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摘 要：大位移水平井由于其水平段较长、钻遇岩性的复杂多样、钻井液和钻具与地层接触时间长等因素使得在钻进和固井过程中存在很多技术难题。分析认为大位移水平井的钻进技术难题主要由水平段过长造成，而固井技术难题主要是由水平段延伸方向与套管和水泥浆的重力方向垂直或近似垂直造成；结合现场实践提出优化技术措施，提高钻进效率和固井质量，对大位移水平井的钻进有一定的指导作用。
关键词：水平井；大位移；钻井技术；钻井液；水泥浆
油田广泛地实施大位移（长井段）水平井技术，以提高对特殊油气藏的勘探开发效益。然而技术难点多、钻井工艺复杂、对装备和工具要求高，所以加大对长水平段水平井技术的研究力度已成国内外石油工业的必然趋势。长水平段能够增加注入流体的波及体积，延伸到油气层深部，提高注水气井的效果；较长的水平段可以减少钻井成本。此外，同直井和一般的水平井相比，长水平段水平井节省了井场用地、钻机搬迁安装等费用。近年来，长水平段水平井钻井成本已降至直井的2~2.5 倍，甚至更低，而产量却是直井的5~8 倍甚至更高。长水平段水平井在钻进过程中，水平段长给钻进带来了很多技术难题。如水平段长度和位置的确定、井眼轨迹的控制、摩阻扭矩的降低、岩屑床的清除、润滑防卡和井壁稳定等技术难题。分析这些技术难题的原因并提出相应的处理措施对提高长水平段水平井的钻进技术是很有必要的。
1 水平段合理长度和位置确定
长水平段水平井的所有技术优势都是源于水平段较长，但是水平段合理长度和位置的确定受到产量、钻井成本、钻完井技术等因素的综合影响而成为技术难题。通常从产量上考虑：随着水平段长度的增加，井筒与油气藏的接触面积增加，但同时井内流体流动的摩擦阻力也增加，前者利于单井的产量，而后者却相反。一般地，长水平段水平井的合理长度等于井筒内摩擦损失使单井产能显著减少（减少量超过20% 产能）时的长度。对于水平段的合理位置，水平段越靠近油藏或气藏顶部，底水驱油气藏中水平井渗流阻力增大，产能越低。一般认为，水平段在底水油气藏中最佳位置为Zw=0.9 h。
2 井眼轨迹控制
长水平段水平井在井眼轨迹控制上的主要难点有：造斜段和稳斜段的设计难度较大；水平段合理位置的要求决定了水平段轨迹的控制精度要高；随着水平段的延伸，井眼摩阻随之增加，导向工具钻压传递困难，造成井眼轨迹控制难度大；钻遇岩性的多样性增加了井眼轨迹的控制难度。针对以上技术难点，一般采用的技术措施有：（1）优选造斜点。造斜点应该选在成岩性好、岩层比较稳定的地层，利于较快实现造斜并确保井眼稳定。（2）优选造斜段类型。一般选择圆弧形，利于降低摩阻扭矩和防止套管磨损。（3）优选钻具组合。优选“钻头+ 单弯螺杆动力钻具+ 欠尺寸扶正器+ 无磁钻具+MWD”的单弯柔性倒装钻具组合，利于加压、造斜和井眼轨迹控制。（4）复合钻进与滑动钻进交替进行。坚持“少滑动、多旋转、微调勤调”原则，保证井眼规则、井壁稳定。（5）应用随钻测量工具。利用MWD 随时监测井眼轨迹，实时分析底部钻具组合与地层岩性的关系，合理调整滑动钻进与复合钻进的时间和比例，控制井眼轨迹。（6）实时计算摩阻扭矩。利用相关软件实时计算钻进时的摩阻扭矩，及时调整钻具组合和钻进参数。
3 钻具摩阻扭矩大的原因与对策
