆進(jìn)，并于井深3333m處進(jìn)入水平段，鉆至井深3834m完鉆，密度一直保持在2.34?2.36g/cm3，鉆井液性能十分穩(wěn)定，這是迄今為止施工的大斜度井使用鉆井液密度的最高記錄。從現(xiàn)場(chǎng)情況看，高密度鉆井液屬于一項(xiàng)難度較高的技術(shù)，并且隨著密度的升高，難度也急劇增大，主要表現(xiàn)在流變性能不好控制，以至于出現(xiàn)泵壓升高、循環(huán)阻力明顯增大的現(xiàn)象，發(fā)生循環(huán)漏失的可能性很大。上述2口大斜度井之所以能夠成功應(yīng)用高密度鉆井液，除鉆井液體系選擇合理、現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)技術(shù)好以外，主要是所施工的大斜度井段較短（分別只有980m和501m），提高密度以后循環(huán)摩阻的升高還不是特別明顯，基本不影響正常的鉆進(jìn)作業(yè)，如果是典型的水平井/大位移井，情況可能就不是如此簡(jiǎn)單了。2）施工水平井時(shí)一旦發(fā)生漏失，處理方案的制定將難于抉擇。添加堵漏材料實(shí)施封堵會(huì)導(dǎo)致井壁摩阻急劇增大，嚴(yán)重時(shí)會(huì)發(fā)生卡鉆事故;而不加處理堅(jiān)持鉆進(jìn)又會(huì)損失大量的優(yōu)質(zhì)鉆井液（漏失嚴(yán)重時(shí)可能無(wú)法正常鉆進(jìn)），并且極不利于儲(chǔ)層保護(hù)。3）水平井/大位移井以小井眼施工水平井段可能帶來(lái)的技術(shù)問(wèn)題。采用0152.4mm井眼施工水平井段在國(guó)內(nèi)外均比較常見(jiàn)，B31井則以0152.4mm井眼作為應(yīng)急井眼，由于井眼尺寸縮小以后環(huán)空間隙相應(yīng)減少，由此導(dǎo)致的各種技術(shù)問(wèn)題更加突出，例如適合于小環(huán)空間隙的流變性能的調(diào)節(jié)、鉆井液加重技術(shù)、地層漏失的處理方式以及泵參數(shù)的掌握等等，均和常規(guī)井眼（或井眼直徑大于216mm的大井眼）有很大不同，技術(shù)上對(duì)現(xiàn)場(chǎng)操作過(guò)程的要求也更加嚴(yán)格，特別是大位移井可能只有最后面的部分井段屬于小井眼，施工時(shí)如何兼顧大、小井眼對(duì)鉆井液、特殊情況的處理、固井、測(cè)錄井等不同專(zhuān)業(yè)或施工階段的技術(shù)要求，也是大位移井應(yīng)當(dāng)引起重視的技術(shù)問(wèn)題之一。3水平井/大位移井難點(diǎn)技術(shù)的解決措施水平井/大位移井作為一項(xiàng)極端鉆井技術(shù)，與常規(guī)井相比，與之相配套的各種施工工藝必定具有更高的技術(shù)要求，本文中只就與鉆井液技術(shù)相關(guān)且直接影響鉆進(jìn)施工的部分問(wèn)題的解決措施進(jìn)行歸納與分析。流變性能的調(diào)控通過(guò)對(duì)大量的與現(xiàn)場(chǎng)施工工藝相關(guān)的文獻(xiàn)資料進(jìn)行分析后可以看出，無(wú)論是學(xué)術(shù)界，還是現(xiàn)場(chǎng)工程師，在大斜度井鉆井液流變性能的控制上均傾向于設(shè)法提高低剪切速率下鉆井液的黏度，這種觀點(diǎn)目前在行業(yè)內(nèi)已達(dá)成共識(shí)，這主要是考慮到高低剪切速率黏度鉆井液能夠有效提高大斜度井的井眼凈化效率。