水平井中的钻头、钻井液、钻井参数设计.docx

水平井中的钻头、钻井液、钻井参数设计1．钻头选型(1) .水平井钻头选型特点① .水平井的着陆控制和水平控制井段，较多地采用井下动力钻具(其钻压值一般较低，而 钻头转速一般相对于钻盘钻钻井为高)② •在中曲率造斜段，要求钻头要有较好的造斜能力③ .在钻水平井段时，要求钻头具有较好的稳平能力(当以定向方式调整井斜或方位时，又 往往要求有适当的造斜能力)④ .较多地采用油基钻井液⑤ .当采用MWD进行测量时，对钻头水眼尺寸及钻头水眼压降有一定的要求和限制⑥ .为满足携带岩屑的需要，对钻井液排量有一定的要求因此，在水平井中较普遍地选用PDC钻头，但也常用牙轮钻头2) .钻头选型的原则和依据① .地层条件地层条件是选择钻头类型和结构的首要依据地层条件包括地层类型、硬度、 岩性和层位厚度② .钻井方式即：是用转盘钻进还是用井下动力钻具钻进，后者又可分为完全的定向钻进， 还是导向钻进③ .钻井条件钻井条件主要包括设备能力(机械部分与水力部分)、钻井液类型等所选 的钻头类型应与设备能力相适应，也要考虑钻井液类型的影响④ .钻井参数钻井参数包括：钻压、转速和水力参数(排量与压力)在水平钻井中，由 于工艺要求往往对钻井参数已做出明确规定，这就要求钻头选型要与钻井参数相适应，确定 钻头的切削结构、水力结构与保径尺寸。

⑤ .邻井资料包括邻井地质测井资料和邻井钻头使用记录它对于钻头选型是极为重要、 有效的技术参考资料，应予以足够重视3) .PDC 钻头与牙轮钻头选型指南2. 水平井钻井液(1) .水平井与钻井液有关的特殊问题① 携屑能力降低 水平井、大斜度井和直井、常规定向井相比，在同样的条件下，钻井液的携屑能力明显降低很多文献都指出，当井斜角在40~55°时很容易形成岩屑床，增加钻进和起下钻磨阻，甚至 会造成卡钻事故② 井眼稳定性变差 随着井斜角的增加，裸眼井段在易坍塌地层中的长度会大幅度增加；随着水平段加长，施工 周期也相应较长增加了井壁失稳坍塌的可能性③ 井漏的可能性变大在水平井中，由于岩屑床会增加流动阻力和循环当量密度，长水平段也会增加流动阻力，从 而导致钻井液对地层的压力变大，使井漏发生的可能性变大由于水平段是在储层内进行钻 进，基本上不允许封堵以免损害油层，一旦发生井漏，非常棘手④ 磨阻增大水平井中，重力的影响使钻柱与井壁摩阻增大，使钻柱与套管磨损增加；摩阻严重时会造成 钻头难以加上钻压，钻柱难以送进，限制了水平段的钻进长度，并增加钻机的起升负荷在 设计水平井钻井液体系时，减少摩阻是要考虑的重要问题。

2) .对水平井钻井液的要求和选型原则① ．要考虑保护油层② .要有较好的流变性，以保护井眼清洁，不形成岩屑床，顺利进行固井和测井作业③ .要有较好的润滑性，以减少摩阻，施加钻压，避免卡钻④ .要有合适的密度(井壁稳定的关键之一在于钻井液的密度在要求的临界值以上)以保持 井眼稳定并防止井漏⑤ .要有较好的抑制性和滤失性，以免损害地层和发生卡钻，以便进行测井作业⑥ .井漏时采用的堵漏材料不能对井下工具和仪器的工作造成影响⑦ .钻井液体系应易于调整维护⑧ .要符合环保要求根据以上的各项要求，水平井钻井液的选型原则可概括为：在保护油层的前提下优选指标 适宜的钻井液体系3) .水平井钻井液体系简介① .油基钻井液体系这是目前适合钻水平井，应用最普遍的一种体系有资料介绍，国内 40%的水平井采用油基钻井液钻进成功② .水包油钻井液体系阴离子型或阳离子型，密度可小于1.00g/cm3,其携屑能力、抑制 能力、润滑性、保护油层的能力均较好③ .阳离子聚合物水基钻井液体系有较好的防塌能力，有利于保护油气层，性能稳定④ .正电胶体系又称MMH体系是在水基聚合物体系中加入MMH处理剂(混合层状金属氢 氧化物)，有较好的悬浮能力和保护储层能力。

⑤ .聚乙二醇钻井液体系是在水基钻井液中加入聚乙二醇处理剂，可有效地提高钻井液的 润滑性，据称可代替油基钻井液3. 钻井参数选择注意事项(1) .钻压① .钻压选择与钻头有关不同的钻头类型，不同的钻头尺寸，允许使用的工作钻压与最大 钻压是不同的(如相同直径， PDC 钻头的工作钻压明显低于牙轮钻头的工作钻压)② .钻压选择与转速有关例如牙轮钻头存在钻压一转速关系曲线以及钻头轴承能力常数， 因此，在选择钻压时应考虑到钻头转速的影响③ .螺杆钻具的推荐钻压值与最大钻压值对钻压选择提出了限制，最好选择推荐钻压值④ .控制要求影响钻压选择在轨道控制过程中，最便于调整的控制参数是钻压根据经验， 在采用动力钻具造斜时，减少钻压降低转速有助于提高造斜率；在采用Giliigan钻具组合 时，加大钻压会提高造斜率2) .转速① .转速选择与钻头有关如PDC钻头、金刚石钻头的常用转速远远高于牙轮钻头② .转速选择与钻压有关③ •井下动力钻具的特性基本上决定了转速④ .在导向钻进方式下，转盘转速选最低挡速(不超过60r/min)3) .排量① .水平井的排量主要取决于工艺需要较好的携屑能力要求环空钻井液返速不低于lm/s, 由此可决定所需的排量。

携屑对排量和流态的基本要求是：当井斜角大于45°,应以大排量紊流方式清洁井眼由于 在紊流状态下岩屑运移基本上不受钻井液流变性能影响，此时应采用低静切力(YP)、低粘 度的钻井液，以便于在较低的返速下进入紊流，对保护井壁是有利的；当井斜角 0~45° 范围 内，可采用层流流态洗井但为了提高携屑能力，应注意提高钻井液的静切力、粘度及比值 YP/PV② .井下动力钻具的额定排量基本上决定了工作排量一般情况下井下动力钻具的额定排量 与钻井工作排量是相容的，二者之间的较小值只会在一定程度上影响钻头转速；但在某种情 况下，工作排量（携屑的需要）会大幅度高于动力钻具的额定排量，此时可选用中空转子螺 杆钻具，以扩大钻具的额定排量③ .排量选择与钻头有关如金刚石钻头、PDC钻头应采用大排量，以防止小排量容易造成 的散热不良以致出现“烧齿”；工作排量要保证钻头的正常工作，④ .排量选择要考虑循环系统的能力和地面设备的要求，防止因排量过大造成系统总压力过 高4）.压力 压力选择主要是钻头水眼压降选择，要综合考虑破岩和清洁井底要求，马达承压能力（传动 轴轴承的结构级别）和轴承受力状况，MWD的工作压力以及地面设备的限制后做出决定。