張吉平+王洪臣+潘躍明+王慶江+牟春書(shū)+侯慶峰

[摘 要]隨著薄層、頁(yè)巖油氣的大規(guī)模開(kāi)發(fā)極大地提升了水平井鉆井技術(shù)的應(yīng)用。水平井鉆井技術(shù)適用范圍廣、油井產(chǎn)量大，目前已成為國(guó)內(nèi)外開(kāi)發(fā)油氣能源使用的主要技術(shù)手段。本文針對(duì)水平井鉆井技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀，分析了應(yīng)用的不足之處，在此基礎(chǔ)上從井身剖面設(shè)計(jì)、鉆具的選擇和使用、鉆井液的選擇、水平井段長(zhǎng)度的確定和水平井柱的設(shè)計(jì)等方面，探討了水平井鉆井技術(shù)的應(yīng)用對(duì)策。

[關(guān)鍵詞]水平井；鉆井；應(yīng)用現(xiàn)狀；井身剖面；技術(shù)對(duì)策

中圖分類號(hào)：TE242 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2017）33-0022-01

0 引言

隨著薄層、頁(yè)巖油氣的大規(guī)模開(kāi)發(fā)極大地提升了水平井鉆井技術(shù)的應(yīng)用。水平井技術(shù)適用范圍廣、單井產(chǎn)量大，目前已成為國(guó)內(nèi)外開(kāi)發(fā)油氣等能源時(shí)廣泛使用的技術(shù)手段。水平井概念最早于上世紀(jì)二十年代提出，經(jīng)過(guò)近百年的發(fā)展歷程，目前已在多個(gè)國(guó)家得到廣泛的研究和應(yīng)用。本文將在對(duì)水平井進(jìn)行簡(jiǎn)要闡述的基礎(chǔ)上，論述水平井鉆井優(yōu)化技術(shù)。

1 水平井技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

水平井是井斜角接近90°，且井眼在產(chǎn)層內(nèi)橫向衍生的油氣井。水平井的獨(dú)特構(gòu)造可以增大油氣層中石油等能源的裸露面積，便于較薄的油氣層和裂縫性油氣藏的開(kāi)發(fā)。井眼軌道控制、隨鉆測(cè)量、井壁穩(wěn)定等技術(shù)是目前常用的水平井鉆井技術(shù)。根據(jù)水平井的垂直段到水平段的曲率半徑，可以分為長(zhǎng)、中、中短、短、超短半徑水平井，施工難度依次由易而難。

與一般的定向井不同，水平井設(shè)計(jì)綜合性強(qiáng)、涉及學(xué)科多，開(kāi)發(fā)難度較大，主要體現(xiàn)在：軌道控制難度大、精度高，管柱受力復(fù)雜，鉆井液選擇范圍小，井下作業(yè)困難，固井、完井困難等方面。

通常，水平井鉆井過(guò)程自上而下依次為地面設(shè)置搭建、井下工具及儀器準(zhǔn)備、套管、曲率半徑計(jì)算、完井、儲(chǔ)集層施工等，而水平井設(shè)計(jì)過(guò)程則于鉆井過(guò)程順序相反，按自下而上的順序設(shè)計(jì)。

水平井的設(shè)計(jì)可以分為完井、水平井眼、造斜和垂直四個(gè)階段。在完井階段需要明確對(duì)完井工具、采油設(shè)備以及工業(yè)技術(shù)的要求，確定井眼尺寸和套管程序。水平井眼階段需要完成鉆井液的選擇、鉆具設(shè)計(jì)、鉆頭選擇、水利參數(shù)的確定等工作。造斜階段除了要考慮到上述各階段的設(shè)計(jì)要求外，還要進(jìn)行造斜點(diǎn)、增斜率的選擇。在垂直階段進(jìn)行的設(shè)計(jì)工作要保持與前三個(gè)階段工作的一致性和配套性，同時(shí)為以后的施工準(zhǔn)備好條件。

