水平井钻井参数设计与工艺技术优化分析

袁红光

摘要：在当前油气资源勘探开发中，稠油、页岩油、浅薄层油藏等非常规油藏开发程度加深，成为油田增储上产的潜力所在。而油藏开发程度加深，是以钻井技术的进步作为支撑的，特别是水平井钻井的应用和普及。但随着应用范围和领域拓展，对水平井钻井要求也逐步提高。因此，有必要结合水平井钻井应用情况，对钻井参数和工艺应用进行优化分析，提升水平井钻井应用成效。

关键词：水平井；钻井参数；钻井工艺

水平井井身轨迹的控制、井下安全、水平井成本控制等都与钻井参数有关。水平井钻井参数合理选择在水平井施工中起十分重要的作用。所谓钻井参数的合理选择，指在依据固定钻进参数基础上，优选钻压、转数、水力参数及钻井液完井液参数，实现这些参数的合理匹配，以达到钻井安全、快速、低成本的目的。众所周知，水平井钻井参数的选择既不能套用常规钻井参数优选的方法，也很难采用通用模式。因此，结合江苏油田水平井的特点，分别就单项钻井参数的选择进行研究，并在选择时考虑其它因素的影响。本文结合当前油气资源开发对水平井钻井技术应用要求提高的发展趋势，对钻井参数优化和工艺应用优化进行了探究。

1.水平井钻井设计的基本流程

常规直井是井身轨迹垂直向下延伸，在钻遇储层后井筒在储层中泄油面积较小，开发成效较差，特别是对储层上部不适宜布置井场等区块开发难以进行。水平井钻井技术较好的解决了这些问题，该类油气井一般包含直井段、斜井段和水平段等部分，井斜角接近或达到90°，可在油藏储层中延伸一定距离，提升了油气采收率，特别适用于浅薄层油藏、裂缝性油藏和稠油油藏开发[1]。根据钻井设计深度以及井筒垂直段到水平段的曲率半径，可以分为长中短等不同类型油井，钻井难度随着深度的增加而逐步加大。

水平井钻井技术是在定向井技术基础上发展的，但比定向井钻井难度更高，涉及更多因素，存在井身轨迹难以控制、钻井控制精度要求高、井下管柱受理状况复杂、钻井液性能要求较高、钻井摩阻大等作业困难，需要对钻井参数和工艺应用不断优化。在具体钻井中，常规情况下可依次进行地面井场搭建、井下钻具设备和套管等辅助设备准备、井眼曲率半径精确计算、完井作业和储层施工等工序，设计过程反序进行。钻井设计主要包括完井、水平段、造斜段和垂直段等阶段，完井设计要突出工具设备的性能要求，确保在以适宜井眼尺寸开钻、各项作业程序完善[2]。水平段设计重点是优选钻井液、钻具组合和钻头，并结合地层状况确定水力参数。造斜段要综合上述工作，根据钻井中靶要求科学确定增斜率和造斜点。直井段要确保与前述三个环节的延续性，并为储层施工提供准备。

