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1、第七章第七章 大斜度井、水平井钻井液完井液大斜度井、水平井钻井液完井液概述概述：一般一般谈及的水平井包含及的水平井包含60(有人有人认为50和和65)到到85的大斜度的大斜度井和井和90以上的上以上的上翘井。井。这种井种井扩大了泄油半径，增加了泄油面大了泄油半径，增加了泄油面积，故大大提高了油故大大提高了油层产能。能。水平水平钻井可开采井可开采大面大面积的薄的薄层，低渗透，低渗透层、裂、裂缝性、枯竭式性、枯竭式油气油气层和稠油和稠油层，还可提高油气可提高油气产量，量，解决完井解决完井问题。随着世界石油需求增随着世界石油需求增长和大型油气田开和大型油气田开发已已处于晚期，水平于晚期，水平钻井在国
2、外得到广泛井在国外得到广泛应用与用与发展。展。我国与国外相比我国与国外相比还处于起步于起步阶段段，作作为钻井井总成本成本712的水平井的水平井钻井液技井液技术，与直井相比，其作，与直井相比，其作用用显得尤得尤为重要。重要。一、水平井一、水平井钻井液、完井液面井液、完井液面临的特殊的特殊问题从专业技术上讲，这些特殊的难题主要表现在：井眼净化，摩阻控制，从专业技术上讲，这些特殊的难题主要表现在：井眼净化，摩阻控制，井壁稳定，防漏措施和保护储层等五个方面。井壁稳定，防漏措施和保护储层等五个方面。1、井眼、井眼净化化问题在大斜度环空中，由于在大斜度环空中，由于岩屑到井眼底边的距离很短岩屑到井眼底边的距
3、离很短，岩屑会岩屑会落到环空的底边落到环空的底边，逐渐堆积起来而形成所谓，逐渐堆积起来而形成所谓“岩屑床岩屑床”。在各种斜。在各种斜井中存在着二个临界角度井中存在着二个临界角度( 和和 )。由于井的各种具体条件不同，。由于井的各种具体条件不同，其临界角的数值也有轻微的变化。其临界角的数值也有轻微的变化。 约在约在2535， 约在约在5565间间。这两个临界角度把全斜井划分成为对净化情况表现不同的三。这两个临界角度把全斜井划分成为对净化情况表现不同的三个井段。它们是个井段。它们是025/35，25/3555/65，55/65904。对水平对水平井的净化来说，井的净化来说， 段最危险的。段最危险的
4、。其次当井斜角其次当井斜角达到达到4050时就会明显地产生时就会明显地产生“Boycott” 沉淀。沉淀。该现象是指该现象是指在静态下在静态下，环空高边壁下立即出现一层薄轻液，而岩屑，环空高边壁下立即出现一层薄轻液，而岩屑即垂直地沉淀到环空的底边，并形成岩屑床。其结果即垂直地沉淀到环空的底边，并形成岩屑床。其结果会形成横剖面会形成横剖面上的密度梯度而产生压力不平衡上的密度梯度而产生压力不平衡。这就。这就会造成对流趋势会造成对流趋势。驱使轻液。驱使轻液从上岩屑床向下移动，从而加速沉淀。在从上岩屑床向下移动，从而加速沉淀。在动态下，会动态下，会加剧加剧这种这种“Boycott”效应效应。在大斜度井
5、中，尤其斜度角达在大斜度井中，尤其斜度角达40 50，使用重钻井液时会，使用重钻井液时会出现反常的出现反常的大于大于4ppg(0.48/cm3)的上下密度差的上下密度差。这种由于。这种由于“Boycott”沉淀引起的现象国外专家称为沉淀引起的现象国外专家称为“垂沉垂沉”。垂沉现象还表现在。垂沉现象还表现在加重剂加重剂易沉淀在斜井眼低边并促进岩屑床易沉淀在斜井眼低边并促进岩屑床向下滑移向下滑移，进一步引起钻井液密，进一步引起钻井液密度变化。度变化。水平井净化不良会造成许多井下复杂情况：水平井净化不良会造成许多井下复杂情况：1、岩屑被钻具压磨成很细颗粒，钻井液中、岩屑被钻具压磨成很细颗粒，钻井液中
6、颗粒数量剧增颗粒数量剧增，一，一方面造成方面造成高粘切效应高粘切效应，另一方面，另一方面固控难度加大固控难度加大；2、造成、造成高的扭矩和高的起下钻阻力高的扭矩和高的起下钻阻力，特别是钻压传递不到位，特别是钻压传递不到位，大大大大降低钻速降低钻速；3、造成井下作业困难，测试工具受阻，电测成功率大，甚至、造成井下作业困难，测试工具受阻，电测成功率大，甚至无法进行；无法进行；4、完井固井困难完井固井困难，水泥封固不佳，质量不好，油气瓦串；，水泥封固不佳，质量不好，油气瓦串；5、常造成、常造成井眼堵塞井眼堵塞现象，严重时即发生卡钻事故。现象，严重时即发生卡钻事故。2、保、保护储层问题在同一构造点钻同
