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摘要：本文对水平井钻井技术存在的问题进行了分析，提出了做好水平井的剖面设计，优化井眼轨迹，注意减小水平井的摩阻和扭矩，做好井眼的净化工作，加强钻柱的强度设计等措施，实现水平井的安全快速钻井。
关键词：水平井 钻井 优化 井眼轨迹 钻柱强度
随着石油堪探开发的不断深入，水平井的数量、难度，在逐年提高。加大对水平井技术的研究，提高水平井钻井技术意义非常重大。由于水平井钻井的技术含量较高，开采施工过程难度较大。
一、水平井钻井技术存在的问题分析
1.水平井钻井专业技术人员队伍水平还需提高。目前，水平井的钻井专业技术人员水平仍然不太高，许多单位缺乏专业的技术人员和施工队伍。一方面是施工队伍和水平井的现场服务人员不固定，存在流动性，造成了施工不熟练，对于水平井的技能掌握不够，影响了水平井施工的正常速度和水平，还带来一定程度的隐患。另一方面是某些油井的技术设备存在老化、陈旧等情况，导致性能差。设备的问题直接影响到水平井钻井专业技术人员技术的提升空间。
2.水平井工艺技术还需要提高。水平井工艺技术缺乏配套性，设备的不配套和设备性能的不稳定与性能低导致水平井工艺技术低下。设备不配套造成设备修理的时间周期长，同时施工周期也变长，还会存在安全隐患。特别是在水平井钻井的优化设计和井眼轨道的控制上工艺技术不高，缺乏专业的技术人员和施工队伍。此外，油田企业在水平井低部的钻具组合受力分析方面，在水平井安全钻井方面，在如何提高水平井的钻井速度方面，在水平井的采油作业和增产方法等方面的研究都还不够深入，不能够适应油田的大规模应用水平井的发展要求，以致于对水平井的应用效果和经济效益的提高产生不好的影响。
3.此外，水平井钻井技术发展还存在一些其它问题，比如工程和地质的结合存在些许问题；水平井的完井方法比较单一，后期改造存在困难；提高水平井钻井速度的方法不多等等。
二、水平井钻井技术提高措施
1.做好水平井的剖面设计，优化井眼轨迹
水平井施工的主要因素之一是井身剖面设计是否科学。一般来讲，水平井的剖面有3种。一种是造斜率<6°/30m的长半径（水平井的长半径剖面因为斜井段较长，产生的下放载荷会比较大——下滑的阻力较大，同时旋转扭矩也比较大，这样就会对钻柱强度的要求十分高。）；第二种是造斜率在6°至20°/30m的中半径（中半径剖面所产生的摩阻与扭矩相对比较适中）；还有一种是造斜率>30°/30m的短半径（短半径剖面中产生的扭矩是最低的，同时摩阻最大，加剧钻杆和套管的磨损）。经过对上述三种剖面的分析，水平井的剖面一般介于中长半径之间，采用常规的弯壳动力钻具就能够实现，扭矩和摩阻比较小，井下安全的风险系数不大。对于水平井剖面的设计要注意，一是工程上要容易实现，一般可采用常规螺杆与无线随钻跟踪进行实施，这样避免井下产生键槽，也不至于磨损套管，同时轨迹的控制难度系数小；二是水平井的剖面设计要按悬链线设计，以实现拉力小、扭矩小、摩阻小的目标，有利于水平井的安全施工。
2.注意减小水平井的摩阻和扭矩
水平井大井斜井段较长，钻进时钻具的姿态多以躺在井眼的下井壁上为主，导致钻具有非常大的“重力效应”。所以会出现钻具在上提下放乃至于旋转时表现出较大的阻力和扭矩。针对这个问题，要充分考虑影响阻力和扭矩的因素。在水平井的实际施工过程中，要采取选择最优的井身剖面、携带与润滑性能和增强钻井液的悬浮等等几个方面的措施来减小阻力与扭矩。还要考虑水平井的井眼弯曲、钻柱结构和钻进参数等等。
3.做好井眼的净化工作
在水平井易形成岩屑床，特别是45°至60?的井段，所以要净化井眼以实现钻井作业的顺利完成。具体来讲要增大排量，保持环空适当的流速分布，起钻前要充分循环钻井液（钻井液有较好的流变性能，可有效地悬浮和携带岩屑），还要搞好短程起下钻和分段接力循环。在井眼的净化工作中一定要重视钻井液的性能，以实现水平井的效益提高。
4.做好稳定井壁工作
水平井钻井过程中大井斜井段比较长，地层的层面暴露较大，导致井眼出现不稳定的现象，因此，在钻进施工过程中，为了达到平衡地层的需要，一定要根据地层的特性来确定合适的比重，防止井壁垮塌，处理好钻井液，抑制地层和钻井液之间的化学作用。
5.加强钻柱的强度设计
