水平井鉆井技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀與技術(shù)對策探討

張吉平+王洪臣+潘躍明+王慶江+牟春書+侯慶峰

[摘 要]隨著薄層、頁巖油氣的大規(guī)模開發(fā)極大地提升了水平井鉆井技術(shù)的應(yīng)用。水平井鉆井技術(shù)適用范圍廣、油井產(chǎn)量大，目前已成為國內(nèi)外開發(fā)油氣能源使用的主要技術(shù)手段。本文針對水平井鉆井技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀，分析了應(yīng)用的不足之處，在此基礎(chǔ)上從井身剖面設(shè)計、鉆具的選擇和使用、鉆井液的選擇、水平井段長度的確定和水平井柱的設(shè)計等方面，探討了水平井鉆井技術(shù)的應(yīng)用對策。

[關(guān)鍵詞]水平井；鉆井；應(yīng)用現(xiàn)狀；井身剖面；技術(shù)對策

中圖分類號：TE242 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2017）33-0022-01

0 引言

隨著薄層、頁巖油氣的大規(guī)模開發(fā)極大地提升了水平井鉆井技術(shù)的應(yīng)用。水平井技術(shù)適用范圍廣、單井產(chǎn)量大，目前已成為國內(nèi)外開發(fā)油氣等能源時廣泛使用的技術(shù)手段。水平井概念最早于上世紀(jì)二十年代提出，經(jīng)過近百年的發(fā)展歷程，目前已在多個國家得到廣泛的研究和應(yīng)用。本文將在對水平井進(jìn)行簡要闡述的基礎(chǔ)上，論述水平井鉆井優(yōu)化技術(shù)。

1 水平井技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

水平井是井斜角接近90°，且井眼在產(chǎn)層內(nèi)橫向衍生的油氣井。水平井的獨(dú)特構(gòu)造可以增大油氣層中石油等能源的裸露面積，便于較薄的油氣層和裂縫性油氣藏的開發(fā)。井眼軌道控制、隨鉆測量、井壁穩(wěn)定等技術(shù)是目前常用的水平井鉆井技術(shù)。根據(jù)水平井的垂直段到水平段的曲率半徑，可以分為長、中、中短、短、超短半徑水平井，施工難度依次由易而難。

與一般的定向井不同，水平井設(shè)計綜合性強(qiáng)、涉及學(xué)科多，開發(fā)難度較大，主要體現(xiàn)在：軌道控制難度大、精度高，管柱受力復(fù)雜，鉆井液選擇范圍小，井下作業(yè)困難，固井、完井困難等方面。

通常，水平井鉆井過程自上而下依次為地面設(shè)置搭建、井下工具及儀器準(zhǔn)備、套管、曲率半徑計算、完井、儲集層施工等，而水平井設(shè)計過程則于鉆井過程順序相反，按自下而上的順序設(shè)計。

水平井的設(shè)計可以分為完井、水平井眼、造斜和垂直四個階段。在完井階段需要明確對完井工具、采油設(shè)備以及工業(yè)技術(shù)的要求，確定井眼尺寸和套管程序。水平井眼階段需要完成鉆井液的選擇、鉆具設(shè)計、鉆頭選擇、水利參數(shù)的確定等工作。造斜階段除了要考慮到上述各階段的設(shè)計要求外，還要進(jìn)行造斜點(diǎn)、增斜率的選擇。在垂直階段進(jìn)行的設(shè)計工作要保持與前三個階段工作的一致性和配套性，同時為以后的施工準(zhǔn)備好條件。

與國外先進(jìn)的水平井技術(shù)應(yīng)用相比之下，雖然我國也已經(jīng)在普遍采用這項生產(chǎn)技術(shù)，但是在鉆井設(shè)備、鉆井工具和儀器方面還存在很大差距，由其是自動化鉆井、水平井技術(shù)的集成系統(tǒng)和綜合應(yīng)用方面差距比較大。目前我國油田講求“少井高產(chǎn)”，而水平進(jìn)技術(shù)作為實(shí)現(xiàn)這項目標(biāo)的重要技術(shù)支撐，發(fā)揮著其越來越重要的作用。雖然國內(nèi)水平井施工基本能夠滿足需要，但是還需要引進(jìn)更為先進(jìn)的技術(shù)和設(shè)備，堵住適應(yīng)薄油層和邊部斷塊油藏的LWD、SWD儀器數(shù)量不足等缺口。

2 水平井技術(shù)應(yīng)用的不足之處

2.1 工藝技術(shù)配套性差

我國雖然已經(jīng)有十多年的水平井技術(shù)研究和推廣使用經(jīng)驗(yàn)，在很大程度上優(yōu)化了水平井鉆工藝的設(shè)計，在井眼軌道控制等方面也有較大的提高，但是，在水平井下部鉆具組合受力分析、水平井安全鉆井鉆井速度等方面的研究還不夠深入，水平進(jìn)采油、作業(yè)及增產(chǎn)措施等也存在很大不足，難以滿足油田水平井的大規(guī)模應(yīng)用需求，對水平井應(yīng)用效果和規(guī)模的實(shí)施形成陰礙，從而影響經(jīng)濟(jì)的提高。

2.2 設(shè)備配套差和性能不穩(wěn)定

我國現(xiàn)在的大部分設(shè)備過于陳舊老化，性能不穩(wěn)定，有一部分設(shè)備不配套，水平井施工需要的頂驅(qū)設(shè)備大都在為國外或外油田服務(wù)，這就造成設(shè)備存在很大的安全隱患，一旦出現(xiàn)故障，需要花費(fèi)較長時間進(jìn)行維修，進(jìn)而影響整個施工周期。另外LWD儀器和MWD儀器非常適合薄油層的開發(fā)，但卻供應(yīng)不足，難以適應(yīng)國內(nèi)油田水平井快速發(fā)展的需要。

