长水平段水平井在钻井难点与施工

宋仁智

摘要：长水平段水平井作为穿越油层有效进尺最大化的技术手段，在国内外各大油田得到了普遍应用。在长水平段水平井的钻井施工过程中，摩阻与扭矩是需要重点考虑的问题，因此在进行长水平段水平井的设计过程中，从井身结构和井眼轨道等方面都需要考虑摩阻和扭矩，在施工中应用旋转导向钻井系统等，同时对于应用的钻井液类型也是重点考虑的内容，与普通水平井存在很大的差别，也会有诸多的技术难点，因此有必要对长水平段水平井钻井技术难点和技术对策进行分析，以保证长水平段水平井施工的安全。

关键词：长水平段水平井；施工；技术难点；技术对策；安全

长水平段水平井是各大油田提高油井单井产量的有效技术手段，但是在长水平段水平井施工中也存在诸多的技术难点。在介绍长水平段水平井特性的基础上，对长水平段水平井施工中轨迹设计、控制问题、摩阻扭矩问题、岩屑床问题以及润滑防卡、井眼稳定问题进行了论述，并针对各种难题提出了相应的对策，对长水平段水平井施工具有一定的指导作用。

1 长水平段水平井特性分析

1.1 与常规水平井差别明显

在长水平段水平井施工中，摩阻与扭矩是需要重点考虑的问题，因此在进行长水平段水平井的设计过程中，从井身结构和井眼轨道等方面都需要考虑摩阻和扭矩，在施工中应用旋转导向钻井系统等，同时对于应用的钻井液类型也是重点考虑的内容，而在常规水平井施工中这些问题却不是需要重点考虑的。

1.2 与大位移水平井定义存在差别

众所周知，大位移井已经形成了比较统一的定义，就是所钻探的井水平位移与垂深比大于或者等于 2 的井，或者是水平位移超过3000m 的井被称为大位移井，而有很多长水平段水平井虽然水平段的长度都超过了1000m 以上，但是无论是从水平位移与垂深的比值上，还是从位移的长度上都没法和大位移井相比，因此也就不属于大位移井的范围。

1.3 与大位移的施工关键不同

从技术和工艺上来说，长水平段水平井和大位移井已经相当地接近了，但是它们之间需要重点施工的井段却有不同，大位移井为了实现位移最大化，通常会设计一个大段的、大斜度井段进行稳斜钻进，因此大位移井的大斜度稳斜段是施工的重点。而长水平段水平井斜井段却很短，水平段却很长，因此施工的重点在水平段。

2 长水平段水平井钻井难点与对策

长水平段水平井因为需要施工的水平段比较长，因此在钻井施工的过程中还存在许多的技术难点，对产生这些技术难点进行系统分析，并提出相应的技术对策，对长水平段水平井安全、优质、高效施工具有非常重要的意义。

2.1 轨迹设计、控制难题及对策

长水平段水平井不同于一般的水平井，因为其要施工很长的水平井段，必然会引起钻井施工中的摩擦阻力和旋转扭矩，因此在进行长水平段水平井钻井井眼轨迹设计的时候，如何让摩阻与扭矩最小是需要重点考虑的问题。从另一个角度来说，在长水平段水平井钻井施工过程中，随着水平段的不断延长，钻具与下井壁的接触面积也逐渐地在增大，随之施工的摩阻与扭矩就在增加，会使定向钻井施工的时候工具面难以摆正，钻压难以传递给钻头，这就给定向工程师轨迹控制工作带来相当大的困难，甚至造成井眼轨迹失去控制，影响砂岩的钻遇率。基于长水平段水平井轨迹设计与控制中遇到的技术难题，需要系统地解决。首先在进行长水平段水平井钻井轨迹设计的时候，需要应用钻井轨迹设计软件根据地质目标点的深度优选不同的造斜点、造斜率和井眼轨迹的类型，进行多套轨迹的模拟设计，并对每套轨迹设计方案进行摩阻与扭矩的预测分析，然后优选出轨迹类型最简单、现场可操作性最强、施工摩阻和扭矩最小的方案。其次在井眼轨迹控制过程中，控制人员要根据区域地质概况以及以往井的施工情况，优选造斜工具和钻具组合，强化轨迹施工技术措施，按照“少定多转、勤调少调”的原则，使井眼轨迹更加光滑，降低施工摩阻扭矩。

