摘要
随着非常规油气开发的深入，水平井钻井作业已成为行业标准，但随之而来的井眼清洁挑战也日益严峻。特别是在高井斜及水平段，岩屑极易沉降形成岩屑床。传统的单一清扫模式往往难以在保证井控安全的前提下实现高效清洁，导致完井前的清理循环时间冗长，显著增加了非生产时间（NPT）和作业成本。
文献 IPTC-24057-MS 《Fit-For-Purpose Sweep Pumping Schedule to Improve Operation Efficiency While Achieving Effective Hole Cleaning During Clean Up Cycleat Well Total Depthinan Unconventional Drilling Operation 》指出，业界实践证明：采用“低粘度前置液 + 高密度后置液”的串联扫塞（Tandem Sweeps）策略，能够利用流体流变性的差异与浮力效应，更有效地扰动并携带岩屑，显著提升水平井段的清洁效率。本文在借鉴该文献提出的提高井筒清洁效果及保障井控安全方法的基础上，通过软件模拟进一步验证了相关理论，旨在利用数字化工具为实际作业提供科学依据。
1. 适用于水平井的高效扫塞方法
在IPTC-24057-MS中，作者针对非常规水平井完钻后的井筒清洁难题，提出了一种改进的扫塞方法。该方法的核心设计理念是采用串联扫塞（Tandem Sweeps），即以“低粘度前置液 + 高密度后置液”的组合模式作为基础清扫单元：
低粘度隔离液（前段）：利用其优异的流动性，优先通道化流向井眼低侧的岩屑床，起到扰动并包裹岩屑的作用；
高密度清扫液（后段）：利用浮力效应和重力作用，紧贴井眼低侧推进，将已被扰动的岩屑强力携带出井，同时维持井壁稳定。
传统做法是一次仅泵入一个这样的“串联扫塞”，必须等待其完全循环一周返回地面后，才能泵入下一个，这导致了大量的时间浪费。
新方法采用了连续泵送与“单段环空”的创新策略。为了打破时间瓶颈，新方案允许在地面连续泵入多个串联扫塞，使它们在钻柱内部形成“列车式”的串联排列。然而，为了确保井控安全，必须严格遵守以下核心约束条件：在任何时刻，造斜点终点（EOC）至地面之间的环空内，只允许存在一个高密度清扫段。采取该策略的依据是：当多个清扫段在钻柱内下行或在水平段环空移动时，由于没有垂直高度的显著变化，它们对井底压力（BHP）的影响微乎其微，几乎等同于原浆循环。因此，钻柱内可以容纳多个清扫段而不会引起异常压力波动。
然而，在造斜段与垂直段环空（关键区域），当清扫液进入造斜段并向上返出时，高密度液体产生的额外静液柱压力会直接叠加到井底。如果此时环空内同时存在两个或以上的高密度清扫段，井底压力将显著升高，可能导致地层压漏或破坏井控平衡。针对这一风险的解决方案是：通过精确计算泵送冲数，控制相邻两个清扫段的间距，使其等于“EOC 至地面的环空容积”。这样，当前一个清扫段刚刚完全离开造斜点进入垂直段（或即将返出）时，后一个清扫段才刚刚到达造斜点终点（EOC）。这就保证了在风险最高的垂直环空段，始终只有一个高密度段在起作用，从而维持井底压力恒定。
采用这种方法可以作业无缝衔接，无需等待第一个扫塞返至地面，即可泵入第二个、第三个扫塞。井眼清洁效率显著提升，多个扫塞同时在井筒的不同位置（钻柱内、水平段、造斜段）协同工作，相当于并行处理清洁任务，将原本需要4-5个独立循环的时间压缩了近一半。此外，若配合专用计算工具，现场人员无需进行复杂的手动水力学校核，只需按照预设的泵送序列（冲数/体积）执行，即可自动满足井控要求。
该创新方法巧妙地利用了流体力学原理与井筒几何结构的关系，在不牺牲井控安全性（保持BHP稳定）的基础上，最大化了设备利用率。它不仅解决了水平井岩屑床难以清除的技术难题，更显著降低了非生产时间（NPT），为非常规钻井作业提供了一种高效、经济且安全的标准化清洁方案。
图1 多次高粘度清扫液（HDsweeps）清洁井眼的过程图
2. 软件模拟验证与给现场技术支持
上述文献已对该方法的井底和井口压力进行了模拟分析（见图 2）。该压力图清晰地展示了井底压力的变化趋势以及串塞对井筒压力的影响。在实际作业中，如何实时获取井底和井口压力变化，以及如何确保单个扫塞在环空的直井段和造斜段达到预期效果，是作业成功的关键。
图2 文献中模拟扫塞时井口与井底压力图
利用Wellplan软件可以近似模拟这一过程，并通过调整两个扫塞的间隔体积等参数，辅助现场制定施工参数。首先，通过Wellplan模拟单塞情况。下图（图3）为Wellplan模拟结果，可以看出井口与井底压力的变化趋势与文献中的曲线基本一致。更重要的是，通过软件模拟，可以根据不同井的实际工况及泥浆性能，对比不同扫塞方式（如“低粘度 + 高密度”、“单一高粘度”等）的效果，从而针对不同工况选出最优方案。
图3 Wellplan模拟扫塞时井口与井底压力图
此外，Wellplan 还能模拟不同扫塞间距下的井筒压力情况，从而对井控风险进行预估评价，并优化扫塞间距。
间距不足的情况：图 4 展示了两塞之间间距不足导致井筒压力升高的模拟结果，通过此类模拟可提前评估井下风险。
间距刚好的情况：图 5 展示了两个扫塞间距刚好时的模拟结果，明确了最佳的间距或液体体积量，为现场扫塞计划提供定量技术支持。
间距过大的情况：图 6 展示了两个扫塞间距较大时的井口压力波动情况。通过分析井口压力波动，也可间接判断扫塞间距设置的合理性。
图4 井下塞距离不足时井口与井底压力图
图5 井下塞距离刚好时井口与井底压力图
图6 井下塞距离较大时井口与井底压力图
3. 小结
井控安全与效率的平衡：理论分析与现场实践证实，通过严格控制“造斜点终点（EOC）至地面环空内仅存一个高密度清扫段”的关键原则，允许在钻柱内部及水平段同时容纳多个串联清扫液。这种策略在显著提升岩屑携带效率的同时，确保了井底压力（BHP）的稳定，井控屏障保持完整，井控条件未发生任何削弱或失效；
作业时效与成本的双重优化：创新的连续泵送序列打破了传统“单次循环”的等待瓶颈，在实现同等甚至更优井眼清洁效果的前提下，将最终清理循环时间有效降低，减少钻机占用时间与整体作业成本；
数字化模拟赋能精准决策：利用哈里伯顿Wellplan 等先进钻井力学模拟工具，团队可在施工前对复杂的多段扫塞运移过程进行全流程仿真，精准预测压力波动并优化泵送参数，为现场提供科学、可靠的技术支撑，确保方案一次性成功执行。
1、访问官方网站：https://www.landmark.solutions/
2、联系方式：刘洋 18601088511