定向井钻井液携岩性能分析与改善策略

杨佐州

摘要：钻井液（原称泥浆）是指钻井中使用的工作流体。它可以是液体或气体。因此，钻井液应确切地称为钻井流体。钻探过程中，孔内使用的循环冲洗介质。又称钻孔冲洗液。钻井液按组成成分可分为清水、泥浆、无粘土相冲洗液、乳状液、泡沫和压缩空气等。随着勘探开发的需要，大位移定向井占总钻井工作量的比例也越来越高。位移较大使得岩屑携带困难，岩屑引起的下钻遇阻、卡钻等问题阻碍着钻井工作的正常进行，所以，及时有效地清除岩屑是亟待研究解决的问题。本文对钻井液携岩的影响因素进行了分析，并有针对性地提出了改进的对策。

关键词：大位移定向井;钻井液携岩;环空返速;流变性能

1 大位移定向井钻井液携岩的影响因素

1.1井斜角

井斜角是影响钻井液携岩效果的主要因素之一，除直井外，不管使用何种钻井液，都有岩屑床的形成与存在，井斜提供了其形成的条件，岩屑床厚度取决于井斜角的大小;不管 是用清水还是具有流变性的流体作钻井液，环空岩屑总浓度、临界流速（可携带岩屑的最低流速）均随井斜角的增大而增大，钻井液携岩效果则随井斜角增加而降低。

1.2 环空返速

环空返速也是影响定向井钻井液携岩效果的主要因素之一，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。在任何井斜角下，无论使用层流还是紊流，提高环空返速，都会使钻井液携岩效果得到改善;有岩屑床时，随着环空返速的增大，岩屑床厚度降低，当环空返速足够大时，岩屑 床会被破坏。有研究认为井斜角 45°时，确保岩屑有效上返的临界返速的好几倍。井斜角越大，临界返速越大。

对于大位移井来说，环空返速存在一个最佳范围。环空返速过低影响钻井液携岩效果，造成摩阻过大而引起卡钻等井下复杂情况;环空返速过高的同时又存在着压耗增加、钻井泵能力有限和因冲刷井壁而造成井壁失稳、井径扩大等负面效应。

1.3 钻井液流变性能

钻井液流变性能是影响大位移井钻井液携岩效果极为重要的因素。层流状态下，钻井液流速较低时，提高钻井液的动切力 和动塑比，可降低环空岩屑浓度，从而获得较好的携岩效果;井斜角较小时，动切力作用非常明显，随着井斜角的增大，动切力作用减弱，但动塑比对携岩的影响仍然较大，故在大井 斜井段中尽可能使用高动塑比钻井液。紊流状态下，在整个环空倾角范围内，钻井液的携岩能力不受其流变性能的影响。

1.4 钻具转速

在定向井中，钻具旋转有利于岩屑的清除，旋转钻具的作用其一是通过旋转增加了环空钻井液的紊流度，使处于岩屑床层上的岩屑被搅动起来，增大了岩屑被起动的概率，且把运移中的岩屑带入环空高速区，增大了岩屑单位时间内运移距离，从而减少环空岩屑浓度;其二是将大块岩屑挤压碾磨成小颗粒，有利于岩屑的进一步带出。

1.5 钻井液密度

提高钻井液密度，可提高上返中的钻井液拖 拽岩屑的能力和钻井液静态时的岩屑悬浮能力，有利于岩屑 的携带。同时，钻井液密度的适度提高，也有利于平衡地层坍 塌应力，防止地层坍塌和泥页岩的剥落掉块，从而降低了环 空中有害固相的含量，改善了钻井液携岩效果。

1.6 钻具的偏心度

当井斜角较小时，钻具的不居中对携岩也有影响，但是由于井斜角较小，几乎不存在岩屑沉积于井壁某一侧的问题，岩屑沿整个环空分布比较对称。因此，在井斜角较小的井、井段，钻具偏心度对于携岩能力的影响可以忽略不计;当随着井斜角的增大，由于“Boycott”效应的存在，钻具的偏心度对岩屑的影响较大，并且环空岩屑浓度随钻具偏心度增大而增大。

