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水平井低渗油气藏开发研究 1 全井地层质量分析 h-平井位于文留地区东部文110号楼的纵梁结构最高点。该层位于北方至北方，层倾角为2023，原始温度梯度为3.7和100m。目的层为esa组上部和下部的油层厚度约为2m。由于该井邻井实钻资料少, 目的层薄, 地质不确定程度高, 决定先钻导眼, 根据导眼录井资料修正储层深度。钻至A点后, 由于地层垂深发生了变化, 修改了原工程设计, 三开钻至3468m, 三开水平段达162m;经电测后填井侧钻, 又第2次修改地质设计, 具体情况见表1。 该井设计完钻井深4065.64 m, 水平位移994.77 m, 水平段长734.71 m。实际完钻井深3680m, 水平位移606.2m, 最大井斜角94.9°, 闭合方位31.13°, 实际水平段长度从3303.5m /86.6°至3680m/94.5°, 总长为376.5m, 最大井斜角94.9°。根据电测解释成果, 共钻穿油层184m。由于主力储层逐渐尖灭, 不得不提前完钻。设计水泥封固段长830m, 采用尾管完井, 固井作业难度相当大。因此, 围绕如何提高该水平井固井质量开展了研究工作。 2 岩屑床形成与岩石运移分析 2.1 井斜角井-井-井-部岩屑床形成原因 大斜度定向井、水平井的岩屑一方面受自重力影响, 另一方面还受斜向力的作用。 假如井斜倾角小于岩屑与井壁之间的摩擦自锁角时, 岩屑就会不断地沿井壁下滑, 向下沉积形成岩屑床。Tomren等人提供了模拟井斜角从0～90°钻井状况下环空携砂能力实验情况, 研究表明井眼状况与井斜有关, 并有3种流动区域。 1) 井斜角小于30°, 在10°之内的井基本上被认为是垂直的, 当井斜角较大并且环空返速低于37m/s时, 在低边形成一层薄的岩屑床 (小于3.2mm) , 颗粒在岩屑床上反复翻滚, 环空返速达到37～55m/s不形成岩屑床, 颗粒在井眼底边以团状或段塞状被输送。 2) 当井斜角或临界角在40～50°, 环空返速小于46m/min情况下, 形成向下滑动的岩屑床, 颗粒以段塞状被输送。形成的岩屑床呈间歇性变化 (一段具有岩屑床的环空井段紧跟着无固相颗粒井段) , 显示出准平衡状态, 在此种状态的地方, 高返速井段 (由于颗粒床引起有效环空间隙减少所引起的) 被冲蚀, 使得颗粒进到没有颗粒床存在的井段, 这样较低返速井段又引起颗粒沉淀, 如此反复循环。在层流中, 颗粒在床形成之前基本上没有被携带离开, 停止循环, 岩屑床在环空“下沉至井底”而形成。 3) 井斜角在60～90°, 在这个大斜度井段, 岩屑床是瞬间形成的, 但与临界角范围形成的岩屑床不同, 大井斜角情况下所形成的岩屑床不会移动, 颗粒在2个不同地带被输送, 紧密聚集的颗粒在岩屑床上十分薄的层中发生运动, 从而构成第一带, 在第一带上面由稀疏的普通颗粒立刻组成, 再次形成岩屑床, 所以30～60°井斜井段易形成岩屑床, 也是最危险的区间。 岩屑形成岩屑床公式:假设有10%的外环空空间允许其沉淀, 即h/ (D0-D1) = 0.10。那么岩屑床指数定义为: PBI=0.08(D0?D1)VALH?VS(1) 式中,PBI为岩屑床指数;h为岩屑距井壁的距离, m;VA为钻井液平均流速 (岩屑最大允许滑落速度下, m/s) ;D0为井眼直径, m;D1为套管外径, m;VS为岩屑滑落速度, m/s;LH为岩屑从井壁移动距离H并在井壁上方运动的有效水平距离, m。 当PBI 1时, 紊流状态, 岩屑处于不均匀或均匀的悬浮体中, 不会形成岩屑床。 当PBI= 1时, 流动处于一个不均匀悬浮体的较低极限中, 不会形成岩屑床。 当PBI 1时, 岩屑床形成。 2.2 岩屑颗粒的流变性 水平井液体流动过程中沉降物的输送与河水中物质运移相似。液体可以用2种不同的方式输送沉积物:①沿着流体滚动或滑动进行输送 (岩屑床负载输送) ;②悬浮在液体中进行输送 (悬浮负载输送) , 岩屑颗粒依其运动形式不同, 可分为接触质, 跃移质, 层移质和悬移质四部分。 在岩屑床负载和悬浮负载输送之间, 其输送方式称为跳跃, 在跳跃时, 颗粒瞬间举起而进入流动的液流中, 然后反弹或落回床上, 使得床上其他粒子被带着或单独跳跃进入流动的液体中。 2.2.1 岩屑剖面的力学分析 岩屑颗粒的受力如图1。 1 油面散射颗粒的载荷 当环空流体流经岩屑床表面时, 由于岩屑表面粗糙不平, 流体与颗粒间表面接触后将因摩擦而产生摩擦力F1, 方向与液流方向相同, 因为只有一部分岩屑表面与液流相接触, 所以摩擦力F1不通过颗粒重心, 当雷诺数Rec3.5时, 表面摩擦是主要摩擦力;当Rec3.5时, 颗粒顶的流线会发生分离, 在颗粒背水面产生涡流, 因而在颗粒前后产生压力差, 形成阻