水平井中对钻柱强度的要求十分严格，因此，钻柱的设计要满足强度要求，还要满足井眼轨迹对钻柱的要求，减少井下接头数量。对于井斜大于45度的井，要并考虑简单实用的原则，尽量减少井下接头的数量，井斜超过45°的油井，要使用无磁承压钻杆来代替无磁钻铤，要注意倒装钻具，降低摩阻扭矩，确保钻具向前推进和钻进作业顺利开展。对于水平段较长时要考虑选择使用高扭矩接头并加入减摩工具以预防或减少钻具事故的发生。
6.搞好随钻测量
随钻测量技术是水平井施工的重要组成部分之一，在水平的施工中，要选择性能可靠的MWD（MWD即：随钻测量Measure While Drilling）或LWD（LWD即：随钻录井Logging While Drilling）测量系统，要完善测量工艺，以提高测量的准确度，缩短到钻头的测量距离，要使用短无磁钻铤或者钻杆、较短的动力钻具或使用近钻头测量系统来提高轨迹的控制精度。
7.做好水平井套管的顺利下入
水平井下套管必须考虑三个主要条件：设备能下入的最大重量，下入重量的摩阻损失和下入重量的机械损失。机械损失是指由井下岩屑、坍塌、台阶、压差、卡钻、扶正器嵌入地层等引起的重力损失，也能减少套管的下入量，因而，在位移较大的水平井下套管中应多方考虑减小下套管的阻力的措施。另外，可考虑使用顶部驱动系统实现循环钻井液、上下活动套管、旋转套管及下压套管以及漂浮下套管技术等操作，以利于套管的顺利下入。
三、结束语
综上所述，水平井的钻井技术水平含量较高，能够数倍提高油气的产量，效果突出。但同时也存在施工难度大的特点，只有认识和掌握水平井的特殊性才能够实现钻井效益的最大化。本文从井眼净化、稳定井壁、强化钻柱强度等七个方面来谈如何提高水平井的钻井水平，希望可以实现水平井的安全快速钻井。
参考文献
[1] 李府标. 水平井快钻技术在YT2-10H井的应用[J]. 钻采工艺. 2008（03）
[2] 王洪光，肖利民，赵海艳. 连通水平井工程设计与井眼轨迹控制技术[J]. 石油钻探技术. 2007（02）
[3] 王志国，李希霞，王立波，佟永坚，杨军. 冷41-平14“L”型水平井轨迹优化与控制技术[J]. 石油钻探技术. 2006（02）
[4] 韩志勇. 三维定向井轨道设计和轨迹控制的新技术[J]. 石油钻探技术. 2003（05）
关键词：水平井 钻井 优化 井眼轨迹 钻柱强度
随着石油堪探开发的不断深入，水平井的数量、难度，在逐年提高。加大对水平井技术的研究，提高水平井钻井技术意义非常重大。由于水平井钻井的技术含量较高，开采施工过程难度较大。
一、水平井钻井技术存在的问题分析
1.水平井钻井专业技术人员队伍水平还需提高。目前，水平井的钻井专业技术人员水平仍然不太高，许多单位缺乏专业的技术人员和施工队伍。一方面是施工队伍和水平井的现场服务人员不固定，存在流动性，造成了施工不熟练，对于水平井的技能掌握不够，影响了水平井施工的正常速度和水平，还带来一定程度的隐患。另一方面是某些油井的技术设备存在老化、陈旧等情况，导致性能差。设备的问题直接影响到水平井钻井专业技术人员技术的提升空间。
2.水平井工艺技术还需要提高。水平井工艺技术缺乏配套性，设备的不配套和设备性能的不稳定与性能低导致水平井工艺技术低下。设备不配套造成设备修理的时间周期长，同时施工周期也变长，还会存在安全隐患。特别是在水平井钻井的优化设计和井眼轨道的控制上工艺技术不高，缺乏专业的技术人员和施工队伍。此外，油田企业在水平井低部的钻具组合受力分析方面，在水平井安全钻井方面，在如何提高水平井的钻井速度方面，在水平井的采油作业和增产方法等方面的研究都还不够深入，不能够适应油田的大规模应用水平井的发展要求，以致于对水平井的应用效果和经济效益的提高产生不好的影响。
3.此外，水平井钻井技术发展还存在一些其它问题，比如工程和地质的结合存在些许问题；水平井的完井方法比较单一，后期改造存在困难；提高水平井钻井速度的方法不多等等。
二、水平井钻井技术提高措施
1.做好水平井的剖面设计，优化井眼轨迹
