水平井钻井液技术

水平井钻井液技术

水平井技术是当代油气资源勘探开发的重点技术之一.从80年代末期开始，为了提高勘探开发综合经济效益，世界各油公司掀起了水平井的热潮，在生产中取得了重大经济效益，证实了水平井“少井高产”的突出优点，取得了减少油田勘探开发费用，加快资金回收，少占土地和减少环境污染等一系列经济效益和社会效益。

由于水平井在钻井过程中井斜角从0°~ 90°变化，因而水平井与直井钻井工艺有较大的差别，为了确保水平井的钻成井保护好油气层，对水平井的钻井液完井液提出了特殊要求，必须解决井眼净化、井壁稳定、摩阻控制、防漏堵漏和保护储层等问题。

一、井眼净化

井眼净化是水平井钻井工程的一个主要组成部分，井眼净化不好会导致摩阻和扭矩增加、卡钻；影响下套管和固井作业正常进行。

（一）影响井眼净化的因素

1、井斜角：环空岩屑浓度或临界流速随井斜角的增加而变大，而清洁率则随之下降

2、环空返速：其大小直接影响环空岩屑的运移方式、状态和环空岩屑浓度。提高环空运速：

环空岩屑浓度降低，井眼净化状况得以改善；岩屑床厚度降低或被破坏，井眼下侧不形成明显的岩屑床。

3、环空流型：<45°层流比紊流携屑效果好；45°~55°两种流

态的携屑效果基本相同。通过调整钻井液流变性能，改变层流速度剖面的平板程度来取代紊流，使钻井液在环空处于平板型层流，从而达到改善井眼净化的目的；55°~90°紊流比层流携屑效果好

4、钻井液密度：钻井液密度的提高，有利于钻屑的携带 5、钻柱尺寸：当井身结构已确定，随着钻杆尺寸的增大环空返速增加，有利于携屑

6、转速：钻柱的旋转，对沉积的岩床起搅动作用，有利于床面岩屑的离去；转动钻柱可以限制钻柱的偏心效应，从而改善井眼净化；提高转速可防止钻井液在井壁周围形成不流动层，从而提高井眼净化；钻柱除了自转外，还围绕井眼周界作圆周运动，因而有利于岩屑的携带

7、钻柱的偏心度：随着井斜角的增大，钻校的偏心度对环空岩屑的影响较大；环空岩屑浓度随钻柱偏心度的增大而增大 8、钻井速度和岩屑尺寸：当钻速过高时，会造成环空钻屑浓度过大，岩屑床厚度增加；岩屑尺寸大小亦会对井眼净化效果带来影响 (二)技术措施

水平井的井眼清洗在现场经常采用机械清洗和水力清洗相结合的措施来解决，实现水平井净化的技术措施可归纳为以下几个方面 ：

1、提高环空返速；2、选用合理流型与钻井液流变参数；3、改变下部钻具组合4、适当增加钻井液密度；5、转动钻具或上下大范围活动；6、使用钻杆扶正器；7、控制钻进速度；8、采用

高转速金刚石钻头；9、倒划眼 二、井壁稳定

井壁稳定是钻井工程中最常见的井下复杂情况之一。发生井壁不稳定的原因可归纳为力学因素与物理化学因素，但最终均归结为井壁岩石所受的应力超过其自身强度造成岩石发生剪切破坏，井眼钻开前，地下岩石在上覆地层压力、水平地应力及地层孔隙压力的作用下，保持应力平衡状态，井眼被钻开后，井筒内的钻井液柱压力取代了所钻岩石对井壁的支撑，引起井壁周围的应力重新分布，当井筒中的液柱压力小于地层坍塌压力时，井壁周围的岩石所受的应力就会超过岩石本身的强度，造成井壁四周岩石发生剪切破坏。钻水平井时稳定井壁的技术措施

