王超

[摘 ?要]近幾年，水平井鉆井技術在我油田得到了快速發(fā)展，施工技術逐步完善和成熟，已成為油田實現(xiàn)高效勘探開發(fā)的重要技術手段，特別是在薄油氣藏和淺層油氣藏開發(fā)方面取得了較好的經(jīng)濟效益，本文對水平井鉆井技術從合作、試驗探索、發(fā)展到逐步走向成熟的過程進行了分析淺談，汲取施工過程中的經(jīng)驗與教訓，從水平井的設計、現(xiàn)場軌跡控制、井下復雜情況的預防等方面進行總結，對水平井技術的進一步發(fā)展和完善提供有益的經(jīng)驗。

[關鍵詞]水平井、MWD、LWD、軌跡控制、薄油氣層、經(jīng)驗與教訓

中圖分類號：TE243 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）23-0029-01

概述

水平井一般是指井斜大于85？且在產(chǎn)層內(nèi)鉆進一段“水平”井段的特殊形式的油氣井，水平井技術于20世紀20年代提出，40年代付諸實施，80年代相繼在美國、加拿大、法國等國家得到廣泛工業(yè)化應用，并由此形成一股研究、應用水平井技術的高潮。如今，水平井鉆井技術已日趨完善，由單個水平井向整體井組開發(fā)轉變，并以此為基礎發(fā)展了水平井各項配套技術，與欠平衡等鉆井技術、多分支等完井技術相結合，形成了多樣化的水平井技術。

一、水平井的關鍵技術

水平井的施工與常規(guī)定向井的施工有完全不同的特點，技術含量高，施工難度大，只有認識與掌握其特殊性才能夠?qū)ΠY下藥，保證水平井的安全快速鉆井，水平井的關鍵技術有以下幾方面：

1、剖面設計與井眼軌跡優(yōu)化

井身剖面設計是否科學是水平井施工的關鍵點，水平井的剖面分為三種：長半徑（造斜率小于6°/30m）、中半徑（造斜率為6°～20°/30m）和短半徑（造斜率大于30°/30m），我國油田大部分水平井為中半徑水平井，利用定向軟件模擬某一特定鉆柱設計的扭矩和摩阻對比結果如下：短半徑剖面中產(chǎn)生扭矩最低而摩阻最大，加劇鉆桿和套管的磨損;中半徑剖面產(chǎn)生的摩阻和扭矩適中;長半徑剖面由于斜井段較長，會產(chǎn)生較大的下放載荷，即下滑的阻力較大，而且旋轉扭矩也比較大，對鉆柱強度的要求比較高。因此水平井剖面一般介于中長半徑之間，用常規(guī)的彎殼動力鉆具即能實現(xiàn)，扭矩和摩阻比較小，井下安全風險小;水平井剖面設計的原則一是工程上容易實現(xiàn)，用常規(guī)螺桿加無線隨鉆跟蹤即可實施，井下不易產(chǎn)生鍵槽和磨損套管，軌跡控制難度小;二是剖面設計按懸鏈線設計，其拉力、扭矩、摩阻較小，有利于安全施工。

2、摩阻與扭矩

水平井大井斜井段較長，鉆進時鉆具基本上是躺在井眼的下井壁上，鉆具的“重力效應”非常顯著，致使鉆具在上提下放和旋轉時表現(xiàn)出較大的阻力和扭矩。影響阻力與扭矩的因素很多，諸如：井眼彎曲、鉆柱結構、鉆進參數(shù)、鉆井液潤滑性能、地層、井眼穩(wěn)定、巖屑床等等，在實際施工中主要采取選擇最優(yōu)的井身剖面（近懸鏈式剖面）、增強鉆井液的懸浮、攜帶與潤滑性能等措施減小阻力與扭矩。

3、鉆柱設計

水平井中鉆柱設計應同時滿足鉆柱強度要求和井眼軌跡對鉆柱的要求，并考慮簡單實用的原則，盡量減少井下接頭的數(shù)量，井斜越過45°以后使用無磁承壓鉆桿代替無磁鉆鋌，并進行鉆具倒裝，以地降低摩阻扭矩，保證鉆具向前推進與鉆進作業(yè)的進行，若水平段較長考慮選擇使用高扭矩接頭和加入減摩工具等來預防鉆具事故。

4、井眼凈化

在水平井中45°～60？的井段易形成巖屑床，嚴重影響鉆進速度和井下安全，如何有效凈化井眼關系到鉆井作業(yè)能否安全順利的進行，井眼凈化主要采取以下措施：

1）、增大排量，保持環(huán)空適當?shù)牧魉俜植?，最好使鉆井液產(chǎn)生紊流。

2）、鉆井液有較好的流變性能，有效地懸浮和攜帶巖屑。

3）、提高轉速和采取倒劃眼措施（需要頂驅(qū)配合）。

4）、起鉆前充分循環(huán)鉆井液（國外經(jīng)驗：循環(huán)4周）。

5）、進行短程起下鉆與分段接力循環(huán)。

6）、固相控制，用發(fā)四級固控。

5、套管問題

水平井下套管必須考慮三個主要條件：設備能下入的最大重量，下入重量的摩阻損失和下入重量的機械損失。機械損失是指由井下巖屑、坍塌、臺階、壓差、卡鉆、扶正器嵌入地層等引起的重力損失，也能減少套管的下入量，因而，在位移較大的水平井下套管中應多方考慮減小下套管的阻力的措施。

