水平井安全鉆井技術(shù)研究

冷風(fēng)承 賀國(guó)軍

【摘要】隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，水平井鉆井技術(shù)越來越成熟，對(duì)于油氣田提高單井產(chǎn)量和原油采收率，降低開發(fā)生產(chǎn)成本，水平井技術(shù)更加廣泛地用于開發(fā)各種油氣藏，并先后取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效果，但是在水平井安全鉆井發(fā)面還存在一些問題，本文闡述了安全鉆井技術(shù)的重要性，并結(jié)合實(shí)際情況，并對(duì)水平井清砂技術(shù)、潤(rùn)滑技術(shù)和鉆頭優(yōu)選方面進(jìn)行研究。

【關(guān)鍵詞】水平井 安全鉆井 清砂技術(shù) 潤(rùn)滑技術(shù) 鉆頭

1 安全鉆井技術(shù)的重要性

水平井開發(fā)作為一種提高單井產(chǎn)量和油氣田綜合開發(fā)效益的有效手段，越來越受到人們的重視，實(shí)踐表明，水平井技術(shù)在低滲透油氣藏的開發(fā)中，可以增加泄油（氣）面積，有利于提高產(chǎn)量，減少生產(chǎn)井?dāng)?shù)，降低鉆井成本，是提高氣田單井產(chǎn)能及油藏采收率的有效方法，該技術(shù)的成功應(yīng)用對(duì)油氣田的發(fā)展具有重要意義。深井小井眼、長(zhǎng)水平段鉆井是一項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)很大的工程，存在著大量的模糊性、隨機(jī)性和不確定性問題。由于對(duì)鉆井過程中的客觀情況認(rèn)識(shí)不清楚或主觀意識(shí)的決策失誤，往往會(huì)發(fā)生許多復(fù)雜情況甚至造成嚴(yán)重的井下事故，輕者耗費(fèi)大量的人力物力和時(shí)間，重者導(dǎo)致全井的報(bào)廢[1]。本文針對(duì)小井眼、長(zhǎng)水平段水平井鉆井速度慢、鉆井周期長(zhǎng)及井下復(fù)雜等問題，開展水平井清砂、潤(rùn)滑和鉆井參數(shù)優(yōu)選等技術(shù)研究；對(duì)確保井下安全和鉆井提速具有重要的指導(dǎo)和借鑒意義。

2 水平井清砂技術(shù)研究

2.1 主要研究?jī)?nèi)容及技術(shù)難點(diǎn)分析

水平井與直井相比，井下情況要復(fù)雜得多，不僅要穩(wěn)定井斜和井眼方位，還要處理由重力作用、摩擦力、巖屑沉降等諸因素而涉及到其他一系列問題，從而使水平井的安全鉆進(jìn)與直井相比有著很大的不同。在水平井中，由于重力的作用，井斜角超過30°以后的井段內(nèi)，巖屑就會(huì)逐漸沉降到下井壁，形成巖屑床，鉆井液攜砂性能好、懸浮能力強(qiáng)，則形成巖屑床所需時(shí)間長(zhǎng)，反之，則形成巖屑床所需時(shí)間就短?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，巖屑床在井斜角為30°到60°之間的井段內(nèi)，是不穩(wěn)定的，也是較危險(xiǎn)的，當(dāng)沉積到一定厚度后，巖屑床會(huì)整體下滑從而造成沉砂卡鉆。2.2 擬采取的具體技術(shù)方案

只有將小井眼、長(zhǎng)水平段的清砂工作做好了，鉆柱才能夠順利的起下，同時(shí)也確保了完井管柱的順利下入。井斜超過45°要進(jìn)行短起下鉆清砂工作。通過定期的短起下鉆，破壞下井壁的巖屑床，借助泥漿上返出井筒。根據(jù)大量實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)證實(shí)巖屑床形成和攜砂最難的井段為井斜48～70°，水平段由于攜砂阻力小，不易形成巖屑床。鉆進(jìn)中發(fā)現(xiàn)扭矩增加不正常，就要查明原因，如無其他原因，說明已經(jīng)形成巖屑床；在每次接單根或每次起下鉆時(shí)，都要記錄鉆柱的摩擦阻力以及轉(zhuǎn)盤扭矩，發(fā)現(xiàn)摩擦阻力增加，說明井下已經(jīng)存在巖屑床，就要采用短程起下鉆和分段循環(huán)的辦法清除巖屑床。發(fā)生沉砂卡鉆后，忌諱硬提解卡，最好的處理方法是接上方鉆桿[2]，大排量循環(huán)，進(jìn)行倒劃眼。2.3 預(yù)期達(dá)到的技術(shù)目標(biāo)

通過加強(qiáng)小井眼、長(zhǎng)水平段井段的清砂研究，可以使該井段處于一種相對(duì)干凈的狀態(tài)；從而避免了沉砂卡鉆等類似事故的發(fā)生，降低了轉(zhuǎn)盤扭矩和起下鉆摩阻，提高了井下安全性。