就中國(guó)情況看，大斜度井鉆井液流變性能的控制主要有以下一些技術(shù)手段。1）水平段較短時(shí)可以采用較高黏度鉆井液，如C2133井在施Z275.1m的大斜度井眼時(shí)（其中水平段長(zhǎng)65.7m），使用了黏度為60?80s的鉆井液，而東河1-H3、東河I-HS、東河1-H8井3口井各自的井底總位移均不超過(guò)800m，井斜角大于80o的水平段總長(zhǎng)約500m，施工時(shí)采用了黏度為50?60s、表觀黏度為30mPa.s的鉆井液。2）國(guó)外在大位移井施工中控制鉆井液流變性能常用的經(jīng)驗(yàn)做法是，控制。3讀數(shù)約等于以“in”計(jì)的井眼直徑［7］。在大斜度井段特別是井斜角大于55o的井段，較高黏度的鉆井液會(huì)弱化井壁清洗效果。在臨界排量下如不考慮鉆具轉(zhuǎn)動(dòng)效應(yīng)，則黏度較低的鉆井液更易擾動(dòng)巖屑床，有利于井眼凈化。3）根據(jù)地層情況選擇合適的鉆井液體系，并千方百計(jì)做好鉆井液的固相控制工作，使各種處理劑能夠有效發(fā)揮作用。井眼凈化技術(shù)由于水平井/大位移井的長(zhǎng)水平段特點(diǎn)，鉆進(jìn)中鉆屑的上返已成為施工中必須要解決的主要矛盾之一。調(diào)節(jié)良好的鉆井液流變性能固然能提高井筒凈化效率，但在水平井/大位移井的長(zhǎng)距離鉆具偏心條件下由于重力作用所形成的巖屑床僅憑良好的流變性能基本上失去了清除效果。現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐表明，配合機(jī)械手段清除巖屑床已經(jīng)成為水平井/大位移井實(shí)現(xiàn)井筒凈化的主要操作方式，綜合水平井/大位移井各方面的現(xiàn)場(chǎng)施工情況，將常用且行之有效的井眼凈化技術(shù)歸納如下［8］。1）調(diào)節(jié)良好的鉆井液流變性能，合理掌握泵參數(shù)（如排量、壓力）,目的是保持環(huán)空流型和上返速度始終處于最佳狀態(tài)，降低鉆屑沉降速度，提高返出率。2）鉆進(jìn)時(shí)的循環(huán)排量應(yīng)和機(jī)械鉆速相匹配，亦即在某一排量下應(yīng)保持一個(gè)合理的機(jī)械鉆速，避免瞬時(shí)巖屑濃度過(guò)高導(dǎo)致產(chǎn)生巖屑床。3）配合劃眼、短程起下鉆分段循環(huán)等手段破壞巖屑床，這種方式中國(guó)鉆水平井時(shí)使用較多，效果也比較好，但當(dāng)巖屑床形成比較嚴(yán)重時(shí)采用短程起下鉆的效果很差，必須同時(shí)配合劃眼方能達(dá)到有效破壞巖屑床的目的。4）使用專(zhuān)用工具破壞巖屑床。中國(guó)已由勝利石油管理局鉆井工藝研究院研制開(kāi)發(fā)了一種專(zhuān)用的“巖屑床清除工具”，該工具有利于提高水平井環(huán)空低速區(qū)的液流速度，以提高工具周?chē)鲌?chǎng)的紊流效應(yīng)，并對(duì)巖屑床具有主動(dòng)“挖掘”功能，對(duì)攜巖和清巖十分有利。6）水平井段鉆進(jìn)期間，應(yīng)定期或不定期地改變轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)鉆柱，以提高巖屑床破壞效率。