與國(guó)外先進(jìn)的水平井技術(shù)應(yīng)用相比之下，雖然我國(guó)也已經(jīng)在普遍采用這項(xiàng)生產(chǎn)技術(shù)，但是在鉆井設(shè)備、鉆井工具和儀器方面還存在很大差距，由其是自動(dòng)化鉆井、水平井技術(shù)的集成系統(tǒng)和綜合應(yīng)用方面差距比較大。目前我國(guó)油田講求“少井高產(chǎn)”，而水平進(jìn)技術(shù)作為實(shí)現(xiàn)這項(xiàng)目標(biāo)的重要技術(shù)支撐，發(fā)揮著其越來(lái)越重要的作用。雖然國(guó)內(nèi)水平井施工基本能夠滿足需要，但是還需要引進(jìn)更為先進(jìn)的技術(shù)和設(shè)備，堵住適應(yīng)薄油層和邊部斷塊油藏的LWD、SWD儀器數(shù)量不足等缺口。

2 水平井技術(shù)應(yīng)用的不足之處

2.1 工藝技術(shù)配套性差

我國(guó)雖然已經(jīng)有十多年的水平井技術(shù)研究和推廣使用經(jīng)驗(yàn)，在很大程度上優(yōu)化了水平井鉆工藝的設(shè)計(jì)，在井眼軌道控制等方面也有較大的提高，但是，在水平井下部鉆具組合受力分析、水平井安全鉆井鉆井速度等方面的研究還不夠深入，水平進(jìn)采油、作業(yè)及增產(chǎn)措施等也存在很大不足，難以滿足油田水平井的大規(guī)模應(yīng)用需求，對(duì)水平井應(yīng)用效果和規(guī)模的實(shí)施形成陰礙，從而影響經(jīng)濟(jì)的提高。

2.2 設(shè)備配套差和性能不穩(wěn)定

我國(guó)現(xiàn)在的大部分設(shè)備過(guò)于陳舊老化，性能不穩(wěn)定，有一部分設(shè)備不配套，水平井施工需要的頂驅(qū)設(shè)備大都在為國(guó)外或外油田服務(wù)，這就造成設(shè)備存在很大的安全隱患，一旦出現(xiàn)故障，需要花費(fèi)較長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行維修，進(jìn)而影響整個(gè)施工周期。另外LWD儀器和MWD儀器非常適合薄油層的開(kāi)發(fā)，但卻供應(yīng)不足，難以適應(yīng)國(guó)內(nèi)油田水平井快速發(fā)展的需要。

2.3 缺乏專業(yè)的技術(shù)人員和施工隊(duì)伍

專業(yè)的水平井技術(shù)服務(wù)公司和專業(yè)技術(shù)人員在國(guó)內(nèi)非常短缺，水平井施工隊(duì)伍和現(xiàn)場(chǎng)專技人員流動(dòng)性和隨意性很大，造成施工不熟練，專業(yè)技術(shù)能力掌握不夠，很大程度地影響到水平鉆井的施工進(jìn)度，并給施工帶來(lái)安全隱患。

3 水平井鉆井技術(shù)應(yīng)用技術(shù)對(duì)策

3.1 做好井身剖面設(shè)計(jì)

3.1.1 井身剖面設(shè)計(jì)考慮因素

通常水平井鉆井中存在井眼軌道較長(zhǎng)、鉆井困難等實(shí)際問(wèn)題，因此在進(jìn)行井身剖面設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)特別考慮到以下幾點(diǎn)：滿足當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)要求、盡可能避開(kāi)復(fù)雜地層；盡量?jī)?yōu)化增斜率曲線、方便施工；便于井眼清潔；盡量減少下鉆和鉆進(jìn)時(shí)的扭矩和磨阻。

3.1.2 井身剖面類型選擇

水平井的剖面類型通?？煞譃樾∷轿灰菩秃痛笏轿灰菩?。

小水平位移型剖面又稱“J”型剖面，僅由垂直、造斜、垂直延伸三個(gè)井段構(gòu)成，剖面簡(jiǎn)單，適合于厚度較大的油層。

大水平位移型剖面則由垂直井段、第一、第二造斜段和水平段等構(gòu)成，適合于中長(zhǎng)半徑的水平井。

3.2 直井段優(yōu)化井身結(jié)構(gòu)

