水平井施工中常见隐患与对策探析_孙磊.pdf

2020年第8期西部探矿工程 * 收稿日期 2020-03-31 作者简介 孙磊 （1985-） ， 男 （汉族） ， 河北邯郸人， 工程师， 现从事石油钻井工作。 水平井施工中常见隐患与对策探析 孙磊* （大庆钻探工程公司钻井一公司， 黑龙江 大庆 163411） 摘要 随着井下仪器与测量工具的不断研发， 水平井钻井技术得到了长足的发展， 已经成为各个油 田开发低压、 低产、 低渗透储层的有效技术手段。在水平井施工中由于井斜角要达到90左右， 因此 使钻具受力发生了根本性的变化， 导致水平井在施工中井眼净化困难、 井壁稳定性差、 摩阻大、 易发 生井下复杂。基于此， 系统分析了水平井容易出现复杂的因素， 并制定了相应的技术对策。 关键词 水平井施工； 常见隐患； 安全对策 中图分类号 TE243 文献标识码 A 文章编号 1004-5716202008-0079-02 水平井施工中存在着水平井位移比较大、 井斜角 度比较大、 水平井段比较长的特点， 因此在施工中很容 易发生井下的事故复杂情况， 所以在进行水平井施工 的时候应该深入研究水平井事故复杂发生的原因， 制 定水平井安全施工的技术对策， 这样才能保证水平井 施工的安全， 提高水平井的施工效率和效益。 1施工水平井易产生事故复杂的因素 1.1水平井施工的下部钻具受力发生了变化 在施工水平井的时候应用的下部钻具组合的受力 情况就会发生了根本性的变化了， 因为在水平井施工 中从进行造斜施工开始， 井斜角就开始逐渐产生了， 当 施工到水平井段的时候井斜角就得达到86以上， 有的 甚至超过了90以上， 正是由于这样大的井斜角的存 在， 使应用于施工水平井的下部钻具组合的受力情况 就发生了根本性的变化， 主要表现在以下几个方面。 一是有卡钻风险。由于大井斜角的存在， 在钻进过程 中使下部钻具都偏向井筒的低边， 而在起下钻的过程 中下部钻具由于受到拉力的影响而被拉向井筒的高 边， 这样长期的、 频繁地进行起下钻作业就会使井眼高 边被拉出了键槽， 很容易发生键槽卡钻的风险。二是 施工的摩阻与扭矩逐渐增大。当井斜角出现以后， 水 平位移也就随之出现， 这个时候钻具与井壁之间的接 触面积会逐渐增大， 因此无论是在定向施工中， 还是在 旋转施工中都会增加井壁与钻具之间的摩阻和扭矩， 如果钻井液的性能不佳， 润滑性不好， 那么起下钻中会 出现阻卡情况， 钻进过程中由于摩阻和扭矩都比较大， 容易使钻具发生疲劳破坏， 发生钻具事故。三是影响 钻头的使用寿命。当井斜角出现以后， 不仅使钻具的 受力情况发生了变化， 也使钻头的受力情况发生了变 化。井斜角使钻头不在受垂直力， 而是增加了侧向的 分力， 这个分析使钻头的偏磨更加严重， 出现早期的磨 损， 特别是在使用牙轮钻头施工的时候， 牙轮钻头的轴 承由于受到侧向分力的影响使用寿命会大打折扣， 有 相关的研究资料分析发现， 水平井使用的牙轮钻头与 常规直井使用的牙轮钻头寿命至少降低40左右， 因 此在水平井的施工中， 特别是使用牙轮钻头施工的水 平井， 很容易发生掉牙轮等钻头事故。 1.2井眼净化比较困难 在水平井的施工中， 井眼净化难题是一个比较突 出的问题， 因为井眼净化的不够彻底， 因此在水平井的 施工中就不可避免地会形成岩屑床。岩屑床的形成主 要还是因为有井斜角的存在， 当井斜角存在以后会使 下部的钻具贴向下井筒的低边下井壁， 这个时候的下 井壁处的钻井液的流速非常低， 甚至接近于零， 因此钻 头破碎后的岩屑在流经井眼低边的时候就会逐渐在此 位置堆积、 聚集， 最后经过钻具的拍打作用而形成岩屑 床。当岩屑床形成以后， 厚度会随着水平井钻井施工 的时间增加而逐渐增厚， 增厚到一定程度后不仅影响 钻进的摩阻和扭矩情况， 更为严重的是在水平井进行 起下钻作业的施工发生遇阻和遇卡， 而使水平井施工 的安全受到威胁， 更为严重的会发生卡钻的事故。 