趙 峰

（中國(guó)石油渤海鉆探工程有限公司第一鉆井分公司，天津300280）

石油企業(yè)為提升自身勘探水平和經(jīng)濟(jì)效益開(kāi)發(fā)水平，在鉆井過(guò)程中不斷引入定向井技術(shù)和測(cè)試技術(shù)，使得當(dāng)前水平井鉆井的規(guī)模逐漸擴(kuò)大。當(dāng)前，水平井鉆井技術(shù)已經(jīng)成為現(xiàn)代油氣資源勘探和開(kāi)發(fā)的主要技術(shù)手段。在進(jìn)行鉆井的過(guò)程中，采用斜井段鉆井技術(shù)不可避免會(huì)鉆遇穩(wěn)定的沉積層，并隨著井斜角的增加而不斷增厚[1]。同時(shí)，傳統(tǒng)鉆井技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中存在鉆井位置下方出現(xiàn)井壁沉淀物，容易造成鉆井液均衡性遭到破壞；停泵過(guò)程中鉆屑整體出現(xiàn)下滑現(xiàn)象等問(wèn)題，嚴(yán)重影響鉆井質(zhì)量和鉆井安全。因此，針對(duì)當(dāng)前鉆井過(guò)程中存在的問(wèn)題，結(jié)合LWD技術(shù)和旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向，開(kāi)展水平井鉆井液技術(shù)研究。

1 水平井鉆井液技術(shù)研究

1.1 基于LWD技術(shù)的鉆井液配方選擇

為了確保鉆井工作的順利實(shí)施，引入LWD技術(shù)進(jìn)行鉆井工程參數(shù)數(shù)據(jù)的測(cè)量。在此過(guò)程中，選擇莊1-5平井作為鉆探施工研究對(duì)象，從斜段開(kāi)始進(jìn)行鉆井液研究。根據(jù)施工過(guò)程的實(shí)際工作需求，應(yīng)先使用參數(shù)傳感器進(jìn)行電阻率參數(shù)與自然伽馬參數(shù)獲取[2]。在此過(guò)程中，要求使用鉆井工具在井口進(jìn)行測(cè)試，確保多項(xiàng)裝置完全連接且通信無(wú)誤后，將設(shè)備下入井中。上述過(guò)程用到的鉆具組合為：?215.9mm鉆頭+?172mm單彎螺桿（1.5°）+加重鉆桿10根+伽馬短節(jié)鉆桿2根+鉆桿若干根。當(dāng)鉆探的井深為1535.0m時(shí)，鉆探桿應(yīng)伸至超過(guò)1600.0m處，在此種情況下，進(jìn)尺深度為128.35m。當(dāng)鉆桿進(jìn)入井口后，等待儀器呈現(xiàn)自然穩(wěn)定的工作狀態(tài)，此時(shí)可根據(jù)井下實(shí)際情況，將地質(zhì)參數(shù)等相關(guān)數(shù)據(jù)持續(xù)傳遞到地面接收裝置。同時(shí)，控制計(jì)算機(jī)設(shè)備，按照井下傳遞的信號(hào)，進(jìn)行測(cè)量曲線的繪制。實(shí)時(shí)傳輸?shù)男盘?hào)數(shù)據(jù)中包括：自然伽馬參數(shù)、地磁場(chǎng)信號(hào)、電阻率信號(hào)與設(shè)備探測(cè)深度等；還包括進(jìn)尺數(shù)據(jù)、地層巖漿裸露時(shí)間等[3]。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)測(cè)量設(shè)備的下井速度，結(jié)合相關(guān)實(shí)地調(diào)研成果，獲取井下工程參數(shù)。整理得到的數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)按照工程的實(shí)際標(biāo)準(zhǔn)，調(diào)整格式，并留以待用。

