水平井鉆井液技術研究

趙 峰

（中國石油渤海鉆探工程有限公司第一鉆井分公司，天津300280）

石油企業為提升自身勘探水平和經濟效益開發水平，在鉆井過程中不斷引入定向井技術和測試技術，使得當前水平井鉆井的規模逐漸擴大。當前，水平井鉆井技術已經成為現代油氣資源勘探和開發的主要技術手段。在進行鉆井的過程中，采用斜井段鉆井技術不可避免會鉆遇穩定的沉積層，并隨著井斜角的增加而不斷增厚[1]。同時，傳統鉆井技術在實際應用過程中存在鉆井位置下方出現井壁沉淀物，容易造成鉆井液均衡性遭到破壞；停泵過程中鉆屑整體出現下滑現象等問題，嚴重影響鉆井質量和鉆井安全。因此，針對當前鉆井過程中存在的問題，結合LWD技術和旋轉導向，開展水平井鉆井液技術研究。

1 水平井鉆井液技術研究

1.1 基于LWD技術的鉆井液配方選擇

為了確保鉆井工作的順利實施，引入LWD技術進行鉆井工程參數數據的測量。在此過程中，選擇莊1-5平井作為鉆探施工研究對象，從斜段開始進行鉆井液研究。根據施工過程的實際工作需求，應先使用參數傳感器進行電阻率參數與自然伽馬參數獲取[2]。在此過程中，要求使用鉆井工具在井口進行測試，確保多項裝置完全連接且通信無誤后，將設備下入井中。上述過程用到的鉆具組合為：?215.9mm鉆頭+?172mm單彎螺桿（1.5°）+加重鉆桿10根+伽馬短節鉆桿2根+鉆桿若干根。當鉆探的井深為1535.0m時，鉆探桿應伸至超過1600.0m處，在此種情況下，進尺深度為128.35m。當鉆桿進入井口后，等待儀器呈現自然穩定的工作狀態，此時可根據井下實際情況，將地質參數等相關數據持續傳遞到地面接收裝置。同時，控制計算機設備，按照井下傳遞的信號，進行測量曲線的繪制。實時傳輸的信號數據中包括：自然伽馬參數、地磁場信號、電阻率信號與設備探測深度等；還包括進尺數據、地層巖漿裸露時間等[3]。在此基礎上，根據測量設備的下井速度，結合相關實地調研成果，獲取井下工程參數。整理得到的數據，將數據按照工程的實際標準，調整格式，并留以待用。

根據上述通過LWD技術完成對鉆井現場的各參數測量后，根據需要對鉆井液的潤滑劑材料和潤滑劑量進行選擇。結合上述鉆井參數，選用FRH-8型號的乳化潤滑劑。在加入鉆井液當中時，FRH-8型號乳化劑能夠保證擠壓潤滑系數達到最小。乳化劑的加量越多，鉆井液的潤滑效果越好，同時考慮到經濟問題，選擇在鉆井液當中加入8%~10%的乳化劑。

1.2 基于旋轉導向的鉆井液指定方向引入

在完成鉆井工程參數測量的基礎上，基于旋轉導向設定鉆井液鉆進方向?？紤]到鉆井液鉆進過程中會受到井壁的推靠力，導致鉆井液鉆進方向與預期相比產生偏差。因此，必須綜合考慮旋轉導向下鉆井液的旋轉阻力。通過計算的方式，獲取旋轉導向下鉆井液指定方向鉆進對井壁的推靠力。設旋轉導向下鉆井液指定方向鉆進對井壁的推靠力目標函數為F，則有公式（1）：

式中：l——水平井鉆井液技術鉆進作用點與水平井井眼之間的距離；

d——水平井旋轉導向下水平井鉆井液旋轉阻力，N；

α——旋轉導向角度。

通過公式（1），得出旋轉導向下鉆井液指定方向鉆進對井壁的推靠力。在此基礎上，以鉆井液指定方向鉆進對井壁推靠力減小的方向，作為鉆井液指定鉆進方向。

通常情況下，在鉆井過程中導向裝置伸縮方向上的活塞直徑是恒定不變的，而翼片結構的作用力大小會受到導向裝置中鉆具的內外液壓差影響。因此，在具體鉆井過程中，由于水平井鉆井液技術的鉆速相對較慢，而在鉆井液壓力大小保持不變的情況下，井底內外壓差可以將其看作一個恒定不變的數值[4]。此時，翼片結構對井壁的作用力同樣也可看作是一個恒定不變的數值。因此，結合這一特點，根據上述公式（1）計算結果完成對鉆井液指定方向的鉆進。

