大位移水平井钻井井眼轨迹控制技术探究

刘源

摘 要：每一口大位移水平井钻井的成功与否关键取决于完美的井身轨迹设计，优化的井眼轨迹设计不仅可以减小扭矩、降低摩阻、延缓键槽的形成。在对井眼轨迹控制的时候，不能仅仅以中靶为目的，要更多地为接下来的施工便利着想，确保井眼轨迹的尽量平滑，避免或者尽最大限度的降低出现螺旋井段。大位移井钻井技术是伴随着水平井、定向井逐步兴起的一种高科技钻井技术基本完全涵盖了当前钻井界上最为先进的技术。当前大位移水平井的位垂比是相对接近 1：1的水平井，为了最低限度降低和克服井下磨阻扭矩，充分优化井眼轨道钻井工艺设计、施工方案、钻具组合、相关钻井参数、以及对钻井液泥浆性能调控等关键技术，从而实现对井眼轨迹的有效控制。

关键词：大位移水平井；井身轨迹设计；施工关键技术

大位移井钻井技术是指测深等于或大于垂深2倍的定向井或水平井，是定向井、水平井、深井、超深井技术的综合体现，近年来在油气田上得到了广泛应用。本文针对大位移水平井在施工过程中的技术难点和问题，有必要提出一定的解决方案，采取有效的控制措施和必要手段，侧重从井眼轨迹控制方法、钻井液泥浆技术两个大的主要方面进行探讨。

1 大位移水平井钻井施工技术难点

（1）大位移水平井钻井施工时，井眼定向造斜容易使得地层疏松易发生坍塌现象；（2）大位移水平井水平段长度大，在进行导向钻井时，地层摩擦阻力很大，井眼轨迹的控制精度很难控制；（3）靶心位置一般不深，钻具自重教轻，不易客服上部地层摩阻；（4）频繁的起下钻操作，水平段容易出现不规则井眼状况，井眼复杂；（5）由于岩屑床的原因，导致机械钻速较低，钻具扭矩增大，易发生井下事故，对于完井作业增加困难等因素。

2 井眼轨迹控制的现场施工工艺

针对上述大位移水平井在施工过程中的技术难点和问题，有必要提出一定的解决方案，采取有效的控制措施和必要手段，侧重井眼轨迹控制方法、钻井液泥浆技术两个大的主要方面，顺利施工完成大位移水平井的施工任务。

某区块大位移水平井A，设计垂深浅，上部地层较为松软，地层造斜能力较差，考虑到造斜点垂深空间限定条件等方面，因此，在井眼轨道控制上应尽量避免增斜过快，使得井眼轨迹狗腿度过大，对完井作业带来困难。二开采用“3A241 mm 钻头+1.75Ф197mm 动力钻具+回压凡尔+Ф177.8 mm无磁钻铤+无磁悬挂 +Ф127 mm 无磁承压钻杆+Ф238 mm 修壁器 +Ф127 mm 加重钻杆 X15+Ф127 mm 钻杆”。当钻进 A 靶之后，随着钻进地层物性条件的逐步稳定，所使用钻具在轨迹导向造斜效果越明显，因此，钻具调整为“3A241 mm×0.30 m+1.75Ф197mm 动力钻具 +（531×410） 回压凡尔+FEWD+Ф178mm 无 磁 钻 铤 +Ф178 mm无磁悬挂+Ф127 mm 无磁承压 +Ф238 mm 修壁器 +Ф127 mm 钻杆×31 柱+Ф127 mm 加重钻杆×5 柱 +Ф127 mm 钻杆”。

根据井斜的变化情况，合理调整加重钻杆的位置，以利于所加钻压能够传递给钻头，加快钻进速度，有效防止钻压加不到钻头上的情况。在钻进的过程中，工作人员需要时时关注泵压、扭矩的波动，一旦发现异常需要立即进行分析并采取解决办法（改變钻压、调整钻具受力情况等）；每钻进完单根需进行 3 次划眼，确保井眼平滑；同时迅速清除井底残留的钻屑；每钻进 150 m 左右进行短起下操作，短起下前要循环一周以上并且大幅度活动钻具，提出一个单根的高度，确保泥浆中的砂子循环出来，从而保证了各井段的顺利钻进。水平井在井斜角达到 60°左右时经常出现托压问题，通过调整钻井液性能、调整钻井参数和钻进方式，加强短起下作业钻进情况可以得到改善。保证井眼清洁。使用大排量循环，排量应达到和尽力大于设计要求，以满足井眼净化和携岩所需的环空返速。充分利用固控设备，清除钻井液中的有害固相，降低含沙量，使钻井液保持良好的性能。

提高钻井液携砂能力。合理调整钻井液性能，使之能保持适当的粘度和切力以利于岩屑的携带。每钻进一单根划眼 3-4 次，接单根做到晚停泵早开泵，大幅度活动钻具。尽量采用复合钻进，搅动岩屑，阻止岩屑床的形成。坚持短起下钻破坏岩屑床。根据井口返出岩屑情况，确定短起下钻的井段长度，随着井深的增加，提高短起下次数、控制钻井速度等办法清除岩屑床。

水平井防粘卡是施工中重要注意事项，及时活动钻具，减少钻具静止时间和保持钻井液循环是防粘卡的有效措施。带动力钻具起下钻遇阻时处理措施得当与否是直接决定成败的关键。主要采取了下列措施防卡及处理下钻遇阻：

（1）定向钻进钻时较慢时，每隔 20 分钟及上下活动钻具，防粘卡。

（2）进入井斜较大井段，由于环空不均匀，环空钻井液上返速度低，容易造成岩屑床的产生，使得摩阻增大，造成井下复杂情况的产生，接单根前拉划 2-3 遍，破坏岩屑床，加大设备的检查力度，保证设备能够持续运转，如果发生不能开泵等情况，及时转动转盘，减少钻具的静止时间。

（3）循环时大幅度上下活动钻具，充分携砂，保证井眼畅通。水平段钻具易躺在井眼下部，长时间不动时，易粘附卡钻，因此，循环时应及时上下活动钻具，破坏岩屑床，防止人为操作引起的井下复杂情况发生。

（4）水平井完井通井起下钻过程中，斜井段和水平段一定要控制下钻速度，尤其是起钻。本井水平段返出细油砂，若起钻速度过快的话，极易抽塌地层，从而造成井眼埋沙、下钻遇阻等各种复杂情况的出现，会给后续施工带来困难，因此起钻时严格控制速度。起出的钻具，下部钻具节箍附近会附着较多的泥饼，对于起出的钻具，必须要清洁钻具，避免带出的泥沙重新返回井内，对之后作业井眼清洁工作带来困难。

3 结论与认识

结合地层各向分析优选底部钻具组合、钻进参数、钻头。钻井过程中，打完单根勤划眼，钻井施工中要使用加重钻杆，尽量简化钻具结构。优化钻井液技术，泥浆性能保持的良好与否，将作为大位移水平井成功与否的重要保障。尤其是钻进造斜段、水平段时遇到泥岩层，泥浆性能的好坏就显得格外重要，因此必须要严格控制失水，坚决防止井壁坍塌或出现坍塌兆头。保证钻井液的携砂能力和润滑效果，对水平段中的钻进和巩固井壁起到良好效果。在提高钻井液润滑性时，建议使用白油，这样能降低录井工作人员捞砂观察荧光效应时的误差。

参考文献：

[1] 罗杰. 大位移水平井钻井技术难点与施工工艺[J]. 中国化工贸易， 2017， 9（10）.