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[摘 要]随着薄层、页岩油气的大规模开发极大地提升了水平井钻井技术的应用。水平井钻井技術适用范围广、油井产量大，目前已成为国内外开发油气能源使用的主要技术手段。本文针对水平井钻井技术应用现状，分析了应用的不足之处，在此基础上从井身剖面设计、钻具的选择和使用、钻井液的选择、水平井段长度的确定和水平井柱的设计等方面，探讨了水平井钻井技术的应用对策。
[关键词]水平井；钻井；应用现状；井身剖面；技术对策
中图分类号：TE242 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）33-0022-01
0 引言
随着薄层、页岩油气的大规模开发极大地提升了水平井钻井技术的应用。水平井技术适用范围广、单井产量大，目前已成为国内外开发油气等能源时广泛使用的技术手段。水平井概念最早于上世纪二十年代提出，经过近百年的发展历程，目前已在多个国家得到广泛的研究和应用。本文将在对水平井进行简要阐述的基础上，论述水平井钻井优化技术。
1 水平井技术的应用现状
水平井是井斜角接近90°，且井眼在产层内横向衍生的油气井。水平井的独特构造可以增大油气层中石油等能源的裸露面积，便于较薄的油气层和裂缝性油气藏的开发。井眼轨道控制、随钻测量、井壁稳定等技术是目前常用的水平井钻井技术。根据水平井的垂直段到水平段的曲率半径，可以分为长、中、中短、短、超短半径水平井，施工难度依次由易而难。
与一般的定向井不同，水平井设计综合性强、涉及学科多，开发难度较大，主要体现在：轨道控制难度大、精度高，管柱受力复杂，钻井液选择范围小，井下作业困难，固井、完井困难等方面。
通常，水平井钻井过程自上而下依次为地面设置搭建、井下工具及仪器准备、套管、曲率半径计算、完井、储集层施工等，而水平井设计过程则于钻井过程顺序相反，按自下而上的顺序设计。
水平井的设计可以分为完井、水平井眼、造斜和垂直四个阶段。在完井阶段需要明确对完井工具、采油设备以及工业技术的要求，确定井眼尺寸和套管程序。水平井眼阶段需要完成钻井液的选择、钻具设计、钻头选择、水利参数的确定等工作。造斜阶段除了要考虑到上述各阶段的设计要求外，还要进行造斜点、增斜率的选择。在垂直阶段进行的设计工作要保持与前三个阶段工作的一致性和配套性，同时为以后的施工准备好条件。
与国外先进的水平井技术应用相比之下，虽然我国也已经在普遍采用这项生产技术，但是在钻井设备、钻井工具和仪器方面还存在很大差距，由其是自动化钻井、水平井技术的集成系统和综合应用方面差距比较大。目前我国油田讲求“少井高产”，而水平进技术作为实现这项目标的重要技术支撑，发挥着其越来越重要的作用。虽然国内水平井施工基本能够满足需要，但是还需要引进更为先进的技术和设备，堵住适应薄油层和边部断块油藏的LWD、SWD仪器数量不足等缺口。
2 水平井技术应用的不足之处
2.1 工艺技术配套性差
我国虽然已经有十多年的水平井技术研究和推广使用经验，在很大程度上优化了水平井钻工艺的设计，在井眼轨道控制等方面也有较大的提高，但是，在水平井下部钻具组合受力分析、水平井安全钻井钻井速度等方面的研究还不够深入，水平进采油、作业及增产措施等也存在很大不足，难以满足油田水平井的大规模应用需求，对水平井应用效果和规模的实施形成阴碍，从而影响经济的提高。
2.2 设备配套差和性能不稳定
我国现在的大部分设备过于陈旧老化，性能不稳定，有一部分设备不配套，水平井施工需要的顶驱设备大都在为国外或外油田服务，这就造成设备存在很大的安全隐患，一旦出现故障，需要花费较长时间进行维修，进而影响整个施工周期。另外LWD仪器和MWD仪器非常适合薄油层的开发，但却供应不足，难以适应国内油田水平井快速发展的需要。
