水平井安全钻井技术研究

冷风承 贺国军

【摘要】随着科学技术的不断发展，水平井钻井技术越来越成熟，对于油气田提高单井产量和原油采收率，降低开发生产成本，水平井技术更加广泛地用于开发各种油气藏，并先后取得了显著的经济效果，但是在水平井安全钻井发面还存在一些问题，本文阐述了安全钻井技术的重要性，并结合实际情况，并对水平井清砂技术、润滑技术和钻头优选方面进行研究。

【关键词】水平井 安全钻井 清砂技术 润滑技术 钻头

1 安全钻井技术的重要性

水平井开发作为一种提高单井产量和油气田综合开发效益的有效手段，越来越受到人们的重视，实践表明，水平井技术在低渗透油气藏的开发中，可以增加泄油（气）面积，有利于提高产量，减少生产井数，降低钻井成本，是提高气田单井产能及油藏采收率的有效方法，该技术的成功应用对油气田的发展具有重要意义。深井小井眼、长水平段钻井是一项风险很大的工程，存在着大量的模糊性、随机性和不确定性问题。由于对钻井过程中的客观情况认识不清楚或主观意识的决策失误，往往会发生许多复杂情况甚至造成严重的井下事故，轻者耗费大量的人力物力和时间，重者导致全井的报废[1]。本文针对小井眼、长水平段水平井钻井速度慢、钻井周期长及井下复杂等问题，开展水平井清砂、润滑和钻井参数优选等技术研究；对确保井下安全和钻井提速具有重要的指导和借鉴意义。

2 水平井清砂技术研究

2.1 主要研究内容及技术难点分析

水平井与直井相比，井下情况要复杂得多，不仅要稳定井斜和井眼方位，还要处理由重力作用、摩擦力、岩屑沉降等诸因素而涉及到其他一系列问题，从而使水平井的安全钻进与直井相比有着很大的不同。在水平井中，由于重力的作用，井斜角超过30°以后的井段内，岩屑就会逐渐沉降到下井壁，形成岩屑床，钻井液携砂性能好、悬浮能力强，则形成岩屑床所需时间长，反之，则形成岩屑床所需时间就短。现场实践发现，岩屑床在井斜角为30°到60°之间的井段内，是不稳定的，也是较危险的，当沉积到一定厚度后，岩屑床会整体下滑从而造成沉砂卡钻。2.2 拟采取的具体技术方案

只有将小井眼、长水平段的清砂工作做好了，钻柱才能够顺利的起下，同时也确保了完井管柱的顺利下入。井斜超过45°要进行短起下钻清砂工作。通过定期的短起下钻，破坏下井壁的岩屑床，借助泥浆上返出井筒。根据大量实践经验证实岩屑床形成和携砂最难的井段为井斜48～70°，水平段由于携砂阻力小，不易形成岩屑床。钻进中发现扭矩增加不正常，就要查明原因，如无其他原因，说明已经形成岩屑床；在每次接单根或每次起下钻时，都要记录钻柱的摩擦阻力以及转盘扭矩，发现摩擦阻力增加，说明井下已经存在岩屑床，就要采用短程起下钻和分段循环的办法清除岩屑床。发生沉砂卡钻后，忌讳硬提解卡，最好的处理方法是接上方钻杆[2]，大排量循环，进行倒划眼。2.3 预期达到的技术目标

通过加强小井眼、长水平段井段的清砂研究，可以使该井段处于一种相对干净的状态；从而避免了沉砂卡钻等类似事故的发生，降低了转盘扭矩和起下钻摩阻，提高了井下安全性。

3 水平井润滑技术研究

3.1 主要研究内容及技术难点分析

在水平井中，随着井斜角的增大，钻具作用于井壁的侧向力也随之增大，水平井本身的特点就决定了在水平井钻进中易发生粘附卡钻，加钻压困难。如果钻井液润滑性不好，就会使这些情况更加复杂化，因此，搞好钻井液的润滑性十分重要。加入润滑剂可以降低滤饼摩擦系数，降低滤饼摩擦系数的方法之一是通过添加固体润滑剂和液体润滑剂。为了搞好钻井液润滑性，通常是加入液体和固体组合的润滑剂，也可只加入单一的液体润滑剂。不论采取哪种方式，都要保持润滑剂在钻井液中的含量，才能有效降低摩阻[3]。水平井要求钻井液滤饼摩擦系数小于0.10。小井眼、长水平段水平井在润滑方面主要存在以下一些难点：

