淺層水平井鉆完井技術(shù)研究與應(yīng)用

韓連營

摘 要：目前，在我國水平井鉆完井技術(shù)應(yīng)用的比較普遍，并且該技術(shù)具有投入少、產(chǎn)出高、經(jīng)濟(jì)效益明顯等特點(diǎn)，與此同時(shí)，淺層水平井具有諸多鉆完井難點(diǎn)，給淺層井鉆井工作帶來困擾。因此，為了推進(jìn)水平井技術(shù)在開發(fā)淺層油藏方面的工作，必須要加快解決所面臨的眾多難點(diǎn)。本文針對(duì)淺層水平井鉆完井難點(diǎn)進(jìn)行了細(xì)致的分析，并針對(duì)部分淺層水平井鉆完井技術(shù)展開分析，以期為同行業(yè)工作者提供參考，更好的推動(dòng)該技術(shù)的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：淺層水平井；難點(diǎn)；技術(shù)

淺層油氣藏通常是指埋藏深度1000米以內(nèi)的的油氣藏，在我國淺層油氣藏主要分布在新疆和東北地區(qū)。面對(duì)當(dāng)前日益增長的能源需求，以及鉆完井技術(shù)的和相關(guān)配套工藝的不斷的進(jìn)步完善，高效合理的開發(fā)淺層油氣藏，能夠更好的提高我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展的速度和效果。運(yùn)用水平井鉆完井技術(shù)，可以增加油氣藏裸露面積，提高采收率。但同時(shí)，我們還應(yīng)該注意要亟待解決的技術(shù)難點(diǎn)，要通過不斷的研究，解決這些難點(diǎn)問題，提高采收率。

一、鉆完井應(yīng)用過程中的技術(shù)難點(diǎn)

1、淺層油氣藏自身特點(diǎn)是油氣藏埋藏非常淺，導(dǎo)致了地層欠壓實(shí)，膠結(jié)疏松，地層疏松、穩(wěn)定性差，鉆井過程中容易發(fā)生井塌、井漏等事故；2、淺層油氣藏埋藏淺，鉆井過程中鉆進(jìn)井段短，需要在短井段內(nèi)實(shí)現(xiàn)較高井斜，就容易造成定向施工過程中造斜率高，這就直接導(dǎo)致了在疏松地層采用大尺寸鉆頭定向，造斜率難以保證，同時(shí)鉆進(jìn)過程中鉆遇巖性差異大，摸索造型率的十分困難；3、設(shè)計(jì)水平井需要滿足后期采油壓裂的需要，水平段套管居中的要求，以及完井固井油氣層保護(hù)等問題，這些要求給淺層水平井的設(shè)計(jì)施工增加了難度；4、垂深淺同樣導(dǎo)致鉆完井眼后，套管下入困難，因?yàn)橹本蝺?nèi)套管柱較少，導(dǎo)致套管自重較輕，同時(shí)受到井眼曲率高的影響，造成了完井管柱下入過程中摩阻大，直接導(dǎo)致大尺寸高強(qiáng)度的套管下入困難，為了達(dá)到套管柱順利下入的目的，下套管時(shí)井口需要配套井口加壓裝置用來實(shí)現(xiàn)井口輔助加壓；5、油層埋深小，垂直段及造斜井段短，定向過程中井段允許的調(diào)整空間小，對(duì)井眼軌跡控制精度要求極高；6、鉆進(jìn)過程中，如果需要對(duì)目的層垂深進(jìn)行調(diào)整，會(huì)對(duì)井眼軌跡控制造成極大地困難；7、按照鉆機(jī)的配套設(shè)置來看，直井鉆機(jī)屬于小型鉆機(jī)，常規(guī)配備只有單泵，在大斜度段受井眼尺寸及井斜角的影響，容易形成巖屑床，這樣會(huì)給井眼軌跡控制及后期下套管完井帶來困難；8、對(duì)鉆井液要求較高，需要綜合考慮潤滑性、攜巖能力、井壁穩(wěn)定和油氣層保護(hù)能力，同時(shí)還需要考慮鉆井成本等多項(xiàng)問題，給鉆井液設(shè)計(jì)和優(yōu)選帶來了難度。

