長(zhǎng)水平段水平井在鉆井難點(diǎn)與施工

宋仁智

摘要：長(zhǎng)水平段水平井作為穿越油層有效進(jìn)尺最大化的技術(shù)手段，在國(guó)內(nèi)外各大油田得到了普遍應(yīng)用。在長(zhǎng)水平段水平井的鉆井施工過程中，摩阻與扭矩是需要重點(diǎn)考慮的問題，因此在進(jìn)行長(zhǎng)水平段水平井的設(shè)計(jì)過程中，從井身結(jié)構(gòu)和井眼軌道等方面都需要考慮摩阻和扭矩，在施工中應(yīng)用旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)等，同時(shí)對(duì)于應(yīng)用的鉆井液類型也是重點(diǎn)考慮的內(nèi)容，與普通水平井存在很大的差別，也會(huì)有諸多的技術(shù)難點(diǎn)，因此有必要對(duì)長(zhǎng)水平段水平井鉆井技術(shù)難點(diǎn)和技術(shù)對(duì)策進(jìn)行分析，以保證長(zhǎng)水平段水平井施工的安全。

關(guān)鍵詞：長(zhǎng)水平段水平井；施工；技術(shù)難點(diǎn)；技術(shù)對(duì)策；安全

長(zhǎng)水平段水平井是各大油田提高油井單井產(chǎn)量的有效技術(shù)手段，但是在長(zhǎng)水平段水平井施工中也存在諸多的技術(shù)難點(diǎn)。在介紹長(zhǎng)水平段水平井特性的基礎(chǔ)上，對(duì)長(zhǎng)水平段水平井施工中軌跡設(shè)計(jì)、控制問題、摩阻扭矩問題、巖屑床問題以及潤(rùn)滑防卡、井眼穩(wěn)定問題進(jìn)行了論述，并針對(duì)各種難題提出了相應(yīng)的對(duì)策，對(duì)長(zhǎng)水平段水平井施工具有一定的指導(dǎo)作用。

1 長(zhǎng)水平段水平井特性分析

1.1 與常規(guī)水平井差別明顯

在長(zhǎng)水平段水平井施工中，摩阻與扭矩是需要重點(diǎn)考慮的問題，因此在進(jìn)行長(zhǎng)水平段水平井的設(shè)計(jì)過程中，從井身結(jié)構(gòu)和井眼軌道等方面都需要考慮摩阻和扭矩，在施工中應(yīng)用旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)等，同時(shí)對(duì)于應(yīng)用的鉆井液類型也是重點(diǎn)考慮的內(nèi)容，而在常規(guī)水平井施工中這些問題卻不是需要重點(diǎn)考慮的。

1.2 與大位移水平井定義存在差別

眾所周知，大位移井已經(jīng)形成了比較統(tǒng)一的定義，就是所鉆探的井水平位移與垂深比大于或者等于 2 的井，或者是水平位移超過3000m 的井被稱為大位移井，而有很多長(zhǎng)水平段水平井雖然水平段的長(zhǎng)度都超過了1000m 以上，但是無論是從水平位移與垂深的比值上，還是從位移的長(zhǎng)度上都沒法和大位移井相比，因此也就不屬于大位移井的范圍。

1.3 與大位移的施工關(guān)鍵不同

從技術(shù)和工藝上來說，長(zhǎng)水平段水平井和大位移井已經(jīng)相當(dāng)?shù)亟咏耍撬鼈冎g需要重點(diǎn)施工的井段卻有不同，大位移井為了實(shí)現(xiàn)位移最大化，通常會(huì)設(shè)計(jì)一個(gè)大段的、大斜度井段進(jìn)行穩(wěn)斜鉆進(jìn)，因此大位移井的大斜度穩(wěn)斜段是施工的重點(diǎn)。而長(zhǎng)水平段水平井斜井段卻很短，水平段卻很長(zhǎng)，因此施工的重點(diǎn)在水平段。

