水平井安全施工隐患与技术对策探讨

邱善坤

（大庆钻探工程公司钻井二公司， 黑龙江 大庆 163413）

水平井钻井技术已成为世界上所有的油田增加单井产量的一项有效的石油勘探开发技术。虽然水平井钻井技术有着其它直井和定向井难以比拟的优点，但是由于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，处理起来比较困难，轻则增加钻井工作量和工人的劳动强度，重则会引起整个井筒报废，造成巨大经济损失。所以在水平井施工时应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，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

在进行直井的施工过程中，由于无井斜角的存在，因此应用于施工的钻具组合一般都是垂直的，与井壁间的接触面积非常小，甚至不与井壁产生接触。而在施工水平井时应用的下部钻具组合的受力情况就发生了根本变化，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，当施工到水平井段时井斜角就得达到86°以上，有的甚至超过了90°，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、频繁的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间的摩阻和扭矩，如果钻井液的性能不佳，润滑性不好，在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。井斜角使钻头不再受垂直力，而是增加了侧向的分力，这个分力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时，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，有研究资料表明，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

在水平井施工中，井眼净化是一个比较突出的难题，因为井眼净化得不够彻底，因此在水平井的施工中就不可避免地会形成岩屑床。岩屑床的形成主要是因为有井斜角的存在，当井斜角存在后会使下部的钻具贴向下井筒的低边下井壁，这时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事故。

1.3 井壁稳定性差

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，特别使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，轻则出现起下钻阻卡，大段进行划眼作业，重则会使井眼报废，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°之间时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时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时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得知，当水平井钻井施工进行时，无论是在层流状态下，还是在紊流状态下，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时，理论上是不会产生岩屑床的，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，保证岩屑床不会形成。

2.2.3 及时短起下钻

在岩屑床未彻底形成时，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，使钻井液的含沙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。再次是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风险，但是随着科技技术的不断进步，优质钻井液体系的出现和工艺设备的更新，必将逐步使摩阻扭矩大、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。水平井钻井技术是所有油田增储上产的有效技术手段，必将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），2010，37(2)：9-13.

[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，2019，(7)：91+94.