大位移水平井鉆井井眼軌跡控制對(duì)策

鄭國(guó)清

摘要：本文簡(jiǎn)單分析了大位移水平井鉆井井眼軌跡設(shè)計(jì)原則，以及其施工難點(diǎn)，并提出了相應(yīng)的解決措施。

關(guān)鍵詞：大位移;水平井;鉆井;井眼軌跡

1 大位移水平井鉆井井眼軌跡設(shè)計(jì)原則

1.1 軌跡設(shè)計(jì)必須滿足現(xiàn)場(chǎng)安全作業(yè)施工工況要求

鉆井作業(yè)主要工況有旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)、滑動(dòng)鉆進(jìn)（馬達(dá)鉆具）、劃眼、倒劃眼、下完井管柱和起下鉆等。在不同的工況下，井下鉆柱受力不同，管柱在井內(nèi)產(chǎn)生的摩阻、扭矩也各不相同。因此設(shè)計(jì)時(shí)，必須要對(duì)最大工況載荷進(jìn)行考慮和優(yōu)化。鉆進(jìn)期間，井下鉆具所受各種力復(fù)合作用，主要包括拉力、應(yīng)力、彎曲力以及側(cè)向力等，要保證鉆具組合在受到各種有效軸向載荷下不發(fā)生屈曲彎曲或正弦彎曲，上部井口鉆具受到的各種有效載荷就不超過(guò)其軸向屈服強(qiáng)度值的80%;劃眼及倒劃眼期間，鉆柱所產(chǎn)生側(cè)向力最大，尤其在上部高狗腿度井段，對(duì)套管磨損非常嚴(yán)重;起鉆期間，整個(gè)鉆柱受到軸向拉力，摩擦阻力增大，需要考慮起鉆過(guò)程中發(fā)生阻、卡時(shí)的鉆機(jī)提升能力余量。因此，優(yōu)先選擇使用頂驅(qū)鉆機(jī)進(jìn)行大位移井作業(yè)，而且還可以進(jìn)行倒劃眼起鉆，有利于清潔井眼、修整井壁。

1.2 軌道設(shè)計(jì)的摩阻及扭矩值應(yīng)當(dāng)最小

大位移井作業(yè)中，通常井下摩阻和扭矩較大，是制約水平位移延伸的主要因素。因此，軌道不斷優(yōu)化設(shè)計(jì)是減小大位移井摩阻及扭矩的主要方法之一。

1.3 設(shè)計(jì)的井眼深度盡可能最短

在軌道設(shè)計(jì)中，造斜點(diǎn)與目標(biāo)靶點(diǎn)間，可以優(yōu)化設(shè)計(jì)出無(wú)數(shù)條井眼軌道，而且每一條長(zhǎng)度均存在差異，作業(yè)中應(yīng)盡量選擇長(zhǎng)度短的軌道，降低作業(yè)難度和風(fēng)險(xiǎn)。

2 大位移水平井鉆井井眼軌跡控制施工難點(diǎn)

2.1 井眼軌跡方位控制

通常在進(jìn)行大位移水平井鉆井技術(shù)施工中，常常會(huì)需要許多穿越的靶點(diǎn)，這在一定程度上增加了井眼軌跡的控制難度，所以工作人員必須要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行綜合分析，不僅要保證井眼的施工設(shè)計(jì)具備科學(xué)性，也要正確處理好造斜井段、水平井段以及直井段等各個(gè)井段的相互關(guān)系，從而確保井眼的施工設(shè)計(jì)具備合理性。