2.3 缺乏专业的技术人员和施工队伍
专业的水平井技术服务公司和专业技术人员在国内非常短缺，水平井施工队伍和现场专技人员流动性和随意性很大，造成施工不熟练，专业技术能力掌握不够，很大程度地影响到水平钻井的施工进度，并给施工带来安全隐患。
3 水平井钻井技术应用技术对策
3.1 做好井身剖面设计
3.1.1 井身剖面设计考虑因素
通常水平井钻井中存在井眼轨道较长、钻井困难等实际问题，因此在进行井身剖面设计时应特别考虑到以下几点：满足当地地质要求、尽可能避开复杂地层；尽量优化增斜率曲线、方便施工；便于井眼清洁；尽量减少下钻和钻进时的扭矩和磨阻。
3.1.2 井身剖面类型选择
水平井的剖面类型通常可分为小水平位移型和大水平位移型。
小水平位移型剖面又称“J”型剖面，仅由垂直、造斜、垂直延伸三个井段构成，剖面简单，适合于厚度较大的油层。
大水平位移型剖面则由垂直井段、第一、第二造斜段和水平段等构成，适合于中长半径的水平井。
3.2 直井段优化井身结构
直井段一開和二开均采用单螺扶钟摆钻具组合进行钻进，在一开钻进中采用轻压慢转、吊打方式，确保一开打直；在二开上部井段采用高转速低钻压方式钻进来控制井斜，同时用电子单、多点进行轨迹监控，为下步施工创造有利条件。
3.3 钻具的选择和使用
造斜钻具通常采用弯接头和动力钻组合，造斜钻具弯接头的弯曲角越大、钻铤刚性越高，则钻具组合造斜能力越强、造斜率越大。通常弯接头弯曲角度在1°-2.5°之间的范围内进行选择，同时应根据井段的直径大小选择合适的动力钻。
增斜钻具一般为双稳定器钻具的组合，根据杠杆原理而设计。增斜钻具在选择时，应考虑到下部钻井规格以及双稳定器间距离要求。
稳斜钻具通常为钻头、稳定器（3个）、钻铤（含短钻铤和单根钻铤）的组合。
降斜钻具通常为钟摆钻具的组合，应根据井眼尺寸选择合适的钻压。
3.4 钻井液选择
在钻井液的选择上，要考虑到地质情况、工程情况和成本预算等三方面。目前，正电胶钻井液、各种聚合物钻井液、清洁盐水聚合物完井液得到了较广泛的应用。
3.5 水平井段长度的确定
水平井的水平井段长度并非越长越好，在实际中，应综合考虑多方面因素，确定水平井段的最佳长度。通常需要考虑的因素有：1）油层的构造；2）油层的产油能力；3）采油工艺的技术水平；4）操作者的个人能力；5）相关钻井设备的能力；6）摩阻、扭矩等方面的制约；7）井眼在钻进过程中的稳定性。
3.6 水平井钻柱的设计
通过钻柱设计，尽可能的减小在水平井施工过程中的摩阻和扭矩是水平井钻井成功的保证。因此，在钻柱设计时应考虑到如下因素：（1）现有设备和材料的能力；（2）钻柱应保证在井段施工过程中产生摩阻、扭矩及各种应力不能超过管材的极限值；（3）合理减轻钻柱总重、设计好各构件的安装位置；（4）井壁与接头间的接触力应保持在安全范围内；（5）尽可能选择性价比高的管材。
4 结束语
水平井钻井技术应用表明，直井段的防斜打直，是减少后期滑动钻进过程中摩擦阻力，提高钻井速度、避免造斜初期井眼局部狗腿度过大，是预防或避免井下事故和复杂情况实现安全高效钻井的重要手段。
针对现阶段，我国水平井技术的应用之不足和各种存在的问题，旨在通过完善水平井钻井工具和仪器，进一步加强对技术配套的研究，达到能满足各种油藏类型的水平井施工需求，不断提高水平井的施工质量，加快水平井的施工进度，提高油层的钻遇率，提高钻井施工的工效。
参考文献
[1] 何鲜主编，国外深层气藏水平井定向井完井技术（石油工业出版社）.
