定向井托壓問題原因分析及解決措施

1、定向井托壓問題原因分析及解決措施隨著陸地油氣的不斷開發(fā)，今后在淺海及陸地上大位移、大井斜 井將不斷增多， 在油田進入后期及采收水平的不斷發(fā)展， 陸地上的一 些老井要進行二次開發(fā)， 所以開窗側(cè)鉆井的不斷增加也是鉆探的一個 必然趨勢。大港油田從 2003 年開始在油區(qū)內(nèi)布水平井和大井斜井也 在逐年增加，為了確保施工的順利， 減少事故復雜，這對鉆井液技術 水平的要求更加嚴格， 大井斜、大位移的定向井及水平井在除了對潤 滑防卡、井壁穩(wěn)定等要求更加嚴格以外， 對定向井定向過程中托壓問 題的解決也是我們目前施工中存在且迫切要求解決的一個重要問題。 在定向井的施工中托壓的產(chǎn)生不僅嚴重影響鉆井隊的施工進度而且

2、 很容易造成壓差卡鉆，給施工造成重大的經(jīng)濟損失。施工統(tǒng)計： 2004 年泥漿二中隊施工井情況托壓產(chǎn)生在直井反扣或定向井多次反扣的定向過程中、開窗側(cè)鉆 井開窗側(cè)鉆 ,定向中、水平井 70-90 度的定向過程中；托壓由于井眼 軌跡以及各種阻力的原因使得鉆具加壓后， 壓力很難傳遞到鉆頭； 從 綜合錄井儀器及指重表看， 就是在鉆壓不斷增加的前提下， 鉆頭的位 置不變、沒有進尺，泵壓不升高、不憋泵，在鉆壓繼續(xù)增加的時可能 會突然憋泵。 定向井托壓一方面影響正常的定向施工， 另一方面如操 作不當易產(chǎn)生卡鉆。二、原因分析：1、井眼軌跡差：定向中的托壓與施工的井眼軌跡有很大的關系，在施工井中每年 定向井占 6

3、0% 、直井 40%，在實際施工中其中有一部分直井或定向 井都會因為地層或施工的原因造成井眼軌跡偏離設計， 這時就要進行 導向反扣鉆進， 而切一部分井會因為某種原因進行反扣幾次， 從而造 成井眼軌跡不好。在井眼軌跡不好的前提下改變鉆具結(jié)構(gòu)進行反扣定 向時，由于鉆具剛性的問題在加壓時鉆具的某一點會支撐在井壁上此 時往往會出現(xiàn)托壓現(xiàn)象。 由于井眼軌跡差造成的托壓， 在加壓后上提 的過程中上提的附加拉力不會很大，即和平時的附加拉力相差不多， 一般不會超過下壓的壓力。定向井的井眼軌跡與造斜率有一定的關系，造斜率越小井眼軌跡 就越平滑施工中產(chǎn)生托壓的現(xiàn)象就少， 在水平井的施工中， 長半徑的 水平井較中半

4、徑、短半徑水平井產(chǎn)生托壓的幾率要小的多。2、井眼不干凈，有巖屑床的存在：造成定向井定向過程中、直井反扣過程中托壓的另一個原因是井 眼不干凈，下井壁有巖屑床的存在。造成井眼不干凈的原因主要有以下幾點：（1）、泥漿的本身流變性能不好，不能滿足攜帶巖屑的需求；（2）、泥漿泵排量不能滿足要求使得鉆井液在井眼中的上返速度達 不到要求；（3）、在鉆進的過程中長時間或長的井段不進行短起下作業(yè)及時掛 拉井壁這些都是造成井壁不干凈巖屑不能及時被清除的原因；（4）、指地面的凈化設備差，即地面凈化設備對被泥漿攜帶的有害 固相、巖屑等清除的能力差，使得有害固相又重新進入井內(nèi)。（ 5）、另外就大井斜定向井及水平井來說