2.2 摩阻扭矩大及对策

在长水平段水平井的施工中，随着水平段的不断延伸，钻具与下井壁的接触面积也不断地在增加，这也就使得钻具在轴向上和周向上的摩擦阻力与旋转扭矩都会增大，同时钻具在与下井壁接触的过程中使下井壁附近的钻井液流动速度非常慢，造成下井壁的岩屑不能及时地随着钻井液返出到地面，使井壁与钻具之间的摩擦系数明显增加，润滑的效果非常差，这也会增加摩擦阻力和扭矩。为了降低长水平段水平井施工的摩擦阻力和扭矩，需要从以下几个方面入手：一是在全井应用 18°斜坡钻杆，降低钻具与井壁之间的摩擦阻力；二是优化钻具组合，采用倒装钻具组合，这种钻具组合就是将比较重的鉆具放置在直井段或者井斜角小的井段，有利于钻压的传递，同时应用加重钻杆代替钻铤，减少钻具与井壁的接触面积；三是调整钻井液性能，使钻井液具有良好的润滑性、流变性和携带、悬浮岩屑的能力，降低长水平段水平井施工的摩阻；四是应用摩阻与扭矩检测软件，根据已钻井眼的摩阻系数来预测未来要钻井眼的摩阻与扭矩，然后采取相对应的技术措施来降低施工的摩阻与扭矩。

2.3 岩屑床的形成与对策

在水平井的施工中，岩屑床的形成是不可避免的，特别是在长水平段水平井的施工中，由于水平段比较长，岩屑在自身重力的作用下会沉向下井壁，而下井壁的钻井液流速又非常的慢，因此就会堆积在下井壁，所以在大斜度井段和水平井段就会有岩屑床的形成。一旦岩屑床的厚度达到一定的值，就会影响施工安全，造成起下钻阻卡等复杂情况的发生。如何把岩屑床的厚度控制在不影响钻井安全的范围内，是我们施工长水平段水平井需要重点考虑的问题。根据岩屑床形成的机理分析认为，搞好井眼净化是避免岩屑床形成的关键。首先是增大长水平段水平井施工的钻井液的排量，在保证地面设备能够承受的情况下，尽量提高施工

排量，保证环空返速在1.2m/s 以上；其次是改善钻井液的性能，使钻井液具有比较高的动切力，增加钻井液携带岩屑的能力；第三是定期进行短起下钻，有效破坏已经形成的岩屑床，在下钻过程中分段循环划眼，使岩屑及时返出地面。

2.4 润滑防卡、井眼稳定问题与对策

长水平段水平井随着摩阻和扭矩的增大，往往会发生粘吸卡钻和键槽卡钻的风险，同时由于水平段的不断延长，在各种作用力的综合作用下，井眼的稳定性也会出现问题，因此在钻井液的维护与处理中需要注意以下几点：一是在钻井液中加入足量的固体润滑剂和液体润滑剂，保证钻井液具有极低的润滑系数，可以防止粘吸卡钻的发生；二是严格控制钻井液的滤失量和泥饼厚度，保证井眼的畅通；三是采用四级固控设备保证钻井液具有较低的固相含量和含砂量，增加钻井液的润滑性；四是选择合适的钻井液密度。钻井液密度要根据压力剖面进行合理地选择，既要平衡地层压力有效支撑井壁，又要防止井漏，保护储层。

3 结论与建议

尽管在长水平段水平井施工中存在着轨迹设计与控制的难题、摩阻和扭矩大的难题、易形成岩屑床的难题和润滑防卡、井眼稳定的难题，但是针对这些难题优选钻井工具、优化钻具组合、调整好钻井液性能，配合合理的短起下钻等技术措施，甚至应用当今世界上先进的旋转导向钻具技术，就能够保证长水平段水平井安全、优质、高效的施工。

参考文献

[1] 白臣.长水平段水平井钻井完井技术难点与对策分析[J].化工管理，2015（21）：73.

（作者单位：长城钻探钻井一公司）