二、水平井發(fā)展狀況

（一）、試驗與探索階段（2000年以前）

1996年以前的定向井技術服務現(xiàn)場施工基本上照相式單多點、彎接頭加直螺桿、計算器現(xiàn)場計算、手工坐標紙繪圖施工，所有螺桿鉆具一般是單頭或雙頭的高轉速螺桿，鉆頭常是滾動軸承的鋼齒鉆頭，施工效率較低，施工的井一般都是井斜小于30°的常規(guī)定向井。先進的工具儀器是高難度定向井與水平施工的保證，必須有可靠的工具儀器才能保證大難度井安全高效施工。96年以后定向井工具儀器均取得了較大的進步，使定向井施工技術快速提升，逐步施工了多目標井、大斜度井和水平井。

（二）、水平井技術的發(fā)展階段（2001年～2007年）

2000年以后定向井儀器設備與軟件進步較快，為水平井技術發(fā)展和進一步推廣應用提供了有力的保障。從2006年根據(jù)東部的地層特點開始使用聚合物混油乳化鉆井液體系，該體系的流變性及防塌性能得到顯著改善，由過去的高動塑比、高粘切，逐步使鉆井液性能常規(guī)化。

（三）、完善與成熟階段-水平井安全鉆井技術（2007年以后）

目前水平井的施工由非常態(tài)走向常態(tài)，施工技術逐步提高和完善，水平井施工速度不斷提高。

1、優(yōu)化井身剖面設計，做好安全施工

水平井施工要嚴格按照設計好的井身剖面來控制井眼軌跡，關鍵點是造斜率的大小，在鉆進中對井斜和方位采用勤調(diào)和微調(diào)的方式保證實鉆軌跡在設計軌跡的附近，平滑井眼軌跡，所有施工的水平井沒有出現(xiàn)井下故障，為安全鉆井奠定了較好的基礎，

2、優(yōu)選鉆井液體系

水平井對鉆井液的要求更加嚴格，施工中必須保證其有良好的潤滑性、攜帶性、流變性和井壁穩(wěn)定性，針對河南油田的地層特點，結合近幾年的大斜度井、水平井施工經(jīng)驗和大量室內(nèi)實驗，確定了在直井段使用膨潤土聚合物鉆井液體系，斜井段和水平段使用聚合物乳化混油防塌鉆井液體系。利用聚合物鉆井液良好的流變性、較強的抑制性和潤滑性，滿足井壁穩(wěn)定和井眼凈化的要求。同時在聚合物防塌鉆井液中加入高分子量聚合物，進一步提高體系的抑制性和懸浮攜帶能力，近兩年所施工的水平井完井電測工作都比較順利。

3、井眼凈化與固相控制措施：

因在大斜度井段有巖屑床存在，因此井眼凈化是水平井安全施工的關鍵，在沒有特殊的工具儀器分析判定井眼清潔情況時可以根據(jù)鉆井中地面巖屑的反出量、旋轉扭矩與上提下放摩阻的大小來判定眼的凈化程度，若發(fā)現(xiàn)鉆進中返出巖屑量小或間歇性返砂，旋轉負荷重，上提下放摩阻大和鉆速變慢，表明目前井下存在巖屑床，必須采取特殊的處理措施。

4、優(yōu)化鉆具結構和加強鉆具管理

在井斜大于30°后不再使用鉆鋌加壓，全部改用加重鉆桿和用無磁承壓鉆桿代替無磁鉆鋌，并對鉆具進行倒裝;同時每次起下鉆要進行錯扣起鉆和鉆具的倒換，發(fā)現(xiàn)鉆桿彎曲和接頭處磨損超標或偏磨的一律更換;接頭使用超過300小時要及時進行更新;通過以上措施使鉆具的安全性大為提高。

三、認識與體會

推廣應用水平井鉆井技術具有較高的經(jīng)濟效益和社會效益，但水平井的技術要求更高，施工難度更大，它是一項技術嚴密的系統(tǒng)工程，涉及優(yōu)良的設備、地層特性研究、井口位置優(yōu)選、合理的井身結構、井身剖面優(yōu)化、井眼軌跡控制、嚴密的生產(chǎn)組織與技術管理、安全鉆井技術、現(xiàn)場工程和地質(zhì)人員的團結合作、套管結構及完井方法等，無論哪一個環(huán)節(jié)出問題都會導致井下復雜情況的發(fā)生，因而，對水平井施工的每一個環(huán)節(jié)必須嚴把質(zhì)量關，確保水平井的最終安全順利完成。