[2] 余福春.东河-H8超深水平井钻井液技术研究与应用〔J〕.钻采工艺，2009（3）：109-111.
[3] 王琦，超深水平井钻井技术在塔里木DH1-H2井的应用〔J〕.西部控矿工程，2004（9）：80-82.
[关键词]水平井；钻井；应用现状；井身剖面；技术对策
中图分类号：TE242 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）33-0022-01
0 引言
随着薄层、页岩油气的大规模开发极大地提升了水平井钻井技术的应用。水平井技术适用范围广、单井产量大，目前已成为国内外开发油气等能源时广泛使用的技术手段。水平井概念最早于上世纪二十年代提出，经过近百年的发展历程，目前已在多个国家得到广泛的研究和应用。本文将在对水平井进行简要阐述的基础上，论述水平井钻井优化技术。
1 水平井技术的应用现状
水平井是井斜角接近90°，且井眼在产层内横向衍生的油气井。水平井的独特构造可以增大油气层中石油等能源的裸露面积，便于较薄的油气层和裂缝性油气藏的开发。井眼轨道控制、随钻测量、井壁稳定等技术是目前常用的水平井钻井技术。根据水平井的垂直段到水平段的曲率半径，可以分为长、中、中短、短、超短半径水平井，施工难度依次由易而难。
与一般的定向井不同，水平井设计综合性强、涉及学科多，开发难度较大，主要体现在：轨道控制难度大、精度高，管柱受力复杂，钻井液选择范围小，井下作业困难，固井、完井困难等方面。
通常，水平井钻井过程自上而下依次为地面设置搭建、井下工具及仪器准备、套管、曲率半径计算、完井、储集层施工等，而水平井设计过程则于钻井过程顺序相反，按自下而上的顺序设计。
水平井的设计可以分为完井、水平井眼、造斜和垂直四个阶段。在完井阶段需要明确对完井工具、采油设备以及工业技术的要求，确定井眼尺寸和套管程序。水平井眼阶段需要完成钻井液的选择、钻具设计、钻头选择、水利参数的确定等工作。造斜阶段除了要考虑到上述各阶段的设计要求外，还要进行造斜点、增斜率的选择。在垂直阶段进行的设计工作要保持与前三个阶段工作的一致性和配套性，同时为以后的施工准备好条件。
与国外先进的水平井技术应用相比之下，虽然我国也已经在普遍采用这项生产技术，但是在钻井设备、钻井工具和仪器方面还存在很大差距，由其是自动化钻井、水平井技术的集成系统和综合应用方面差距比较大。目前我国油田讲求“少井高产”，而水平进技术作为实现这项目标的重要技术支撑，发挥着其越来越重要的作用。虽然国内水平井施工基本能够满足需要，但是还需要引进更为先进的技术和设备，堵住适应薄油层和边部断块油藏的LWD、SWD仪器数量不足等缺口。
2 水平井技术应用的不足之处
2.1 工艺技术配套性差
我国虽然已经有十多年的水平井技术研究和推广使用经验，在很大程度上优化了水平井钻工艺的设计，在井眼轨道控制等方面也有较大的提高，但是，在水平井下部钻具组合受力分析、水平井安全钻井钻井速度等方面的研究还不够深入，水平进采油、作业及增产措施等也存在很大不足，难以满足油田水平井的大规模应用需求，对水平井应用效果和规模的实施形成阴碍，从而影响经济的提高。
2.2 设备配套差和性能不稳定
我国现在的大部分设备过于陈旧老化，性能不稳定，有一部分设备不配套，水平井施工需要的顶驱设备大都在为国外或外油田服务，这就造成设备存在很大的安全隐患，一旦出现故障，需要花费较长时间进行维修，进而影响整个施工周期。另外LWD仪器和MWD仪器非常适合薄油层的开发，但却供应不足，难以适应国内油田水平井快速发展的需要。
2.3 缺乏专业的技术人员和施工队伍
