深井大直径井段的钻井问题研究

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1、学兔兔www.xuetutu.com第28卷增刊钻井液与完井液Vo1．28(Supplement)20l1年11月DRILLINGFLUID&C0MPLETIoNFLUIDNOV．201l文章编号：1001—5620(2011)SO．0034—04深井大直径井段的钻井问题研究蔡振华，张木楠(中国石油集团海洋工程有限公司钻井事业部，天津)摘要随着深井数量的增加，深井上部大直径井段钻井速度慢的问题日益突出。在系统分析了大直径井段中普遍存在的钻井问题的基础上，指出当前深井大直径钻井技术的根本问题是钻井工具、钻头、钻井装备与大直径井眼的工艺要求不相适应。在软地层中主要表现为：沿途水力损失很大，水功率

2、利用率极低，导致井底水功率很低，井底和钻头清洗不良，影响机械钻速。在致密地层和砾石层中主要表现为：钻压不足，导致机械破岩能量明显不足，同时大尺寸钻头结构设计不合理，破岩效率低。提出了解决深井大直径钻井问题的具体措施，对提高深井钻井速度具有一定的指导意义。关键词深井；大直径井眼钻井；钻井速度；钻井参数；钻头；钻井工艺中图分类号：TE245文献标识码：A随着油气勘探开发向深部、复杂地区发展，深西127mm钻杆。由于西444．5mm井眼钻进需要的井、超深井的数量越来越多。在一些地区西444．5钻井液排量大，随着井深增加，沿程水力损失大幅mm钻头钻达井深1000～3000m，有的甚至达到度增加，井底

3、水力能量随着井深增加而急剧下降。3500～4000m。随着大直径井段(即井眼直径在假设在井深2000m条件下，采用西127mm钻杆，西311．1min以上井段)的加深，钻井速度慢的问题钻井液密度为1．25g／cm，塑性黏度为15mPa·S，越来越明显，而且对总的钻井周期和钻井成本的影采用通常所使用的钻井工具组合和钻井参数。表1响很大。由于对大直径井眼钻井过程中主要存在的中列出了不同尺寸井眼中的水力参数计算结果。问题缺乏系统深入的研究，在实际生产中尚未形成表1不同尺寸井眼中的水力参数有效的解决办法。为此，在现场调研和理论分析的基础上，对西444．5mm井段中存在的钻井技术问题进行了探讨，提出了

4、一些技术措施，对解决深井大直径井段的钻井问题具有一定的现实意义。1水力学问题由于井眼尺寸增大，西444．5mm井眼在水力参数、井底清洗和岩屑携带能力等方面均存在着一系列的水力学问题，严重地影响了大直径井段的钻井井眼尺寸／循环压压降／钻井液排井底水功水功率利速度[1]。film耗／MPaMPa量／(L／s)率／kW用率1．1水力参数对比目前444．5mm井段所使用的钻杆与215．9mm和西311．1mm井段相同，都是114．3mm或第一作者简介：蔡振华，工程师，2005年毕业于中国石油大学(华东)石油工程专业，现在从事海洋钻井工作。地址：中国石油海洋公司钻井事业部生产技术科；邮政编码30028

5、0；电话(022)25978025；E-mail：caizh．cpoe@cnpc．com．ca。学兔兔www.xuetutu.com第28卷增刊蔡振华等：深井大直径井段的钻井问题研究35在上述计算条件下，444．5min牙轮钻头的喷的一小部分，相邻喷嘴之间存在很大的清洗死角，射速度只有西215．9mm牙轮钻头的50％，井底比对牙轮下方的区域无法进行有效清洗，水力清除井水功率仅有215．9mm井眼的9．5％，960kW水底岩屑的能力大大降低，井底泥包和钻头泥包都难功率仅有15．4％的水力能量能够发挥有效作用。正以避免，现场使用中也发现在软地层中西444．5mill是由于水力能量大部分损失在钻柱

6、内，可用来清洗钻头普遍存在泥包现象。井底和钻头的水力能量很低，井底和钻头的清洗状1．3岩屑携带能力况不良，从而很大程度地影响了西444．5mm井段随着井眼尺寸增大和环空返速大幅度减小，岩的钻井速度。如何提高大直径井段的水力能量，大屑举升效率急剧下降，携带岩屑的最大粒径(即岩幅度提高水功率利用率，是目前大直径钻井必须要屑举升效率为0．5时对应的岩屑粒径)明显减小，计解决的问题。算结果见表3。1．2井底和钻头的清洗表3不同尺寸井眼中钻井液的岩屑携带能力喷射钻井的关键，利用射流对井底和钻头的有效清洗和水力辅助破岩作用，保持井底“干净”，减少井底泥包垫层，避免重复破碎岩屑，提高机械钻速。射流对井底的

7、清洗机理可以归结为：在射流冲击区，较高的冲击压力梯度可使岩屑产生翻转从而脱离井底；射流冲向井底后，就形成沿着井底横注：表中计算所用参数同表1；括号中数据为考虑井径向流动的漫流。高速漫流具有横向剪切和推移作用，扩大系数为1．1时的计算结果。可以迅速运移岩屑。一个喷嘴对井底的清洗能力和有效作用范围，这对于经常钻遇上部砾石层和含砾石的泥岩、可用冲击压力梯度和漫流速度这2个指标来衡量。砂岩地层的大直径钻头来说，携带岩