CN118049159A - 一种水平井钻井井眼清洁施工工艺方法 - Google Patents

一种水平井钻井井眼清洁施工工艺方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种水平井钻井井眼清洁施工工艺方法,涉及石油工业钻井工程技术领域,该水平井井眼清洁施工工艺方法包括:根据井眼直径确定钻井液粘度;根据井眼直径和钻柱直径确定钻柱的转速和井眼清洁排量;根据水平井斜深和井斜角确定钻井液循环时间;根据转速、井眼清洁排量、钻井液粘度和钻井液循环时间进行井眼清洁施工。本发明提出一种水平井钻井井眼清洁施工工艺方法能够有效提高水平井眼的清洁效果。

Description

一种水平井钻井井眼清洁施工工艺方法
技术领域
本发明涉及石油工业钻井工程技术领域,特别涉及一种水平井钻井井眼清洁施工工艺方法。
背景技术
随着页岩气勘探开发的快速发展,大偏移距长水平段三维水平井日益增多,目前页岩气水平段长度已达到3000m以上。在水平井的钻井施工过程中,井眼清洁时一个非常重要且不易处理的难题。
因井眼岩屑在水平井的井筒中的运移规律与直井相比有较大差异,水平井其井眼的清洁更为困难和复杂。传统井眼清洁方法无法将水平段内的岩屑快速返出至井口,岩屑大量堆积在水平井段,从而导致卡钻事故频繁,不仅损失导向工具,而且大幅延长的钻井时间,使得井成本大幅增加,严重制约页岩气高效开发。
有鉴于此,本发明人根据多年从事本领域和相关领域的生产设计经验,经过反复试验设计出及一种水平井钻井井眼清洁施工工艺方法,以期解决现有技术存在的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种水平井钻井井眼清洁施工工艺方法,能够有效提高水平井眼的清洁效果。
为达到上述目的,本发明提出一种水平井钻井井眼清洁施工工艺方法,其中,所述水平井井眼清洁施工工艺方法包括:
根据井眼直径确定钻井液粘度;
根据井眼直径和钻柱直径确定钻柱的转速和井眼清洁排量;
根据水平井斜深和井斜角确定钻井液循环时间;
根据所述转速、所述井眼清洁排量、所述钻井液粘度和所述钻井液循环时间进行井眼清洁施工。
与现有技术相比,本发明具有以下特点和优点:
本发明提出的水平井钻井井眼清洁施工工艺方法,综合考虑了井眼直径D、钻柱直径d、水平井斜深和井斜角,优化了转柱的转速、井眼清洁排量、钻井液粘度和钻井液循环时间多个参数,以使岩屑具有能够适配于水平井特别是长位移水平井的运移速度以及运移距离,从而保证水平井段的岩屑能够以“滚砂流”方式向井口运移,实现岩屑的及时清楚。
附图说明
在此描述的附图仅用于解释目的,而不意图以任何方式来限制本发明公开的范围。另外,图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的,用于帮助对本发明的理解,并不是具体限定本发明各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本发明的教导下,可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本发明。
图1为本发明提出的水平井钻井井眼清洁施工工艺方法的示意图;
图2为本发明中井眼清洁施工的具体工艺流程图。
具体实施方式
结合附图和本发明具体实施方式的描述,能够更加清楚地了解本发明的细节。但是,在此描述的本发明的具体实施方式,仅用于解释本发明的目的,而不能以任何方式理解成是对本发明的限制。在本发明的教导下,技术人员可以构想基于本发明的任意可能的变形,这些都应被视为属于本发明的范围。
如图1所示,本发明提出一种水平井钻井井眼清洁施工工艺方法,该水平井井眼清洁施工工艺方法包括:
根据井眼直径D确定钻井液粘度;
根据井眼直径D和钻柱直径d确定钻柱的转速和井眼清洁排量Q;
根据水平井斜深和井斜角确定钻井液循环时间;
根据转柱的转速、井眼清洁排量、钻井液粘度和钻井液循环时间进行井眼清洁施工。
本发明提出的水平井钻井井眼清洁施工工艺方法,综合考虑了井眼直径D、钻柱直径d、水平井斜深和井斜角,优化了转柱的转速、井眼清洁排量、钻井液粘度和钻井液循环时间多个参数,以使岩屑具有能够适配于水平井特别是长位移水平井的运移速度以及运移距离,从而保证水平井段的岩屑能够以“滚砂流”方式向井口运移,实现岩屑的及时清楚。