直井段一開(kāi)和二開(kāi)均采用單螺扶鐘擺鉆具組合進(jìn)行鉆進(jìn)，在一開(kāi)鉆進(jìn)中采用輕壓慢轉(zhuǎn)、吊打方式，確保一開(kāi)打直；在二開(kāi)上部井段采用高轉(zhuǎn)速低鉆壓方式鉆進(jìn)來(lái)控制井斜，同時(shí)用電子單、多點(diǎn)進(jìn)行軌跡監(jiān)控，為下步施工創(chuàng)造有利條件。

3.3 鉆具的選擇和使用

造斜鉆具通常采用彎接頭和動(dòng)力鉆組合，造斜鉆具彎接頭的彎曲角越大、鉆鋌剛性越高，則鉆具組合造斜能力越強(qiáng)、造斜率越大。通常彎接頭彎曲角度在1°-2.5°之間的范圍內(nèi)進(jìn)行選擇，同時(shí)應(yīng)根據(jù)井段的直徑大小選擇合適的動(dòng)力鉆。

增斜鉆具一般為雙穩(wěn)定器鉆具的組合，根據(jù)杠桿原理而設(shè)計(jì)。增斜鉆具在選擇時(shí)，應(yīng)考慮到下部鉆井規(guī)格以及雙穩(wěn)定器間距離要求。

穩(wěn)斜鉆具通常為鉆頭、穩(wěn)定器（3個(gè)）、鉆鋌（含短鉆鋌和單根鉆鋌）的組合。

降斜鉆具通常為鐘擺鉆具的組合，應(yīng)根據(jù)井眼尺寸選擇合適的鉆壓。

3.4 鉆井液選擇

在鉆井液的選擇上，要考慮到地質(zhì)情況、工程情況和成本預(yù)算等三方面。目前，正電膠鉆井液、各種聚合物鉆井液、清潔鹽水聚合物完井液得到了較廣泛的應(yīng)用。

3.5 水平井段長(zhǎng)度的確定

水平井的水平井段長(zhǎng)度并非越長(zhǎng)越好，在實(shí)際中，應(yīng)綜合考慮多方面因素，確定水平井段的最佳長(zhǎng)度。通常需要考慮的因素有：1）油層的構(gòu)造；2）油層的產(chǎn)油能力；3）采油工藝的技術(shù)水平；4）操作者的個(gè)人能力；5）相關(guān)鉆井設(shè)備的能力；6）摩阻、扭矩等方面的制約；7）井眼在鉆進(jìn)過(guò)程中的穩(wěn)定性。

3.6 水平井鉆柱的設(shè)計(jì)

通過(guò)鉆柱設(shè)計(jì)，盡可能的減小在水平井施工過(guò)程中的摩阻和扭矩是水平井鉆井成功的保證。因此，在鉆柱設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮到如下因素：（1）現(xiàn)有設(shè)備和材料的能力；（2）鉆柱應(yīng)保證在井段施工過(guò)程中產(chǎn)生摩阻、扭矩及各種應(yīng)力不能超過(guò)管材的極限值；（3）合理減輕鉆柱總重、設(shè)計(jì)好各構(gòu)件的安裝位置；（4）井壁與接頭間的接觸力應(yīng)保持在安全范圍內(nèi)；（5）盡可能選擇性價(jià)比高的管材。

4 結(jié)束語(yǔ)

水平井鉆井技術(shù)應(yīng)用表明，直井段的防斜打直，是減少后期滑動(dòng)鉆進(jìn)過(guò)程中摩擦阻力，提高鉆井速度、避免造斜初期井眼局部狗腿度過(guò)大，是預(yù)防或避免井下事故和復(fù)雜情況實(shí)現(xiàn)安全高效鉆井的重要手段。

針對(duì)現(xiàn)階段，我國(guó)水平井技術(shù)的應(yīng)用之不足和各種存在的問(wèn)題，旨在通過(guò)完善水平井鉆井工具和儀器，進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)技術(shù)配套的研究，達(dá)到能滿足各種油藏類型的水平井施工需求，不斷提高水平井的施工質(zhì)量，加快水平井的施工進(jìn)度，提高油層的鉆遇率，提高鉆井施工的工效。

參考文獻(xiàn)

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