長水平段水平井鉆井技術(shù)研究

張 俊，郭東紅

（中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司，天津 300459）

新時期，隨著各項技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展，長水平段水平井技術(shù)在國內(nèi)外諸多油田中都得到了廣泛應(yīng)用，已經(jīng)逐步成為當(dāng)下低滲透油藏、非常規(guī)油氣田開發(fā)的主要技術(shù)之一。但是不可忽略的是由于水平段過長、鉆遇巖性復(fù)雜多變、鉆具需長期與地層接觸等問題，增加了鉆井、固井作業(yè)的難度。如現(xiàn)有井眼軌道工程中，在設(shè)計期間，相關(guān)人員需要對全井段進行摩擦阻力的分析，隨后方可進行設(shè)計參數(shù)的選擇，摩阻分析中各方因素都會影響實際結(jié)果，必須提高專業(yè)人員的綜合技能、實踐經(jīng)驗。長水平段井眼軌跡的控制技術(shù)相對較為單一，使用水基鉆井液期間，其水平方向的延伸能力極易對其產(chǎn)生影響；儲層物性的水平面會存在較大變化，同時國內(nèi)在水平段的地層研究中，實際技術(shù)水平較為一般，必須及時進行地層界面、巖性等方面的分析，保證優(yōu)化鉆井參數(shù)、工程方案技術(shù)，以確保完井為基本目標(biāo)，堅持進行參數(shù)優(yōu)化、維護鉆井液性能、完善井眼準(zhǔn)備等方面的協(xié)調(diào)性。上述問題的存在必然都會與“長水平段”存在關(guān)聯(lián)，此外，當(dāng)下，業(yè)內(nèi)人士對長水平段水平井、大位移井、常規(guī)水平井的認知不同。因此，從合理進行上述三種井的形式區(qū)分角度出發(fā)，必須合理考慮各方特點，充分保證長水平段水平井的形態(tài)特征。可借助水平段、斜井段的長度關(guān)系進行長水平段水平井的定義，并以此為基礎(chǔ)建立了相應(yīng)的理論體系。未來發(fā)展研究中，相關(guān)人員必須深入進行鉆井關(guān)鍵技術(shù)、井眼形態(tài)方面的差異分析，理解工程設(shè)計和鉆井完井工藝的影響。力求逐步完善理論體系，帶動長水平段水平井的鉆井能力、鉆井模式等有所進步，推動國內(nèi)長水平段水平井鉆井技術(shù)的穩(wěn)定發(fā)展。

1 長水平段水平井的概念

國內(nèi)長水平段水平井的管理中，業(yè)內(nèi)早已進行了水平井的定義，其中的長水平段如何界定？上述問題并未得到良好解答，隨著相應(yīng)技術(shù)的發(fā)展，該問題已經(jīng)處于邊緣化階段。導(dǎo)致后果便是，業(yè)內(nèi)對長水平段水平井的鉆井技術(shù)存在認知混亂的局面。如2007年后，完鉆的躍西3井等代表了西北地區(qū)的水平井技術(shù)，其水平長度約為493m，這一長度的水平段相對而言較為常見，因此，業(yè)內(nèi)并未將上述案例歸結(jié)為長水平段水平井技術(shù)。川西地區(qū)在應(yīng)用相關(guān)的鉆井技術(shù)時，一般將水平段長度大于600m的歸為討論范圍內(nèi)；而在吉林、遼寧等油田的技術(shù)介紹中，一般將水平段長度大于1 000m的稱為長水平段水平井技術(shù)。從中可以看出，不同地區(qū)在進行相關(guān)理論的研究中，存在較為明顯的認知差異，同時，由于定義不明確，表述不清晰，存在不規(guī)范的問題。業(yè)內(nèi)討論中，經(jīng)常出現(xiàn)非規(guī)范性詞語：“長水平段水平井”“長井段水平井”“大跨度水平井”等。當(dāng)代石油行業(yè)的技術(shù)交流期間，上述問題的存在嚴(yán)重限制了該行業(yè)的進步和發(fā)展，同時也會對長水平段水平井鉆井技術(shù)的發(fā)展產(chǎn)生不利影響。因此，在進行這一技術(shù)的限定中，需充分考慮以往技術(shù)界限過于模糊的水平井，必要時需要對其進行二次定義，并規(guī)范其具體特點。