本发明提出的水平井钻井井眼清洁施工工艺方法,能够及时清除水平井特别是长位移水平井内的岩屑和杂质,保持井眼的畅通,有利于钻头的有效钻进,减少因井眼不清洁而导致的卡钻、钻头磨损等问题,从而提高钻井效率。
本发明提出的水平井钻井井眼清洁施工工艺方法,能够及时清除水平井特别是长位移水平井内的岩屑和杂质,可以减少井下事故的发生概率,保障钻井作业的安全进行。
在本发明一个可选的实施方式中,钻井液的粘度由范式粘度仪6转读数表示,具体为:
当井眼直径D<121/4in时,钻井液的范式粘度仪读数=(1.0~1.2)×D;
当井眼直径D≥121/4in时,钻井液的范式粘度仪读数=1.0×D。
在本发明一个可选的实施方式中,根据井眼横截面积与钻柱横截面积比值,也即PHAR值确定转柱的转速,PHAR值根据井眼直径和钻柱直径计算得到。
在该实施方式一个可选的例子中,PHAR值(井眼横截面积与钻柱横截面积比值)的计算公式为:
式中,PHAR为井眼横截面积与钻柱横截面积比值;D为井眼直径,其单位为in(英寸);d为钻柱直径,其单位为in(英寸)。
PHAR值能够作为判断“大井眼”和“小井眼”标准,具体的,
若PHAR>3.25,为“大井眼”;
若PHAR≤3.25,为“小井眼”。
在该实施方式一个可选的例子中,根据PHAR值确定转柱的转速,具体为:
当PHAR>6.25时,转速≥120rpm;
当6.25≤PHAR≤3.25时,转速≥120rpm;
当PHAR<3.25时,60rpm≤转速≤70rpm。
在本发明一个可选的实施方式中,井眼清洁排量需满足公式:
式中,Q为井眼清洁排量,其单位为L/s;D为井眼直径,其单位为in(英寸);d为钻柱直径,其单位为in(英寸)。
在该实施方式一个可选的例子中红,井眼清洁排量Q的最低要求为:
式中,Q为井眼清洁排量,其单位为L/s;D为井眼直径,其单位为in(英寸);d为钻柱直径,其单位为in(英寸)。
在本发明一个可选的实施方式中,为了满足井眼清洁要求,钻井液循环时间与水平井斜深、井斜角有直接关系,钻井液循环时间的计算公式为:
Hi=(Mi-Mi-1)×11.5
若Di<Ki,则
Ci=Hi+Ci-1
否则
Ci=Ki+Ci-1
Ti=Ci/Mi
式中:Mi-1为第i-1个测点斜深,其单位为in(英寸);Ni-1为第i-1个测点井斜角,其单位为度(°);Ci-1为第i-1个测点累计有效当量斜深,其单位为in;Mi为第i个测点斜深,其单位为in;Ni为第i个测点井斜角,其单位为度;Ci第i个测点累计有效当量斜深,其单位为in;Ti为第i个测点斜深时,井眼清洁最小循环周。其中,最小循环周表示钻井液从钻杆进入到环空返出为1个循环周,是一个次数概念。
在本发明一个可选的实施方式中,如图2所示,井眼清洁施工的具体工艺流程包括:
步骤1,检查设备与工具的性能释放满足井眼清洁要求;
步骤2,进行钻进施工;
步骤3,进行接立柱施工;
步骤4,进行起下钻施工。
在该实施方式一个可选的例子中,步骤1检查设备性能与工具性能,具体包括:
步骤11.顶驱在120rpm(每分钟转速)时,最大连续工作扭矩值应满足钻井设计最大扭矩要求。
步骤12.配备3台大功率(≥1600hp)高压泥浆泵(输出泵压≥52MPa),同时配备与之匹配的地面高压管汇、立管汇、水龙带等。
步骤13.高性能固控设备(4台震动筛、2台离心机),满足大排量和高钻速条件下的处理能力(至少1200lpm/台),中速离心机用于回收重晶石,高速离心机用于清除岩屑,低密度固相含量LGS控制8%以下,最优为6%以下。油基钻井液钻进时,震动筛筛布≥200目,最优≥240目。
步骤14.选用高抗扭矩钻杆,尽可能选用大尺寸钻杆(127mmS135,GPDS50扣,抗扭强度43~58kN.m,139.7mmHT55扣,抗扭强度47~58kN.m)或者其他扭矩和强度同等的钻杆。
步骤15.使用高性能、长寿命螺杆(低钻速,高扭矩,井下稳定工作时间≥200h);旋导导向工具+低速高扭矩螺杆可有效提高水平段提速,减小工具震动。
