水平井钻井速度影响因素及提速措施分析

刘健宁

摘  要：提高水平井钻井的速度是研究钻井新技术的热点，在分析影响钻井速度因素的基础上，从科学管理、优化井身结构和轨迹控制、优化钻井液和改善钻井设备等方面探讨了提高水平井钻井速度的措施，并介绍了未来在水平井钻井中可能采用的新技术。

关键词：水平井;钻井;钻速

引言

在油气田开发的过程中，钻井工程是一个重要的手段和环节，投入高、风险大、技术密集，投资占勘探开发的50%以上。钻井速度直接影响油气田开发的效益，但近年来水平井钻井施工中遇到了很多复杂情况，影响了工程进度和钻井效益，为了改善钻井质量、提高钻井效率、防止钻井安全事故和获得更大的经济利益，对水平井的钻井速度提出了更高的要求。

1 钻井速度的影响因素

1.1 地质特征

地质特征是影响钻井速度的重要因素之一，复杂的地质情况，特别是深井、超深井地质情况不明，地质预告不准等原因会给钻井施工带来一定的困难，导致钻井中遇到喷、漏，塌、卡等复杂情况，影响钻井速度。地层的稳定性还会影响到增斜降斜的效果，使水平段稳斜困难，增加了轨迹控制的难度。地层的压实程度不同，对钻速的影响不同，如随着井深的加深会有更大的压实程度，成岩性好而使机械钻速下降[1]。

1.2 钻井工具因素

钻井工具的选择作为水平井提速的主动、关键的因素直接影响到各种情况下的钻井速度。由于水平井有特殊的地质结构和岩性，施工钻头必须有较好的密封性、耐磨性和抗冲击能力，不同厂家生产的钻头适应性不同，品质不同，选型不同，都会影响钻井速度。三牙轮钻头定向、增斜比较容易，但是牙轮钻头的使用寿命相对短，起下钻次数比较多，延长了工程周期。PDC钻头复合钻进比较快，但是增斜降斜的效果不好，工具面浮动范围大，受钻压的影响较大，托压现象严重。螺杆的选择和使用同样会影响钻井速度，水平井从造斜、增斜、稳斜、水平段都要使用螺杆进行复合钻进，不同弯度的螺杆造斜能力不同，良好的造斜能力能减少滑动钻进进尺，螺杆的寿命以及能否正确的使用螺杆都对钻井速度都有影响[2]。

1.3 钻井因素

钻井液因素，可以说钻井液的性能决定着钻井的成败，钻井液的性能及与地层的适应性至关重要，如果说钻井液不能满足水平井的携沙要求，造成井眼净化不好、井壁稳定性差、润滑性能不佳等都会降低机械钻速，严重还会造成缩径、掉块、井塌等井下复杂情况。

水平井井眼轨迹设计不科学，会造成水平井造斜率高，井眼曲率大，后期钻井施工难度大。由于井眼轨迹不平滑，狗腿度大，频繁调整轨迹导致摩阻大，易粘卡，起下钻易遇阻，需多次开泵循环划眼方能正常起下钻，钻具加压困难，大大降低了机械钻速[3]。

2 提高钻井速度的措施

钻井速度的提升是随着水平井钻井技术的发展而来的，但是提速技术比原来的钻井技术更具有实用价值。

2.1 科学管理

鉆井施工中的每道工序都是关键，施工中每个人的熟练程度和技术水平是影响钻进速度的重要因素，因此在水平井钻井过程中要培养工人的操作技术水平和对工序的熟练程度，做好各道工序衔接，开好班前班后会和技术交底会都能有效地提高钻井速度[4]。还可以聘请经验丰富的技术服务工程师，现场指导操作人员施工，当然，安全和风险管理也是很重要的，安全生产重于泰山。强化设备管理，减少机械故障，严格进行巡回检查，发现问题及时整改，加强设备的定期维护保养，老化的设备及时更新，降低机械修理时间。

2.2 优化井身结构和轨迹控制

优化井身结构，可以有效地缩短钻井周期，减少钻井事故的发生概率。优化井身结构既能保证井眼轨迹圆滑，造斜曲率稳定，降低摩阻，减少井下事故，尽可能的增加复合钻进井段，又能有效发挥PDC钻头的作用，同时也能有效地解决快速安全入靶的问题。优化井身结构是以详细的地质描述为基础的，以地质参数为基础详细描述水平井地应力和岩石力学参数;分析预测水平井井壁的稳定系数和地层压力结构体系，进而分析地层的可钻性[5]。