2水平井钻井参数和工艺应用的优化

2.1水平井钻井参数的优化

水平井鉆井参数的优化，一是明确油藏类型和特点。要针对水平井适宜应用的油藏类型，在前期地质勘探基础上，根据具体油藏类型和地质特点，突出不同的水平井设计要点，对层析较多的油藏要尽量在满足开发要求的基础上，一个井筒尽量钻穿更多储层；对具备垂直裂缝的裂缝性油藏，要确保水平井井身要与垂直裂缝呈现正交，同样需要尽可能的钻遇更多地裂缝；对底水油藏和气顶油藏，要考虑钻井和采油中的水锥、气锥等问题，尽量使井筒与油水交界面隔离[3]。二是完善井身剖面设计。井身剖面是否符合地层特点和钻井要求，直接关系到钻井质量，在具体设计中要突出满足地质特点、规避复杂地层、简化优化增斜率曲线、确保井眼轨迹平滑和井眼清洁、降低钻井摩阻和扭矩。要根据开发需要和地层特点优选长中短不同半径，明确不同剖面类型摩阻、扭矩等参数差异。在各方面条件允许时，要优选长中型半径确保钻井摩阻和扭矩较小。同时，对厚储层要采用小水平位移型剖面，通过直井段、造斜点和水平段的简单结构实现储层开发；对浅薄层油藏或常用中长半径水平井，要选择大水平位移型井身剖面，增加造斜段次数，确保更好地实现钻井中靶目标。三是优选钻具和优化钻具组合。造斜和水平段钻进是水平井钻井关键，可采用弯接头配合动力钻进行造斜钻具组合，根据造斜需要，造斜率越高则采用弯曲角更大、刚性更强的弯接头，一般弯接头弯曲角度多在1°-2.5°范围内，动力钻则要根据井眼尺寸选择。增斜钻具需要配套双稳定器，通过杠杆原理进行钻进，但要根据实际需要调整好下部钻具规格和双稳定器间距。降斜钻进多采用钟摆钻具组合，并根据井眼尺寸要求确定合理钻压[4]。四是优选钻井液。要结合钻井工程情况、地质状况，合理选择应用聚合物钻井液、正电胶钻井液或清洁盐水钻井液。五是合理确定水平段长度。水平段要根据实际需要确定最佳长度，确保最经济情况下最佳采油效果，具体要结合储层构造、产能状况、钻井设备和工作人员状况、井下钻井扭矩和摩阻状况等确定。六是优化钻柱设计。合理的钻具设计可以降低钻井中的摩阻和扭矩，要根据采用设备性能，在满足钻井需要的基础上，尽量降低钻柱的重量、确定好构件安装位置，并确保井壁与接头接触力安全可控、摩阻和扭矩应力值和在管柱承受极限范围内。

2.2水平井钻井工艺技术的优化

一是注意控制好钻井中的应力。水平井的水平段和斜井段，钻具在钻进中可能会由于自身重力等原因与井壁下沿接触，因为重力效应等造成钻具和管柱的上提、下放和钻进中可能存在较大的扭矩、摩阻等应力[5]。主要工艺控制措施是结合前文所述的合理确定钻井参数，对井身剖面、井眼弯曲率等参数进行控制的基础上，不断改进工艺技术，选择配套的钻井泥浆、润滑剂等辅助试剂进行钻进，将摩阻、扭矩等非有利应力控制在规范要求范围内。二是注意保持井眼的情节性。水平井钻井中易产生岩屑堆积问题，特别是在水平段和弯曲度较大的井段易产生岩屑床，造成钻具井下遇卡等事故，在井斜角45°-60°的井段产生岩屑卡钻的可能性较高。因此，工艺应用优化重点是根据钻井进程实时进行井眼清洁，在井眼清洁作业中通过大排量循环和保持适当的环空空间及流速，确保将岩屑尽可能多的返排出井筒。在起钻作业前，要辅助钻井液进行多次反复循环，通过短程起下钻和井筒分段清洗的接力循环方式，确保井壁光滑、井眼清洁。三是维护井壁稳定性[6]。水平井钻井重要安全隐患是井壁失稳坍塌问题，特别是在地层表面暴露较大的情况下，因此，要在钻井中注意做好平衡地层应力等工作，根据待钻地层选择适宜的钻井液类型和比重，对井壁的浸泡时间和地层与钻井液反应进行控制，确保井壁稳定。

3.结论与认识

水平井钻井技术适用范围广、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。水平井钻井技术应用范围和领域不断拓展，对技术发展水平也提出了更高要求，要结合当前水平井技术应用中存在的问题，积极采取措施改进钻井参数和工艺举措，提升技术应用水平。在油气田开发中，水平井可以增加裸露出油面积，提高油气产量和采收率，降低综合成本。

参考文献：

[1]鲁港；陈崇斌；阶梯形水平井段等曲率双圆弧形设计问题的解析解[J]；石油钻探技术；2014年06期

[2]任文希；王煜；程纯勇；聂秋露；何谦；长水平段水平井机械水力延伸能力研究[J]；石油化工应用；2014年05期

[3]张凯；大庆垣平1大位移井的钻井技术[J]；石油钻采工艺；2014年01期

[4]罗伟；付建红；宋科熊；许超；大位移井水平井极限延伸长度预测研究[J]；科学技术与工程；2013年35期

[5]郭宗禄；高德利；张辉；单弯双稳导向钻具组合复合钻进稳斜能力分析与优化[J]；石油钻探技术；2013年06期

[6]王波；二维阶梯形水平井段设计方法研究[J]；中外能源；2013年07期