7、一的油层时，直井和水平井相比，油在同一构造点钻同一的油层时，直井和水平井相比，油层受损的层受损的内因是一样的内因是一样的，但，但水平井影响油层的外部条件要比水平井影响油层的外部条件要比直井严峻得多直井严峻得多，主要表现在下列三方面：，主要表现在下列三方面：(1)水平井中钻井液水平井中钻井液接触油层的面积大得多接触油层的面积大得多(2)水平井对水平井对油层浸泡时间要长油层浸泡时间要长得多得多(3)水平井对水平井对油层的压差要大油层的压差要大些些(4)水平井中水平井中消除表皮效应较困难消除表皮效应较困难3、井眼、井眼稳定定问题化学方面化学方面：内因与直井一：内因与直井一样，但外因不利于，但外因不利
8、于稳定。定。(1)易塌地易塌地层暴露在暴露在钻井完井液中的井完井液中的面面积成倍增加成倍增加，化，化学作用的程度大大加学作用的程度大大加剧；(2)钻井完井液井完井液对易塌易塌层的的浸泡浸泡时间成倍延成倍延长，尤其，尤其储层含有易塌岩石如含有易塌岩石如页岩岩夹层，引起坍塌在所，引起坍塌在所难免免;(3)由于由于流阻引起的附加流阻引起的附加压差差变大大以及浸泡以及浸泡时间的延的延长，实际侵入塌侵入塌层的的滤液大量增加，液大量增加，侵入深度加大侵入深度加大，故引起坍，故引起坍塌的可能性必然会增加。塌的可能性必然会增加。力学方面力学方面：由于井斜角的增加，易塌：由于井斜角的增加，易塌层受力受力发生很大
9、生很大变化，故井眼不化，故井眼不稳定定问题变得更加得更加严峻，主要表峻，主要表现在：在：(1)斜角愈大斜角愈大则上覆地上覆地层压力的径向分力力的径向分力也愈大也愈大，故随着，故随着井斜角的增加，各向同性的岩石向井内的井斜角的增加，各向同性的岩石向井内的侧压力而力而变大，故大，故就更容易井塌；就更容易井塌；(2)随着水平井段的延随着水平井段的延长，其，其破裂破裂压力梯度力梯度则逐步降低逐步降低，这会造成会造成支撑易塌支撑易塌层的力相的力相应地减小地减小，故坍塌更易，故坍塌更易产生了；生了；(3) 水平井水平井许可合理的可合理的钻井液密度范井液密度范围变狭狭了，了，维护和控和控制合理的制合理的钻井
10、液密度的井液密度的难度就比直井大得多，一不小心就会度就比直井大得多，一不小心就会发生井塌。生井塌。4、摩阻控制、摩阻控制问题井深、井深、钻具具组合、井眼大小及合、井眼大小及钻井液等相同条件下，井液等相同条件下，钻井井过程中程中起下起下钻具阻力和旋具阻力和旋转钻具扭矩具扭矩，斜井比直井大得多。，斜井比直井大得多。水平井井眼是弯曲的，水平井井眼是弯曲的，钻具由于重力和自身形具由于重力和自身形变力的作力的作用用总是是靠着井壁靠着井壁，在，在水平井段水平井段则是躺在井壁上是躺在井壁上。钻具同井壁具同井壁的接触面的接触面积大大增加。水平井中大大增加。水平井中钻具具对井壁的井壁的压力也力也远高于高于直井中
11、的直井中的压力力。因此在水平井眼中。因此在水平井眼中钻具的起下阻力和旋具的起下阻力和旋转扭扭矩都会大大超矩都会大大超过直井。直井。影响水平井摩阻的因素主要是影响水平井摩阻的因素主要是钻井井设计和和钻井液性能井液性能两两方面。而后者主要指方面。而后者主要指泥泥饼摩擦系数摩擦系数和和钻井液井液润滑性滑性。5、防漏、防漏问题漏漏层的的属性不会因属性不会因钻井方式而改井方式而改变。但引起井漏的外部因素。但引起井漏的外部因素则由于水平井的特殊条件而与直井有所不同，主要表由于水平井的特殊条件而与直井有所不同，主要表现在：在：(1)水平井由于水平段延伸而使水平井由于水平段延伸而使环空空压降增大降增大。(2)
12、水平井一般水平井一般净化化较差差，使，使钻井液井液流流动阻力加大阻力加大，进一步增大一步增大了了环空空压降。降。(3)由于水平井段全部是由于水平井段全部是储层而基本上不允而基本上不允许封堵以免封堵以免损害油害油层，除非采用除非采用暂堵堵剂。 故故防漏成防漏成为水平井段消除漏失事故的主要水平井段消除漏失事故的主要处理措理措施施。没有多大。没有多大选择余地，更余地，更为棘手。棘手。这也比直井也比直井处理井漏理井漏问题的要的要求更加求更加严格。格。出出现问题程度程度 碳酸碳酸盐层(包括石灰岩，包括石灰岩，白云岩及白垩白云岩及白垩层)砂岩砂岩储层裂裂缝性性页岩岩层(包括包括夹水水敏性敏性页岩的砂岩岩的