2.2 鉆具摩阻扭矩大

通常在進(jìn)行大位移水平井鉆井技術(shù)的施工中，鉆井工具與井壁之間都會(huì)產(chǎn)生一定的摩阻扭矩，繼而在一定程度上增加了施工難度，也使得施工中容易發(fā)生安全事故。而摩阻扭矩的大小常常受到多方面因素的影響，首先，鉆井工具與井壁的接觸面是直接影響到摩阻扭矩大小的重要因素，一旦兩者的接觸面積過(guò)大或鉆井工具的材質(zhì)不符合要求，都會(huì)極大增加兩者之間的摩阻扭矩，繼而影響到施工效率和施工安全。其次，水平段的長(zhǎng)度也是影響到摩阻扭矩大小的重要因素，若是在水平段過(guò)長(zhǎng)的條件下施工，勢(shì)必就會(huì)使得巖屑在施工過(guò)程被磨碎，使得鉆井液無(wú)法被有效清除，最終就影響到鉆井液的潤(rùn)滑效用，也進(jìn)一步加高了摩阻扭矩。最后如果鉆井工具和井眼底邊的接觸面過(guò)大就會(huì)產(chǎn)生偏心環(huán)控的現(xiàn)象，繼而影響到巖屑能力，最終就產(chǎn)生了巖屑床，影響到施工安全和施工效率。

2.3 套管嚴(yán)重磨損

套管磨損是所有鉆井作業(yè)的常見(jiàn)問(wèn)題，套管磨損到一定程度后會(huì)被擠毀，嚴(yán)重影響生產(chǎn)，甚至導(dǎo)致報(bào)廢。造成磨損的因素有很多，如：鉆進(jìn)過(guò)程中幾乎全部鉆柱都是依附在套管外壁上的，極大的增加了鉆柱對(duì)于套管本體的正壓力;起下鉆與劃眼的次數(shù)很多、鉆進(jìn)作業(yè)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)、固井過(guò)程中套管沒(méi)有完全居中、鉆具的結(jié)構(gòu)過(guò)于復(fù)雜;鉆具及其套管在材料的基本性能方面存在一定差異等。

2.4 固井質(zhì)量控制較難

通常在固井作業(yè)中對(duì)于水泥漿的性能要求相對(duì)較高，而水平段和斜井段位置的高邊又會(huì)出現(xiàn)水袋，在這種情況下，不僅是水泥石的質(zhì)量會(huì)受到一定影響，也會(huì)嚴(yán)重影響到井壁膠凝結(jié)的質(zhì)量。同時(shí)，在等待凝結(jié)的過(guò)程中，如果油氣不正常滲入到水泥漿里，將會(huì)嚴(yán)重影響到水泥石的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，而水泥漿在凝固的時(shí)候會(huì)產(chǎn)生收縮現(xiàn)象，進(jìn)而使得水泥石不能完全貼近井壁，使得兩者之間產(chǎn)生縫隙，或者是套管壁之間產(chǎn)生縫隙，最終影響到固井作業(yè)的施工質(zhì)量。

3 大位移水平鉆井井眼軌跡施工工藝提升策略

3.1 井眼軌跡控制對(duì)策

為了確保在大位移水平井施工中能夠良好的控制井眼軌跡，在展開(kāi)施工之前，相關(guān)工作人員應(yīng)做好勘測(cè)工作，做好井眼的施工設(shè)計(jì)，并在選擇造斜點(diǎn)的時(shí)候根據(jù)巖性結(jié)構(gòu)情況選擇一處較為穩(wěn)定的位置，從而保證井眼穩(wěn)定性。同時(shí)，工作人員也要考慮到摩阻扭矩的問(wèn)題，盡可能選用圓弧形的造斜段，從而在減少摩阻扭矩的時(shí)候，也能夠降低套管磨損問(wèn)題的發(fā)生幾率。

3.2 摩阻扭矩大控制對(duì)策

優(yōu)化鉆具組合，采用倒裝鉆具組合，這種鉆具組合就是將比較重的鉆具放置在直井段或者井斜角小的井段，有利于鉆壓的傳遞，同時(shí)應(yīng)用加重鉆桿代替鉆鋌，減少鉆具與井壁的接觸面積;調(diào)整鉆井液性能，使鉆井液具有良好的潤(rùn)滑性、流變性和攜帶、懸浮巖屑的能力，降低長(zhǎng)水平段水平井施工的摩阻;應(yīng)用摩阻與扭矩檢測(cè)軟件，根據(jù)已鉆井眼的摩阻系數(shù)來(lái)預(yù)測(cè)未來(lái)要鉆井眼的摩阻與扭矩，然后采取相對(duì)應(yīng)的技術(shù)措施來(lái)降低施工的摩阻與扭矩。