在长水平段水平井钻井过程中，钻具与井壁之间的摩擦阻力主要由钻柱的轴向摩擦阻力及周向摩擦扭矩组成。摩阻扭矩大的原因有：钻进所需管柱的结构复杂，易与井壁底部接触；钻具与井壁底部岩屑的相互作用；固相含量高的钻井液混入细小岩屑后，润滑效果下降；水平段长、井壁稳定性差、易发生卡钻，致使钻具上提下放困难、承压严重、加压困难。因此在长水平段水平井的施工过程中，能否预测及降低钻井摩阻问题是其成功与否的关键。为降低钻具的摩阻扭矩，应采取以下技术措施。（1）使用斜坡钻杆。在斜井段使用柔性斜坡钻
杆，减少钻具与井壁的接触面积，降低互相间的摩擦阻力。（2）优化钻具结构。尽量采用加重钻杆代替钻铤，将加重钻杆接于井斜较小的井段，斜坡钻杆置于斜井段和水平段或采用倒装钻具组合，以保证钻压能有效地传递到钻头上，并减少黏卡的机会。使用无磁承压钻杆加长无磁环境，提高测量数据的精确性。（3）优化钻井液性能。钻井液应具有较好的携岩性能和润滑性能，降低钻进过程中的摩阻扭矩。（4）使用计算软件。使用莫尔和landmark 等软件对摩阻扭矩进行较为准确地预测，为钻进过程中提供理论依据。
4 套管偏心严重的原因与对策
套管在自身重力作用下易靠近井壁下侧，引起套管偏心，严重影响岩屑携带和注水泥驱替效果，加剧套管磨损。美国石油协会规定偏心程度不超过33.3%。目前解决套管偏心的主要措施是在套管上安装套管扶正器，具体做法有以下方面。（1）提高井眼质量。防止井径急剧变化、出现不规则井眼。（2）选择安装扶正器的最优间距。在安装扶正器时，应从井况和施工条件出发，选择最优间距，使扶正器所受的侧向合力尽可能地减小，扶正效果最好，套管居中程度最高。（3）选择合适的扶正器类型。尽可能选择高弹性比例常数的扶正器，使其达到最好的扶正效果。（4）核对扶正器安装位置的合理性。
5 稳斜段及水平段极易形成岩屑床原因与对策
长水平段水平井在钻进过程中在稳斜段和水平段极易形成岩屑床，给钻进带来很多技术难题。岩屑床的成因主要有以下几个：在稳斜段和水平段，钻具在井眼中靠向下井壁，岩屑易沉在下井壁且不易清除；井眼中部的环空较大、钻具偏心、环空返速降低、携岩效果变差；在造斜段，岩屑返出难度增大，岩屑在此处易堆积；钻井液的性能差和钻具结构复杂，影响钻井液的携岩效果，易形成岩屑床。因此稳斜段和水平段井眼净化效果不佳，现场施工时必须采用合理的井眼净化技术。（1）增大排量，控制环空返速。环空返速是影响井眼净化的主要因素，但过高的环空返速将会对井壁造成较严重的冲蚀作用，所以在利于减缓岩屑床形成的同时需要控制环空返速和排量。（2）改善钻井液性能，提高钻井液的动切力。钻进中要随时补充高分子聚合物，增强钻井液的悬浮、携岩能力。（3）钻井过程中配合短程起下钻、分段循环和划眼等措施。当井斜角超过30°后，要根据岩屑床的情况，适时做短程起下钻，有效清除岩屑；在起下钻换钻头时，分段循环钻井液，利于清除岩屑；如果岩屑床比较严重，则需要多次划眼以清除岩屑床。（4）优化井眼轨迹设计。该措施以控制造斜率和稳斜段的长度，防止岩屑在造斜段堆积。（5）简化钻具结构。在满足钻进工艺条件下，钻具结构越简单越好，一般不连接过多的大钻具。
参考文献：
1 朱全塔. 孤平1 井超长水平段水平井钻井技术［J］.石油钻探技术，2005，33（6）：68-71.