1.3井壁稳定性差 79 ChaoXing 2020年第8期西部探矿工程 在水平井施工中， 特别是进入到水平段以后， 井斜 角会达到接近90左右， 因此会使井筒的受力情况发生 了变化， 水平段的井筒不仅受到横向力的作用， 而且还 受到上覆岩层的压力作用， 特别是有些井段的岩性比 较复杂， 由于钻井液中的游离水进入到井壁当中， 会引 起井壁吸水膨胀， 最后导致井壁坍塌掉块， 而引起井壁 出现不稳定的情况， 轻者会出现起下钻阻卡， 大段进行 划眼作业， 重者则会使井眼报废， 造成巨大的经济损 失。 2水平井安全施工对策 2.1应用优质钻井液， 降低摩阻与扭矩 钻井液被称为钻井液的血液， 特别是在水平井施 工中， 钻井液性能的好坏直接影响水平井的施工安全 与施工效率， 因此在水平井施工中要选用那些抑制能 力强、 润滑性能好、 携带与悬浮能力强的钻井液体系， 比如KCl盐水钻井液体系， 这样才能够降低钻井施工 中的摩阻与扭矩， 使钻具不发生疲劳破坏， 保证施工的 安全。 2.2做好井眼净化， 降低岩屑床形成 如果井眼净化不好， 岩屑床一旦形成将对井筒产 生非常大的危害， 为此一定要搞好井眼净化， 避免岩屑 床的形成。 2.2.1做好钻井工程设计 国内和国外的科研机构进行研究表明， 在井斜角 度在45～65之间的时候岩屑上返是最困难的， 也是最 容易形成岩屑床的井段， 因此在做钻井工程设计的时 候应尽量避免这一井斜井段的长度， 所以在钻井工程 设计井眼轨道的时候一定要优选造斜点和造斜率， 减 少45～65井段的长度， 这样才能从设计源头上避免岩 屑床大段形成。 2.2.2强化施工参数 要想减小岩屑床的形成厚度， 在水平井的钻井施 工中一定要强化转速和排量等对携带岩屑有影响的施 工参数。根据专家学者的科学实验我们能够知道， 当 水平井钻井施工进行的时候， 无论是在层流状态下， 还 是紊流状态下， 随着钻井排量的增大， 钻井液携带岩屑 的能力不断增强， 当钻井排量达到一个临界值的时候， 理论上是不能够产生岩屑床的， 因此在215.9mm井眼 施工中一定要保证钻井排量达到34L/s以上， 这样才能 保证钻井液能够很好地携带钻头所破碎的岩屑， 减小 岩屑床形成的厚度。与钻井排量匹配的转盘转速也能 够同样起到协助井眼净化的作用， 当转盘转速逐渐增 加以后， 钻井液会在高转速的情况下进行搅动， 这样就 会使井筒低边的岩屑在钻井液搅动离心力的情况下被 激活， 而随着钻井液上返到地面， 从而使井眼低边净化 的更为干净， 保证岩屑床不能够形成。 2.2.3及时短起下钻 在岩屑床没有彻底形成的时候， 一定要根据井下 的摩阻和扭矩情况及时进行短起下钻进行对岩屑的破 坏， 并在下钻到底后大排量进行循环洗井， 地面应用四 级固控设备， 保证破坏的岩屑床及时上返到地面的同 时， 还能够被四级固控设备及时清除出钻井液中， 使钻 井液的含砂量和有害固相含量都符合水平井的施工要 求。 2.3保证井壁稳定 在水平井施工中， 为了保证井壁稳定， 首先是要平 衡上覆岩层的压力， 因此要对整个井筒的上覆岩层压 力进行评估确定， 然后根据压力数据来确定钻井液的 密度， 从物理上使整个井筒的受力处于平衡状态。其 次是调整钻井液的性能， 保证钻井液具有低失水的特 点， 形成的井壁泥饼薄并且致密， 这样才能使井壁更加 稳定。第三是在进行起下钻中要控制好速度， 避免形 成压力激动和抽吸， 引起井壁失去稳定性。 3结束语 水平井施工中虽然存在着诸多的风险， 但是随着 科技不断进步， 优质钻井液体系的出现和工艺设备的 更新， 必然会逐渐使摩阻扭矩大、 井眼净化难、 井壁稳 定差等相关问题得到解决， 提高水平井的施工效率。 在未来水平井钻井技术必然是所有油田增储上产的有 效技术手段， 必然为原油的持续稳产、 高产发挥重要作 用。 参考文献 [1]耿书肖,张永青,奚国银,等.水平井卡钻事故处理实践及预防 措施探讨[J].探矿工程 （岩土钻掘工程） ,20102. [2]陈立学.水平井施工事故复杂原因分析及预防措施[J].西部 探矿工程,20197. 80 ChaoXing