（1）由于受到成本的制约，往往会出现润滑剂加量的不足；

（2）在某些特殊情况下，润滑剂的选择不合适、质量存在问题也会导致钻井液的润滑性不足；

（3）钻井液含沙量的增加、固控设备使用不到位会严重影响钻井液的润滑性。3.2 拟采取的具体技术方案

根据钻井液的体系及相应的地层情况，选择相应的固体润滑剂和液体润滑剂；并对所加入的润滑剂的效果进行评估。由于长水平段水平井井斜大，水平段岩屑携带到48～70°井段，在钻井液润滑不佳的情况下，故形成粘卡的机率很大，同时应采用的措施有：

（1）简化钻具组合，减少钻具向下的阻力，尽可能减少钻具与井壁的接触面积。用加重钻杆代替钻铤，用无磁抗压缩钻杆代替无磁钻铤，用欠尺寸稳定器代替足尺寸的稳定器，减少下部稳定器数量，降低钻具刚性。

（2）短起下钻，如井斜超过50°开始定期短起下钻。

（3）为了防止粘卡，造斜时，每钻进一段时间要大幅度活动钻具一次。

（4）用18°锥度钻杆打斜井段，防止直台阶钻杆吃入地层而容易形成键槽。3.3 预期达到的技术目标

通过加强小井眼、长水平段井段的钻井液润滑研究，可以使该井的钻井液的润滑性处于一种良好状态；从而避免粘吸卡钻等类似事故的发生，降低了转盘扭矩和起下钻摩阻，提高了井下安全性。

4 水平井钻头优选技术研究

4.1 主要研究内容及技术难点分析

钻头在油气井钻井中起着很重要的作用，它是形成油气通道的重要工具。钻井实践表明，钻头的使用效果如何，对一口井的钻井周期等效益指标影响很大。而钻头的使用效果又首先取决于钻头类型选择得是否合理，就目前技术而言，钻头选型合理与否主要看地层与钻头是否相互匹配。因为不同的地层，岩性不同，破碎机理也不完全相同，各类钻头是根据破碎不同岩石的需要设计的，因而也就产生了地层与钻头相互匹配的问题。4.2 拟采取的具体技术方案

改进钻头设计，加强钻头合理选型，钻头作为直接破碎岩石的关键工具，对大直径井眼的机械钻速具有至关重要的影响。合理选择和使用与地层相适应，性能优良的钻头也是提高大直径井眼机械钻速的重要途径。目前大尺寸牙轮钻头品种少，在使用过程中存在钻头对地层的针对性不强[4]。齿面结构与井底破岩的要求不相适应、水力结构与井底清洗的要求不相适应的问题。因此，应针对地层岩性特点，改进钻头齿面结构和水力结构，研制新型钻头，提高钻头质量，以及强化钻头使用措施。

4.3 预期达到的技术目标

通过从岩性出发寻求与地层岩石相匹配的钻头，以及从该地区已钻的钻头资料入手，通过大量的实钻数据，运用统计方法优选钻头从而达到提高机械钻速，降低钻井成本的目的。

参考文献

[1] 许磊.地质导向技术的应用方法[A].录井技术文集[C].石油工业出版社，2002

[2] 时鹏程.MWD与LWD组合技术及应用实践[A].录井技术文集[C].石油工业出版社，2002

[3] 杨小远.快速拉格朗日元方法在井壁稳定中的应用[J].石油大学学报（自然科学版），1997，21（4）