水平井安全施工隱患與技術(shù)對策探討

王銘 王懷芝 王志剛

摘 要 水平井施工中存在的水平位移較大，井斜角度比較大、水平井段比較長的特點，因此，在施工中很容易發(fā)生井下的事故復(fù)雜情況，所以在進行水平井施工的時候應(yīng)該深入研究水平井事故復(fù)雜發(fā)生的原因，制定水平井安全施工的技術(shù)對策，以確保水平井施工的安全，提高水平井的施工效率和效益。本文對水平井安全施工隱患與技術(shù)對策進行探討，以供相關(guān)參考意見。

關(guān)鍵詞 水平井施工;常見隱患;安全對策

1施工水平井易產(chǎn)生事故復(fù)雜的因素

1.1 鉆具在井下的受力情況發(fā)生了根本變化

與直井相比，水平井最重要的特征是井斜角的存在，井斜可達90度或更大。正是這種大斜角的存在，使鉆具在孔內(nèi)的應(yīng)力狀況發(fā)生了根本性的變化。這種變化主要體現(xiàn)在以下方面：首先，從造斜點開始井斜角就逐漸地形成了，所以，從這一點開始在起下鉆過程中就會使鉆具被拉向上井壁，特別是造斜點距離井口比較淺的井，我們仔細觀察，當鉆井工具的口的底部高壓側(cè)相反的方向。其次，隨著井深和井斜的不斷增大，井下鉆具在井壁下的分力也在不斷增大。此時，無論是旋轉(zhuǎn)復(fù)合鉆井還是起下鉆施工，都會增加鉆井的摩擦和扭矩，增加施工風險。再次，由于井斜的存在和不斷增大，鉆頭的應(yīng)力也發(fā)生了根本性的變化。這個時候的鉆頭出現(xiàn)了側(cè)向的分力，這個側(cè)向分力根據(jù)增斜或者降斜的施工工況不同而方向也不相同，但是會使鉆頭出現(xiàn)早期的磨損，特別是當使用牙輪鉆頭效果更明顯，相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，同樣的牙輪鉆頭在平井使用壽命只是直井壽命的60%，因此極易發(fā)生鉆頭事故[1]。

1.2 容易形成巖屑床

水平井鉆井施工過程中最大的安全隱患是容易產(chǎn)生巖屑床，這是因為水平井由于井斜角存在，水平井鉆井工具在井下應(yīng)力狀態(tài)也發(fā)生了根本性的變化，會形成偏心環(huán)空，即工具由于自身重量的因素和井斜角， 井斜角，井壁的環(huán)空間隙就會變大，相應(yīng)的鉆井液速度較大， 而下井壁由于環(huán)空間隙變小，必然產(chǎn)生鉆井液流速減小，而井筒內(nèi)的巖屑會逐漸通過重力沉積在壁面上形成巖屑床。巖屑床在形成初期由于厚度很薄，不會影響鉆井施工。然而，隨著巖屑層堆積厚度的不斷增加，不僅會增加鉆進、起鉆和下鉆的摩擦，還會出現(xiàn)鉆具卡死的問題，給水平井的施工帶來安全隱患，甚至發(fā)生事故。

1.3 井壁容易失穩(wěn)

水平井和直井是最大的一個不同就是井斜角存在，尤其是在水平井段，行進軌跡要在儲層中橫向穿行幾百米，甚至幾千米， 這樣的橫向穿行就使井壁的受力狀況發(fā)生了根本性的變化，特別是有些地層由于不夠穩(wěn)定，吸水膨脹等，容易造成塌孔下降，即使形成穩(wěn)定、過重的壓力下，該井的水平段不穩(wěn)定，容易發(fā)生復(fù)雜的井下事故。

2水平井安全施工對策

2.1 應(yīng)用優(yōu)質(zhì)鉆井液，降低摩阻與扭矩

鉆井液稱為鉆井的血液，尤其水平井施工中，鉆井液性能好壞直接影響水平井的施工安全與效率，因此在水平井的施工是選擇那些有抑制能力強， 潤滑性能好，攜帶和懸浮能力強的鉆井液體系，如氯化鉀鹽鉆井液體系，從而在鉆孔施工中減少摩擦和扭矩，使鉆具不發(fā)生疲勞破壞，確保施工安全。

