钻井作业中水力学技术的运用

　　摘    要：　围绕GW-MLE型综合录井仪水力学处理软件, 以在双兴1井研究应用为实例, 从水力学原理、参数意义、应用方向做出说明, 准确合理地计算出各项水利学参数, 并结合地层压力软件计算出的地层压力数据为相关合作方提供有力技术支持, 指导钻井作业安全作业, 提高钻井实效。

　　关键词：　GW-MLE综合录井仪; 水力学; 流动模型; 钻井液参数; ECD计算;

　　Abstract：　This paper focuses on the hydraulics processing software of GW-MLE integrated logging equipment to illustrate the application of Shuangxing 1 well as an example.It explains the principles of hydraulics, parameters, and application directions, and accurately and reasonably calculates each water conservancy The learning parameters and the formation pressure data calculated by the formation pressure software provide strong technical support for relevant partners, guide the safe operation of drilling operations, and increase the effectiveness of drilling.

　　Keyword：　GW-MLE integrated logging instrument; hydraulics; flow model; drilling fluid parameters; ECD calculation;

　　1、 水力学中的流性指数N和稠度系数K

　　流性系数N表示钻井液结构力。稠度系数K表示流体可泵性和直观流动性, 反应钻井液的稠稀程度。对流变性要降低N值, 一般要求N在0.4~0.7, N越低层流流型更好, 根据实验的流变曲线, 当N不大于0.6时携岩能力较强, 有利井壁净化, 另降低N值有利携带岩屑、清洁井眼。稠度指数K与流体的实际粘度有关。就环空中的粘度而言, K值增加, 粘度也增加, 包括经过钻头的粘度, 结果就使岩屑沉淀有较大阻力, 同时也增加了循环压力降。降低K值类似降低钻井液粘度, 有利于提高钻速;提高K值类似于增大钻井液粘度, 有利于清洁井眼和消除井塌引起的井下复杂情况, 因此K值并非越低越好, 有时要适当提高K值。

　　降低N值最常用的方法是加入XC生物等流性改进剂, 或在盐水钻井液中添加预水化膨润土。适当增加无机盐的含量也可以起到降低N值的效果, 但这样往往会对钻井液稳定性造成一定影响。使用适合本体系的聚合物处理剂降低N值的方法要优于增加膨润土含量和矿化度。

　　降低K值最有效的方法是通过加强固相控制或加水稀释以降低钻井液中的固相含量。若需要提高K值时, 可以添加适当的聚合物处理剂, 或将预水化膨润土加入盐水钻井液或钙处理钻井液中 (K值提高, N值下降) ;也可以加入重晶石粉等惰性固体物质 (K值提高, N值不变) 但要注意K值过大将造成开泵困难憋泵现象。

　　2、 现场应用

　　2.1、 计算调整N、K值解除憋泵卡钻现象

　　双兴1井井深2 862.48m, 起钻至2 758m上提钻具, 悬重由1 570k N上升至1 987k N, 超拉417k N, 下放钻具由1 570k N下降至1 235k N, 遇阻335k N, 2号泵30冲, 3号泵30冲, 正常泵压8.5MPa, 最高憋压22MPa, 持续15.9MPa。遇卡前计算的K值为0.353Pa.sn, N值为0.601, 可以看出:K值和N值都较大, K值大造成开泵困难憋泵, 而N值高携沙能力差, 所以造成卡钻憋泵。综合录井建议钻井液工程师通过调整钻井液性能来降低K值、N值, 调整后再次计算K值为0.206Pa.sn, N值为0.431。

　　调整钻井液性能后开泵难憋泵现象消除, 钻井液携沙能力有所增强卡钻问题也解除。

　　2.2、 优选钻井液流态稳定井壁携带沉砂

　　环空流动模型优化原则应避免紊流, 减小对井壁的损害。但实际工作中需根据地层变化及钻井工程现状进行优选。以双兴1井为例:短起至2 758m遇卡, 上提钻具悬重由正常值1 654.56k N上升至772.73k N, 超拉118.17k N, 大钩上下2m活动空间, 提拉受阻, 钻具卡死。由双兴1井水力学报告图可以看出, 在其他钻井参数设定好且不变的条件下, 如果排量选择大于等于2.88m3/min时, 全井段为紊流, 符合硬地层钻井要求。当排量选择小于等于1.60m3/min时, 全部井段都是层流, 不利于携带岩屑。当排量选用1.92~2.56m3/min时, 可以保证钻铤部分流动模型为紊流, 钻铤上部井段为层流, 因此能够解决充分携带下部掉块, 又能够稳定上部井壁的需求。

　　2.3 、改变排量调整ECD通过窄密度窗口

　　以双兴1井为例:井深3 981.98m, 8:58分立压18.4MPa降至16.25MPa, 至9:02立压降至15.34MPa。泥浆总池体积由245.27m3降至232.86m3, 发生渗漏。井队添加堵漏剂并降低排量循环钻井液, 停止漏失, 停泵后高架槽一直有泥浆返出, 出口流量15.45%, 发生溢流。现场借助于后台软件中的地层压力软件绘制计算出该段的地层压力PP和破裂压力FG, 发现在双兴1井发生井漏和溢流的井段地层压力PP要比上部地层活跃, 而地层破裂压力FG要比上部地层小, 它们在这段井段的异常就形成了一个窄密度窗口, 所以ECD稍大就容易井漏, ECD稍小就容易溢流。用水力学软件实时计算ECD, 当排量是1.9m3/min时对应的ECD为1.48m3/min, 用这个排量打钻出现井漏现象, 建议井队把排量降低到1.6m3/min时, 对应的ECD为1.46g/cm3, 把计算出来的ECD在结合地层压力软件计算出的地层压力PP和地层破裂压力FG进行实时对比, ECD介于PP与FG之间, 从而达到既能平衡地层压力而又低于破裂压力钻进。

　　3 、结论

　　1) GW-MLE综合录井仪水力学后台处理软件在优选计算模式后在现场能够准确计算流性指数N和稠度系数K, 并指导井队根据井下情况来合理的调整钻井液性能。

　　2) 通过软件计算可以明确钻井液流体状态, 通过改变泵排量合理的优化层流、紊流所处井段。

　　参考文献

　　[1]鄢捷年, 钻井液工艺学[M].东营:石油大学出版社, 2001.