水平井鉆井技術(shù)研究

藺鼎讀

摘要：對(duì)于水平井鉆井技術(shù)來說，在石油開采的過程當(dāng)中發(fā)揮出很大的功效和作用。面對(duì)石油資源嚴(yán)重短缺的形勢(shì)，加大對(duì)水平井鉆井技術(shù)的運(yùn)用力度，有助于提升石油開采工作的效率，尤其對(duì)于石油的勘測(cè)工作而言，體現(xiàn)出良好的功效，一方面，達(dá)到使石油開采量增多的目的;另一方面，則使石油開采的經(jīng)濟(jì)成本得以下降，減小此項(xiàng)工作帶給自然環(huán)境的危害。所以，科學(xué)利用水平井鉆井技術(shù)可謂十分關(guān)鍵。本文通過分析當(dāng)前水平井鉆井技術(shù)發(fā)展的狀況，同時(shí)探究了水平井鉆井技術(shù)的具體應(yīng)用案例，以便帶給有關(guān)水平井鉆井技術(shù)人員一定的參考和幫助。

關(guān)鍵詞：水平井;鉆井技術(shù);應(yīng)用

引言：在科技力量的推動(dòng)之下，讓國(guó)內(nèi)的水平井鉆井技術(shù)不斷完善，并且被廣泛加以推廣和應(yīng)用，在油田開采和利用中發(fā)揮出很大的作用，既增加了油井開采的數(shù)量，又有效控制了水平井鉆井技術(shù)的研發(fā)成本，讓此項(xiàng)技術(shù)獲得了很大的關(guān)注與重視，由此說明了水平井鉆井技術(shù)巨大的發(fā)展空間，通過做好研發(fā)工作，并且合理進(jìn)行使用，有助于及時(shí)分析并處理此項(xiàng)工作當(dāng)中遇到的問題，進(jìn)而增強(qiáng)水平井鉆井技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用成效。

1.當(dāng)前水平井鉆井技術(shù)發(fā)展的狀況

從當(dāng)前的情況來說，國(guó)內(nèi)石油資源的數(shù)量呈現(xiàn)出日益緊缺的趨勢(shì)，提高了開采工作的困難程度。不過，開發(fā)水平井的過程當(dāng)中，擁有諸多不同的優(yōu)勢(shì)，比如，相應(yīng)的開采作用條件良好、很長(zhǎng)的油層以及更多的經(jīng)濟(jì)收益等，得到了廣大石油企業(yè)普遍的關(guān)注，開始加大針對(duì)水平井鉆井技術(shù)的研發(fā)和運(yùn)用的力度。特別在最近幾年當(dāng)中，得益于科技日益進(jìn)步的影響，面對(duì)石油被大面積開采的情況，讓石油水井的數(shù)量與日俱增，促使水平井鉆井技術(shù)廣受重視，發(fā)揮出很大的作用，其實(shí)際運(yùn)用的效果是非常顯著的。無論從數(shù)量，還是從開采的質(zhì)量方面，均達(dá)到了既定的目標(biāo)。與此同時(shí)，水平井鉆井技術(shù)日趨成熟[1]。不過相較于外國(guó)的技術(shù)而言，國(guó)內(nèi)的發(fā)展時(shí)間較短，與其依然存在一定的差距，因而，需要進(jìn)一步加快對(duì)水平井鉆井技術(shù)的研發(fā)速度。實(shí)際上，從一個(gè)國(guó)家的角度而言，油氣產(chǎn)業(yè)的發(fā)展程度象征著其整體的實(shí)力情況，因而，國(guó)內(nèi)也加快了對(duì)油田開采的進(jìn)程，并且充分借鑒外國(guó)一些先進(jìn)的技術(shù)和豐富的經(jīng)驗(yàn)，加大對(duì)新型油田開采技術(shù)的應(yīng)用力度，體現(xiàn)出水平井鉆井技術(shù)的優(yōu)勢(shì)和功效，達(dá)到嚴(yán)控鉆井作業(yè)成本的目的。雖然從前我國(guó)在水平井技術(shù)方面存在一定的局限性，所研發(fā)技術(shù)的運(yùn)用范圍不夠廣泛，不過，從目前的技術(shù)來看，有了很大的進(jìn)步，應(yīng)用的次數(shù)更多，范圍也更加廣泛。另外，通過科學(xué)運(yùn)用先進(jìn)的水平井鉆井技術(shù)，能夠達(dá)到石油開采的產(chǎn)量目標(biāo)，并且適用于砂巖十分疏松的油藏開采工作[2]。

2.水平井鉆井技術(shù)的具體應(yīng)用案例

2.1某某水平井開采工程項(xiàng)目概況與開采特征

此次研究以某某水平井開采工程項(xiàng)目為例，旨在探究與分析水平井鉆井技術(shù)的應(yīng)用方案，并且構(gòu)建出勘探開發(fā)的相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。在此區(qū)域當(dāng)中包含了面積為208km2的含氣巖體，相應(yīng)的采儲(chǔ)量為405×108m3，在2019年初產(chǎn)能為800×103 m3。2019年的年產(chǎn)能為48×108m3。具體進(jìn)行開采的過程當(dāng)中，表現(xiàn)出如下幾點(diǎn)特征：