常规的水平井有直井段、斜井段和水平段三部分组成，水平井的井眼轨迹控制主要是控制斜井段和水平段，要加强井眼轨迹的实时跟进预测，动态调整轨迹控制方案，严格控制井眼狗腿度，确保井眼轨迹光滑。对一口水平井来说，从造斜点到入靶点的垂深增量和水平位移增量是一定的，如果实钻轨迹偏离设计轨道，会直接影响中靶精度，由于井下条件复杂多变，实钻井眼轨迹点的位置相对与设计轨道曲线总是会提前或滞后，所以，要在轨迹预测计算中留有余地和后备手段，以提高工作效率，减少起下钻的次数。

2.3 优化钻井液

机械钻速受钻井液性能的影响，钻井液固相含量越高、粘度越大机械钻速越低，钻井液中有害的固相含量和低质量的药品都会对钻井速度带来负面影响。优化钻井液体系，可以保护储层、降低消耗、净化井眼、防止垮塌、维护井壁、预防钻头泥包，可以达到安全、快速钻井的目的。

2.4 改善钻井装备

钻井装备的技术含量是提升钻井速度的重要因素，其中顶驱系统对提高钻井速度的影响最大，它可以缩短起下钻时间，减少阻卡等事故的发生，提高钻井的效率和速度。

3 使用钻井新技术

3.1 套管钻井技术

随着新材料、新技术和电子科技的发展，上世纪90年代套管钻井技术发展起来了，用套管代替钻杆实现钻头的旋转与钻进，实现钻井和下套管作业同时进行，钻头在套管内通过钢丝绳进行投捞，套管钻井是单方向地钻入地层，省去起下钻环节，完钻即可固井。套管钻井节省了钻杆和钻铤的费用，消除了因起下钻带来的抽汲作业和激动压力，改善了井控质量，减少井涌的发生;还可以减小钻机的尺寸，易于搬迁和操作，减少劳动强度和搬迁费用，据国外钻井公司统计，套管钻井可以节约钻时30%左右。

3.2 欠平衡钻井

欠平衡钻井是上世纪90年代发展起来的一项新技术，可以大幅度提高水平井的产量和提高钻井速度。欠平衡钻井是在钻井过程中使井内液柱压力低于地层空隙压力的钻井方法，利用自然或人工的方法在可控的条件下使钻井液的压力略低于要钻的地层压力，用旋转防喷器控制井口的方法钻井，在井筒内形成负压，地层流体可以进入井内，井壁是否稳定和井口控制是保证欠平衡钻井成功的关键。通常情况下欠平衡钻井要比常规钻井有更高的钻速，尤其是在水平井段钻进时，可大大减少钻进时间，延长钻头寿命，提高钻井时效。

3.3 旋转导向钻井

旋转导向钻井是一项尖端科技，随着近年来钻井公司对降低成本、提高效率和在复杂条件下快速钻进的要求，以及水平井、多分支井、大位移井迅速发展而发展起来的，它是在钻具旋转时，随钻实时完成导向功能的一种导向钻井系统，在钻进时的摩阻与扭矩比较小、钻进速度快、实时控制井眼轨迹，保证轨迹平滑、可延长水平段长度、相对来说建井周期短、成本低。

4 结束语

提高水平井的钻井速度可以缩短钻井周期、降低成本和保障施工安全，对提高钻井效率和降低油气田开发成本有重要的意义。各钻井公司在施工的过程中都在积极地总结经验教训，采用新技术，探索新理论，保证水平井钻井速度的不断提升。

参考文献

[1]刘潇潇.水平井钻井速度的因素分析[J].中国石油和化工标准与质量2013（15）：58.

[2]王春青.对水平井钻井速度的探讨[J].化学工程与装备，2010（9）：130-131.

[3]李传华.长庆苏里格气田水平井快速钻井技术研究与应用[D].西安石油大学.

[4]郭海州，罗立横.提高水平井钻井速度的认识与实践[J].石油科技论坛，2008（3）：40-43.

[5]赵彦彬，宴丽，李龙.探讨如何提高水平井钻井提速技术[J].国石油和化工标准与质量，2014（6）：85