王磊
中石化胜利石油工程有限公司海洋钻井公司 山东省东营市 257000
摘要
目前大部分定向井、水平井均采用高效PDC钻头配合动力钻具，复合钻进和滑动钻进相结合方式,对井眼轨迹进行控制的钻井技术。这种钻具组合具有机械钻速快、使用寿命长、安全性高等特点。但定向托压几乎是每口定向井施工过程中都要面临的问题，托压问题的存在严重影响了钻井效率，而且很容易造成井下复杂，成为制约大斜度井、水平井提速的一个重要因素。为确保施工的顺利、减少事故复杂，大井斜、大位移定向井及水平井施工对钻井技术和钻井液技术水平提出了更高的要求，定向过程中出现的托压问题成为我们目前施工中迫切需要解决的重要问题。
主题词 定向托压 摩阻 井身轨迹 井眼净化
1 定向托压的现象及危害
托压往往产生在大斜度井定向、方位井斜反抠、开窗侧钻井等情况，在定向滑动钻进过程中，由于井眼轨迹、钻具与井壁之间的摩擦力太大等因素导致钻压不能有效传递到钻头。所施加的钻压只有少部分能够传递到钻头上，导致机械钻速变低，甚至无法钻进。
在水平井大井斜井施工中，由于稳斜井段长，大段钻具贴在下井壁，同时由于存在大井斜扭方位井段，会导致井下摩擦阻力和扭矩相对较高，在扭方位后期PDC钻头定向托压严重，甚至无法定向施工，同时也对复合钻进、起下钻都造成了较大影响。托压现象的存在不但对钻井效率有很大的影响，同时也对动力钻具的压降和扭矩也有很大的冲击，造成钻具寿命无效消耗。滑动钻进过程中发生托压，钻具长时间静止，不利于清除岩屑，长时间托压钻进，容易发生压差卡钻。在定向井施工中，托压的产生不但严重影响钻井队的施工进度而且很容易造成复杂情况，给施工造成重大经济损失。
2 定向托压原因分析
2.1 井身轨迹差
定向过程中托压与井身轨迹有很大关系，在实际施工井中因为地层或者施工的原因造成井眼轨迹偏离设计，或者造斜率偏大导致井眼轨迹不理想。这时就要进行轨迹调整，而其中一部分井会因为特殊原因反抠几次，从而造成井眼轨迹不好，尤其是多段制井身结构托压特征更加明显。在井身轨迹不好的情况下定向施工，加压钻进时钻具的某一点就会支撑在井壁上，此时常常会出现托压现象。
2.2 井眼不干净、存在岩屑床
造成定向井定向过程中托压产生的另一个原因就是井眼不干净、井壁有岩屑床的存在。钻进的过程中长时间或者较长的井段不进行短起下作业修整井壁都是造成井壁不干净岩屑不能及时被清除的原因。岩屑床会导致大斜度井、水平井摩阻扭矩增大和钻压施加困难，易发生沉砂卡钻事故，甚至影响下套管作业和固井质量，有效破坏并清除岩屑床对于防止托压至关重要。
2.3 技术措施原因
现场泥浆性能不能满足携带岩屑的需求，有害固相没法及时排除。泥浆排量不能满足要求，钻井液上返速度得不到保证。泥饼虚厚、钻井液润滑性能差，泥饼的摩阻系数过大。同时固控设备差、对有害固相、岩屑的清除能力差，使有害固相又重新进入井内。这些也是造成井下摩阻增大的原因。在井眼轨迹不好的前提下改变钻具结构进行定向时，由于钻具刚性的问题在加压时钻具的某一点会支撑在井壁上，此时也会出现托压现象。
3 解决方案
3.1 优化钻井液性能，加强井眼的净化，降低井眼摩阻
良好的钻井液性能是降低井眼摩阻的重要手段之一。为达到降低摩阻的目的，关键有以下几点：提高钻井液润滑性，改善泥饼质量，降低井眼的摩擦系数；控制固相含量，合理调整钻井液流变性，提高钻井液的携岩能力，保持井眼清洁。
改善泥浆润滑性的具体做法：
首先增加润滑剂的加量；其次是润滑剂之间的配合使用。在定向中滑动摩察的随着摩察阻力系数的增加而增大，解决的措施是改善泥饼质量，可以加入磺化沥青、酚醛树脂等泥浆材料，好的泥饼质量会减少因托压而造成的粘卡现象。另外在润滑剂方面除了液体润滑剂以外，固体及极压润滑剂也是减少托压有效方式。在硬地层定向井定向时产生托压时加入对由于润滑性差产生的托压有很好的效果，加入后等到材料返到环空时，托压现象明显减轻，使得定向钻进能正常进行。
其次加强泥浆的携砂性能，近年来施工的定向井基本都采用PDC加马达的组合，进尺快，岩屑被研磨的较细，给井眼清洁带来一定难度。根据井下返砂情况调整泥浆的流变参数，对低固相聚合物钻井液的动塑比要调整在一个合理的区间，建议0.42-0.55之间，对岩屑的携带效果较好。在粘度方面，大斜度定向井要控制在合适的方位，高粘切有利于防止钻屑的垂直沉降。