2 秦永和. 大港油田大位移井钻井实践和技术最新进展［J］. 石油钻探技术，2006，34（4）：30-33.
关键词：水平井；大位移；钻井技术；钻井液；水泥浆
油田广泛地实施大位移（长井段）水平井技术，以提高对特殊油气藏的勘探开发效益。然而技术难点多、钻井工艺复杂、对装备和工具要求高，所以加大对长水平段水平井技术的研究力度已成国内外石油工业的必然趋势。长水平段能够增加注入流体的波及体积，延伸到油气层深部，提高注水气井的效果；较长的水平段可以减少钻井成本。此外，同直井和一般的水平井相比，长水平段水平井节省了井场用地、钻机搬迁安装等费用。近年来，长水平段水平井钻井成本已降至直井的2~2.5 倍，甚至更低，而产量却是直井的5~8 倍甚至更高。长水平段水平井在钻进过程中，水平段长给钻进带来了很多技术难题。如水平段长度和位置的确定、井眼轨迹的控制、摩阻扭矩的降低、岩屑床的清除、润滑防卡和井壁稳定等技术难题。分析这些技术难题的原因并提出相应的处理措施对提高长水平段水平井的钻进技术是很有必要的。
1 水平段合理长度和位置确定
长水平段水平井的所有技术优势都是源于水平段较长，但是水平段合理长度和位置的确定受到产量、钻井成本、钻完井技术等因素的综合影响而成为技术难题。通常从产量上考虑：随着水平段长度的增加，井筒与油气藏的接触面积增加，但同时井内流体流动的摩擦阻力也增加，前者利于单井的产量，而后者却相反。一般地，长水平段水平井的合理长度等于井筒内摩擦损失使单井产能显著减少（减少量超过20% 产能）时的长度。对于水平段的合理位置，水平段越靠近油藏或气藏顶部，底水驱油气藏中水平井渗流阻力增大，产能越低。一般认为，水平段在底水油气藏中最佳位置为Zw=0.9 h。
2 井眼轨迹控制
长水平段水平井在井眼轨迹控制上的主要难点有：造斜段和稳斜段的设计难度较大；水平段合理位置的要求决定了水平段轨迹的控制精度要高；随着水平段的延伸，井眼摩阻随之增加，导向工具钻压传递困难，造成井眼轨迹控制难度大；钻遇岩性的多样性增加了井眼轨迹的控制难度。针对以上技术难点，一般采用的技术措施有：（1）优选造斜点。造斜点应该选在成岩性好、岩层比较稳定的地层，利于较快实现造斜并确保井眼稳定。（2）优选造斜段类型。一般选择圆弧形，利于降低摩阻扭矩和防止套管磨损。（3）优选钻具组合。优选“钻头+ 单弯螺杆动力钻具+ 欠尺寸扶正器+ 无磁钻具+MWD”的单弯柔性倒装钻具组合，利于加压、造斜和井眼轨迹控制。（4）复合钻进与滑动钻进交替进行。坚持“少滑动、多旋转、微调勤调”原则，保证井眼规则、井壁稳定。（5）应用随钻测量工具。利用MWD 随时监测井眼轨迹，实时分析底部钻具组合与地层岩性的关系，合理调整滑动钻进与复合钻进的时间和比例，控制井眼轨迹。（6）实时计算摩阻扭矩。利用相关软件实时计算钻进时的摩阻扭矩，及时调整钻具组合和钻进参数。
3 钻具摩阻扭矩大的原因与对策