B31井的經(jīng)驗(yàn)是:在給定排量下，分別以120,150和180r/min的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)鉆柱，結(jié)果表明，隨著轉(zhuǎn)速的提高，井眼清潔效率也逐漸提高，效果非常明顯。7）根據(jù)井下情況，定期或不定期地使用高黏切段塞液清除井眼環(huán)空滯留的鉆屑，以提高環(huán)空清潔程度。這種手段在任何類(lèi)型的井中都有使用，在大斜度井中使用更加頻繁，效果也比較穩(wěn)定。8）提高地面機(jī)械的配合效率，充分發(fā)揮泵的水力清除能力。井壁穩(wěn)定技術(shù)井壁穩(wěn)定技術(shù)是一項(xiàng)系統(tǒng)性很強(qiáng)的工程，就地層特性來(lái)講，井眼形成以后井壁的穩(wěn)定程度基本上取決于鉆井液技術(shù)，但僅憑鉆井液技術(shù)絕對(duì)無(wú)法解決所有的地層失穩(wěn)問(wèn)題。研究表明，井斜角對(duì)地層穩(wěn)定性影響很大，而且不同巖石對(duì)于井斜角的敏感程度也不同。例如，碳酸鹽巖在大角度井眼易坍塌，而頁(yè)巖在井斜角為10o-40o時(shí)存在一個(gè)弱面結(jié)構(gòu)，使其容易坍塌。這表明，井眼軌跡的延伸方向也直接影響著井壁的穩(wěn)定程度，亦即水平井/大位移井在進(jìn)行井眼軌跡設(shè)計(jì)時(shí)，必須要考慮地應(yīng)力對(duì)井壁穩(wěn)定的影響。由于水平井/大位移井具有超長(zhǎng)水平段，在重力作用下，上井壁發(fā)生坍塌的可能性更大，因此針對(duì)水平井/大位移井井壁穩(wěn)定問(wèn)題，提出了如下一些具有針對(duì)性的技術(shù)措施［9］。1）做好井眼軌跡的設(shè)計(jì)，使井眼沿最小地應(yīng)力方向傾斜，或盡可能使井眼垂直于最大主地應(yīng)力方向。這就要求設(shè)計(jì)單位應(yīng)盡可能詳盡地了解井位所處的地層應(yīng)力狀態(tài)，以使井眼在相對(duì)安全的地層中延伸。2）根據(jù)地層力學(xué)參數(shù)和井斜角對(duì)水平段井眼穩(wěn)定性的影響，確定符合實(shí)際情況的鉆井液安全密度窗口，防止動(dòng)態(tài)條件下發(fā)生壓裂地層的情況。3）合理選擇鉆井液體系，其原則是必須首先保證體系的化學(xué)抑制能力，并兼顧抗溫、抗污染、良好的流變性能等技術(shù)要求。4）控制良好的鉆井液性能，主要是要控制好鉆井液的濾失量。一些大位移井的施工實(shí)踐表明，進(jìn)人水平段施工時(shí)盡可能將鉆井液API濾失量控制在3mL以內(nèi)、高溫高壓濾失量控制在10mL以內(nèi)，這樣可以更好地滿足安全施工要求。5）合理掌握環(huán)空水力參數(shù)，避免環(huán)空返速過(guò)高沖刷井壁破壞穩(wěn)定平衡層，盡可能延長(zhǎng)井壁的穩(wěn)定周期，為水平段的延伸爭(zhēng)取時(shí)間。6）合理設(shè)計(jì)井身結(jié)構(gòu)，盡可能完全封固易失穩(wěn)地層或避免在易失穩(wěn)地層進(jìn)行定向鉆進(jìn)。