3.3 套管磨損處理對(duì)策

在鉆桿上固定特殊材料，如鉆桿保護(hù)器與橡膠護(hù)箍等，以此減小或防止套管和工具的接頭接觸，降低摩擦因數(shù)。在鉆桿上接入特殊接頭，鉆桿旋轉(zhuǎn)后減小套管和鉆桿接頭間的接觸面積，將接頭和套管間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成鉆桿和全新減摩接頭間的相對(duì)運(yùn)行，以此降低套管的磨損。采用特殊工藝對(duì)鉆桿的接頭表面實(shí)施化學(xué)處理，使接頭表面具備一定耐磨性，減小摩擦因數(shù)，此外這種處理方法還能對(duì)鉆桿提供有效的保護(hù)。通過(guò)對(duì)不同種類添加劑與鉆井液的合理使用，對(duì)系統(tǒng)的潤(rùn)滑性能進(jìn)行改善，最終達(dá)到降低摩擦因數(shù)和減小磨損的目的。

3.4 井壁穩(wěn)定性的控制對(duì)策

井壁的穩(wěn)定性是確保施工安全的重要因素，為此工作人員應(yīng)充分了解地壓情況，科學(xué)使用鉆井液，并在使用過(guò)程中做好鉆井液的性能調(diào)整工作。在實(shí)際施工中，工作人員應(yīng)仔細(xì)檢查鉆井液的失水量，一旦發(fā)現(xiàn)異常應(yīng)及時(shí)進(jìn)行處理，確保井壁具備良好的致密性，同時(shí)，工作人員也要根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整下鉆速度，并降低抽吸壓力，從而確保井壁的穩(wěn)定性。在整個(gè)施工過(guò)程中也要做好井內(nèi)的清理工作，尤其是巖屑的清洗工作，在清洗過(guò)程中應(yīng)合理使用油基鉆井液，避免沖洗液造成不利影響，從而保證油膜的清洗達(dá)到要求。此外，工作人員也要合理配置水泥漿，根據(jù)施工需求科學(xué)設(shè)置原料的配置比例，控制好水泥漿的稠化時(shí)間，盡可能提高井壁的穩(wěn)定性。

3.5 鉆井液攜砂功能控制對(duì)策

在鉆井施工中為了保證鉆井液的使用黏黏度以及切力數(shù)值，可以長(zhǎng)期滿足施工標(biāo)準(zhǔn)，可以更好的實(shí)現(xiàn)鉆井液攜帶巖屑的施工效果。除此之外還應(yīng)當(dāng)對(duì)鉆井液的原本性能適當(dāng)加以調(diào)整。在開(kāi)展鉆井施工中，保證將3-4次的劃眼操作，可以每完成一根鉆進(jìn)施工既可隨之完成。同時(shí)根據(jù)鉆具其本身的大幅度活動(dòng)，通過(guò)借助復(fù)合性鉆進(jìn)法，攪動(dòng)巖屑有效避免巖屑床情況。基于另一層面則可以根據(jù)鉆井口的具體巖屑實(shí)際攜帶情況，隨著鉆井作業(yè)的深度不斷增加，在可控范圍內(nèi)適當(dāng)加大短起下的作業(yè)頻次。

4 結(jié)束語(yǔ)

總而言之，大位移水平井鉆井技術(shù)的施工關(guān)鍵點(diǎn)，就是井深軌跡的具體設(shè)計(jì)情況，通過(guò)對(duì)其加以優(yōu)化設(shè)計(jì)，從而有效縮短扭矩?cái)?shù)值，同時(shí)還可以達(dá)到一定的磨阻度降低，提高施工質(zhì)量的效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]李碩，伊向藝.大位移水平井施工中井眼軌跡控制技術(shù)[J].石化技術(shù)，2015，22（11）：47+46.