2.1.1地層十分復(fù)雜

對(duì)于此水平井開采工程項(xiàng)目來說，其地層包含了下述幾個(gè)方面的特征：（1）淺層較為疏松，雷一～嘉四的地層，其孔隙與裂縫得以正常發(fā)育，相應(yīng)的地層承壓力不高，表現(xiàn)出井漏的現(xiàn)象。（2）地層欠缺一定的穩(wěn)定性，容易出現(xiàn)垮塌的事故。（3）在水平段的地層頁(yè)巖儲(chǔ)層容易發(fā)生垮塌事故，相應(yīng)的垮塌物表現(xiàn)出層狀、塊體的形狀，而巖石的應(yīng)力在不同的方向也是不同的，表現(xiàn)出上漏下垮的顯著現(xiàn)象。

2.1.2提升了軌跡管控的困難程度

井眼的密度較高，同時(shí)存在生產(chǎn)井、正鉆井一起處在相同平臺(tái)的現(xiàn)象，其上端應(yīng)該實(shí)施密集防碰處理。受到由于地層特征的影響，使用普通鉆具對(duì)井壁上面的支點(diǎn)作用減弱，形成造斜率不足的情況，假如進(jìn)行長(zhǎng)期滑動(dòng)鉆進(jìn)處理，必然減慢會(huì)機(jī)械設(shè)備的鉆速，無法確保井眼的光滑性[3]。

2.1.3機(jī)械設(shè)備的鉆速緩慢

對(duì)于上部的井段來說，因?yàn)榫圩陨淼某叽绾艽螅貙拥目摄@性不佳。由于研磨性很強(qiáng)，導(dǎo)致鉆頭出現(xiàn)受損的情況。根據(jù)有關(guān)防碰的規(guī)定實(shí)施定向，進(jìn)行定向的時(shí)候，容易發(fā)生托壓的情況，減慢了機(jī)械的轉(zhuǎn)速。

2.2水平井鉆井技術(shù)的運(yùn)用

2.2.1井身結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計(jì)

對(duì)于一開Φ444.5mm井眼來說，由于此平臺(tái)屬于為密集叢式井的開發(fā)處理，所以，需要積極開展防碰工作，選擇處于500m的位置實(shí)施防碰定向，并且運(yùn)用充氣鉆井難以進(jìn)行防碰繞障處理。借助空氣鉆，在漏層方面的優(yōu)勢(shì)十分明顯，通過把一開設(shè)計(jì)至嘉四可封的隔漏層，并且縮短大井眼的長(zhǎng)度，提高空氣鉆速。

對(duì)于二開Φ311.2mm井眼而言，基于達(dá)到既安全，又迅速進(jìn)行鉆井的目的，結(jié)合地層的情況，應(yīng)該運(yùn)用空氣鉆井，做到有效提速，針對(duì)造斜段與水平段來說，則需要運(yùn)用相關(guān)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具，達(dá)到提升速度的效果。而在茅口層位當(dāng)中，包含了較少的硫化氫，屬于二開的必封點(diǎn)。通過把技術(shù)套管下到韓家店的上部之后，能夠有助于空氣鉆作業(yè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)其中有害氣體層的封隔處理[4]。

對(duì)于三開Φ215.9mm井眼而言，使得造斜點(diǎn)出現(xiàn)下移的現(xiàn)象，當(dāng)進(jìn)到龍馬溪的時(shí)候，可以借助高造斜率旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向的方式，達(dá)到提高速度的目的。而井身結(jié)構(gòu)的具體設(shè)計(jì)情況見下圖1。

2.2.2針對(duì)井眼軌跡設(shè)計(jì)的改進(jìn)

由于鄰井井口的距離為5m，設(shè)計(jì)軌跡的時(shí)候，應(yīng)該首先把兩井的井間距進(jìn)行拉開，然后參考左右兩口鄰井的情況，可以在造斜點(diǎn)以前，進(jìn)行井斜吊直處理，對(duì)造斜段實(shí)施增斜扭方位的三維設(shè)計(jì)方法，提高了井眼軌跡的安全性。進(jìn)行三維井水平井鉆井的時(shí)候，不僅應(yīng)該增設(shè)井斜，而且還需要扭方位，要求相關(guān)鉆具工具的增斜能力得以提升。現(xiàn)階段，主要運(yùn)用了旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井，表現(xiàn)出軌跡十分光滑、摩阻的扭矩較低等優(yōu)勢(shì)，不過鉆井作業(yè)的成本較高。

根據(jù)鉆井、后期的改造等相關(guān)規(guī)定可知，需要采用的剖面設(shè)計(jì)方式達(dá)到下述規(guī)定：

（1）應(yīng)該符合現(xiàn)階段我國(guó)普通螺桿鉆具的造斜能力要求，使得剖面設(shè)計(jì)可以和鉆井工具相匹配，便于控制經(jīng)濟(jì)成本。

