【摘要】鉆井摩阻是影響水平井發(fā)展的關(guān)鍵因素。通過實(shí)踐資料統(tǒng)計與有限元計算對鉆柱屈曲行為與軌跡控制進(jìn)行詳細(xì)分析，同時對鉆井液密度與水平井在鉆井過程中的摩阻關(guān)系及影響展開探討。

【關(guān)鍵詞】水平井；鉆井摩擦；屈曲；影響因素；減摩技術(shù)

我國一些油氣田由于所在區(qū)域的不同導(dǎo)致一些儲層存在特殊性，如埋藏較深、巖石性質(zhì)密度高、低孔低滲以及裂縫對產(chǎn)能貢獻(xiàn)比例大等地質(zhì)差異，在這種地質(zhì)差異的影響下加大了對儲量應(yīng)用的難度。要想對該類儲層進(jìn)行有效率保證的開發(fā)工作必須將目標(biāo)鎖定在對基質(zhì)連通面積的增加上。增加連通面積最好的途徑就是裂縫，裂縫可以通過人為或?qū)ΜF(xiàn)有的天然裂縫進(jìn)行利用，如對天然裂縫實(shí)施鉆穿等方式來實(shí)現(xiàn)。平常直井形成的儲層泄流面積太小，不容易勘探開發(fā)。水平井特殊井眼可以使儲層泄流面積加大，并提升角度裂縫鉆遇率，使單井產(chǎn)量有所增加。針對水平井與復(fù)雜結(jié)構(gòu)井技術(shù)實(shí)現(xiàn)致密氣的經(jīng)濟(jì)開發(fā)已經(jīng)在很多國家相繼展開，并且在實(shí)踐中取得了較好的成績，然而因水平井摩阻而引發(fā)的一系列負(fù)面問題卻很常見。為此對水平井摩阻影響因素進(jìn)行探討對提高水平段的延伸力與脫壓問題有著重要幫助。

1.摩擦影響因素分析

1.1鉆柱屈曲行為

鉆進(jìn)時，鉆柱會受本身重量的影響與井壁發(fā)生摩擦，另外壓力會導(dǎo)致鉆柱發(fā)生形變，如彎曲，這種形變又被稱為屈曲。屈曲后的鉆柱會受到井壁的支撐，在一定時間內(nèi)其穩(wěn)定性不會受到太大影響，但是在軸向壓縮載荷突破鉆柱屈曲極限時，鉆柱就會損壞。屈曲現(xiàn)象推進(jìn)了鉆柱與井壁的接觸，從而造成更大的摩阻扭矩。

鉆柱的屈曲和摩擦?xí)︺@柱軸向力傳遞造成直接影響，因此鉆頭無法順利鉆壓，放慢鉆井速度同時縮短水平井水平段長度。

1.2軌跡控制

一般在鉆井之前會先設(shè)計一條井眼軌跡曲線，因?yàn)槟ψ枧ぞ卮笮芫圮壽E影響。為了滿足油氣層勘探開發(fā)的不確定性，必須對靶點(diǎn)進(jìn)行調(diào)控，在水平段添設(shè)更多的控制點(diǎn)。為了滿足井眼軌跡控制需求，需要較大的井斜起伏度，最終水平段井會變成W形，使鉆井發(fā)生更大的摩擦，后期套管的下入也會受到影響。

1.3鉆井液密度

在對高壓致密地層水平井進(jìn)行鉆井時，時常出現(xiàn)摩阻現(xiàn)象，并且摩阻程度較大，這主要是由于鉆井液密度過高所導(dǎo)致的。當(dāng)鉆井液密太高時，會使內(nèi)部鉆柱在外壓差的作用下向井壁貼進(jìn)，從而加大接觸面積，造成較大的摩阻。

2.水平井鉆井減摩技術(shù)

據(jù)國內(nèi)外文獻(xiàn)以及油田實(shí)際情況，對大位移井或水平井等阻摩較大的井，慣用以下措施來減少摩阻和扭矩：優(yōu)化井眼軌跡；優(yōu)化井身結(jié)構(gòu)與鉆具；選用優(yōu)質(zhì)鉆井液；利用降低摩擦或扭矩的特殊工具。隨著對水平井鉆井技術(shù)的研究與實(shí)踐，與之相對應(yīng)的施工工具也應(yīng)得到進(jìn)一步重視，只有加快對配套工具的研發(fā)才能使水平井作業(yè)達(dá)到理想需求。為此，本文將對新研發(fā)的水平井鉆井減摩降阻工具進(jìn)行詳細(xì)介紹。

