水平井特点及司钻.doc

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1、水平井特点一、由垂直井眼变成倾斜（水平）井眼带来的特性1、钻具贴井壁，受力状况发生变化从造斜段开始，钻具受力状况相对直井发生了根本的变化。①造斜段：由于斜井段钻具的斜向拉力造成此处钻具被＂拉向＂上井壁。造斜点较高的井可明显在井口出现钻具向定向方向的＂偏移＂。随着井深增加，造斜点以下钻具重量随着造斜率的增大，在造斜段出现的侧向力F侧随之增大、起下的摩阻增大，随着时间的延长，起下钻和转动在此处形成键槽。图１②斜井段：由于钻具自重，钻具＂躺在＂下井壁，对井壁侧压力的增大，带来磨阻（起下）和扭矩的增大（旋转）。　　

2、　　　　图２③钻头的受力变化出现侧向分力，当使用增斜钻具结构时，由于近钻头扶正器的＂支点＂作用而产生向高边的侧向力；使用降斜组合时，由于＂钟摆力＂作用而向低边产生侧向力；由于下部钻具结构和钻头重力作用，始终产生＂降斜趋势，需用刚性组合来保持井斜的稳定或大于此趋势产生增斜力。2、偏心环空和岩屑床国外专家和＂七五＂攻关项目中刘希圣教授等专家研究表明，由于斜井钻具偏向下井壁而形成了＂偏心环空＂，岩屑的沉降，运移与直井相比发生了根本的变化，岩屑出现向井壁径向沉降的趋势，由于偏心环空流速的不均匀，在下井壁形成岩屑床，

3、在一定条件下还会发生岩屑床的滑移、堆积。给大斜度、水平井施工带来威胁，如何正确认识此特点和采取相应的措施是定向井，尤其是大斜度井、水平井成功与否的关键。　　　　　　图５研究的主要结论有：①偏心环空场中，大环隙处流速大，小环隙处流速小，促使岩屑床的产生。②岩屑床厚度随流速的减少和井眼斜度的增加而增加，但倾角大于一定值后，其岩屑床厚度基本保持不变。③环空岩屑浓度在临界角（30°≤θ≤60°）范围内最大。环空岩屑浓度随流速的增加而降低。注：对临界角的界限，有人认为35°～70°，但总的范围是相近的。③当井眼倾角处

4、于临界倾角范围内时，由于岩屑床的形成及滑移，岩屑势必下滑堆积。容易造成钻具的阻卡。④各倾角都存在一个＂临界流速＂。当环空流速大于该临界流速时，理论认为不会产生岩屑床。⑤流体粘度升高导致岩屑床厚度降低，岩屑浓度降低，提高了岩屑输送效果。下面就斜井几种状态下的井屑运动方式做一分析：以临界角为界把斜井分为三种类型：第一种：小于临界角的范围（＜30°），只有垂直沉降，而无径向沉降。vs为垂直沉降速度，vsr为径向沉降速度，vsa为轴向沉降速度。Vs　　　　　图６－１Vs≈0Vsa≈Vsθ升高则Vsa越大，该范围最易

5、形成岩屑床，越接近上界越易产生岩屑床下滑堆集，是大斜度井、水平井施工中主要清除岩屑床的井段。该种情况可近似为直井状态，不易形成岩屑床。VsrθVsaVs第二种：临界范围内（＞30°，＞60°）VsrθVsaVs　　　　　　图６－２Vsa=Vs*COSθ、Vsr≈Vs*SINθθ升高则Vsa越大，该范围最易形成岩屑床，越接近上界越易产生岩屑床下滑堆集，是大斜度井、水平井施工中主要清除岩屑床的井段。第三种：大于临界角(α〉60°或有的认为α〉65°)Vs　　　　　　　　图６－３Vsa≈0、Vsr≈Vs该情况可近

6、似视为水平井段的状况，岩屑床受洗井液的冲刷厚度不再增加，也不产生滑移，聚集，此井段的岩屑往往被洗井液带到临界角附近聚集(60°~70°范围)。大斜度井和水平井的实践证实了以上理论是正确的，解决的办法是：①一般的定向井井斜角度尽量选择在30°~35°，不易形成岩屑床，施工较安全。②对已经形成岩屑床的井或大井斜角度的井采用以下三种方法减少岩屑床厚度，清洁井眼、保证施工安全。A、在条件允许的情况下，尽可能提高循环排量，使其接近临界返速而消弱岩屑床，但要注意防止井径扩大。B、提高泥浆的屈服值（YP），增强携岩能力，

7、减缓岩屑的径向沉积，也是减少岩屑床厚度的有效办法。C、由于以上两种办法的限制，最有效的办法则是利用机械办法除砂：有顶部驱动手段的可利用边起钻边转动钻具的办法搅动岩屑床。同时循环泥浆，清除岩屑床；在没有顶部驱动条件的施工中，则采用定时定井段的短起下钻手段，起一段，循环一段的办法清除大斜度井段（或水平段）的岩屑床。随着井斜的增大，大斜度井段的增长，短起下的时间间隙缩短。现在施工中，可从振动筛返出岩屑量的减少和扭矩、摩阻的增加来判断，是否需要短起下。3、被钻开的岩层受力状况发生变化：在地层倾角较小的直井，被钻开的

8、岩层层面与井眼轴线是垂直的。由于岩层纵向的压实程度较高，钻开的井眼部分相对较稳定。随着井斜角的增大，岩层层面与井眼轴线夹角变小，不稳定岩层（如易吸水膨胀的泥岩层）暴露面积增大，受垂直压力影响，容易吸水膨胀，剥蚀掉块，造成井壁不稳定；对于水平井来说，水平段则完全在油层中延伸，其稳定性大为值得重视，这就提出了比直井更为严格的要求钻井液防塌性要好，失水要小。4、椭圆井眼的形成和键槽的产生①由于斜井段钻具靠井壁，起下钻和