苏里格常见水平井托压解析

教授高工：吴飞前言近年来在苏里格地区水平井施工时常遇到定向托压现象，影响钻井速度，甚至会带来井下复杂情况发生，如何有效的预防及解决定向托压问题，成为现场人员面临问题之一。造成定向托压现象原因众多，针对不同定向托压表现现象，现场人员分析造成定向托压原因，采用多种方法，以解决和预防定向托压问题。。目录托压原因井眼轨迹地层交结变化井底岩屑床钻具组合钻具发生屈曲摩阻系数大造成水平井施工定向托压原因众多，分析造成托压原因，成为解决托压现象必要工作，苏里格地区定向施工所遇到定向托压原因，一般可分为以下几类：1.井眼轨迹原因定向轨迹不规则，造成井眼井壁多处出现台阶，钻具本体、钻具接头或扶正器支撑在井壁台阶上，增加摩阻或将钻具卡在台阶中，加压无进尺，进而导致托压现像产生。2.地层交结变化原因地层交结变化，尤其地层新被钻开，井壁尚未光滑，定向时BHA中接头或扶正器卡在地层交结处，造成托压。3.井底岩屑床原因井底砂子未携带干净，造成井下砂子托住扶正器，造成托压现象，这种托压在水平井也是最常遇到情况。4.钻具组合原因倒装钻具计算出现问题，导致倒装钻具组合没起到应有的作用，反而增大摩阻，出现托压现象。5.钻具发生屈曲原因在定向中，现场人员未计算所能加的最大钻压，导致钻具发生多次屈曲，增大摩阻，导致托压发生。6、泥饼虚厚、泥浆的摩阻系数大在定向井的施工中接单根、起钻时的上提拉力的大小除了与井眼净化等有关系以外与泥浆的摩擦阻力系数有很大的关系，摩阻系数越小钻具下滑的阻力也就越小，反之越大即易产生托压现象。目录1.针对井眼轨迹原因造成的托压解决方法解决这类情况，一般在连续定向时，每个单根钻完后，缓慢划眼2-3遍，最后需余2-3m，不划眼，原因在于前面划眼将井壁尽可能修复平滑，且此段井眼划大后，下面更利于增加定向造斜率；而最后所剩井段不划眼，就是尽可能不破坏定向趋势。水平段施工时，由于找气层需要，有时会出现刚上调井斜，又要下降井斜情况发生。由于苏里格气层结构特性，这种情况在苏里格水平井中出现较多，针对这类情况，在定向中首先要求送钻必须点送，一旦出现托压立即活动钻具，以防粘卡。向上增斜时，出现托压严重，将前段井段反复缓慢划眼，必要时短起下，打完一个单根缓慢划眼2遍，余2-3m不划。如向下降斜，托压无进尺，可以复合0.2-0.3m再继续定向，严重时可定向段结合小段复合；一个单根打完，缓慢划眼2-3遍，划眼可以划至井底。。2.针对地层交结变化造成托压解决方法第一步：现场最主要的是首先要判断清楚，造成托压现象，为地层原因。而这类判断一需根据之前钻时，二需结合之前施工钻进作业。如果之前未出现频繁定向，整体摩阻不大，且钻时时快时慢，井下钻具工作正常。这时定向出现托压现象，就要考虑为地层交结变化原因。第二步：判断清楚后，需上下多划几遍眼，直至再次定向未出现托压现象，条件允许可再复合1-2m定向，一般就能解决这问题。但需注意的是，此现象产生，泥浆方面或有一定问题出现，最好跟现场泥浆工程师沟通，以防井下复杂。3.针对井底岩屑床造成托压解决方法岩屑床原因造成托压，在水平井施工时，往往很难避免，岩屑床产生主要原因为井底砂子带不出沉积井底，故在施工中，定向前复合时，尽可能增大排量，适当控制钻时；定向中托压严重，应开转盘上下活动几次，再压至井底，小钻压钻进0.2-0.3m，再定向。如果此类托压严重，必要时短起下可在一定程度上缓解托压问题。4.