二、淺層水平井鉆完井技術(shù)研究

（一）井眼軌跡優(yōu)化設(shè)計(jì)

合理的井眼軌跡可以降低鉆井施工過程中的風(fēng)險(xiǎn)，能夠保障后期完井及采油作業(yè)的順利進(jìn)行。井眼軌跡的設(shè)計(jì)考慮了井眼清洗、安全鉆井和下套管、鉆井設(shè)備能力、造斜工具的造斜能力等印因素。1、在對(duì)井眼軌跡進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，要考慮柱在井眼內(nèi)的軸向阻力和旋轉(zhuǎn)扭矩、增斜工具的選用、井斜角范圍、直井段長度等，為淺層水平井順利鉆完井創(chuàng)造條件。2、選擇造斜點(diǎn)時(shí)，要選擇成巖性好，巖層較穩(wěn)定的地層，如果選擇不合理，就可能井眼局部傾斜度較大、井壁坍塌甚至埋鉆具的危險(xiǎn)，因此，造斜點(diǎn)的選擇一定要進(jìn)行科學(xué)的分析。3、在進(jìn)行井眼曲率的優(yōu)化設(shè)計(jì)的時(shí)候，通常使用的方法有圓弧型和準(zhǔn)懸鏈型兩種，圓弧型井眼造斜容易控制，準(zhǔn)懸鏈型井眼的控制難度較大，所以一般在井眼剖面設(shè)計(jì)中常常使用圓弧型造斜井段。4、造斜井段井斜角通?？刂圃谝?guī)定的范圍區(qū)間內(nèi)，如果井斜角大于65°，可以避免卡鉆事故的發(fā)生，并且具有清晰井眼的作用，如果井斜角在45°～65°范圍區(qū)間內(nèi)，就可能會(huì)形成巖屑床，出現(xiàn)塵沙卡鉆事故。

（二）減摩降阻技術(shù)研究

通過采用減摩降阻技術(shù)或者或者使用特殊工具，可以保證淺層水平井的順利實(shí)施。1、鉆井過程中鉆井管柱與井壁之間會(huì)產(chǎn)生摩擦阻力，而通常鉆水平井在水平井段返砂效果差，油層井段易形成砂橋，都會(huì)影響鉆柱的上提下放，所以在對(duì)管串結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，要控制好井眼與管串的間隙，科學(xué)選擇扶正器通過優(yōu)選鉆井液體系、選用具有良好的攜砂能力的鉆井液、控制濾失量等措施，降低摩阻。2、加強(qiáng)對(duì)降扭工具研制，盡可能的降低摩阻力。在鉆井過程中，鉆具上提或者下放過程中受自身重力的作用會(huì)緊貼下井壁，進(jìn)而與井壁之間產(chǎn)生摩阻，鉆井過程中摩阻、扭矩的增加會(huì)造成鉆具的斷裂，減摩降扭工具的使用可以降低鉆柱整體的摩阻，減摩降扭工具主要由工具本體、耐磨內(nèi)套、旋轉(zhuǎn)外套、高強(qiáng)度滾輪、抗沖擊銷等組成。設(shè)計(jì)中針對(duì)減摩降扭工具的井底工作狀況，主要對(duì)工具本體的抗拉、抗扭性能，連接接頭抗扭性能以及抗沖擊銷的抗剪切機(jī)械性能進(jìn)行校核，也可以運(yùn)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行模擬分析。3、現(xiàn)場應(yīng)用情況：通過對(duì)實(shí)際應(yīng)用中井身結(jié)構(gòu)、鉆井液性能、井眼軌跡情況、下入鉆具組合等的分析，可以發(fā)現(xiàn)工具使用的效果比較明顯，同時(shí)具有明顯降低扭矩的作用。