13、砂岩层)井井净化化问题存在存在存在存在存在存在储层保保护问题较轻存在存在存在存在井眼井眼稳定定问题(主主要指由理化作用要指由理化作用引起的引起的稳定定问题)基本不存在基本不存在较轻较严重重摩阻摩阻问题存在存在存在存在存在存在防漏防漏问题较严重重基本不存在基本不存在可能出可能出现下表(1-1)列出了三种主要储层所出现以上五方面问题的情况表表1-1 三种三种储层出出现问题情况情况 从表(1-1)可以看到井眼净化，储层保护和摩阻问题几乎是各种储层的水平井中都普遍存在的。二、水平井的二、水平井的储层损害害评价价近几年来，近几年来， 应用钻水平井来提高油气量已经在石油工业中受应用钻水平井来提高油气量已经
14、在石油工业中受到了广泛的重视。到了广泛的重视。水平井可用于：水平井可用于：裂缝性油气藏裂缝性油气藏，提高采收率；开采，提高采收率；开采低渗透气低渗透气藏藏；开采；开采大范围浅、薄油气藏大范围浅、薄油气藏；开采；开采中间薄油柱中间薄油柱，上面为气顶而，上面为气顶而下面为含易产生直井水锥的水层的油气藏，以及下面为含易产生直井水锥的水层的油气藏，以及采用增产措施的采用增产措施的油藏油藏，提高扫油效率。，提高扫油效率。若不采取有效的保护措施减少损害，尤其是在水平井的高压若不采取有效的保护措施减少损害，尤其是在水平井的高压差、大接触面积和长浸泡时间及高表皮效应等特殊污染外因的不差、大接触面积和长浸泡时间
15、及高表皮效应等特殊污染外因的不利条件下，可能就会造成比直井严重得多的地层损害，这是由于利条件下，可能就会造成比直井严重得多的地层损害，这是由于地层流体流入水平井眼中的流速较低地层流体流入水平井眼中的流速较低所造成的。所造成的。1、储层自身属性的影响自身属性的影响(1)极低渗透层：外来物不易侵入或基本不受损害或损害甚微(2)渗透性砂岩储层：在一般情况下，固相颗粒侵入有限，而以作业液的滤液为主要污染源，损害常常是比较严重。(3)极高渗透、裂缝性及溶洞储层：孔径较大时极易发生大量漏失作业液。故以固相微粒污染为主，滤液为副，损害严重。(4)极低压储层：此类储层所需适应的作业液密度极低(都小于1.00g
16、/cm3)，使用常规完井液必定造成井漏，引起严重损害。2、完井液性能的影响及完井液、完井液性能的影响及完井液滤液侵入液侵入储层深度的深度的测定定(1)完井液性能的影响完井液性能的影响a、完井液密度和粘度愈大阻力愈大，压差愈大，造成损害。b、完井液造壁性能的优劣表征着入侵储层液量的多少。特别强调的是瞬时及动态失水，前者会把大量固相微粒带入储层而造成严重的固相堵塞，而后者受到剪切速率的极大影响 ，可能大幅度地增加进液量。高温高压失水亦不可忽视。c、钻井液滤失控制具有更重要的意义，水平井段长，暴露于钻井液中的时间长，面积大，损害更严重 。目前确定储层污染半径的方法大致可分为矿场分析法、室内测定法、岩
17、相学分析法(X射线CT扫描等)和数值模拟法。(2)完井液完井液滤液侵入液侵入储层深度的深度的测定定3、固相微粒的影响及侵入深度的测定、固相微粒的影响及侵入深度的测定(1)固相微粒的影响固相微粒的影响 产生储层损害的固相微粒来自三个方面：一是储层自身所含固相微粒的释放和运移；二是钻井完井液所含固相微粒的侵入；三是化学沉积物。(2)侵入深度的侵入深度的测定定钻井液侵入储层时，是固相和液相同时侵入，以前的研究者认为颗粒粒径与储层孔隙直径的比值在1/51/3时会对储层造成一定的损害，如果粒径进一步变小，则损害程度增大。4、水平井、水平井储层损害的害的评价价水平井各个方向上储层渗透率不同，完井液的滤液向
18、储层内部呈三维渗透，致使在各个方向上液相和固相侵入储层的深度，以及对储层的损害程度互不相同；同时水平井还存在完井液与储层的接触面积大和对储层的浸泡时间长等特殊性。在稳定流动状态下储层产生损害后的采油指数表达式如下：当储层未被损害时：式中：qh水平井的日产油量，m3/da以水平段两端为焦点的椭圆长轴，m reh、 rw 分别为泄油和井眼半径，m 储层渗透率的各向异性指数，无因次B0原油地层体积系数，无因次Kh、 Kv 油层的水平和垂直渗透率，10-3m2L水平段长度，m h油气层厚度，mPw生产压差，MPa 0原油粘度，mPa.s根据流动效率的物理意义，可得到水平井的流动效率表达式：因此只要计算出某水平井的表皮系数值，我们可以根据以上各式计算出该水平井的流动效率和产能，以进行水平井的储层损害程度评价。 蒋官澄蒋官澄E-mailE-mail：TelTel：1501002528615010025286
