水平井钻井液技术研究

赵 峰

（中国石油渤海钻探工程有限公司第一钻井分公司，天津300280）

石油企业为提升自身勘探水平和经济效益开发水平，在钻井过程中不断引入定向井技术和测试技术，使得当前水平井钻井的规模逐渐扩大。当前，水平井钻井技术已经成为现代油气资源勘探和开发的主要技术手段。在进行钻井的过程中，采用斜井段钻井技术不可避免会钻遇稳定的沉积层，并随着井斜角的增加而不断增厚[1]。同时，传统钻井技术在实际应用过程中存在钻井位置下方出现井壁沉淀物，容易造成钻井液均衡性遭到破坏；停泵过程中钻屑整体出现下滑现象等问题，严重影响钻井质量和钻井安全。因此，针对当前钻井过程中存在的问题，结合LWD技术和旋转导向，开展水平井钻井液技术研究。

1 水平井钻井液技术研究

1.1 基于LWD技术的钻井液配方选择

为了确保钻井工作的顺利实施，引入LWD技术进行钻井工程参数数据的测量。在此过程中，选择庄1-5平井作为钻探施工研究对象，从斜段开始进行钻井液研究。根据施工过程的实际工作需求，应先使用参数传感器进行电阻率参数与自然伽马参数获取[2]。在此过程中，要求使用钻井工具在井口进行测试，确保多项装置完全连接且通信无误后，将设备下入井中。上述过程用到的钻具组合为：∅215.9mm钻头+∅172mm单弯螺杆（1.5°）+加重钻杆10根+伽马短节钻杆2根+钻杆若干根。当钻探的井深为1535.0m时，钻探杆应伸至超过1600.0m处，在此种情况下，进尺深度为128.35m。当钻杆进入井口后，等待仪器呈现自然稳定的工作状态，此时可根据井下实际情况，将地质参数等相关数据持续传递到地面接收装置。同时，控制计算机设备，按照井下传递的信号，进行测量曲线的绘制。实时传输的信号数据中包括：自然伽马参数、地磁场信号、电阻率信号与设备探测深度等；还包括进尺数据、地层岩浆裸露时间等[3]。在此基础上，根据测量设备的下井速度，结合相关实地调研成果，获取井下工程参数。整理得到的数据，将数据按照工程的实际标准，调整格式，并留以待用。

根据上述通过LWD技术完成对钻井现场的各参数测量后，根据需要对钻井液的润滑剂材料和润滑剂量进行选择。结合上述钻井参数，选用FRH-8型号的乳化润滑剂。在加入钻井液当中时，FRH-8型号乳化剂能够保证挤压润滑系数达到最小。乳化剂的加量越多，钻井液的润滑效果越好，同时考虑到经济问题，选择在钻井液当中加入8%~10%的乳化剂。

1.2 基于旋转导向的钻井液指定方向引入

在完成钻井工程参数测量的基础上，基于旋转导向设定钻井液钻进方向。考虑到钻井液钻进过程中会受到井壁的推靠力，导致钻井液钻进方向与预期相比产生偏差。因此，必须综合考虑旋转导向下钻井液的旋转阻力。通过计算的方式，获取旋转导向下钻井液指定方向钻进对井壁的推靠力。设旋转导向下钻井液指定方向钻进对井壁的推靠力目标函数为F，则有公式（1）：

式中：l——水平井钻井液技术钻进作用点与水平井井眼之间的距离；

d——水平井旋转导向下水平井钻井液旋转阻力，N；

α——旋转导向角度。

通过公式（1），得出旋转导向下钻井液指定方向钻进对井壁的推靠力。在此基础上，以钻井液指定方向钻进对井壁推靠力减小的方向，作为钻井液指定钻进方向。

通常情况下，在钻井过程中导向装置伸缩方向上的活塞直径是恒定不变的，而翼片结构的作用力大小会受到导向装置中钻具的内外液压差影响。因此，在具体钻井过程中，由于水平井钻井液技术的钻速相对较慢，而在钻井液压力大小保持不变的情况下，井底内外压差可以将其看作一个恒定不变的数值[4]。此时，翼片结构对井壁的作用力同样也可看作是一个恒定不变的数值。因此，结合这一特点，根据上述公式（1）计算结果完成对钻井液指定方向的钻进。