再就是加强固控设备的使用，泥浆中有害固相、劣质般土等含量过高容易造成泥饼虚厚，造成托压现象。所以使用好离心机、震动筛加强有害固相的清除是加强泥浆净化的关键，泥浆本身的携带岩屑的效果再好，如果固控设备利用效果差，被携带上来的有害固相又进入井下对井眼的净化造成破坏。因此需要用好各级固控设备，优化钻井液性能，减少有害固相含量，降低井下摩擦阻力。
3.2 配合使用减摩阻工具
在定向井段可以搭配使用岩屑床清除工具，使用岩屑清除工具不仅能防止岩屑床的形成，而且对形成的岩屑床能及时破坏和清除。大斜度井钻井过程中，将岩屑清除工具安装在造斜段和水平段钻杆上，使钻井液携岩和清岩的能力提高，从而实现井眼净化，提高岩屑清除效率，降低井内摩阻。岩屑床清洁工具可以解决大位移、大斜度井易形成岩屑床的难题，显著提高清洁效果。
对比发现，在同一个井组，平均井斜和位移接近的条件下，使用岩屑床清理工具后，井眼清洁程度明显提高，岩屑床形成几率降低，有效减少了定向托压现象，建井周期缩短25.93%，机械钻速提高23.23%。起钻顺畅程度明显提高，不再发生大段倒划眼现象，机械钻速提高23.3%。扭矩磨阻载荷降低40%。
3.3 合理调整井身轨迹
井眼轨迹对摩阻有着重要的影响，应当精确控制井眼轨迹，避免出现较大的狗腿度，确保轨迹平滑，在大位移定向井施工时控制井身轨迹避免井斜方位等偏离设计进行反抠。实时跟踪井斜位移情况，使井眼轨迹的偏离在可把控范围内。如果轨迹不佳的情况产生了托压现象，就可以考虑简化钻具结构。同时进一步优化井眼剖面，将扭方位时的井斜角尽量减小，通过采取提前定向、分段定向扭方位等办法，争取在井斜较小时将扭方位工作量完成，可减小定向工作量和扭方位的拐点。还可以利用下技套封隔上部井段，这样下部摩擦阻力减小，不将方位一次性扭到位，中完前留一定的扭方位工作量到下一开次进行，以减少每开扭方位定向工作量，避开定向施工最难的井段。
施工时加强与邻井资料对比，提前优选长稳斜段钻具组合，保证井眼轨迹始终保持稳定，避免中途频繁定向纠斜，导致井下摩擦阻力增加，如稳斜效果不好不应勉强钻进，应及时起钻调整钻具组合。
定向井的井眼轨迹与造斜率有一定关系，造斜率越小轨迹就越平滑，施工中产生的托压现象就越少，在水平井施工中，长半径的水平井较中半径短半径水平井产生的托压几率要小得多。
3.4 工程技术措施
通过优化钻具组合的方式降低井下摩阻，简化钻具结构，减少钻铤的数量，增加加重钻杆的数量，降低钻具组合的刚性，减少钻具与泥饼的接触面积防止托压和粘卡。可提前下入柔性钻具，并用无磁承压钻杆取代无磁钻挺，柔性钻具可大幅度减小井下摩擦阻力和扭矩，降低井下安全风险。钻具组合中避免刚度和外径差别较大的钻具组合在一起，在保证正常施工的前提下，使用刚度较小的钻具组合。在直井段或者井斜较小的斜井段加装一定数量的加重钻杆，以保证定向钻进时钻压有效传递和克服井眼摩阻。在易垮塌段易缩径段等复杂地层就要严格控制稳定器的数量，尽量简化钻具组合。在能满足造斜率的情况下，尽量使用弯度较小的动力钻具，以利于获得平滑的井眼。
在不影响井壁稳定及设备允许情况下适当增大排量，有利于携带清除井底岩屑，避免出现井底岩屑床重复切削，利于整个井眼的清洁。注意对比返砂情况跟进出口泥浆的流变参数。加强固控设备使用，比如振动筛和离心机使用情况是避免固相回流形成二次污染的重要工具。
加强短起下作业破坏井壁岩屑床，在施工中我们要定期进行短起下作业，清除井壁上的岩屑，破坏井壁上形成的岩屑床。在大井斜定向井40度以上岩屑易沉在下井壁形成岩屑床，注意的是每次短起下的长度尽量拉到上次短起下井深以上200-300米，水平井可以拉到20-30度井斜的井段，因为在定向井施工中的钻具结构中往往带几柱钻挺，在新施工的井眼中由于钻挺的存在新井眼的环空泥浆上返速度较大，岩屑床一般沉在老井眼中，所以有的井队在施工中只拉新施工过的井段对破坏岩屑床的作用很小。
4 结论
定向井托压受到井身轨迹、井眼清洁程度、钻井液润滑、钻具结构等多方面因素的影响，一方面影响正常的定向施工，另一方面如果操作不当容易产生卡钻。因此通过对问题进行分析，采取合理的钻井技术措施，改善泥浆，减少托压的频率，提高钻井速度和质量，在定向井施工中发挥更大的作用。
参考文献：
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