換言之，對長水平段水平井的定義并非簡單的技術(shù)問題，而是必須引起社會大眾的重視，因為“長水平段”屬于一個相對性的概念。如川西地區(qū)中，已完成的XP-1H井水平段長度為1 506m，這一長度較2010年之前出現(xiàn)的最大長度600m便有所提升。同時，對于關(guān)鍵技術(shù)的控制方面，必須充分考慮井身結(jié)構(gòu)、鉆井液潤滑減阻、套管下入等方面的要求，這些均與傳統(tǒng)水平井鉆井技術(shù)存在顯著差異。因此，單井的水平段長度，如果能達到當(dāng)?shù)厮骄骄蕉伍L度的數(shù)倍，也可以是超過水平段長度一定的數(shù)量級，便可將其稱之為長水平段，對應(yīng)井便可成為長水平段水平井。這一要求也可體現(xiàn)出西北、川西地區(qū)的相關(guān)技術(shù)的發(fā)展特點。為此，相關(guān)人員在進行研究中，可借鑒大位移井的概念和研究思路，結(jié)合形態(tài)特征等進行定義。長水平段水平井的分析中，其形態(tài)特征便是包含“相對長”的水平區(qū)域。從彰顯水平段長度這一特征出發(fā)，其定義可分析如下：當(dāng)水平段長度大于1 000m，或者水平段與斜井段的長度比大于2的情況下，一般可稱為長水平段水平井。

2 長水平段鉆井技術(shù)發(fā)展及優(yōu)勢分析

新時期，從世界范圍角度出發(fā)，油氣田一般都要應(yīng)用到長水平段鉆井技術(shù)，其技術(shù)優(yōu)勢十分突出。油氣藏中包括低孔、低滲、薄層、稠油等部分，長水平段的存在，可保證滲流面積有所擴大，可明顯提升油氣田的產(chǎn)量。部分油氣藏中還會存在垂直型裂縫，借助長水平段可有效解決上述問題，原因在于長水平段可同時貫穿多條裂縫，同時二者是垂直的，可保證多條垂直裂縫仍可完成氣、油的生產(chǎn)。部分油氣藏工程中，存在邊底水、氣頂?shù)那闆r，借助長水平段技術(shù)可有效減緩水或氣的錐進狀態(tài)，一般為緩慢減緩，可明顯提升油氣產(chǎn)量。部分油氣藏為天然氣藏，借助其水平段的高滲透層，可有效降低產(chǎn)氣速度，控制效果顯著，尤其是進井區(qū)域，還可緩解湍流問題，降低能耗，可明顯改善高滲透氣層的產(chǎn)能。部分油氣藏為注水注氣井，合理應(yīng)用長水平段技術(shù)，可明顯提高流體經(jīng)過時的波峰、注入體積，并促進油井延伸到油氣藏的深層區(qū)域，提高整體注水氣井的效率。此外，部分海上油氣藏與陸地距離較遠，合理應(yīng)用加上的水平段可擴大范圍，穿越相應(yīng)區(qū)域，達到縮減成本、降低人力的目標(biāo)。與傳統(tǒng)普通的同直井相比，水平井包含長水平段，所以占用的井場用地相對較少，可免去鉆機安裝、鉆機搬遷等耗費的資金。近年來，水平井已經(jīng)增加了長水平段技術(shù)的應(yīng)用，使得鉆井技術(shù)成本逐漸降低，僅為直井成本的40%左右，有時甚至更低，但是實際投運后，產(chǎn)量較高，其產(chǎn)量高達直井產(chǎn)量的6倍左右。

長水平段技術(shù)的優(yōu)勢十分明顯，且已經(jīng)在世界各地區(qū)都得到了較為廣泛的應(yīng)用，但是從國內(nèi)發(fā)展情況分析，國內(nèi)長水平段技術(shù)由于鉆井技術(shù)、鉆井工具的限制，其研究水平相對滯后，國內(nèi)整體水平略低于其他國家。但是隨著國內(nèi)科學(xué)技術(shù)水平的提升、科研力量的加劇，當(dāng)下長水平段技術(shù)得到了明顯提升，如廣安井，其水平段長度為2 010m，蘇里格蘇井水平段長度更是達到了2 800m。從國內(nèi)整體發(fā)展?fàn)顩r出發(fā)進行分析可發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)總體平均水平段的長度已經(jīng)得到了2 000m，這一數(shù)字與國外發(fā)達國家水平仍存在一定差距，為此，必須及時進行技術(shù)問題的詳細分析，并積極尋求解決策略，力求逐步提高油氣藏技術(shù)的實際應(yīng)用效果。