2.2 做好井眼凈化，降低巖屑床形成

如果井眼凈化不好，巖屑床一旦形成將對井筒產(chǎn)生非常大的危害，為此一定要搞好井眼凈化，避免巖屑床的形成[2]。

（1） 做好鉆井工程設(shè)計。國內(nèi)外科研機構(gòu)研究表明，井斜角度在45°～ 65°之間的時候巖屑上返是最困難的，也是最容易形成巖屑床的井段，因此在鉆井工程設(shè)計時應(yīng)盡量避免的傾斜部分的長度， 所以在鉆井工程設(shè)計井眼軌道的時候一定要優(yōu)選造斜點和造斜率，減少45°～65°井段的長度，這樣才能從設(shè)計源頭上避免巖屑床大段形成。

（2） 強化施工參數(shù)。為了降低巖屑層的地層厚度，在水平井的鉆井施工中一定要強化轉(zhuǎn)速和排量等對攜帶巖屑有影響的施工參數(shù)。根據(jù)相關(guān)專家、學(xué)者，我們可以知道當水平井鉆井施工，無論是在層流狀態(tài)下，還是紊流狀態(tài)下，隨著鉆井排量的增大，鉆井液攜帶巖屑的能力不斷增強，當鉆井排量達到一個臨界值，在理論上無法產(chǎn)生巖屑床，因此在215.9mm 井眼施工中一定要保證鉆井排量達到34L/s以上，從而保證鉆井液能有效攜帶鉆頭破碎巖屑，減小巖屑床形成的厚度。與鉆井排量匹配的轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速也能夠同樣起到協(xié)助井眼凈化的作用，當轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速逐漸增加以后，鉆井液會在高轉(zhuǎn)速的情況下進行攪動，這樣就會使井筒低邊的巖屑在鉆井液攪動離心力的情況下被激活，而隨著鉆井液上返到地面，從而使井眼低邊凈化的更為干凈，保證巖屑床不能夠形成。

（3） 及時短起下鉆。在巖屑床沒有徹底形成的時候，一定要根據(jù)井下的摩阻和扭矩情況及時進行短起下鉆進行對巖屑的破壞，并在下鉆到底后大排量進行循環(huán)洗井，地面應(yīng)用四級固控設(shè)備，保證破壞的巖屑床及時上返到地面的同時，還能夠被四級固控設(shè)備及時清除出鉆井液中，使鉆井液的含砂量和有害固相含量都符合水平井的施工要求。

2.3 保證井壁穩(wěn)定

在水平井施工中，為了保證井壁的穩(wěn)定，首先是要平衡上覆巖層的壓力。因此，需要對整個井筒的覆蓋層壓力進行評估和確定，然后根據(jù)壓力數(shù)據(jù)確定鉆井液密度，使整個井筒的應(yīng)力在物理上處于平衡狀態(tài)。二是調(diào)整鉆井液的性能，保證鉆井液具有低失水的特性，使井壁上形成的泥餅薄而致密，從而使井壁更加穩(wěn)定。三是在起下鉆過程中控制速度，避免形成壓力刺激和吸力，導(dǎo)致井壁失穩(wěn)[3]。

3結(jié)束語

隨著科技的發(fā)展和隨鉆儀器不斷地更新，水平井鉆井將會越來越多，但是水平井施工的不安全因素也非常多，因此在水平井施工中根據(jù)不同井的地層特點選用性能優(yōu)良的鉆井液，搞好井眼清潔，強化井壁穩(wěn)定技術(shù)措施，才能保證水平井施工的安全與高效。

參考文獻

[1] 陳立學(xué).水平井施工事故復(fù)雜原因分析及預(yù)防措施[J].西部探礦程，2019（7）：91.

[2] 馬生居.井眼卡鉆事故探究[J].化工設(shè)計通訊，2016（1）：83-84.

[3] 郭盛堂，高輝，孟祥波.Y5-FP1長水平段水平井鉆井施工技術(shù)[J].石油和化工設(shè)備，2018（9）：56-58.