（2）確保三維井段盡可能較短，便于使摩阻的扭矩下降，并且，要求井眼軌跡相應(yīng)的全角變化率達(dá)到后期壓裂管柱等方面的規(guī)定。

（3）緊密聯(lián)系相關(guān)地層的特征情況，進(jìn)行剖面設(shè)計(jì)的過程當(dāng)中，需要確保更加平滑、順暢，進(jìn)而使實(shí)鉆時(shí)候得摩阻扭矩得以下降，達(dá)到有效管控實(shí)鉆軌跡的效果。

根據(jù)此區(qū)域的小靶前距與大偏移距的水平井狀況，構(gòu)成了獨(dú)特的現(xiàn)象，可以運(yùn)用三段制三維水平井的井身剖面設(shè)計(jì)方式，然后結(jié)合各個(gè)造斜點(diǎn)與增斜扭方位點(diǎn)的情況，科學(xué)進(jìn)行鉆具組合受力分析工作，一方面，能夠改進(jìn)造斜、增設(shè)斜扭方位點(diǎn)的目的;另一方面，有利于確保所選造斜率的合理性，充分發(fā)揮出此種設(shè)計(jì)方式的作用[5]。

2.2.3注重對(duì)鉆井液轉(zhuǎn)換技術(shù)的科學(xué)利用

對(duì)于此區(qū)域當(dāng)中，其上部井段出現(xiàn)了很多的漏層，同時(shí)井斜很小，通過借助高性能的水基鉆井液，一方面，降低了由于井漏造成的巨大經(jīng)濟(jì)損失，另一方面，則增強(qiáng)了封堵處理的效果。當(dāng)進(jìn)到龍馬溪之后，由于造斜段水平段逐漸得以延長(zhǎng)，使得鉆具和井壁的接觸次數(shù)增多，摩阻也隨之增加，因?yàn)轫?yè)巖擁有良好的吸水軟化性能，使井壁無法確保一定的穩(wěn)定性，易于產(chǎn)生垮塌的情況，而水基鉆井液易于造成井下變得非常復(fù)雜。所以，可以運(yùn)用較高密度的油基鉆井液，對(duì)比水基鉆井液，相應(yīng)的含水量更少，發(fā)揮出良好的潤(rùn)滑作用，既減小了相關(guān)鉆具和井壁間的摩阻，又加快了機(jī)械地鉆速。

2.3實(shí)際的運(yùn)用狀況分析

2.3.1 C18水平段泥漿體系的轉(zhuǎn)換運(yùn)用

針對(duì)C18井而言，屬于典型的水平井，此井的井深為4740m，水平段的長(zhǎng)度為2046m，頁(yè)巖的鉆遇率則是100%。此井對(duì)于上部井段，主要運(yùn)用了MWD與螺桿的組合方式，實(shí)施防碰鉆進(jìn)處理，在進(jìn)到龍馬溪之后，需要更換旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向，然后進(jìn)行增斜扭方位處理，并且在井深度4002m、水平段的長(zhǎng)度1382m的位置，井下起下較為艱難，見表1，應(yīng)該轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的油基鉆井液體系，進(jìn)而采用LWD與螺桿的組合方式，有利于進(jìn)行超長(zhǎng)水平段的鉆進(jìn)作業(yè)。

2.3.2 C20水平段鉆柱扭擺系統(tǒng)的合理運(yùn)用

由于C20井的設(shè)計(jì)水平段長(zhǎng)度為1200m，此井運(yùn)用了旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)，當(dāng)鉆進(jìn)到井深度為3245.2m的時(shí)候，因?yàn)榫碌哪ψ栎^大，相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)沒有信號(hào)，需要采用LWD與螺桿的定向鉆具組合方式，并且應(yīng)用鉆柱扭擺鉆井系統(tǒng)。此井的實(shí)際鉆進(jìn)到井深為4025m時(shí)結(jié)束，扭擺系統(tǒng)的累計(jì)進(jìn)尺為775.24m，此系統(tǒng)處于C20井一共運(yùn)用了8個(gè)定向井段，共計(jì)定向?yàn)?5.42m，具體的運(yùn)用狀況見下表2。

結(jié)束語(yǔ)：

綜上所述，在對(duì)水平井鉆井技術(shù)運(yùn)用的過程當(dāng)中，需要做好針對(duì)水平井鉆井技術(shù)配套設(shè)施的完善工作，以便達(dá)到不同種類水平井的作業(yè)需求。通過依靠此項(xiàng)舉措，不但確保水平井鉆井施工的質(zhì)量達(dá)到相關(guān)規(guī)定，而且提升了礦藏的鉆遇率，縮短了水平井施工技術(shù)的運(yùn)用時(shí)間，進(jìn)而完成了增加單井產(chǎn)量的任務(wù)，獲得了更多的經(jīng)濟(jì)收益。

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