1.3 鉆井液現場分段維護及處理

在完成相關數據參數的獲取及鉆進處理后，將對區域工程進行后期分段維護。由于巖屑在鉆探過程中會呈現出一定的散沙狀，若不及時對其進行維護處理，可能會使區域出現坍塌問題。因此，可在鉆進期間，按照一定比例，調制低濃度的粘稠試劑，使鉆進液粘度在50.0~55.0s范圍內即可[5]。在此基礎上，持續使用0.5%~0.8%的XC試劑，循環使用以此提升井口邊緣土質的粘度，此行為至少維持30.0~60.0s，從而實現對水平井鉆井過程中的維護。

此外，針對井內地下水的維護問題，可采用聚合乙醇試劑的方式，提高井邊緣鉆井液的潤滑度與聚合度，此項行為的實施，可保障水平井鉆井液技術的順利實施。根據上述分析，具體操作如下：在一開的施工井口，使用濃度為1.05%~0.65%的聚合黏膠，對井口進行沖洗，同時使用含堿性物質對水質進行初步凈化，避免由于井下淤泥造成井內堵塞性污染；在二開的施工井口，可在施工過程中選擇大量0.5%~0.8%的聚合黏膠，以此用于提高鉆井液的抑制能力與地質造漿能力，避免在工程施工過程中對環境造成二次污染[6]。在此基礎上，使用含銨鹽的溶液試劑，進行鉆井液的流型調整，持續使用高排量和提粘切藥劑跟進。

隨著鉆井施工階段的不斷深入，可使用乳化潤滑試劑（濃度至少在8.0%以上），進行鉆井液潤能力的進一步提升。總之，持續使用潤滑液對鉆井液現場進行分段維護與后期處理，是為了降低鉆井施工過程中的摩擦系數，從而在確保鉆井施工順利實施的同時，為下一次井下施工工作的實施打下基礎。綜上所述，通過對工程參數的測量及后期處理，完成對水平井鉆井液技術的研究。

2 實驗分析

選擇某施工空地作為實驗環境，該區域近幾年并未出現明顯的活動跡象，并且區域內的地質結構相對穩定。擬建施工工程采用本文提出的水平井鉆井液技術和傳統鉆井液，分別利用兩種鉆井液輔助鉆井施工，比較兩種鉆井技術的實際施工效果，以此間接對比兩種鉆井液的效果。對實驗過程中的數據進行記錄，并繪制成如表1所示的實驗結果對比表。

表1 兩種鉆井液應用后實驗結果對比表

根據表1中的實驗結果得出，在相同的鉆井設備和鉆井時間下，在本文提出的水平井鉆井液技術輔助下，能夠實現更深的鉆井深度，而在傳統鉆井液技術的輔助下，僅能夠達到327m鉆井深度。因此，通過對比實驗證明，本文提出的水平井鉆井液技術在實際應用中具有更好的應用效果，鉆井能夠達到垂比最大的效果。

3 結束語

通過水平井鉆井液技術研究，能夠取得一定的研究成果，解決傳統水平井鉆井中存在的問題。通過實例分析證明，設計的水平井鉆井液技術具有一定的現實意義，能夠在現實中取得良好的應用效果，并以此為依據指導水平井鉆井工作朝著更好的方向發展。在后期的發展中，應加大本文設計技術在水平井鉆井中的應用力度。截至目前，國內外針對水平井鉆井液技術研究仍存在一些問題，在日后的研究中還需要進一步對水平井鉆井液的優化設計提出深入研究，為提高水平井鉆井的綜合性能提供參考。本文技術的不足主要在于沒有針對本文設計技術，對水平井鉆井過程中的注意事項加以仔細說明，在后續的研究中可以予以完善，進一步完善水平井鉆井液技術方面的相關研究，真正意義上做到高效水平井鉆井。