水平井安全施工隐患与技术对策探讨

王铭 王怀芝 王志刚

摘 要 水平井施工中存在的水平位移较大，井斜角度比较大、水平井段比较长的特点，因此，在施工中很容易发生井下的事故复杂情况，所以在进行水平井施工的时候应该深入研究水平井事故复杂发生的原因，制定水平井安全施工的技术对策，以确保水平井施工的安全，提高水平井的施工效率和效益。本文对水平井安全施工隐患与技术对策进行探讨，以供相关参考意见。

关键词 水平井施工;常见隐患;安全对策

1施工水平井易产生事故复杂的因素

1.1 钻具在井下的受力情况发生了根本变化

与直井相比，水平井最重要的特征是井斜角的存在，井斜可达90度或更大。正是这种大斜角的存在，使钻具在孔内的应力状况发生了根本性的变化。这种变化主要体现在以下方面：首先，从造斜点开始井斜角就逐渐地形成了，所以，从这一点开始在起下钻过程中就会使钻具被拉向上井壁，特别是造斜点距离井口比较浅的井，我们仔细观察，当钻井工具的口的底部高压侧相反的方向。其次，随着井深和井斜的不断增大，井下钻具在井壁下的分力也在不断增大。此时，无论是旋转复合钻井还是起下钻施工，都会增加钻井的摩擦和扭矩，增加施工风险。再次，由于井斜的存在和不断增大，钻头的应力也发生了根本性的变化。这个时候的钻头出现了侧向的分力，这个侧向分力根据增斜或者降斜的施工工况不同而方向也不相同，但是会使钻头出现早期的磨损，特别是当使用牙轮钻头效果更明显，相关数据显示，同样的牙轮钻头在平井使用寿命只是直井寿命的60%，因此极易发生钻头事故[1]。

1.2 容易形成岩屑床

水平井钻井施工过程中最大的安全隐患是容易产生岩屑床，这是因为水平井由于井斜角存在，水平井钻井工具在井下应力状态也发生了根本性的变化，会形成偏心环空，即工具由于自身重量的因素和井斜角， 井斜角，井壁的环空间隙就会变大，相应的钻井液速度较大， 而下井壁由于环空间隙变小，必然产生钻井液流速减小，而井筒内的岩屑会逐渐通过重力沉积在壁面上形成岩屑床。岩屑床在形成初期由于厚度很薄，不会影响钻井施工。然而，随着岩屑层堆积厚度的不断增加，不仅会增加钻进、起钻和下钻的摩擦，还会出现钻具卡死的问题，给水平井的施工带来安全隐患，甚至发生事故。

1.3 井壁容易失稳

水平井和直井是最大的一个不同就是井斜角存在，尤其是在水平井段，行进轨迹要在储层中横向穿行几百米，甚至几千米， 这样的横向穿行就使井壁的受力状况发生了根本性的变化，特别是有些地层由于不够稳定，吸水膨胀等，容易造成塌孔下降，即使形成稳定、过重的压力下，该井的水平段不稳定，容易发生复杂的井下事故。

2水平井安全施工对策

2.1 应用优质钻井液，降低摩阻与扭矩

钻井液称为钻井的血液，尤其水平井施工中，钻井液性能好坏直接影响水平井的施工安全与效率，因此在水平井的施工是选择那些有抑制能力强， 润滑性能好，携带和悬浮能力强的钻井液体系，如氯化钾盐钻井液体系，从而在钻孔施工中减少摩擦和扭矩，使钻具不发生疲劳破坏，确保施工安全。

2.2 做好井眼净化，降低岩屑床形成

如果井眼净化不好，岩屑床一旦形成将对井筒产生非常大的危害，为此一定要搞好井眼净化，避免岩屑床的形成[2]。

（1） 做好钻井工程设计。国内外科研机构研究表明，井斜角度在45°～ 65°之间的时候岩屑上返是最困难的，也是最容易形成岩屑床的井段，因此在钻井工程设计时应尽量避免的倾斜部分的长度， 所以在钻井工程设计井眼轨道的时候一定要优选造斜点和造斜率，減少45°～65°井段的长度，这样才能从设计源头上避免岩屑床大段形成。

（2） 强化施工参数。为了降低岩屑层的地层厚度，在水平井的钻井施工中一定要强化转速和排量等对携带岩屑有影响的施工参数。根据相关专家、学者，我们可以知道当水平井钻井施工，无论是在层流状态下，还是紊流状态下，随着钻井排量的增大，钻井液携带岩屑的能力不断增强，当钻井排量达到一个临界值，在理论上无法产生岩屑床，因此在215.9mm 井眼施工中一定要保证钻井排量达到34L/s以上，从而保证钻井液能有效携带钻头破碎岩屑，减小岩屑床形成的厚度。与钻井排量匹配的转盘转速也能够同样起到协助井眼净化的作用，当转盘转速逐渐增加以后，钻井液会在高转速的情况下进行搅动，这样就会使井筒低边的岩屑在钻井液搅动离心力的情况下被激活，而随着钻井液上返到地面，从而使井眼低边净化的更为干净，保证岩屑床不能够形成。

（3） 及时短起下钻。在岩屑床没有彻底形成的时候，一定要根据井下的摩阻和扭矩情况及时进行短起下钻进行对岩屑的破坏，并在下钻到底后大排量进行循环洗井，地面应用四级固控设备，保证破坏的岩屑床及时上返到地面的同时，还能够被四级固控设备及时清除出钻井液中，使钻井液的含砂量和有害固相含量都符合水平井的施工要求。

2.3 保证井壁稳定

在水平井施工中，为了保证井壁的稳定，首先是要平衡上覆岩层的压力。因此，需要对整个井筒的覆盖层压力进行评估和确定，然后根据压力数据确定钻井液密度，使整个井筒的应力在物理上处于平衡状态。二是调整钻井液的性能，保证钻井液具有低失水的特性，使井壁上形成的泥饼薄而致密，从而使井壁更加稳定。三是在起下钻过程中控制速度，避免形成压力刺激和吸力，导致井壁失稳[3]。

3结束语

随着科技的发展和随钻仪器不断地更新，水平井钻井将会越来越多，但是水平井施工的不安全因素也非常多，因此在水平井施工中根据不同井的地层特点选用性能优良的钻井液，搞好井眼清洁，强化井壁稳定技术措施，才能保证水平井施工的安全与高效。

参考文献

[1] 陈立学.水平井施工事故复杂原因分析及预防措施[J].西部探矿程，2019（7）：91.

[2] 马生居.井眼卡钻事故探究[J].化工设计通讯，2016（1）：83-84.

[3] 郭盛堂，高辉，孟祥波.Y5-FP1长水平段水平井钻井施工技术[J].石油和化工设备，2018（9）：56-58.