3 長水平段水平井鉆井技術(shù)難點與對策

3.1 長度和位置難點分析

長水平段水平井施工中，其優(yōu)勢為水平段占比高、長度大。后續(xù)開采作業(yè)期間，水平段的長度、水平段的位置必然會影響油藏開采效果、完井技術(shù)、成本等。相關(guān)人員在進行該技術(shù)的總結(jié)中，必須綜合分析各類因素的影響，這也是當(dāng)下主要技術(shù)難點。從產(chǎn)量這一層面出發(fā)進行分析，水平段的長度增加后，井筒、油氣藏的接觸程度也會加深，這一狀況下，必須及時進行液體流動分析，包括摩擦阻力等。從理論上分析，井筒油氣藏接觸加深可帶動產(chǎn)量增加，但是摩擦阻力增加則會起到反作用。

從理論上分析，長水平段的設(shè)置中，必須考慮其尺寸效應(yīng)，盡量降低摩擦阻力的負面影響，進而達到提高產(chǎn)量的目標(biāo)。水平段也要確定相應(yīng)位置，一般在油氣藏頂部、靠近油氣藏等位置是相對合理的。底水驅(qū)油氣藏，水平井位置的滲流阻力會增加，產(chǎn)能也會有所下降。

3.2 井眼軌跡控制難點與對策

長水平段水平井中，其井眼控制的難點分析如下：造斜、穩(wěn)斜等位置的設(shè)計難度偏大；水平段位置合理與否對后續(xù)軌跡精度會產(chǎn)生極大影響；水平段加深后，摩擦阻力會有所增長，帶動鉆井難度攀升，這一狀況下，最終軌跡的控制精度便會有所下降。結(jié)合上述分析可發(fā)現(xiàn)，需要借助下述幾方面措施方可達到預(yù)期要求：①加強造斜點的優(yōu)化管理。一般需要選擇巖性較好、穩(wěn)定性高的地層位置，方可保證穩(wěn)定性更高。②造斜段類型的優(yōu)化。一般需要借助圓弧式處理，可有效降低磨損，避免阻力影響。③合理進行鉆具組合方式的選擇。合理對搭配方法、組合方式等進行分析，確定最佳方案，從而確保加壓、造斜、井眼軌跡等精度滿足預(yù)期要求。④復(fù)合鉆進與滑動鉆進交錯實施。鉆進施工期間，從提高井壁穩(wěn)定度角度出發(fā)，要合理進行交錯方案的落實。⑤隨鉆測量工具的使用。借助MWD對井眼軌跡進行監(jiān)控和管理，此外相關(guān)作業(yè)人員必須充分考慮鉆具、巖性間的關(guān)系，加強鉆進施工時間、比例等參數(shù)的精度控制，嚴(yán)格控制井眼軌跡。

3.3 巖屑床的難題與對策

對于長水平段水平井鉆井施工作業(yè)而言，最易產(chǎn)生屑床的便是造斜段、水平段，由于上述兩個部分的影響，導(dǎo)致鉆進施工難度增加。巖屑床主要是因下述幾方面因素導(dǎo)致：鉆具在施工期間，對于井眼部分，需直接向下井壁靠攏，產(chǎn)生巖屑必然無法及時清理，同時巖屑還會下沉，危害較高；井眼中部位置還會存在偏心、環(huán)空過大、攜巖效果差等問題；造斜段施工期間，巖屑可能無法順利返出，在相應(yīng)位置便會形成淤積。鉆井液性能必然無法滿足實際要求，同時鉆具復(fù)雜性強，增加了巖屑比例。因此穩(wěn)斜段、水平段井眼凈化的效果大打折扣，施工中必須充分考慮凈化施工技術(shù)的落實，具體分析如下。