针对钻具组合原因造成托压解决方法因钻具组合失误造成托压，往往为上部加重钻杆托在井壁，要上下多活动几次，或复合钻进1-2m，再定向。托压严重时，必要时起钻纠正钻具错误，再下钻钻进。5.针对钻具发生屈曲造成托压解决方法钻具发生屈曲，前因往往为定向摩阻较大，定向中加在钻具上钻压大，导致钻具发生屈曲。另外如在定向时，对钻具钻压计算不对，也会造成过大的钻压加在钻具上。避免钻具发生屈曲而导致托压，要首先计算钻具发生屈曲临界钻压，在发生屈曲时，立即上下活动钻具，加压时将钻压降到临界钻压之下定向。而根据近年苏里格水平井施工经验，在钻具发生正弦屈曲后，5″钻杆上可再多加3-5吨钻压，4″钻杆可再多加2-3吨钻压，定向中发生托压现象较少。无论在处理何种定向托压情况，需注意的是，无论是使用PDC还是牙轮钻头，泵压不能超过循环泵压2个MPa如果用牙轮钻头泵压上升1Mpa，就证明钻压加到了钻头上；而PDC钻头在滑动钻进时泵压可以上升或上升较小,泵压上升超过2MPa一定要及时提起钻具以免损坏螺杆钻具。6.针对泥饼虚厚、泥浆的摩阻系数大造成托压解决方法•加强泥浆润滑性方面，具体做法是，首先是加强润滑剂的加量；其次是润滑剂之间的配合使用。•解决方法：1.增加液体润滑剂和固体润滑剂的用量，使钻井液的粘滞系数小于0.06实现低摩阻低扭矩。•2．通过加入超细钙ZDS-1和乳化沥青SFT-1各种降失水剂使井壁形成致密泥饼减小钻具在井壁上的粘附性。•3．确保钻井液有足够的抑制性，主要通过观察不粘筛布钻屑成型度钻井液性能的稳定性等。•4．利用聚合醇的润滑性清洁性抑制性与无机盐复配在钻具与井壁上形成牢固的复合膜增强润滑性。•5．加强固控设备运转，特别是离心机的使用，减少钻井液中的亚微粒子浓度。通过清除-加重-清除的措施来调整固相比例。钻柱的纵弯（屈曲）•概念：–钻柱受轴向压力而失去稳定性，发生弯曲，称为纵弯，或“屈曲”。•类型：–正弦屈曲（初始屈曲）；–螺旋屈曲•研究钻柱屈曲问题的意义：–在垂直井中：•不允许钻杆受压。所以更不允许钻杆发生屈曲。•允许钻铤受压。从钻铤强度考虑，允许钻铤弯曲；但从井眼轨迹控制考虑，钻铤弯曲将使钻头轴线偏斜，又可能导致井眼弯曲。在定向井中：倒装钻具组合，钻铤安置在钻杆的上面，为钻杆提供轴向压力。允许钻杆受压，但不允许钻杆弯曲。所以要特别提出对钻杆曲屈状况进行校核。钻柱出现弯曲，特别是螺旋弯曲之后，钻柱与井壁接触，增大钻柱与井壁的摩阻力。而且，随着轴向压力的增大，弯曲螺距缩短，摩阻力更大，甚至将钻住“锁住”，无法前进，无法给钻头加压。所以，定向井、水平井、大位移井等，不允许钻柱发生失稳屈曲。预防托压基本计算方法•在现场施工时，往往没有施工软件可计算钻具发生屈曲临界钻压值，这样就要求现场工程师自己应用计算公式计算，下面为现场常用计算方法：•正弦屈曲临界钻压计算公式：•式中：•E是杨氏模量•I是轴向瞬时矢量•qm是钻具在泥浆中单位长度浮力重量•α是钻具所处井眼井斜•r是钻具接头与井眼井壁之间距离•如果钻具加压到达Fsin，则会发生正弦屈曲。•这样在井斜90°时，钻压超过15吨时，4″钻杆会发生第一次正弦屈曲。rEIqFmsin6445.1sin目录三、综述解决苏里格水平井定向托压问题，首先预防为主，尽可能在定向托压出现前，将导致定向托压出现因素遏止住。避免人为原因造成定向托压出现。在处理定向托压时，要充分重视，保证施工要求及井下安全。