3 水平井潤(rùn)滑技術(shù)研究

3.1 主要研究?jī)?nèi)容及技術(shù)難點(diǎn)分析

在水平井中，隨著井斜角的增大，鉆具作用于井壁的側(cè)向力也隨之增大，水平井本身的特點(diǎn)就決定了在水平井鉆進(jìn)中易發(fā)生粘附卡鉆，加鉆壓困難。如果鉆井液潤(rùn)滑性不好，就會(huì)使這些情況更加復(fù)雜化，因此，搞好鉆井液的潤(rùn)滑性十分重要。加入潤(rùn)滑劑可以降低濾餅?zāi)Σ料禂?shù)，降低濾餅?zāi)Σ料禂?shù)的方法之一是通過添加固體潤(rùn)滑劑和液體潤(rùn)滑劑。為了搞好鉆井液潤(rùn)滑性，通常是加入液體和固體組合的潤(rùn)滑劑，也可只加入單一的液體潤(rùn)滑劑。不論采取哪種方式，都要保持潤(rùn)滑劑在鉆井液中的含量，才能有效降低摩阻[3]。水平井要求鉆井液濾餅?zāi)Σ料禂?shù)小于0.10。小井眼、長(zhǎng)水平段水平井在潤(rùn)滑方面主要存在以下一些難點(diǎn)：

（1）由于受到成本的制約，往往會(huì)出現(xiàn)潤(rùn)滑劑加量的不足；

（2）在某些特殊情況下，潤(rùn)滑劑的選擇不合適、質(zhì)量存在問題也會(huì)導(dǎo)致鉆井液的潤(rùn)滑性不足；

（3）鉆井液含沙量的增加、固控設(shè)備使用不到位會(huì)嚴(yán)重影響鉆井液的潤(rùn)滑性。3.2 擬采取的具體技術(shù)方案

根據(jù)鉆井液的體系及相應(yīng)的地層情況，選擇相應(yīng)的固體潤(rùn)滑劑和液體潤(rùn)滑劑；并對(duì)所加入的潤(rùn)滑劑的效果進(jìn)行評(píng)估。由于長(zhǎng)水平段水平井井斜大，水平段巖屑攜帶到48～70°井段，在鉆井液潤(rùn)滑不佳的情況下，故形成粘卡的機(jī)率很大，同時(shí)應(yīng)采用的措施有：

（1）簡(jiǎn)化鉆具組合，減少鉆具向下的阻力，盡可能減少鉆具與井壁的接觸面積。用加重鉆桿代替鉆鋌，用無磁抗壓縮鉆桿代替無磁鉆鋌，用欠尺寸穩(wěn)定器代替足尺寸的穩(wěn)定器，減少下部穩(wěn)定器數(shù)量，降低鉆具剛性。

（2）短起下鉆，如井斜超過50°開始定期短起下鉆。

（3）為了防止粘卡，造斜時(shí)，每鉆進(jìn)一段時(shí)間要大幅度活動(dòng)鉆具一次。

（4）用18°錐度鉆桿打斜井段，防止直臺(tái)階鉆桿吃入地層而容易形成鍵槽。3.3 預(yù)期達(dá)到的技術(shù)目標(biāo)

通過加強(qiáng)小井眼、長(zhǎng)水平段井段的鉆井液潤(rùn)滑研究，可以使該井的鉆井液的潤(rùn)滑性處于一種良好狀態(tài)；從而避免粘吸卡鉆等類似事故的發(fā)生，降低了轉(zhuǎn)盤扭矩和起下鉆摩阻，提高了井下安全性。

4 水平井鉆頭優(yōu)選技術(shù)研究

4.1 主要研究?jī)?nèi)容及技術(shù)難點(diǎn)分析

鉆頭在油氣井鉆井中起著很重要的作用，它是形成油氣通道的重要工具。鉆井實(shí)踐表明，鉆頭的使用效果如何，對(duì)一口井的鉆井周期等效益指標(biāo)影響很大。而鉆頭的使用效果又首先取決于鉆頭類型選擇得是否合理，就目前技術(shù)而言，鉆頭選型合理與否主要看地層與鉆頭是否相互匹配。因?yàn)椴煌牡貙?，巖性不同，破碎機(jī)理也不完全相同，各類鉆頭是根據(jù)破碎不同巖石的需要設(shè)計(jì)的，因而也就產(chǎn)生了地層與鉆頭相互匹配的問題。4.2 擬采取的具體技術(shù)方案

改進(jìn)鉆頭設(shè)計(jì)，加強(qiáng)鉆頭合理選型，鉆頭作為直接破碎巖石的關(guān)鍵工具，對(duì)大直徑井眼的機(jī)械鉆速具有至關(guān)重要的影響。合理選擇和使用與地層相適應(yīng)，性能優(yōu)良的鉆頭也是提高大直徑井眼機(jī)械鉆速的重要途徑。目前大尺寸牙輪鉆頭品種少，在使用過程中存在鉆頭對(duì)地層的針對(duì)性不強(qiáng)[4]。齒面結(jié)構(gòu)與井底破巖的要求不相適應(yīng)、水力結(jié)構(gòu)與井底清洗的要求不相適應(yīng)的問題。因此，應(yīng)針對(duì)地層巖性特點(diǎn)，改進(jìn)鉆頭齒面結(jié)構(gòu)和水力結(jié)構(gòu)，研制新型鉆頭，提高鉆頭質(zhì)量，以及強(qiáng)化鉆頭使用措施。

4.3 預(yù)期達(dá)到的技術(shù)目標(biāo)

通過從巖性出發(fā)尋求與地層巖石相匹配的鉆頭，以及從該地區(qū)已鉆的鉆頭資料入手，通過大量的實(shí)鉆數(shù)據(jù)，運(yùn)用統(tǒng)計(jì)方法優(yōu)選鉆頭從而達(dá)到提高機(jī)械鉆速，降低鉆井成本的目的。

參考文獻(xiàn)

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