根據(jù)上述通過(guò)LWD技術(shù)完成對(duì)鉆井現(xiàn)場(chǎng)的各參數(shù)測(cè)量后，根據(jù)需要對(duì)鉆井液的潤(rùn)滑劑材料和潤(rùn)滑劑量進(jìn)行選擇。結(jié)合上述鉆井參數(shù)，選用FRH-8型號(hào)的乳化潤(rùn)滑劑。在加入鉆井液當(dāng)中時(shí)，F(xiàn)RH-8型號(hào)乳化劑能夠保證擠壓潤(rùn)滑系數(shù)達(dá)到最小。乳化劑的加量越多，鉆井液的潤(rùn)滑效果越好，同時(shí)考慮到經(jīng)濟(jì)問(wèn)題，選擇在鉆井液當(dāng)中加入8%~10%的乳化劑。

1.2 基于旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向的鉆井液指定方向引入

在完成鉆井工程參數(shù)測(cè)量的基礎(chǔ)上，基于旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向設(shè)定鉆井液鉆進(jìn)方向?？紤]到鉆井液鉆進(jìn)過(guò)程中會(huì)受到井壁的推靠力，導(dǎo)致鉆井液鉆進(jìn)方向與預(yù)期相比產(chǎn)生偏差。因此，必須綜合考慮旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向下鉆井液的旋轉(zhuǎn)阻力。通過(guò)計(jì)算的方式，獲取旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向下鉆井液指定方向鉆進(jìn)對(duì)井壁的推靠力。設(shè)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向下鉆井液指定方向鉆進(jìn)對(duì)井壁的推靠力目標(biāo)函數(shù)為F，則有公式（1）：

式中：l——水平井鉆井液技術(shù)鉆進(jìn)作用點(diǎn)與水平井井眼之間的距離；

d——水平井旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向下水平井鉆井液旋轉(zhuǎn)阻力，N；

α——旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向角度。

通過(guò)公式（1），得出旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向下鉆井液指定方向鉆進(jìn)對(duì)井壁的推靠力。在此基礎(chǔ)上，以鉆井液指定方向鉆進(jìn)對(duì)井壁推靠力減小的方向，作為鉆井液指定鉆進(jìn)方向。

通常情況下，在鉆井過(guò)程中導(dǎo)向裝置伸縮方向上的活塞直徑是恒定不變的，而翼片結(jié)構(gòu)的作用力大小會(huì)受到導(dǎo)向裝置中鉆具的內(nèi)外液壓差影響。因此，在具體鉆井過(guò)程中，由于水平井鉆井液技術(shù)的鉆速相對(duì)較慢，而在鉆井液壓力大小保持不變的情況下，井底內(nèi)外壓差可以將其看作一個(gè)恒定不變的數(shù)值[4]。此時(shí)，翼片結(jié)構(gòu)對(duì)井壁的作用力同樣也可看作是一個(gè)恒定不變的數(shù)值。因此，結(jié)合這一特點(diǎn)，根據(jù)上述公式（1）計(jì)算結(jié)果完成對(duì)鉆井液指定方向的鉆進(jìn)。

1.3 鉆井液現(xiàn)場(chǎng)分段維護(hù)及處理

在完成相關(guān)數(shù)據(jù)參數(shù)的獲取及鉆進(jìn)處理后，將對(duì)區(qū)域工程進(jìn)行后期分段維護(hù)。由于巖屑在鉆探過(guò)程中會(huì)呈現(xiàn)出一定的散沙狀，若不及時(shí)對(duì)其進(jìn)行維護(hù)處理，可能會(huì)使區(qū)域出現(xiàn)坍塌問(wèn)題。因此，可在鉆進(jìn)期間，按照一定比例，調(diào)制低濃度的粘稠試劑，使鉆進(jìn)液粘度在50.0~55.0s范圍內(nèi)即可[5]。在此基礎(chǔ)上，持續(xù)使用0.5%~0.8%的XC試劑，循環(huán)使用以此提升井口邊緣土質(zhì)的粘度，此行為至少維持30.0~60.0s，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)水平井鉆井過(guò)程中的維護(hù)。

