大位移水平井钻井井眼轨迹控制对策

郑国清

摘要：本文简单分析了大位移水平井钻井井眼轨迹设计原则，以及其施工难点，并提出了相应的解决措施。

关键词：大位移;水平井;钻井;井眼轨迹

1 大位移水平井钻井井眼轨迹设计原则

1.1 轨迹设计必须满足现场安全作业施工工况要求

钻井作业主要工况有旋转钻进、滑动钻进（马达钻具）、划眼、倒划眼、下完井管柱和起下钻等。在不同的工况下，井下钻柱受力不同，管柱在井内产生的摩阻、扭矩也各不相同。因此设计时，必须要对最大工况载荷进行考虑和优化。钻进期间，井下钻具所受各种力复合作用，主要包括拉力、应力、弯曲力以及侧向力等，要保证钻具组合在受到各种有效轴向载荷下不发生屈曲弯曲或正弦弯曲，上部井口钻具受到的各种有效载荷就不超过其轴向屈服强度值的80%;划眼及倒划眼期间，钻柱所产生侧向力最大，尤其在上部高狗腿度井段，对套管磨损非常严重;起钻期间，整个钻柱受到轴向拉力，摩擦阻力增大，需要考虑起钻过程中发生阻、卡时的钻机提升能力余量。因此，优先选择使用顶驱钻机进行大位移井作业，而且还可以进行倒划眼起钻，有利于清洁井眼、修整井壁。

1.2 轨道设计的摩阻及扭矩值应当最小

大位移井作业中，通常井下摩阻和扭矩较大，是制约水平位移延伸的主要因素。因此，轨道不断优化设计是减小大位移井摩阻及扭矩的主要方法之一。

1.3 设计的井眼深度尽可能最短

在轨道设计中，造斜点与目标靶点间，可以优化设计出无数条井眼轨道，而且每一条长度均存在差异，作业中应尽量选择长度短的轨道，降低作业难度和风险。

2 大位移水平井钻井井眼轨迹控制施工难点

2.1 井眼轨迹方位控制

通常在进行大位移水平井钻井技术施工中，常常会需要许多穿越的靶点，这在一定程度上增加了井眼轨迹的控制难度，所以工作人员必须要根据实际情况进行综合分析，不仅要保证井眼的施工设计具备科学性，也要正确处理好造斜井段、水平井段以及直井段等各个井段的相互关系，从而确保井眼的施工设计具备合理性。

2.2 钻具摩阻扭矩大

通常在进行大位移水平井钻井技术的施工中，钻井工具与井壁之间都会产生一定的摩阻扭矩，继而在一定程度上增加了施工难度，也使得施工中容易发生安全事故。而摩阻扭矩的大小常常受到多方面因素的影响，首先，钻井工具与井壁的接触面是直接影响到摩阻扭矩大小的重要因素，一旦两者的接触面积过大或钻井工具的材质不符合要求，都会极大增加两者之间的摩阻扭矩，继而影响到施工效率和施工安全。其次，水平段的长度也是影响到摩阻扭矩大小的重要因素，若是在水平段过长的条件下施工，势必就会使得岩屑在施工过程被磨碎，使得钻井液无法被有效清除，最终就影响到钻井液的润滑效用，也进一步加高了摩阻扭矩。最后如果钻井工具和井眼底边的接触面过大就会产生偏心环控的现象，继而影响到岩屑能力，最终就产生了岩屑床，影响到施工安全和施工效率。

2.3 套管严重磨损

套管磨损是所有钻井作业的常见问题，套管磨损到一定程度后会被挤毁，严重影响生产，甚至导致报废。造成磨损的因素有很多，如：钻进过程中几乎全部钻柱都是依附在套管外壁上的，极大的增加了钻柱对于套管本体的正压力;起下钻与划眼的次数很多、钻进作业时间过长、固井过程中套管没有完全居中、钻具的结构过于复杂;钻具及其套管在材料的基本性能方面存在一定差异等。