1.3 钻井液现场分段维护及处理

在完成相关数据参数的获取及钻进处理后，将对区域工程进行后期分段维护。由于岩屑在钻探过程中会呈现出一定的散沙状，若不及时对其进行维护处理，可能会使区域出现坍塌问题。因此，可在钻进期间，按照一定比例，调制低浓度的粘稠试剂，使钻进液粘度在50.0~55.0s范围内即可[5]。在此基础上，持续使用0.5%~0.8%的XC试剂，循环使用以此提升井口边缘土质的粘度，此行为至少维持30.0~60.0s，从而实现对水平井钻井过程中的维护。

此外，针对井内地下水的维护问题，可采用聚合乙醇试剂的方式，提高井边缘钻井液的润滑度与聚合度，此项行为的实施，可保障水平井钻井液技术的顺利实施。根据上述分析，具体操作如下：在一开的施工井口，使用浓度为1.05%~0.65%的聚合黏胶，对井口进行冲洗，同时使用含碱性物质对水质进行初步净化，避免由于井下淤泥造成井内堵塞性污染；在二开的施工井口，可在施工过程中选择大量0.5%~0.8%的聚合黏胶，以此用于提高钻井液的抑制能力与地质造浆能力，避免在工程施工过程中对环境造成二次污染[6]。在此基础上，使用含铵盐的溶液试剂，进行钻井液的流型调整，持续使用高排量和提粘切药剂跟进。

随着钻井施工阶段的不断深入，可使用乳化润滑试剂（浓度至少在8.0%以上），进行钻井液润能力的进一步提升。总之，持续使用润滑液对钻井液现场进行分段维护与后期处理，是为了降低钻井施工过程中的摩擦系数，从而在确保钻井施工顺利实施的同时，为下一次井下施工工作的实施打下基础。综上所述，通过对工程参数的测量及后期处理，完成对水平井钻井液技术的研究。

2 实验分析

选择某施工空地作为实验环境，该区域近几年并未出现明显的活动迹象，并且区域内的地质结构相对稳定。拟建施工工程采用本文提出的水平井钻井液技术和传统钻井液，分别利用两种钻井液辅助钻井施工，比较两种钻井技术的实际施工效果，以此间接对比两种钻井液的效果。对实验过程中的数据进行记录，并绘制成如表1所示的实验结果对比表。

表1 两种钻井液应用后实验结果对比表

根据表1中的实验结果得出，在相同的钻井设备和钻井时间下，在本文提出的水平井钻井液技术辅助下，能够实现更深的钻井深度，而在传统钻井液技术的辅助下，仅能够达到327m钻井深度。因此，通过对比实验证明，本文提出的水平井钻井液技术在实际应用中具有更好的应用效果，钻井能够达到垂比最大的效果。

3 结束语

通过水平井钻井液技术研究，能够取得一定的研究成果，解决传统水平井钻井中存在的问题。通过实例分析证明，设计的水平井钻井液技术具有一定的现实意义，能够在现实中取得良好的应用效果，并以此为依据指导水平井钻井工作朝着更好的方向发展。在后期的发展中，应加大本文设计技术在水平井钻井中的应用力度。截至目前，国内外针对水平井钻井液技术研究仍存在一些问题，在日后的研究中还需要进一步对水平井钻井液的优化设计提出深入研究，为提高水平井钻井的综合性能提供参考。本文技术的不足主要在于没有针对本文设计技术，对水平井钻井过程中的注意事项加以仔细说明，在后续的研究中可以予以完善，进一步完善水平井钻井液技术方面的相关研究，真正意义上做到高效水平井钻井。