5、45-90 度本身存在一個巖 屑攜帶困難。 在定向的過程中鉆具與井壁是滑動摩擦， 巖屑床的存在 使得其間的滑動摩擦力增大， 從而造成定向過程中托壓。 巖屑床的存 在一般是明化鎮(zhèn)以下的地層， 以下的地層巖性較硬， 對定向鉆進影響 較大。對大井斜定向井及水平井來說在明化鎮(zhèn)中施工很少有托壓產(chǎn) 生，而在沙河街、孔店中施工巖屑床的存在易造成托壓。3、泥餅虛厚、泥漿的摩阻系數(shù)大：在定向井的施工中接單根、起鉆時的上提拉力的大小除了與井眼 凈化等有關系以外與泥漿的摩擦阻力系數(shù)有很大的關系， 摩阻系數(shù)越 小鉆具下滑的阻力也就越小，反之越大即易產(chǎn)生托壓現(xiàn)象。泥漿由于固相含量等原因造成泥餅虛厚時也易產(chǎn)生定向過程中托

6、 壓，泥餅越虛厚與鉆具的接觸面積越大，易造成粘卡， 泥餅需厚造成 的鉆具托壓的現(xiàn)象與井眼軌跡不好造成的現(xiàn)象有所不同， 由于泥餅需 厚造成的托壓在加大的壓力后（如 30 噸鉆壓），有時會突然憋泵， 在上提的過程中上提附加拉力會大于下放的壓力。 很多定向井在定向 中由于托壓后加壓不當造成粘卡。例如 2001 年施工的小 9-7 井在過了石膏層以后由于井斜方位偏離 設計進行反扣，在反扣中由于托壓，工程施工不當把 90 噸鉆具全部 加上，造成卡鉆，泡解卡劑后解卡。三、解決措施：1、加強井眼軌跡的控制、改變鉆具結(jié)構(gòu)：井眼軌跡差造成的托壓，解決措施主要是工程加強井眼軌跡的控 制，在大井斜大位移定向井中全井

7、跟導向， 控制井眼軌跡避免井斜方 位等偏離設計進行反扣， 另外針對井眼軌跡不好的情況產(chǎn)生的托壓現(xiàn) 象，最有效的解決措施是簡化鉆具結(jié)構(gòu)，減少鉆挺的數(shù)量，增加加重 鉆桿的數(shù)量， 從而降低鉆具的剛性， 減少鉆具與泥餅的接觸面積防止 托壓和粘卡。在女 22x1K 井斜 21 度地層沙二施工中產(chǎn)生托壓現(xiàn)象， 在加入原油、潤滑劑、短起下等均無效的前提下最后簡化鉆具結(jié)構(gòu)， 簡化鉆具結(jié)構(gòu)后定向正常。 在今年的水平井施工中定向中采用的鉆具 結(jié)構(gòu)一般都是馬達 +MWD+LWD+ 加重鉆桿，在 70 度以后采用倒裝鉆 具馬達 +MWD+LWD+ 鉆桿+加重鉆桿，整個鉆具結(jié)構(gòu)中不含鉆挺， 鉆 具中直徑大的儀器馬達 +

8、MWD+LWD 加起來也只不過 20 多米，這樣 的鉆具結(jié)構(gòu)鋼性不強， 加上定向中全井導向所以很少產(chǎn)生因井眼軌跡和鉆具結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的托壓。所以水平井井中產(chǎn)生的托壓主要從井眼凈 化、潤滑、司鉆操作等方面采取措施。2、加強凈化：加強凈化包括井眼的凈化和地面泥漿通過地面固控設備的凈化。（1）加強泥漿的攜砂性能：在近年來施工的定向井基本都采用 PDC 加導向馬達技術， 進尺相 對較快、巖屑被研磨的較細，這給井眼凈化都帶來一定的難度。不同 的井眼鉆進時排量的要求是，對于 巾311井段，33排量須高于 3.4m/min ,巾216井段則要高于1.1m/min，那么實際鉆進時，巾311 井段要上3返速度0.8-