（三）井眼清潔技術(shù)研究

鉆井過程中巖屑會(huì)隨著井段的增加而增加，并且在反復(fù)碾壓過程中變細(xì)，導(dǎo)致鉆速下降、起下鉆抽吸壓力升高、扭矩摩阻猛增，嚴(yán)重影響鉆進(jìn)安全。通過調(diào)節(jié)控制鉆柱旋轉(zhuǎn)和環(huán)空液流返速，可以有效改善井眼凈化效果。1、鉆柱轉(zhuǎn)動(dòng)的本身對(duì)清潔井眼不起作用，而是當(dāng)鉆柱轉(zhuǎn)速達(dá)到某一臨界值時(shí)，才可以產(chǎn)生較好的凈化效果。而巖屑返出量和轉(zhuǎn)速之間存在一定的比例關(guān)系，所以要控制大井眼最小轉(zhuǎn)速應(yīng)保持在120rpm左右、小井眼鉆柱轉(zhuǎn)速應(yīng)至少達(dá)到70-80rpm時(shí)，才會(huì)達(dá)到較理想的井眼清洗效果。2、井眼環(huán)空鉆井液返速過低，會(huì)導(dǎo)致井眼頂側(cè)的“傳送帶”過窄過薄，被上甩的巖屑不能達(dá)到傳送帶上，大量的巖屑只能在該區(qū)跳動(dòng)，巖屑傳輸效率低；處于“盲區(qū)”的巖屑很容易再次沉降到巖屑床之上，使巖屑床厚度變厚，不利于井眼的凈化。隨著環(huán)空返速增大，靠近井眼高邊的高速流體區(qū)域變大，“傳送帶”變寬變厚，返速達(dá)到一定值時(shí)，“粘滯粘結(jié)膜”直接和“傳送帶”（高速流體區(qū)）作用，大量的巖屑被甩到傳輸帶上，巖屑隨高速運(yùn)轉(zhuǎn)的“傳送帶”移除井筒，達(dá)到清洗的目的。

（四）管柱順利下入技術(shù)研究

淺層水平井尤其是長位移淺層水平井，受垂直井段短、水平段長、曲率大等因素的影響，完成水平段的進(jìn)尺后，經(jīng)常后出現(xiàn)完井管柱下入困難的現(xiàn)象。在實(shí)際的完井之前，為了保證完井管柱順利、有效下入，必須對(duì)完井管柱在下入有效性進(jìn)行研究。在水平井的設(shè)計(jì)中，改進(jìn)井身結(jié)構(gòu)，使管柱下入阻力達(dá)到最?。挥?jì)算套管入井所受到的摩擦阻力，選擇合適的套管柱下入方法；計(jì)算管柱的軸向載荷，對(duì)管柱進(jìn)行強(qiáng)度校核，確保滿足強(qiáng)度要求。也可以建立二維軟桿模型、二維剛桿模型等，假設(shè)完井管柱與井眼軌跡的軸線一致且兩者之間的接觸為連續(xù)接觸，然后再進(jìn)行深入的分析研究。

三、結(jié)語

加強(qiáng)對(duì)淺層水平井鉆完井技術(shù)的研究，可以提高鉆井效率，確保鉆井過程的安全。本文通過簡述鉆完井過程中存在的一些技術(shù)難點(diǎn)，分別從井眼清潔技術(shù)、減摩降阻技術(shù)、井眼軌跡優(yōu)化三個(gè)技術(shù)層面展開分析。通過對(duì)減摩降阻技術(shù)的研究、恰當(dāng)?shù)倪x用減摩降扭工具、加強(qiáng)對(duì)井眼清潔理論的研究、造斜點(diǎn)的選擇等內(nèi)容的分析，希望能夠通過本的分析研究，為淺層水平井鉆完井技術(shù)的發(fā)展提供更多的理論基礎(chǔ)，強(qiáng)化我國能源的開發(fā)和利用。

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