2.3 缺乏專業(yè)的技術(shù)人員和施工隊伍

專業(yè)的水平井技術(shù)服務(wù)公司和專業(yè)技術(shù)人員在國內(nèi)非常短缺，水平井施工隊伍和現(xiàn)場專技人員流動性和隨意性很大，造成施工不熟練，專業(yè)技術(shù)能力掌握不夠，很大程度地影響到水平鉆井的施工進(jìn)度，并給施工帶來安全隱患。

3 水平井鉆井技術(shù)應(yīng)用技術(shù)對策

3.1 做好井身剖面設(shè)計

3.1.1 井身剖面設(shè)計考慮因素

通常水平井鉆井中存在井眼軌道較長、鉆井困難等實(shí)際問題，因此在進(jìn)行井身剖面設(shè)計時應(yīng)特別考慮到以下幾點(diǎn)：滿足當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)要求、盡可能避開復(fù)雜地層；盡量優(yōu)化增斜率曲線、方便施工；便于井眼清潔；盡量減少下鉆和鉆進(jìn)時的扭矩和磨阻。

3.1.2 井身剖面類型選擇

水平井的剖面類型通?？煞譃樾∷轿灰菩秃痛笏轿灰菩?。

小水平位移型剖面又稱“J”型剖面，僅由垂直、造斜、垂直延伸三個井段構(gòu)成，剖面簡單，適合于厚度較大的油層。

大水平位移型剖面則由垂直井段、第一、第二造斜段和水平段等構(gòu)成，適合于中長半徑的水平井。

3.2 直井段優(yōu)化井身結(jié)構(gòu)

直井段一開和二開均采用單螺扶鐘擺鉆具組合進(jìn)行鉆進(jìn)，在一開鉆進(jìn)中采用輕壓慢轉(zhuǎn)、吊打方式，確保一開打直；在二開上部井段采用高轉(zhuǎn)速低鉆壓方式鉆進(jìn)來控制井斜，同時用電子單、多點(diǎn)進(jìn)行軌跡監(jiān)控，為下步施工創(chuàng)造有利條件。

3.3 鉆具的選擇和使用

造斜鉆具通常采用彎接頭和動力鉆組合，造斜鉆具彎接頭的彎曲角越大、鉆鋌剛性越高，則鉆具組合造斜能力越強(qiáng)、造斜率越大。通常彎接頭彎曲角度在1°-2.5°之間的范圍內(nèi)進(jìn)行選擇，同時應(yīng)根據(jù)井段的直徑大小選擇合適的動力鉆。

增斜鉆具一般為雙穩(wěn)定器鉆具的組合，根據(jù)杠桿原理而設(shè)計。增斜鉆具在選擇時，應(yīng)考慮到下部鉆井規(guī)格以及雙穩(wěn)定器間距離要求。

穩(wěn)斜鉆具通常為鉆頭、穩(wěn)定器（3個）、鉆鋌（含短鉆鋌和單根鉆鋌）的組合。

降斜鉆具通常為鐘擺鉆具的組合，應(yīng)根據(jù)井眼尺寸選擇合適的鉆壓。

3.4 鉆井液選擇

在鉆井液的選擇上，要考慮到地質(zhì)情況、工程情況和成本預(yù)算等三方面。目前，正電膠鉆井液、各種聚合物鉆井液、清潔鹽水聚合物完井液得到了較廣泛的應(yīng)用。

3.5 水平井段長度的確定

水平井的水平井段長度并非越長越好，在實(shí)際中，應(yīng)綜合考慮多方面因素，確定水平井段的最佳長度。通常需要考慮的因素有：1）油層的構(gòu)造；2）油層的產(chǎn)油能力；3）采油工藝的技術(shù)水平；4）操作者的個人能力；5）相關(guān)鉆井設(shè)備的能力；6）摩阻、扭矩等方面的制約；7）井眼在鉆進(jìn)過程中的穩(wěn)定性。

3.6 水平井鉆柱的設(shè)計

通過鉆柱設(shè)計，盡可能的減小在水平井施工過程中的摩阻和扭矩是水平井鉆井成功的保證。因此，在鉆柱設(shè)計時應(yīng)考慮到如下因素：（1）現(xiàn)有設(shè)備和材料的能力；（2）鉆柱應(yīng)保證在井段施工過程中產(chǎn)生摩阻、扭矩及各種應(yīng)力不能超過管材的極限值；（3）合理減輕鉆柱總重、設(shè)計好各構(gòu)件的安裝位置；（4）井壁與接頭間的接觸力應(yīng)保持在安全范圍內(nèi)；（5）盡可能選擇性價比高的管材。

4 結(jié)束語

水平井鉆井技術(shù)應(yīng)用表明，直井段的防斜打直，是減少后期滑動鉆進(jìn)過程中摩擦阻力，提高鉆井速度、避免造斜初期井眼局部狗腿度過大，是預(yù)防或避免井下事故和復(fù)雜情況實(shí)現(xiàn)安全高效鉆井的重要手段。

針對現(xiàn)階段，我國水平井技術(shù)的應(yīng)用之不足和各種存在的問題，旨在通過完善水平井鉆井工具和儀器，進(jìn)一步加強(qiáng)對技術(shù)配套的研究，達(dá)到能滿足各種油藏類型的水平井施工需求，不斷提高水平井的施工質(zhì)量，加快水平井的施工進(jìn)度，提高油層的鉆遇率，提高鉆井施工的工效。

參考文獻(xiàn)

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