7）操作要力求平穩(wěn)和均衡，如起下鉆時(shí)盡可能保持鉆具運(yùn)動(dòng)速度平穩(wěn)，開(kāi)泵時(shí)應(yīng)保持泵速均勻升高至額定值，避免在某一相對(duì)固定井段長(zhǎng)時(shí)間大排量循環(huán)等，這樣做的主要口的是為了減少或消除壓力激動(dòng)現(xiàn)象對(duì)井壁平衡狀態(tài)的破壞作用。8）優(yōu)選使用高效抑制材料和對(duì)流變性能有改善作用的降濾失材料，目的是提高鉆井液的化學(xué)防塌能力和泥餅的物理涂敷保護(hù)井壁作用，降低鉆井液浸泡對(duì)井壁穩(wěn)定所造成的不利影響。按照中國(guó)施工水平井的經(jīng)驗(yàn)，鉆井液中抑制材料的有效含量不應(yīng)低于30kg/m3,API濾失量低于4mL，其目的也是為了在較低滲透水平情況下，充分發(fā)揮體系的化學(xué)防塌作用。9）在不影響其它性能前提下，適當(dāng)提高鉆進(jìn)時(shí)的鉆井液密度，并設(shè)法提高機(jī)械鉆速，以便在井壁穩(wěn)定周期內(nèi)使大斜度井眼得到盡可能多的延伸。關(guān)于井壁穩(wěn)定的技術(shù)措施因地區(qū)、地層、施工特點(diǎn)、井眼參數(shù)、甚至設(shè)備狀態(tài)的不同會(huì)有很大差異，制訂及執(zhí)行情況對(duì)最終結(jié)果有很大影響，是鉆井工程中變數(shù)最大的一項(xiàng)技術(shù)內(nèi)容，上述只是針對(duì)水平井/大位移井特點(diǎn)而提出的一些經(jīng)驗(yàn)性較強(qiáng)的操作原則，認(rèn)真領(lǐng)會(huì)并將這些原則溶人水平井/大位移井的全部施工作業(yè)中，有助于降低水平井/大位移井的施工風(fēng)險(xiǎn)。減摩與防卡技術(shù)在垂直井的鉆井過(guò)程中，當(dāng)鉆柱所受摩擦阻力大于其自由懸重時(shí)，便可能導(dǎo)致卡鉆，考慮到鉆機(jī)具有的冗余提升載荷，一般當(dāng)提拉力超過(guò)自由懸重的40%鉆柱仍無(wú)法恢復(fù)自由狀態(tài)時(shí)，即可認(rèn)為卡鉆事故已經(jīng)形成由于水平井/大位移井中只有部分鉆柱具有懸重，因此懸重?cái)?shù)據(jù)不能再作為井眼中鉆柱是否處于自由狀態(tài)的參考，介于井眼中鉆柱所處的摩擦環(huán)境極為復(fù)雜，施工水垂比不大于1.5的水平井時(shí)，習(xí)慣上仍以全部鉆柱的懸重?cái)?shù)據(jù)作為判斷其所受摩擦力大小的標(biāo)志，中國(guó)基本上沿用這種方式判斷鉆具的受阻狀況并據(jù)此制定潤(rùn)滑減摩技術(shù)方案?？梢韵胂螅@種僅憑經(jīng)驗(yàn)和簡(jiǎn)單計(jì)算所得出的關(guān)于鉆柱摩擦狀態(tài)的結(jié)論，肯定不能用于指導(dǎo)真正意義上的水平井/大位移井的施工，中國(guó)水平井/大位移井技術(shù)無(wú)法得到突破性進(jìn)展的根本原因，除設(shè)備及配套工具無(wú)法滿足施工要求外，與鉆具摩阻狀態(tài)的預(yù)測(cè)及計(jì)算技術(shù)沒(méi)有得到普及應(yīng)用關(guān)系很大［10］。從工程角度看，水平井/大位移井鉆井施工中所實(shí)施的一系列安全技術(shù)措施，其最終目標(biāo)實(shí)際上就是保證井眼內(nèi)的鉆柱始終處于低摩阻狀態(tài)，使鉆柱所受到的運(yùn)動(dòng)阻力盡可能降至最低。