水平井施工的主要因素之一是井身剖面设计是否科学。一般来讲，水平井的剖面有3种。一种是造斜率<6°/30m的长半径（水平井的长半径剖面因为斜井段较长，产生的下放载荷会比较大——下滑的阻力较大，同时旋转扭矩也比较大，这样就会对钻柱强度的要求十分高。）；第二种是造斜率在6°至20°/30m的中半径（中半径剖面所产生的摩阻与扭矩相对比较适中）；还有一种是造斜率>30°/30m的短半径（短半径剖面中产生的扭矩是最低的，同时摩阻最大，加剧钻杆和套管的磨损）。经过对上述三种剖面的分析，水平井的剖面一般介于中长半径之间，采用常规的弯壳动力钻具就能够实现，扭矩和摩阻比较小，井下安全的风险系数不大。对于水平井剖面的设计要注意，一是工程上要容易实现，一般可采用常规螺杆与无线随钻跟踪进行实施，这样避免井下产生键槽，也不至于磨损套管，同时轨迹的控制难度系数小；二是水平井的剖面设计要按悬链线设计，以实现拉力小、扭矩小、摩阻小的目标，有利于水平井的安全施工。
2.注意减小水平井的摩阻和扭矩
水平井大井斜井段较长，钻进时钻具的姿态多以躺在井眼的下井壁上为主，导致钻具有非常大的“重力效应”。所以会出现钻具在上提下放乃至于旋转时表现出较大的阻力和扭矩。针对这个问题，要充分考虑影响阻力和扭矩的因素。在水平井的实际施工过程中，要采取选择最优的井身剖面、携带与润滑性能和增强钻井液的悬浮等等几个方面的措施来减小阻力与扭矩。还要考虑水平井的井眼弯曲、钻柱结构和钻进参数等等。
3.做好井眼的净化工作
在水平井易形成岩屑床，特别是45°至60?的井段，所以要净化井眼以实现钻井作业的顺利完成。具体来讲要增大排量，保持环空适当的流速分布，起钻前要充分循环钻井液（钻井液有较好的流变性能，可有效地悬浮和携带岩屑），还要搞好短程起下钻和分段接力循环。在井眼的净化工作中一定要重视钻井液的性能，以实现水平井的效益提高。
4.做好稳定井壁工作
水平井钻井过程中大井斜井段比较长，地层的层面暴露较大，导致井眼出现不稳定的现象，因此，在钻进施工过程中，为了达到平衡地层的需要，一定要根据地层的特性来确定合适的比重，防止井壁垮塌，处理好钻井液，抑制地层和钻井液之间的化学作用。
5.加强钻柱的强度设计
水平井中对钻柱强度的要求十分严格，因此，钻柱的设计要满足强度要求，还要满足井眼轨迹对钻柱的要求，减少井下接头数量。对于井斜大于45度的井，要并考虑简单实用的原则，尽量减少井下接头的数量，井斜超过45°的油井，要使用无磁承压钻杆来代替无磁钻铤，要注意倒装钻具，降低摩阻扭矩，确保钻具向前推进和钻进作业顺利开展。对于水平段较长时要考虑选择使用高扭矩接头并加入减摩工具以预防或减少钻具事故的发生。
6.搞好随钻测量
随钻测量技术是水平井施工的重要组成部分之一，在水平的施工中，要选择性能可靠的MWD（MWD即：随钻测量Measure While Drilling）或LWD（LWD即：随钻录井Logging While Drilling）测量系统，要完善测量工艺，以提高测量的准确度，缩短到钻头的测量距离，要使用短无磁钻铤或者钻杆、较短的动力钻具或使用近钻头测量系统来提高轨迹的控制精度。
7.做好水平井套管的顺利下入
水平井下套管必须考虑三个主要条件：设备能下入的最大重量，下入重量的摩阻损失和下入重量的机械损失。机械损失是指由井下岩屑、坍塌、台阶、压差、卡钻、扶正器嵌入地层等引起的重力损失，也能减少套管的下入量，因而，在位移较大的水平井下套管中应多方考虑减小下套管的阻力的措施。另外，可考虑使用顶部驱动系统实现循环钻井液、上下活动套管、旋转套管及下压套管以及漂浮下套管技术等操作，以利于套管的顺利下入。
三、结束语
综上所述，水平井的钻井技术水平含量较高，能够数倍提高油气的产量，效果突出。但同时也存在施工难度大的特点，只有认识和掌握水平井的特殊性才能够实现钻井效益的最大化。本文从井眼净化、稳定井壁、强化钻柱强度等七个方面来谈如何提高水平井的钻井水平，希望可以实现水平井的安全快速钻井。
参考文献
[1] 李府标. 水平井快钻技术在YT2-10H井的应用[J]. 钻采工艺. 2008（03）
[2] 王洪光，肖利民，赵海艳. 连通水平井工程设计与井眼轨迹控制技术[J]. 石油钻探技术. 2007（02）
[3] 王志国，李希霞，王立波，佟永坚，杨军. 冷41-平14“L”型水平井轨迹优化与控制技术[J]. 石油钻探技术. 2006（02）
[4] 韩志勇. 三维定向井轨道设计和轨迹控制的新技术[J]. 石油钻探技术. 2003（05）