1.7  钻进速度和岩屑尺寸

钻进速度以单位时间内向环空中注入的岩屑量（岩屑注入速度）来表示。钻进速度對岩屑床的形成影响较大，当钻进速度过高时，会造成环空岩屑浓度过大，岩屑床 厚度增加;而岩屑尺寸对岩屑床的影响很小，但是，如果岩屑尺寸太大，不易被带出井眼，也同样不利于岩屑的净化。

2 改进钻井液携岩效果的对策

2.1 优选排量，提高环空返速

在钻井施工过程中，排量过小达不到洗井效果，不利于井眼净化;虽然钻井液在环空中的上返速度越高，越有利于 清除岩屑，但是排量过大，则会冲蚀井壁，造成上部松软地层出现垮塌掉块或井径扩大，尤其在胶结疏松地层和对冲蚀极为敏感的稠油砂层，因此要优选排量和环空返速。

2.2 合理选用钻井液流型和流变参数

在现场施工中，使用低固相聚合物钻井液体系，通常靠适当增加膨润土含量以及加入 MMH处理剂的方法来提高动塑比和低剪切速率下有效粘度，避免盲目提高钻井液漏斗粘度来改善环空钻井液携岩效果的不科学做法;尤其是在大井 斜定向井钻井时，通过提高动塑比，使钻井液在环空中形成 平板型层流，来提高钻井液清洗效果;同时，为提高钻井液的悬浮岩屑能力及防止岩屑床的形成，现场施工中，一般采用 高动塑比、高动切力的钻井液和完井液，一般使动塑比范围 保持在 0.36～0.70 之间，动切力要大于2Pa，旋转粘度计Φ3 和 Φ6读数值要大于2;另外，严格控制初、终切力差值，力求避免钻井液触变性过大而带来的各种不利的影响，避免起下 钻过程中产生过高的抽吸和激动压力。

2.3 经常活动钻具，缩短钻井液静止时间

适时增大钻井泵排量配以钻具转动、上下活动，增大环空钻井液非层流程度，部分破坏岩屑床、降低环空岩屑浓度，提高钻井液携岩效果。起下钻时，要分段循环，提前将井眼内 的岩屑分段循环清除掉，来改善井眼状况，可以将提高钻井液携岩效果变被动为主动;对于岩屑床不太严重的井或井段，每钻进 200 米左右，坚持搞一次短程起下钻，拉刮修复井壁，使粘在泥饼上的岩屑脱落，破坏岩屑床;对岩屑床比较严重的、采用短程起下钻效果不明显的井，可采用划眼的办法破坏岩屑床。

2.4 使用“重塞”，配合高速旋转钻具

现场施工重中，通常还使用“重塞”，虽然对已形成的岩屑床没有多大的作用，但在高转速、大排量的条件下，有利于携岩，效果非常显著。“重塞”用原浆改造，动切力可保持为正常钻进时的值，密度比普通钻井液高 0.36～0.48g/cm³。采用正常的钻进排量循环，同时以高于80r/min 的速度转动转盘，“重塞”到达井底开始上返时可以携带大量的虚泥饼和岩屑，对岩屑床的清洗有很好的现场应用效果。另外，在大位移定向井中，为了防止砂卡、粘卡等事故，钻具结构在能满足钻井工艺条件下，钻具结构越简单 越好一般不连接过多的钻铤，可以用加重钻杆代替钻铤。同样，不能因为提高环空流速，而不现实地接过多的大钻具。尽可能使用 PDC 钻头，因为 PDC 钻头破岩时岩屑体积较小，有 利于提高钻井液携岩效果，另外还可以提高机械钻速。

3 结束语

在大位移定向井中，岩屑携带困难，及时清除岩屑对于推进钻井工作正常进行有很重要的意义。影响钻井液携带岩屑效果的因素主要可以分为三类，钻井的特征、钻井液的特征和性能以及钻具的使用。在现场施工中，经常采取提高钻井液环空返速、改善钻井液性能与机械清除岩屑相结合的方法来提高钻井液携岩效果。

参考文献

[1] 刘永松.大位移井钻井液携岩能力分析与提高对策[J].工程技术：全文版，2016（11）：00219-00219.

[2] 狄明利，邱文发，王德明，等. 提高氯化钾聚合物钻井液体系携岩性的对策[J]. 内蒙古石油化工，2014（1）.

（作者单位：中石化胜利石油工程公司黄河钻井总公司40567队）