此外，針對(duì)井內(nèi)地下水的維護(hù)問(wèn)題，可采用聚合乙醇試劑的方式，提高井邊緣鉆井液的潤(rùn)滑度與聚合度，此項(xiàng)行為的實(shí)施，可保障水平井鉆井液技術(shù)的順利實(shí)施。根據(jù)上述分析，具體操作如下：在一開(kāi)的施工井口，使用濃度為1.05%~0.65%的聚合黏膠，對(duì)井口進(jìn)行沖洗，同時(shí)使用含堿性物質(zhì)對(duì)水質(zhì)進(jìn)行初步凈化，避免由于井下淤泥造成井內(nèi)堵塞性污染；在二開(kāi)的施工井口，可在施工過(guò)程中選擇大量0.5%~0.8%的聚合黏膠，以此用于提高鉆井液的抑制能力與地質(zhì)造漿能力，避免在工程施工過(guò)程中對(duì)環(huán)境造成二次污染[6]。在此基礎(chǔ)上，使用含銨鹽的溶液試劑，進(jìn)行鉆井液的流型調(diào)整，持續(xù)使用高排量和提粘切藥劑跟進(jìn)。

隨著鉆井施工階段的不斷深入，可使用乳化潤(rùn)滑試劑（濃度至少在8.0%以上），進(jìn)行鉆井液潤(rùn)能力的進(jìn)一步提升。總之，持續(xù)使用潤(rùn)滑液對(duì)鉆井液現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行分段維護(hù)與后期處理，是為了降低鉆井施工過(guò)程中的摩擦系數(shù)，從而在確保鉆井施工順利實(shí)施的同時(shí)，為下一次井下施工工作的實(shí)施打下基礎(chǔ)。綜上所述，通過(guò)對(duì)工程參數(shù)的測(cè)量及后期處理，完成對(duì)水平井鉆井液技術(shù)的研究。

2 實(shí)驗(yàn)分析

選擇某施工空地作為實(shí)驗(yàn)環(huán)境，該區(qū)域近幾年并未出現(xiàn)明顯的活動(dòng)跡象，并且區(qū)域內(nèi)的地質(zhì)結(jié)構(gòu)相對(duì)穩(wěn)定。擬建施工工程采用本文提出的水平井鉆井液技術(shù)和傳統(tǒng)鉆井液，分別利用兩種鉆井液輔助鉆井施工，比較兩種鉆井技術(shù)的實(shí)際施工效果，以此間接對(duì)比兩種鉆井液的效果。對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，并繪制成如表1所示的實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比表。

表1 兩種鉆井液應(yīng)用后實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比表

根據(jù)表1中的實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出，在相同的鉆井設(shè)備和鉆井時(shí)間下，在本文提出的水平井鉆井液技術(shù)輔助下，能夠?qū)崿F(xiàn)更深的鉆井深度，而在傳統(tǒng)鉆井液技術(shù)的輔助下，僅能夠達(dá)到327m鉆井深度。因此，通過(guò)對(duì)比實(shí)驗(yàn)證明，本文提出的水平井鉆井液技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中具有更好的應(yīng)用效果，鉆井能夠達(dá)到垂比最大的效果。

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)水平井鉆井液技術(shù)研究，能夠取得一定的研究成果，解決傳統(tǒng)水平井鉆井中存在的問(wèn)題。通過(guò)實(shí)例分析證明，設(shè)計(jì)的水平井鉆井液技術(shù)具有一定的現(xiàn)實(shí)意義，能夠在現(xiàn)實(shí)中取得良好的應(yīng)用效果，并以此為依據(jù)指導(dǎo)水平井鉆井工作朝著更好的方向發(fā)展。在后期的發(fā)展中，應(yīng)加大本文設(shè)計(jì)技術(shù)在水平井鉆井中的應(yīng)用力度。截至目前，國(guó)內(nèi)外針對(duì)水平井鉆井液技術(shù)研究仍存在一些問(wèn)題，在日后的研究中還需要進(jìn)一步對(duì)水平井鉆井液的優(yōu)化設(shè)計(jì)提出深入研究，為提高水平井鉆井的綜合性能提供參考。本文技術(shù)的不足主要在于沒(méi)有針對(duì)本文設(shè)計(jì)技術(shù)，對(duì)水平井鉆井過(guò)程中的注意事項(xiàng)加以仔細(xì)說(shuō)明，在后續(xù)的研究中可以予以完善，進(jìn)一步完善水平井鉆井液技術(shù)方面的相關(guān)研究，真正意義上做到高效水平井鉆井。