2 長(zhǎng)水平段水平井鉆井難點(diǎn)與對(duì)策

長(zhǎng)水平段水平井因?yàn)樾枰┕さ乃蕉伪容^長(zhǎng)，因此在鉆井施工的過程中還存在許多的技術(shù)難點(diǎn)，對(duì)產(chǎn)生這些技術(shù)難點(diǎn)進(jìn)行系統(tǒng)分析，并提出相應(yīng)的技術(shù)對(duì)策，對(duì)長(zhǎng)水平段水平井安全、優(yōu)質(zhì)、高效施工具有非常重要的意義。

2.1 軌跡設(shè)計(jì)、控制難題及對(duì)策

長(zhǎng)水平段水平井不同于一般的水平井，因?yàn)槠湟┕ず荛L(zhǎng)的水平井段，必然會(huì)引起鉆井施工中的摩擦阻力和旋轉(zhuǎn)扭矩，因此在進(jìn)行長(zhǎng)水平段水平井鉆井井眼軌跡設(shè)計(jì)的時(shí)候，如何讓摩阻與扭矩最小是需要重點(diǎn)考慮的問題。從另一個(gè)角度來說，在長(zhǎng)水平段水平井鉆井施工過程中，隨著水平段的不斷延長(zhǎng)，鉆具與下井壁的接觸面積也逐漸地在增大，隨之施工的摩阻與扭矩就在增加，會(huì)使定向鉆井施工的時(shí)候工具面難以擺正，鉆壓難以傳遞給鉆頭，這就給定向工程師軌跡控制工作帶來相當(dāng)大的困難，甚至造成井眼軌跡失去控制，影響砂巖的鉆遇率?；陂L(zhǎng)水平段水平井軌跡設(shè)計(jì)與控制中遇到的技術(shù)難題，需要系統(tǒng)地解決。首先在進(jìn)行長(zhǎng)水平段水平井鉆井軌跡設(shè)計(jì)的時(shí)候，需要應(yīng)用鉆井軌跡設(shè)計(jì)軟件根據(jù)地質(zhì)目標(biāo)點(diǎn)的深度優(yōu)選不同的造斜點(diǎn)、造斜率和井眼軌跡的類型，進(jìn)行多套軌跡的模擬設(shè)計(jì)，并對(duì)每套軌跡設(shè)計(jì)方案進(jìn)行摩阻與扭矩的預(yù)測(cè)分析，然后優(yōu)選出軌跡類型最簡(jiǎn)單、現(xiàn)場(chǎng)可操作性最強(qiáng)、施工摩阻和扭矩最小的方案。其次在井眼軌跡控制過程中，控制人員要根據(jù)區(qū)域地質(zhì)概況以及以往井的施工情況，優(yōu)選造斜工具和鉆具組合，強(qiáng)化軌跡施工技術(shù)措施，按照“少定多轉(zhuǎn)、勤調(diào)少調(diào)”的原則，使井眼軌跡更加光滑，降低施工摩阻扭矩。

2.2 摩阻扭矩大及對(duì)策

在長(zhǎng)水平段水平井的施工中，隨著水平段的不斷延伸，鉆具與下井壁的接觸面積也不斷地在增加，這也就使得鉆具在軸向上和周向上的摩擦阻力與旋轉(zhuǎn)扭矩都會(huì)增大，同時(shí)鉆具在與下井壁接觸的過程中使下井壁附近的鉆井液流動(dòng)速度非常慢，造成下井壁的巖屑不能及時(shí)地隨著鉆井液返出到地面，使井壁與鉆具之間的摩擦系數(shù)明顯增加，潤(rùn)滑的效果非常差，這也會(huì)增加摩擦阻力和扭矩。為了降低長(zhǎng)水平段水平井施工的摩擦阻力和扭矩，需要從以下幾個(gè)方面入手：一是在全井應(yīng)用 18°斜坡鉆桿，降低鉆具與井壁之間的摩擦阻力；二是優(yōu)化鉆具組合，采用倒裝鉆具組合，這種鉆具組合就是將比較重的鉆具放置在直井段或者井斜角小的井段，有利于鉆壓的傳遞，同時(shí)應(yīng)用加重鉆桿代替鉆鋌，減少鉆具與井壁的接觸面積；三是調(diào)整鉆井液性能，使鉆井液具有良好的潤(rùn)滑性、流變性和攜帶、懸浮巖屑的能力，降低長(zhǎng)水平段水平井施工的摩阻；四是應(yīng)用摩阻與扭矩檢測(cè)軟件，根據(jù)已鉆井眼的摩阻系數(shù)來預(yù)測(cè)未來要鉆井眼的摩阻與扭矩，然后采取相對(duì)應(yīng)的技術(shù)措施來降低施工的摩阻與扭矩。