专业的水平井技术服务公司和专业技术人员在国内非常短缺，水平井施工队伍和现场专技人员流动性和随意性很大，造成施工不熟练，专业技术能力掌握不够，很大程度地影响到水平钻井的施工进度，并给施工带来安全隐患。
3 水平井钻井技术应用技术对策
3.1 做好井身剖面设计
3.1.1 井身剖面设计考虑因素
通常水平井钻井中存在井眼轨道较长、钻井困难等实际问题，因此在进行井身剖面设计时应特别考虑到以下几点：满足当地地质要求、尽可能避开复杂地层；尽量优化增斜率曲线、方便施工；便于井眼清洁；尽量减少下钻和钻进时的扭矩和磨阻。
3.1.2 井身剖面类型选择
水平井的剖面类型通常可分为小水平位移型和大水平位移型。
小水平位移型剖面又称“J”型剖面，仅由垂直、造斜、垂直延伸三个井段构成，剖面简单，适合于厚度较大的油层。
大水平位移型剖面则由垂直井段、第一、第二造斜段和水平段等构成，适合于中长半径的水平井。
3.2 直井段优化井身结构
直井段一開和二开均采用单螺扶钟摆钻具组合进行钻进，在一开钻进中采用轻压慢转、吊打方式，确保一开打直；在二开上部井段采用高转速低钻压方式钻进来控制井斜，同时用电子单、多点进行轨迹监控，为下步施工创造有利条件。
3.3 钻具的选择和使用
造斜钻具通常采用弯接头和动力钻组合，造斜钻具弯接头的弯曲角越大、钻铤刚性越高，则钻具组合造斜能力越强、造斜率越大。通常弯接头弯曲角度在1°-2.5°之间的范围内进行选择，同时应根据井段的直径大小选择合适的动力钻。
增斜钻具一般为双稳定器钻具的组合，根据杠杆原理而设计。增斜钻具在选择时，应考虑到下部钻井规格以及双稳定器间距离要求。
稳斜钻具通常为钻头、稳定器（3个）、钻铤（含短钻铤和单根钻铤）的组合。
降斜钻具通常为钟摆钻具的组合，应根据井眼尺寸选择合适的钻压。
3.4 钻井液选择
在钻井液的选择上，要考虑到地质情况、工程情况和成本预算等三方面。目前，正电胶钻井液、各种聚合物钻井液、清洁盐水聚合物完井液得到了较广泛的应用。
3.5 水平井段长度的确定
水平井的水平井段长度并非越长越好，在实际中，应综合考虑多方面因素，确定水平井段的最佳长度。通常需要考虑的因素有：1）油层的构造；2）油层的产油能力；3）采油工艺的技术水平；4）操作者的个人能力；5）相关钻井设备的能力；6）摩阻、扭矩等方面的制约；7）井眼在钻进过程中的稳定性。
3.6 水平井钻柱的设计
通过钻柱设计，尽可能的减小在水平井施工过程中的摩阻和扭矩是水平井钻井成功的保证。因此，在钻柱设计时应考虑到如下因素：（1）现有设备和材料的能力；（2）钻柱应保证在井段施工过程中产生摩阻、扭矩及各种应力不能超过管材的极限值；（3）合理减轻钻柱总重、设计好各构件的安装位置；（4）井壁与接头间的接触力应保持在安全范围内；（5）尽可能选择性价比高的管材。
4 结束语
水平井钻井技术应用表明，直井段的防斜打直，是减少后期滑动钻进过程中摩擦阻力，提高钻井速度、避免造斜初期井眼局部狗腿度过大，是预防或避免井下事故和复杂情况实现安全高效钻井的重要手段。
针对现阶段，我国水平井技术的应用之不足和各种存在的问题，旨在通过完善水平井钻井工具和仪器，进一步加强对技术配套的研究，达到能满足各种油藏类型的水平井施工需求，不断提高水平井的施工质量，加快水平井的施工进度，提高油层的钻遇率，提高钻井施工的工效。
参考文献
[1] 何鲜主编，国外深层气藏水平井定向井完井技术（石油工业出版社）.
[2] 余福春.东河-H8超深水平井钻井液技术研究与应用〔J〕.钻采工艺，2009（3）：109-111.
[3] 王琦，超深水平井钻井技术在塔里木DH1-H2井的应用〔J〕.西部控矿工程，2004（9）：80-82.