步骤16.选用扭摆工具和水力震荡器,可解决定向滑动托压难题,提高滑动钻进效率。
步骤17.高性能、长寿命MWD和LWD工具,满足地质导向和高速钻进要求。
步骤18.钻头保径板后倒角<30°,过流面积>30%,有利于降低卡钻风险,清洁钻头。扶正器尺寸为欠1/8”~1/4”in(英寸),棱倒角≤30°,过流面积≥35%,包角为270°~360°
在该实施方式一个可选的例子中,步骤2钻进施工方法包括:
步骤21.在BAH(底部钻具组合)中加入Vibration(震动监测仪)/PWD(随钻压力监测仪)/DWOB(随钻钻压监测仪)/DTOR(随钻扭矩监测仪)等工具,监测井下震动、井底压力、钻压和扭矩,可根据监测数据,调整转速、钻压和排量,确保井下安全。
步骤22.密切监测扭矩和上提下放阻力,并实时调整钻井措施,确保井眼干净和作业安全。
步骤23.接立柱前刹住绞车停止送钻3~5min,然后缓慢向上划眼5m以上,速度<2m/min,开泵条件下,记录上提、下放和旋转时钻具悬重,以及旋转扭矩;停泵后,记录上提、下放钻具悬重。
步骤24.划眼时,排量和转速应与钻进时保持一致,可实现岩屑传输带效应,保障井筒清洁。
步骤25.施工过程中,发现静态扭矩/动态扭矩≥6,摩阻系数明显增加,ECD(钻井液的当量循环密度)升高,需要进一步提高转速和排量,以确保井眼清洁。
步骤26.钻进过程中,发现掉块,以地层破裂压力当量密度为上限,适当提高钻井液密度,以渐进方式提高密度,每次提高幅度控制在0.02以内。
步骤27.如果钻进参数和钻井液性能均处在最优状态,井眼清洁问题仍比较严重,则需要降低机械钻速,寻找当前工况条件下最优的机械钻速钻进。如果降低机械钻速,仍无法解决井眼清洁问题,应停止钻进,采用进一步提高排量和转速循环,直到振动筛返出干净(2~4个迟到时间),并观察循环前后ECD、动静态扭矩变化。
步骤28.钻进和倒划眼时,将顶驱扭矩限定值设定为钻杆上扣扭矩值的80%,或为钻进扭矩最大值+5kN.m。
在该实施方式一个可选的例子中,步骤3接立柱施工方法包括:
步骤31.若ROP(钻速)>50m/h,或RPM(每分钟转速)<120,需要整柱上下划眼2次,否则1次;划眼排量和转速与钻进时一致。
步骤32.当倒划眼至顶部时,不要立即反向下划,需要静待5~10秒,然后慢速下划并逐渐加快速度至下划眼速度,然后保持匀速下划,防止压力激动。
步骤33.倒划眼仅仅是清楚BHA周围和上部的岩屑,停泵和钻柱静止时也不会发生卡钻事故。
步骤34.接立柱前需要考虑排量、转速、井眼尺寸、井斜角、机械钻速,钻进方式等因素。如果最后1单根在控制钻进速度条件下采用旋导钻至完钻井深,可不倒划眼作业或者以较快的速度倒眼1次。
步骤35.应控制和避免向下划眼,否则导致井底压力激动,诱发井漏风险。若必须下向划眼作业,可适当降低排量、转速以及下向划眼速度。
步骤36.保持与钻进时一致的排量和转速倒划1个单根,记录离开井底旋转扭矩和钻具悬重,停顶驱后,以10m/min的速度上提钻柱,记录上提钻具悬重,以10m/min的速度下放钻柱,记录下放钻具悬重。匀速下放钻柱直合适位置,做好卡瓦,盖好井口。
步骤37.停泵、卸压。一般情况下钻柱内均有回压,即使没有也要打开卸压阀。
步骤38.卸顶驱,清洁检查顶驱保护接头并抹好丝扣油,打开吊卡并清洗干净,将顶驱切换直上扣模式。
步骤39.从井架上提出1柱钻杆,按最大扭矩和最小扭矩的平均值或预计钻进最大扭矩上扣,原则上不得超过钻杆接头的最大上扣扭矩,以接头最大上扣扭矩90%最优。
步骤310.以10~15冲/分钟缓慢启动泵,见到泥浆返出后,再逐渐增加至钻进排量(历时2~3分钟),上提钻柱取出卡瓦,低速转动钻杆,待泵压和扭矩平稳后,逐渐将转速提高至钻进所需转速。若井下ECD接近地层破裂压力梯度,在开泵前,可先缓慢转动钻柱。
步骤311.如果需要测井斜,则按照定向井工程师要求测井斜,然后恢复钻进。
在该实施方式一个可选的例子中,步骤4起下钻施工方法包括:
步骤41.起下钻过程中需要控制好起下速度,严密监测钻具悬重变化。
步骤42.起钻前将井眼循环干净,同时检查设备、起下钻工具等,排量和转速≥钻进时排量和转速,循环3~6个迟到时间或者直到观察震动筛基本无岩屑返出。