①增加排量、保證環(huán)空反速。環(huán)空反速對井眼凈化必然會產(chǎn)生較大影響。影響偏大情況下會導(dǎo)致井壁沖毀，為此，必須降低巖屑床形成概率，同時還要精確進行排量參數(shù)、環(huán)空反速等參數(shù)的控制。②改善鉆井液，目標(biāo)是提高鉆孔動力。鉆進期間，必須及時對井液進行添加劑的注入，如高分子聚合物，從而有效提高其攜巖能力。③鉆井施工期間，必須合理配合下鉆、分段循環(huán)、劃眼等方面的處理。當(dāng)井斜度大于30°的情況下，應(yīng)該采取短程起下鉆的方法，從而確保及時清除巖屑。④井眼軌跡設(shè)計的優(yōu)化。這一方法最為明顯的優(yōu)勢便是可有效進行造斜率的控制，還可確保穩(wěn)斜段的長度滿足預(yù)期要求，降低巖屑淤積概率。⑤鉆具結(jié)構(gòu)的簡化。從鉆進施工工藝的角度出發(fā)，必須對鉆具進行簡化處理，避免采用連接點過多的鉆具，否則危害較高。

3.4 潤滑防卡和井眼穩(wěn)定的難點與對策

長水平段水平井的鉆進施工期間，隨著鉆進施工的發(fā)展，產(chǎn)生的摩阻扭矩也會增加，這一現(xiàn)象會增加卡鉆事故概率，同時由于短程操作中頻繁下鉆，劃眼也相對復(fù)雜，極易增加整個施工操作的煩瑣程度，此時卡鉆概率也會上升。應(yīng)對措施分析如下。

①添加潤滑劑。目的是合理進行鉆井液體系的潤滑，降低卡鉆概率。工程項目中，一般是液體潤滑劑、固體潤滑劑組合使用。②加強濾餅厚度、濾失量的控制。濾失量增加，濾餅厚度增加，起下鉆的難度將會增大，此時固井質(zhì)量將無法得到保障。③鉆井液含砂量的控制。含砂量過大的情況下，濾餅?zāi)Σ磷枇υ黾樱藭r卡鉆概率便會增加。為了合理解決這一問題，可借助凈化設(shè)備消除有害固相。④鉆井液密度的確定。鉆井液密度一般需要結(jié)合壓力剖面進行分析，保證選擇合適的技術(shù)參數(shù)，滿足平衡地層壓力的基本要求，從而達到降低井漏的概率。

3.5 套管磨損嚴(yán)重的原因與對策

套管磨損問題是當(dāng)下鉆井工程項目中的常見問題，一旦發(fā)生這一現(xiàn)象，極易導(dǎo)致套管損毀，危害巨大，嚴(yán)重是還會導(dǎo)致整井報廢。套管摩擦的起因分析如下：鉆進施工期間，鉆柱與井壁緊密貼合，鉆柱壓力增加；鉆具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，長期連續(xù)施工；鉆具和套管的材料性能不匹配，二者偏差較大；腐蝕性過大導(dǎo)致套管磨損等。從上述幾方面原因出發(fā)，必須落實相應(yīng)措施進行整改。

①鉆桿保護器。在鉆桿等位置需采用特殊材料，避免套管和工具接頭頻繁接觸等導(dǎo)致的危害，力求有效降低摩擦阻力的影響，從而避免套管磨損概率。②減磨接頭。需采用特殊結(jié)構(gòu)在鉆桿結(jié)構(gòu)處進行連接，鉆進施工期間，應(yīng)盡量避免套管、鉆桿結(jié)構(gòu)等過多接觸，從而避免二者之間的相對運動，降低磨損概率。③鉆桿接頭耐磨帶。可借助特殊工藝進行鉆桿表面的處理，提高耐磨效果的同時，還可降低鉆桿接頭與套管的摩擦系數(shù)，避免磨損期間發(fā)生結(jié)構(gòu)受損等問題，從而有效避免鉆桿破壞概率，也會降低后續(xù)發(fā)生磨損問題。

4 結(jié)語

長水平段水平井鉆進施工操作存在難度大、施工環(huán)境復(fù)雜的問題。實際施工中仍存在較多待解決問題，結(jié)合工程狀況、技術(shù)難點，相關(guān)人員必須加大研發(fā)力度，逐步提高工藝水平、技術(shù)水平，借助先進的計算機技術(shù)、設(shè)備技術(shù)等帶動鉆進施工的順利發(fā)展，從而有效提升施工質(zhì)量、開采效率，進而滿足能源發(fā)展需求，帶動社會長期穩(wěn)定發(fā)展。