侧钻井钻井液携屑能力试验研究

资料

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石油钻采工艺　2000年(第22卷)第2期

侧钻井钻井液携屑能力试验研究

(浙江大学,浙江杭州　310001)　(大庆石油管理局,黑龙江大庆　151400)

张景富　俞庆森严世才

摘要　利用全尺寸携屑模拟实验装置进行了携屑试验,得到了侧钻水平井井眼内岩屑的运移规律,指出了环空岩屑成床的临界环空返速为0.85～1.2m ～60°。提出了衡量钻井液携屑能力的参s,形成岩屑床的临界井斜角为40°数及指标,评判出钻井液携屑能力的参数临界值为1.5。推荐了现场施工的环空返速范围为1.2～2.0m s,钻井液性能参数设计应满足携屑能力参数≥1.5为宜。大庆油田的施工实践,证明了文中结果的正确性。

主题词　侧钻　水平井　钻井液　岩屑　研究

作者简介　张景富,1985年毕业于大庆石油学院。,研究生。

,。自80年代以来,的特点,对大斜度井及水平井中钻井液的携屑问题进行了广泛的研究[1,2],得出了许多有益的结论。然而,纵观现有的众多研究成果,大多是以钻井液环空返速、井斜角、钻井液流变参数等作为影响岩屑运移的主要因素,从实验及理论方面来建立岩屑的运移规律及模型,而对钻井液在特定条件下携屑能力方面的定义和评价相对甚少,影响了研究成果对钻井液性能设计方面的指导作用。近年来,侧钻井技术在挖潜老开发区剩余油层及薄油层产能方面的作用,日益得到重视并迅速兴起,为钻井液环空水力学及井眼净化问题提出了新的研究课题。由于侧钻井井眼环空间隙较常规井井眼小,因此,势必导致钻井液流动及岩屑运移的阻力增大[3],相同的钻井液环空返速及环空岩屑浓度条件下,小环隙环空更易于造成岩屑堵塞。为此,探寻这种特殊条件下环空岩屑的运移规律,找出合理的评价钻井液携屑能力的参数及指标,对于指导现场设计和实施携屑水力参数是十分有益的。

以建立与现场钻井相对应的全尺寸携屑模拟实验装置为突破口,通过试验对小间隙环空内钻井液携屑规律进行了较为详细的研究,在总结出各主要因素对岩屑运移影响规律的基础上,综合评价并定义出衡量钻井液携屑能力的参数和指标,为指导大庆油田侧钻水平井钻井液性能设计和施工参数选配

。

一、基本试验条件

全部试验工作是在大庆石油学院建立的水平井钻井液携屑模拟实验装置[4]上进行的,该实验装置的总长为10m,有效测试长度可达6m。主测试管是由内径为120mm的有机玻璃外筒和外径为73mm的金属内管组成;外管壁上开有两个相距6m的测压孔,用以联接差压变送器测试环空压降;有机玻璃外筒与内管两端靠法兰盘联结密封,内管通过轴承与油马达及管架联结,通过调节法兰盘及油马达可以实现内管偏心度及转速的变化;装置底座通过铰接连接在滑轮和起升架上,通过控制起升按钮,可使整个装置沿起落轨道实现井斜角0°～90°范围内变化调节;循环用岩屑是通过连接在上水管线上的特制加砂装置加入的。试验过程中采用质量流量计、超声波测试仪、光电转速传感器及旋转粘度计等来测试液体流量、固相质量流量、固液混合流量、固体浓度、各种流量的累积流量、环空岩屑床厚度、钻柱转速及钻井液流变参数等测试值。试验过程中所采用的岩屑是利用实验室废旧岩芯及工业用砂,按一定颗粒尺寸比例进行混配后制得的。试验中共采用了包括清水在内的9种试验液体进行试验。试验液和岩屑性质见表1。

二、环空返速对岩屑运移的影响环空返速是影响岩屑运移的主要可控性因素之一。返速的大小直接影响着环空岩屑的运移方式和状态及环空岩屑浓度。对于特定的井斜角、钻井液流

资料

张景富等:侧钻井钻井液携屑能力试验研究

表1　岩屑及试验液基本性能

液体

液体密度

3

13

流　变　参　数

n

K Pa sn

YP PaPV mPa s

种类Θ g cm-清水聚丙烯腈胺溶液

1.00851.00961.00821.0091.28

0.8556290.7832060.78945450.688693

0.0516699

0.08310150.05390310.0766554

14.30810.2208.

5005.110

22281915

图2　9#液体返速与床厚曲线

模拟钻井液

1.241.181.15

高而下降;下降到一定值后,又呈急剧上升的趋势。

这种结果的出现与环空液体流速及环空内岩屑床体,[3]中。

　　　注:岩屑平均粒径:3.25mm,密度:2.35g cm3

空返速高于此值时,,,岩,。成床条件下,环空返速增大,岩屑床厚度降低,岩屑颗粒的运移方式由开始的床面颗粒的跃动、滚动和滑动变为大部分颗粒的翻卷或层移,返速足够大时床层破坏,环空中岩屑形不成明显的岩屑床,见图1、图2。大量的试验结果分析表明,30°～90°井斜角范围内,环空岩屑成床的临界环空返速为0.85～1.2m s。

图3　7#液体返速与压降曲线

综上所述,对于携屑而言,合理的环空返速应以

环空内不形成岩屑床的返速为基准,过分地追求大排量洗井并不一定能够获得最佳的工程效果。这是因为,过大的排量一方面会导致过高的环空压耗,另一方面致使液流对井壁的冲蚀加剧。因此,考虑岩屑成床状况及环空岩屑浓度、环空压耗及井壁冲蚀状况等,现场实施的钻井液环空返速应最好控制在层流状态,返速值应选在1.2～2.0m s之间。

三、井斜角对岩屑运移的影响

图1　8#液体环空返速与浓度曲线

图3给出了环空返 …… 此处隐藏：9013字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……