即便憑借常識(shí)也不難想象，井眼情況的任何變化均會(huì)以摩阻變化方式表現(xiàn)出來(lái)，如井眼的清潔狀況（清潔正常、巖屑床、井壁掉塊坍塌、井壁鍵槽、井眼縮徑、泥餅潤(rùn)滑性、套管鞋磨損、鉆柱失穩(wěn)），井眼平滑度（井眼軌跡）甚至地層巖性的變化等等均會(huì)以鉆具摩阻的變化方式反映出來(lái)。水平井/大位移井井眼的延伸長(zhǎng)度最終取決于摩擦問(wèn)題的解決程度，因此水平井/大位移井鉆井技術(shù)最終也演變?yōu)槿绾慰朔ψ柰瓿筛鞣N專(zhuān)業(yè)化作業(yè)，從已完成水平井的施工資料看，國(guó)內(nèi)外解決鉆井摩阻問(wèn)題的側(cè)重點(diǎn)差異較大，所遵循的基本原則也不同，中國(guó)在控制大斜度井段摩阻時(shí)，重點(diǎn)放在了鉆井液的減磨潤(rùn)滑及其輔助技術(shù)上，工具的應(yīng)用較少，基本是輔助性的;而國(guó)外則以工具減摩為主，并研制開(kāi)發(fā)了大量專(zhuān)門(mén)用于大位移井水平井/大位移井鉆進(jìn)的專(zhuān)用工具，盡管他們也強(qiáng)調(diào)鉆井液的潤(rùn)滑能力，但并不把大位移井順利鉆進(jìn)的希望寄托于鉆井液的潤(rùn)滑能力上，而只是將保持良好的鉆井液潤(rùn)滑能力作為提高工具效率、降低作業(yè)難度的基礎(chǔ)性手段。產(chǎn)層保護(hù)在大位移井及水平井中，由于產(chǎn)層暴露于鉆井液中，因此選擇鉆井液時(shí)應(yīng)選用那種不會(huì)傷害產(chǎn)層的鉆井液體系。從經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)講，在于以最小的代價(jià)、最少的井?dāng)?shù)取得最大的產(chǎn)量。在選擇鉆井液時(shí)，應(yīng)對(duì)油藏巖石特性進(jìn)行仔細(xì)研究，所選鉆井液不應(yīng)當(dāng)對(duì)井眼周?chē)膸r石滲透性造成破壞。理想的鉆井液應(yīng)該是以最小的鉆后清洗，提供最大的滲透性。其要求有以下幾項(xiàng)：①在保證井下安全的情況下，鉆井液密度走低限，減少鉆井液濾液在高壓差下侵入油層的量。②嚴(yán)格控制鉆井液濾失量，其中API濾失量控制在2-3mL之問(wèn);高溫高壓濾失量控制在8?10mL。③強(qiáng)化四級(jí)凈化設(shè)備的使用，振動(dòng)篩、除砂器使用率達(dá)100%，合理使用清潔器和離心機(jī)，實(shí)現(xiàn)鉆井液密度的控制和固相的優(yōu)化。④打開(kāi)油層前按設(shè)計(jì)要求加入油層保護(hù)劑、陽(yáng)離了乳化瀝青和超細(xì)碳酸鈣，將井漿改造為屏蔽暫堵式鉆井完井液，并在鉆進(jìn)中隨時(shí)補(bǔ)充上述材料。⑤工程上做到安全快速鉆進(jìn)，做好完井各項(xiàng)工作的銜接，減少油層的浸泡時(shí)間[11]。4結(jié)束語(yǔ)水平井/大位移井鉆井液技術(shù)是現(xiàn)代鉆井液技術(shù)發(fā)展的方向之一，也是遇到困難最多的一項(xiàng)鉆井技術(shù)，鉆井過(guò)程中遇到的任何一個(gè)極小的問(wèn)題都有可能導(dǎo)致鉆井工程的失敗，因此必須處理好鉆井液性能控制、井壁穩(wěn)定、井眼清洗、減