2.3 巖屑床的形成與對(duì)策

在水平井的施工中，巖屑床的形成是不可避免的，特別是在長(zhǎng)水平段水平井的施工中，由于水平段比較長(zhǎng)，巖屑在自身重力的作用下會(huì)沉向下井壁，而下井壁的鉆井液流速又非常的慢，因此就會(huì)堆積在下井壁，所以在大斜度井段和水平井段就會(huì)有巖屑床的形成。一旦巖屑床的厚度達(dá)到一定的值，就會(huì)影響施工安全，造成起下鉆阻卡等復(fù)雜情況的發(fā)生。如何把巖屑床的厚度控制在不影響鉆井安全的范圍內(nèi)，是我們施工長(zhǎng)水平段水平井需要重點(diǎn)考慮的問題。根據(jù)巖屑床形成的機(jī)理分析認(rèn)為，搞好井眼凈化是避免巖屑床形成的關(guān)鍵。首先是增大長(zhǎng)水平段水平井施工的鉆井液的排量，在保證地面設(shè)備能夠承受的情況下，盡量提高施工

排量，保證環(huán)空返速在1.2m/s 以上；其次是改善鉆井液的性能，使鉆井液具有比較高的動(dòng)切力，增加鉆井液攜帶巖屑的能力；第三是定期進(jìn)行短起下鉆，有效破壞已經(jīng)形成的巖屑床，在下鉆過程中分段循環(huán)劃眼，使巖屑及時(shí)返出地面。

2.4 潤(rùn)滑防卡、井眼穩(wěn)定問題與對(duì)策

長(zhǎng)水平段水平井隨著摩阻和扭矩的增大，往往會(huì)發(fā)生粘吸卡鉆和鍵槽卡鉆的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)由于水平段的不斷延長(zhǎng)，在各種作用力的綜合作用下，井眼的穩(wěn)定性也會(huì)出現(xiàn)問題，因此在鉆井液的維護(hù)與處理中需要注意以下幾點(diǎn)：一是在鉆井液中加入足量的固體潤(rùn)滑劑和液體潤(rùn)滑劑，保證鉆井液具有極低的潤(rùn)滑系數(shù)，可以防止粘吸卡鉆的發(fā)生；二是嚴(yán)格控制鉆井液的濾失量和泥餅厚度，保證井眼的暢通；三是采用四級(jí)固控設(shè)備保證鉆井液具有較低的固相含量和含砂量，增加鉆井液的潤(rùn)滑性；四是選擇合適的鉆井液密度。鉆井液密度要根據(jù)壓力剖面進(jìn)行合理地選擇，既要平衡地層壓力有效支撐井壁，又要防止井漏，保護(hù)儲(chǔ)層。

3 結(jié)論與建議

盡管在長(zhǎng)水平段水平井施工中存在著軌跡設(shè)計(jì)與控制的難題、摩阻和扭矩大的難題、易形成巖屑床的難題和潤(rùn)滑防卡、井眼穩(wěn)定的難題，但是針對(duì)這些難題優(yōu)選鉆井工具、優(yōu)化鉆具組合、調(diào)整好鉆井液性能，配合合理的短起下鉆等技術(shù)措施，甚至應(yīng)用當(dāng)今世界上先進(jìn)的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆具技術(shù)，就能夠保證長(zhǎng)水平段水平井安全、優(yōu)質(zhì)、高效的施工。

參考文獻(xiàn)

[1] 白臣.長(zhǎng)水平段水平井鉆井完井技術(shù)難點(diǎn)與對(duì)策分析[J].化工管理，2015（21）：73.

（作者單位：長(zhǎng)城鉆探鉆井一公司）