2.4 固井质量控制较难

通常在固井作业中对于水泥浆的性能要求相对较高，而水平段和斜井段位置的高边又会出现水袋，在这种情况下，不仅是水泥石的质量会受到一定影响，也会严重影响到井壁胶凝结的质量。同时，在等待凝结的过程中，如果油气不正常渗入到水泥浆里，将会严重影响到水泥石的结构稳定性，而水泥浆在凝固的时候会产生收缩现象，进而使得水泥石不能完全贴近井壁，使得两者之间产生缝隙，或者是套管壁之间产生缝隙，最终影响到固井作业的施工质量。

3 大位移水平钻井井眼轨迹施工工艺提升策略

3.1 井眼轨迹控制对策

为了确保在大位移水平井施工中能够良好的控制井眼轨迹，在展开施工之前，相关工作人员应做好勘测工作，做好井眼的施工设计，并在选择造斜点的时候根据岩性结构情况选择一处较为稳定的位置，从而保证井眼稳定性。同时，工作人员也要考虑到摩阻扭矩的问题，尽可能选用圆弧形的造斜段，从而在减少摩阻扭矩的时候，也能够降低套管磨损问题的发生几率。

3.2 摩阻扭矩大控制对策

优化钻具组合，采用倒装钻具组合，这种钻具组合就是将比较重的钻具放置在直井段或者井斜角小的井段，有利于钻压的传递，同时应用加重钻杆代替钻铤，减少钻具与井壁的接触面积;调整钻井液性能，使钻井液具有良好的润滑性、流变性和携带、悬浮岩屑的能力，降低长水平段水平井施工的摩阻;应用摩阻与扭矩检测软件，根据已钻井眼的摩阻系数来预测未来要钻井眼的摩阻与扭矩，然后采取相对应的技术措施来降低施工的摩阻与扭矩。

3.3 套管磨损处理对策

在钻杆上固定特殊材料，如钻杆保护器与橡胶护箍等，以此减小或防止套管和工具的接头接触，降低摩擦因数。在钻杆上接入特殊接头，钻杆旋转后减小套管和钻杆接头间的接触面积，将接头和套管间的相对运动转换成钻杆和全新减摩接头间的相对运行，以此降低套管的磨损。采用特殊工艺对钻杆的接头表面实施化学处理，使接头表面具备一定耐磨性，减小摩擦因数，此外这种处理方法还能对钻杆提供有效的保护。通过对不同种类添加剂与钻井液的合理使用，对系统的润滑性能进行改善，最终达到降低摩擦因数和减小磨损的目的。

3.4 井壁稳定性的控制对策

井壁的稳定性是确保施工安全的重要因素，为此工作人员应充分了解地压情况，科学使用钻井液，并在使用过程中做好钻井液的性能调整工作。在实际施工中，工作人员应仔细检查钻井液的失水量，一旦发现异常应及时进行处理，确保井壁具备良好的致密性，同时，工作人员也要根据实际情况调整下钻速度，并降低抽吸压力，从而确保井壁的稳定性。在整个施工过程中也要做好井内的清理工作，尤其是岩屑的清洗工作，在清洗过程中应合理使用油基钻井液，避免冲洗液造成不利影响，从而保证油膜的清洗达到要求。此外，工作人员也要合理配置水泥浆，根据施工需求科学设置原料的配置比例，控制好水泥浆的稠化时间，尽可能提高井壁的稳定性。

3.5 钻井液携砂功能控制对策

在钻井施工中为了保证钻井液的使用黏黏度以及切力数值，可以长期满足施工标准，可以更好的实现钻井液携带岩屑的施工效果。除此之外还应当对钻井液的原本性能适当加以调整。在开展钻井施工中，保证将3-4次的划眼操作，可以每完成一根钻进施工既可随之完成。同时根据钻具其本身的大幅度活动，通过借助复合性钻进法，搅动巖屑有效避免岩屑床情况。基于另一层面则可以根据钻井口的具体岩屑实际携带情况，随着钻井作业的深度不断增加，在可控范围内适当加大短起下的作业频次。

4 结束语

总而言之，大位移水平井钻井技术的施工关键点，就是井深轨迹的具体设计情况，通过对其加以优化设计，从而有效缩短扭矩数值，同时还可以达到一定的磨阻度降低，提高施工质量的效果。

参考文献：

[1]李硕，伊向艺.大位移水平井施工中井眼轨迹控制技术[J].石化技术，2015，22（11）：47+46.