9、1.2m/s求排量達到3.6m/min，巾215.9上返 速度 1-1.5m/s ，井段要求排量在泵3 壓許可條件下，盡量開大，使之大于 1.5m/min 。另外根據(jù)井下返砂情況調(diào)整泥漿的流變參數(shù)，對于低固相聚合物 鉆井液來說泥漿的動塑比要求控制在 0.42-0.50 之間，對巖屑的攜帶 效果較好，在泥漿粘切方面，大井斜定向井粘度控制在 48s 以上， 高的粘切有利于防止鉆屑的垂直沉降， 在港 H1 施工中 50-60 度時由 于加入有機正電膠后泥漿的粘度降低 42s 左右，井下返砂效果不好 同時出現(xiàn)定向過程中托壓，提高泥漿粘度到 50s 以后井下正常，另外在女MH4、西H1、扣3-1等井同樣

10、粘度控制在50s以上返砂效果 較好。（2）加強固控設備的使用：泥漿中有害固相、劣質(zhì)般土等含量過高易造成泥餅需厚，在定向 鉆進中易造成粘卡。 所以使用好離心機、 震動篩加強有害固相的清除 是加強泥漿凈化的關鍵， 泥漿本身的攜帶巖屑的效果再好， 如果地面 設備利用效果差，被攜帶上的有害固相同樣又進入井下對井眼的凈化 造成破壞。（3）加強短起下作業(yè)破壞井壁巖屑床：在施工中我們主要是控制好泥漿的流型以外要定期 （150-200 米） 進行一次短起下作業(yè)， 用物理的方式清楚井壁上的巖屑， 破壞井壁上 形成的巖屑床。在大井斜定向井 40 度以后巖屑易沉在下井壁形成巖 屑床，注意的是每次短起下的長度盡量拉到

11、上次短起下井深以上 200-300 米，水平井可以拉到 20-30 度井斜的井段， 因為在定向井施 工中的鉆具結(jié)構(gòu)中往往帶幾柱鉆挺， 在新施工的井眼中由于鉆挺的存 在新井眼的環(huán)空泥漿上返速度較大， 巖屑床一般沉在老井眼中， 所以 有的井隊在施工中只拉新施工過的井段對破壞巖屑床的作用很小。3、加強泥漿的潤滑性，改善泥餅質(zhì)量：加強泥漿潤滑性方面，具體做法是，首先是加強潤滑劑的加量；其 次是潤滑劑之間的配合使用。在定向井中一般定向時要混入原油， 原油雖然有能很好潤滑性但原 油的加入會時泥餅質(zhì)量變差。 為此我們在定向井的施工中原油最好配 合水基潤滑劑共同使用。 這樣既解決了潤滑問題又解決原油加量大造 成的泥餅需厚。在定向中滑動摩察的隨著摩察阻力系數(shù)的增加而增大， 解決的措施 是在泥漿中混入一定量的原油約 3-5% ，原油含量最好不要超過 9-10% ，同時在改善泥餅質(zhì)量方面可以加入磺化瀝青、 酚醛樹脂等泥 漿材料，好的泥餅質(zhì)量會減少因托壓而造成的粘卡現(xiàn)象。 另外在潤滑 劑方面除了液體潤滑劑以外， 固體及極壓潤滑劑也是減少托壓有效方 式。在硬地層定向井定向時產(chǎn)生托壓時一次加入 200-300 kg 膨化石 墨對由于潤滑性差產(chǎn)生的托壓有很好的效果，在板北 11x1 、扣 3-1 井、女 MH4 井中應用有很好的效果，加入后等到材料返到環(huán)空時， 托壓現(xiàn)象明顯減輕， 使得定向鉆進能正