在长水平段水平井钻井过程中，钻具与井壁之间的摩擦阻力主要由钻柱的轴向摩擦阻力及周向摩擦扭矩组成。摩阻扭矩大的原因有：钻进所需管柱的结构复杂，易与井壁底部接触；钻具与井壁底部岩屑的相互作用；固相含量高的钻井液混入细小岩屑后，润滑效果下降；水平段长、井壁稳定性差、易发生卡钻，致使钻具上提下放困难、承压严重、加压困难。因此在长水平段水平井的施工过程中，能否预测及降低钻井摩阻问题是其成功与否的关键。为降低钻具的摩阻扭矩，应采取以下技术措施。（1）使用斜坡钻杆。在斜井段使用柔性斜坡钻
杆，减少钻具与井壁的接触面积，降低互相间的摩擦阻力。（2）优化钻具结构。尽量采用加重钻杆代替钻铤，将加重钻杆接于井斜较小的井段，斜坡钻杆置于斜井段和水平段或采用倒装钻具组合，以保证钻压能有效地传递到钻头上，并减少黏卡的机会。使用无磁承压钻杆加长无磁环境，提高测量数据的精确性。（3）优化钻井液性能。钻井液应具有较好的携岩性能和润滑性能，降低钻进过程中的摩阻扭矩。（4）使用计算软件。使用莫尔和landmark 等软件对摩阻扭矩进行较为准确地预测，为钻进过程中提供理论依据。
4 套管偏心严重的原因与对策
套管在自身重力作用下易靠近井壁下侧，引起套管偏心，严重影响岩屑携带和注水泥驱替效果，加剧套管磨损。美国石油协会规定偏心程度不超过33.3%。目前解决套管偏心的主要措施是在套管上安装套管扶正器，具体做法有以下方面。（1）提高井眼质量。防止井径急剧变化、出现不规则井眼。（2）选择安装扶正器的最优间距。在安装扶正器时，应从井况和施工条件出发，选择最优间距，使扶正器所受的侧向合力尽可能地减小，扶正效果最好，套管居中程度最高。（3）选择合适的扶正器类型。尽可能选择高弹性比例常数的扶正器，使其达到最好的扶正效果。（4）核对扶正器安装位置的合理性。
5 稳斜段及水平段极易形成岩屑床原因与对策
长水平段水平井在钻进过程中在稳斜段和水平段极易形成岩屑床，给钻进带来很多技术难题。岩屑床的成因主要有以下几个：在稳斜段和水平段，钻具在井眼中靠向下井壁，岩屑易沉在下井壁且不易清除；井眼中部的环空较大、钻具偏心、环空返速降低、携岩效果变差；在造斜段，岩屑返出难度增大，岩屑在此处易堆积；钻井液的性能差和钻具结构复杂，影响钻井液的携岩效果，易形成岩屑床。因此稳斜段和水平段井眼净化效果不佳，现场施工时必须采用合理的井眼净化技术。（1）增大排量，控制环空返速。环空返速是影响井眼净化的主要因素，但过高的环空返速将会对井壁造成较严重的冲蚀作用，所以在利于减缓岩屑床形成的同时需要控制环空返速和排量。（2）改善钻井液性能，提高钻井液的动切力。钻进中要随时补充高分子聚合物，增强钻井液的悬浮、携岩能力。（3）钻井过程中配合短程起下钻、分段循环和划眼等措施。当井斜角超过30°后，要根据岩屑床的情况，适时做短程起下钻，有效清除岩屑；在起下钻换钻头时，分段循环钻井液，利于清除岩屑；如果岩屑床比较严重，则需要多次划眼以清除岩屑床。（4）优化井眼轨迹设计。该措施以控制造斜率和稳斜段的长度，防止岩屑在造斜段堆积。（5）简化钻具结构。在满足钻进工艺条件下，钻具结构越简单越好，一般不连接过多的大钻具。
参考文献：
1 朱全塔. 孤平1 井超长水平段水平井钻井技术［J］.石油钻探技术，2005，33（6）：68-71.
2 秦永和. 大港油田大位移井钻井实践和技术最新进展［J］. 石油钻探技术，2006，34（4）：30-33.