步骤43.起钻5~10柱钻杆,同时观察摩阻和大钩旋重变化,若摩阻偏离正常值,则重复步骤42。若摩阻正常,则注入重泥浆,采用吊卡起钻。
步骤43.若起钻过提重量>13吨,则下放2~3柱钻杆(或直到无明显阻卡现象),然后循环30分钟。钻柱不旋转,开泵尝试起钻通过遇阻位置。若仍无法通过遇阻位置,则需要倒划眼通过,然后重复步骤42。
针对上述各实施方式的详细解释,其目的仅在于对本发明进行解释,以便于能够更好地理解本发明,但是,这些描述不能以任何理由解释成是对本发明的限制,特别是,在不同的实施方式中描述的各个特征也可以相互任意组合,从而组成其他实施方式,除了有明确相反的描述,这些特征应被理解为能够应用于任何一个实施方式中,而并不仅局限于所描述的实施方式。

Claims (12)

1.一种水平井钻井井眼清洁施工工艺方法,其特征在于,所述水平井井眼清洁施工工艺方法包括:
根据井眼直径确定钻井液粘度;
根据井眼直径和钻柱直径确定钻柱的转速和井眼清洁排量;
根据水平井斜深和井斜角确定钻井液循环时间;
根据所述转速、所述井眼清洁排量、所述钻井液粘度和所述钻井液循环时间进行井眼清洁施工。
2.如权利要求1所述的水平井钻井井眼清洁施工工艺方法,其特征在于,
当井眼直径D<121/4in时,钻井液的范式粘度仪读数=(1.0~1.2)×D;
当井眼直径D≥121/4in时,钻井液的范式粘度仪读数=1.0×D。
3.如权利要求1所述的水平井钻井井眼清洁施工工艺方法,其特征在于,根据所述井眼直径和所述钻柱直径计算井眼横截面积与钻柱横截面积比值;根据所述井眼横截面积与钻柱横截面积比值确定所述转速。
4.如权利要求3所述的水平井钻井井眼清洁施工工艺方法,其特征在于,所述井眼横截面积与钻柱横截面积比值的计算公式为:
式中,PHAR为井眼横截面积与钻柱横截面积比值;D为井眼直径,其单位为in;d为钻柱直径,其单位为in。
5.如权利要求4所述的水平井钻井井眼清洁施工工艺方法,其特征在于,
当PHAR>6.25时,转速≥120rpm;
当6.25≤PHAR≤3.25时,转速≥120rpm;
当PHAR<3.25时,60rpm≤转速≤70rpm。
6.如权利要求1所述的水平井钻井井眼清洁施工工艺方法,其特征在于,所述井眼清洁排量需满足公式:
式中,Q为井眼清洁排量,其单位为L/s;D为井眼直径,其单位为in;d为钻柱直径,其单位为in。
7.如权利要求1所述的水平井钻井井眼清洁施工工艺方法,其特征在于,所述钻井液循环时间的计算公式为:
Hi=(Mi-Mi-1)×11.5
若Di<Ki,则
Ci=Hi+Ci-1
否则
Ci=Ki+Ci-1
Ti=Ci/Mi
式中:Mi-1为第i-1个测点斜深,其单位为in;Ni-1为第i-1个测点井斜角,其单位为度;Ci-1为第i-1个测点累计有效当量斜深,其单位为in;Mi为第i个测点斜深,其单位为in;Ni为第i个测点井斜角,其单位为度;Ci第i个测点累计有效当量斜深,其单位为in;Ti为第i个测点斜深时,井眼清洁最小循环周。
8.如权利要求1所述的水平井钻井井眼清洁施工工艺方法,其特征在于,所述井眼清洁施工包括:
步骤1,检查设备与工具的性能释放满足井眼清洁要求;
步骤2,进行钻进施工;
步骤3,进行接立柱施工;
步骤4,进行起下钻施工。
9.如权利要求8所述的水平井钻井井眼清洁施工工艺方法,其特征在于,在钻进施工过程中,监测井下的钻进参数和钻井液性能参数,根据所述钻进参数和所述钻井液性能参数调整所述转速和所述井眼清洁排量。
10.如权利要求9所述的水平井钻井井眼清洁施工工艺方法,其特征在于,所述钻进参数包括动态扭矩和静态扭矩,所述钻井液性能参数包括当量循环密度,当静态扭矩/动态扭矩≥6,且所述当量循环密度升高时,提供所述转速和所述井眼清洁排量。
11.如权利要求8所述的水平井钻井井眼清洁施工工艺方法,其特征在于,在钻进施工过程中,如发现掉块,则提高钻井液密度。
12.如权利要求11所述的水平井钻井井眼清洁施工工艺方法,其特征在于,所述钻井液密度其每次提高的幅度小于等于0.02,所述钻井液密度的上限为地层破裂压力当量密度。
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