2.1結(jié)構(gòu)

圖1為新型減摩降阻工具結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示，整個減摩降阻工具分為a、b、c、d四個組成部分。a是整個工具的整體，由芯軸、止推環(huán)、控制軸承間距環(huán)、硬質(zhì)合金滾輪、安裝軸、減摩軸承套與軸承固定螺絲等部件組合而成；b為A向視圖，從圖中可以發(fā)現(xiàn)在工具外圓處分布有滾輪，數(shù)量為12個，并且有內(nèi)螺紋，作用是方便與上部鉆柱連接。c為B向視圖，圖中可以從正反兩個角度觀察到滾輪的分布，同樣在工具下方也配有螺紋，是用來與下部鉆柱連接的。d是減摩軸承套，這是一個組合型減摩軸承套，可以將兩個軸承套組裝為一個完整的減摩軸承套。每個軸承套內(nèi)設(shè)有三個安裝槽，每個安裝槽可以安裝兩個滾輪。

2.2工作原理

水平井鉆井減摩降阻工具的應(yīng)用對象主要是大位移井、水平井以及定向井，不但能減少摩阻扭矩，還能對接頭與套管起到減磨損的作用，有效避免壓差卡鉆，大幅度提升機(jī)械鉆速，因?qū)Я鞑鄣奶厥庠O(shè)計可以使井眼凈化效率提高。該工具適用范圍較廣，多數(shù)井下作業(yè)都可應(yīng)用該工具來完成，弱化鉆井摩阻與扭矩。

2.3主要技術(shù)參數(shù)

該工具的外徑為165.1mm，其最大外徑有187.0mm。該工具長度為1230.0mm，推薦井眼直井215.9mm。

2.4關(guān)鍵技術(shù) 該工具的關(guān)鍵部件在于組合式減摩軸承套，軸承內(nèi)部有涂層，外圓表面有很多滾輪安裝槽，每個安裝槽可裝備兩個滾輪，滾輪在安裝槽內(nèi)可以滾動。滾輪之間相互咬合連接在一起。首尾相連，形成一個圓環(huán)。兩個軸套非常牢固，完全不會因上下受力或徑向旋轉(zhuǎn)而分離。

為了促進(jìn)該工具在鉆井時的攜巖能力，在心軸的上下處分別設(shè)有螺旋導(dǎo)流槽，尤其在水平井與大位移井這樣容易堆積巖石碎末的井，螺旋槽可以通過擾動來阻礙巖石碎屑，起到清潔井眼的作用。

2.5特點(diǎn)介紹 專門針對定向井與水平井以及大位移井而設(shè)定，可有效減少這三類井在鉆井時所產(chǎn)生的摩阻與扭矩，工具耐用，不易損壞，安裝便捷，使用性能穩(wěn)定且作業(yè)時間持久，工具內(nèi)部自帶保護(hù)零件功能，同時具備井眼清潔功能。

結(jié)束語

本文針對水平井對鉆井所產(chǎn)生的摩阻及屈曲進(jìn)行了介紹并總結(jié)其發(fā)生過程及原因，為了促進(jìn)水平井鉆井發(fā)展，提升鉆井作業(yè)質(zhì)量，除了避免易引發(fā)摩阻與屈曲的因素，還要善于利用工具，如本文所介紹的減摩降阻工具就是非常好的鉆井作業(yè)工具，除了可以有效減少水平井鉆井時所產(chǎn)生的摩阻和屈曲，其工具自身特有的優(yōu)異性也非常利于鉆井作業(yè)，相信隨著減摩降阻工具的推廣和應(yīng)用，我國水平井鉆井摩阻問題會得到有效解決。

參考文獻(xiàn)

[1]王秀亭，汪海閣，陳祖錫，唐雪平.大位移井摩阻和扭矩分析及其對鉆深的影響[J]. 石油機(jī)械，2005（12）

作者簡介

毛文縱（1985-），男，漢族，湖北武穴人，畢業(yè)于長江大學(xué)石油地質(zhì)專業(yè)，工程師，現(xiàn)主要從事定向井、水平井技術(shù)服務(wù)工作。