長水平段水平井在鉆井難點與施工

宋仁智

摘要：長水平段水平井作為穿越油層有效進尺最大化的技術手段，在國內外各大油田得到了普遍應用。在長水平段水平井的鉆井施工過程中，摩阻與扭矩是需要重點考慮的問題，因此在進行長水平段水平井的設計過程中，從井身結構和井眼軌道等方面都需要考慮摩阻和扭矩，在施工中應用旋轉導向鉆井系統等，同時對于應用的鉆井液類型也是重點考慮的內容，與普通水平井存在很大的差別，也會有諸多的技術難點，因此有必要對長水平段水平井鉆井技術難點和技術對策進行分析，以保證長水平段水平井施工的安全。

關鍵詞：長水平段水平井；施工；技術難點；技術對策；安全

長水平段水平井是各大油田提高油井單井產量的有效技術手段，但是在長水平段水平井施工中也存在諸多的技術難點。在介紹長水平段水平井特性的基礎上，對長水平段水平井施工中軌跡設計、控制問題、摩阻扭矩問題、巖屑床問題以及潤滑防卡、井眼穩定問題進行了論述，并針對各種難題提出了相應的對策，對長水平段水平井施工具有一定的指導作用。

1 長水平段水平井特性分析

1.1 與常規水平井差別明顯

在長水平段水平井施工中，摩阻與扭矩是需要重點考慮的問題，因此在進行長水平段水平井的設計過程中，從井身結構和井眼軌道等方面都需要考慮摩阻和扭矩，在施工中應用旋轉導向鉆井系統等，同時對于應用的鉆井液類型也是重點考慮的內容，而在常規水平井施工中這些問題卻不是需要重點考慮的。

1.2 與大位移水平井定義存在差別

眾所周知，大位移井已經形成了比較統一的定義，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，而有很多長水平段水平井雖然水平段的長度都超過了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 與大位移的施工關鍵不同

從技術和工藝上來說，長水平段水平井和大位移井已經相當地接近了，但是它們之間需要重點施工的井段卻有不同，大位移井為了實現位移最大化，通常會設計一個大段的、大斜度井段進行穩斜鉆進，因此大位移井的大斜度穩斜段是施工的重點。而長水平段水平井斜井段卻很短，水平段卻很長，因此施工的重點在水平段。

2 長水平段水平井鉆井難點與對策

長水平段水平井因為需要施工的水平段比較長，因此在鉆井施工的過程中還存在許多的技術難點，對產生這些技術難點進行系統分析，并提出相應的技術對策，對長水平段水平井安全、優質、高效施工具有非常重要的意義。

2.1 軌跡設計、控制難題及對策

長水平段水平井不同于一般的水平井，因為其要施工很長的水平井段，必然會引起鉆井施工中的摩擦阻力和旋轉扭矩，因此在進行長水平段水平井鉆井井眼軌跡設計的時候，如何讓摩阻與扭矩最小是需要重點考慮的問題。從另一個角度來說，在長水平段水平井鉆井施工過程中，隨著水平段的不斷延長，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，會使定向鉆井施工的時候工具面難以擺正，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水平段水平井軌跡設計與控制中遇到的技術難題，需要系統地解決。首先在進行長水平段水平井鉆井軌跡設計的時候，需要應用鉆井軌跡設計軟件根據地質目標點的深度優選不同的造斜點、造斜率和井眼軌跡的類型，進行多套軌跡的模擬設計，并對每套軌跡設計方案進行摩阻與扭矩的預測分析，然后優選出軌跡類型最簡單、現場可操作性最強、施工摩阻和扭矩最小的方案。其次在井眼軌跡控制過程中，控制人員要根據區域地質概況以及以往井的施工情況，優選造斜工具和鉆具組合，強化軌跡施工技術措施，按照“少定多轉、勤調少調”的原則，使井眼軌跡更加光滑，降低施工摩阻扭矩。

2.2 摩阻扭矩大及對策

在長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扭矩都會增大，同時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速度非常慢，造成下井壁的巖屑不能及時地隨著鉆井液返出到地面，使井壁與鉆具之間的摩擦系數明顯增加，潤滑的效果非常差，這也會增加摩擦阻力和扭矩。為了降低長水平段水平井施工的摩擦阻力和扭矩，需要從以下幾個方面入手：一是在全井應用 18°斜坡鉆桿，降低鉆具與井壁之間的摩擦阻力；二是優化鉆具組合，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，同時應用加重鉆桿代替鉆鋌，減少鉆具與井壁的接觸面積；三是調整鉆井液性能，使鉆井液具有良好的潤滑性、流變性和攜帶、懸浮巖屑的能力，降低長水平段水平井施工的摩阻；四是應用摩阻與扭矩檢測軟件，根據已鉆井眼的摩阻系數來預測未來要鉆井眼的摩阻與扭矩，然后采取相對應的技術措施來降低施工的摩阻與扭矩。

2.3 巖屑床的形成與對策

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

排量，保證環空返速在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切力，增加鉆井液攜帶巖屑的能力；第三是定期進行短起下鉆，有效破壞已經形成的巖屑床，在下鉆過程中分段循環劃眼，使巖屑及時返出地面。

2.4 潤滑防卡、井眼穩定問題與對策

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

3 結論與建議

盡管在長水平段水平井施工中存在著軌跡設計與控制的難題、摩阻和扭矩大的難題、易形成巖屑床的難題和潤滑防卡、井眼穩定的難題，但是針對這些難題優選鉆井工具、優化鉆具組合、調整好鉆井液性能，配合合理的短起下鉆等技術措施，甚至應用當今世界上先進的旋轉導向鉆具技術，就能夠保證長水平段水平井安全、優質、高效的施工。

參考文獻

[1] 白臣.長水平段水平井鉆井完井技術難點與對策分析[J].化工管理，2015（21）：73.

（作者單位：長城鉆探鉆井一公司）