1、选用合理的钻井液密度：钻井液密度必须大于地层坍塌压力而低于地层破裂压力

2、优化井身剖面设计：优选所钻井的方位，尽量选用较小曲率半径的井身剖面

3、依据地层组构特性优选钻井液类型与配方：地层的组构特性；钻井液的抑制性和封堵性；

4、确定合理的环空返速，减少对井壁的冲蚀 三、摩阻控制

钻具在重力的作用下，钻具与井壁的接触面积比直井大幅度增加，因而起下钻具的摩擦阻力和旋转钻具的扭矩与直井相比就会大幅度增加，其值随井斜角的增大而增加；随方位角的变化而增大，因而水平井钻井过程中的卡钻可能性比直井大得多。钻进水平井控制摩阻的技术措施

1、优化水平井井身结构和井身剖面设计：进行各种井身结构和井身剖面的摩阻计算，既要考虑降低摩阻与扭矩，又要考虑尽可能短的拐弯井段

2、优选钻具结构：在大斜度或水平井段应将常规钻柱总成换成倒置总成

3、优选钻井液类型与配方：降低钻井液的滤失量、润滑系数与泥饼摩擦系数，改善泥饼质量

4、改善井眼净化状况：优选环空返速、流型、钻井液流变性能，提高井眼净化效果，尽可能地降低环空钻屑浓度与钻屑床的厚度 四、防漏堵漏

井漏是钻井工程常见的井下复杂情况之一，但在水平井钻井过程中井漏更容易发生，而且防漏堵漏比直井难度更大，特别是水平井段为油气层时，既要堵住漏失，确保水平井顺利完井，又不能对油气层产生损害，因而必须寻求有效的防漏堵漏措施。 （一）原因分析

水平井井漏发生的原因除与直井引起井漏相同的起因之外，还由于钻水平井作用于相向垂深地层的压差较直井大，造成钻水平井比钻直井井漏更容易发生，其原因：

1、水平段压耗较大，在水平井段的尾部井漏的危险性最大 2、水平井井眼净化难度大，严重时还会出现因堵井眼而造成开泵时蹩漏地层

3、使用粘度的钻井液，易产生较大流阻，使压差增大；在下钻过程中，形成更大的激动压力，增大了对地层的压差 （二）技术措施

1、斜井段和水平井段上井壁的封堵：

2、增加堵漏材料的加量来提高堵漏材料通过井眼上侧的机会 3、提高堵漏浆液的粘度和动切力，增强携带堵漏材料的能力 4、降低堵漏浆液的顶替速度，流速宜降到可避免井漏进一步加剧的程度 五、保护储层

（一）水平井油气层损害的特殊性 ： 1、钻井液与油气层的接触面积较大 2、油气层浸泡时间较长 3、钻进油气层时的压差较高 4、一旦损害，难以恢复 （二）技术措施

1、优选完井方式：完井方式直接影响对油气目的损害程度，因而进行水平井设计时应依据储层特性确定完井方式。 2、优选钻井方式和钻井液密度

压差是造成油气层损害的主要因素之一。通常油气层的损害程度随压差增大而增加：负压差可以减少钻井液对油气层的损害，但过高的负压差也会引起油气层出砂、有机垢的形成、裂缝闭合，反而会对油气层带来损害，水平井段钻进过程中，必须依据储层特性和孔隙压力来优选钻井方式和钻井液密度。 3、使用油层保护剂

打开油气层前50米，加入油保材料，能有效防止泥质颗粒膨胀、快速形成桥堵屏蔽环，有效的保护了油气层。

钻进大斜度和水平井段过程中，钻井液必须解决井眼净化、

井壁稳定、摩阻控制、防漏堵漏和保护储层等技术难题，然而钻进不同储层时，上述几大技术难题有的是共存的，有的所表现的严重程度不完全相同，因此钻进水平井时确定钻井液类型必须遵循下述原则：

1、地层矿物组分、理化性能、井温及潜在的各种井下复杂情况；2、地层压力剖面(孔隙压力、破裂压力、地应力、坍塌压力)；3、储层的组构特征和各种敏感性；4、井身结构和完井方式；5、钻井参数；6、经济的合理性；7、环保

由于水平井工艺的特殊性，决定了其钻井液性能的清洁井眼、防塌防漏、润滑、固控等方面提出了更高的要求。随着实施水平井的逐渐增多，生产经验日趋丰富；随着钻井液处理剂的不断发展，钻井液技术不断得到提高，下步工作中我们还要继续学习新技术、引进新方法才能使水平井钻井液水平得到更大的提高。

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