长水平段水平井钻井技术研究

张 俊，郭东红

（中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司，天津 300459）

新时期，随着各项技术的出现和发展，长水平段水平井技术在国内外诸多油田中都得到了广泛应用，已经逐步成为当下低渗透油藏、非常规油气田开发的主要技术之一。但是不可忽略的是由于水平段过长、钻遇岩性复杂多变、钻具需长期与地层接触等问题，增加了钻井、固井作业的难度。如现有井眼轨道工程中，在设计期间，相关人员需要对全井段进行摩擦阻力的分析，随后方可进行设计参数的选择，摩阻分析中各方因素都会影响实际结果，必须提高专业人员的综合技能、实践经验。长水平段井眼轨迹的控制技术相对较为单一，使用水基钻井液期间，其水平方向的延伸能力极易对其产生影响；储层物性的水平面会存在较大变化，同时国内在水平段的地层研究中，实际技术水平较为一般，必须及时进行地层界面、岩性等方面的分析，保证优化钻井参数、工程方案技术，以确保完井为基本目标，坚持进行参数优化、维护钻井液性能、完善井眼准备等方面的协调性。上述问题的存在必然都会与“长水平段”存在关联，此外，当下，业内人士对长水平段水平井、大位移井、常规水平井的认知不同。因此，从合理进行上述三种井的形式区分角度出发，必须合理考虑各方特点，充分保证长水平段水平井的形态特征。可借助水平段、斜井段的长度关系进行长水平段水平井的定义，并以此为基础建立了相应的理论体系。未来发展研究中，相关人员必须深入进行钻井关键技术、井眼形态方面的差异分析，理解工程设计和钻井完井工艺的影响。力求逐步完善理论体系，带动长水平段水平井的钻井能力、钻井模式等有所进步，推动国内长水平段水平井钻井技术的稳定发展。

1 长水平段水平井的概念

国内长水平段水平井的管理中，业内早已进行了水平井的定义，其中的长水平段如何界定？上述问题并未得到良好解答，随着相应技术的发展，该问题已经处于边缘化阶段。导致后果便是，业内对长水平段水平井的钻井技术存在认知混乱的局面。如2007年后，完钻的跃西3井等代表了西北地区的水平井技术，其水平长度约为493m，这一长度的水平段相对而言较为常见，因此，业内并未将上述案例归结为长水平段水平井技术。川西地区在应用相关的钻井技术时，一般将水平段长度大于600m的归为讨论范围内；而在吉林、辽宁等油田的技术介绍中，一般将水平段长度大于1 000m的称为长水平段水平井技术。从中可以看出，不同地区在进行相关理论的研究中，存在较为明显的认知差异，同时，由于定义不明确，表述不清晰，存在不规范的问题。业内讨论中，经常出现非规范性词语：“长水平段水平井”“长井段水平井”“大跨度水平井”等。当代石油行业的技术交流期间，上述问题的存在严重限制了该行业的进步和发展，同时也会对长水平段水平井钻井技术的发展产生不利影响。因此，在进行这一技术的限定中，需充分考虑以往技术界限过于模糊的水平井，必要时需要对其进行二次定义，并规范其具体特点。

换言之，对长水平段水平井的定义并非简单的技术问题，而是必须引起社会大众的重视，因为“长水平段”属于一个相对性的概念。如川西地区中，已完成的XP-1H井水平段长度为1 506m，这一长度较2010年之前出现的最大长度600m便有所提升。同时，对于关键技术的控制方面，必须充分考虑井身结构、钻井液润滑减阻、套管下入等方面的要求，这些均与传统水平井钻井技术存在显著差异。因此，单井的水平段长度，如果能达到当地水平井平均水平段长度的数倍，也可以是超过水平段长度一定的数量级，便可将其称之为长水平段，对应井便可成为长水平段水平井。这一要求也可体现出西北、川西地区的相关技术的发展特点。为此，相关人员在进行研究中，可借鉴大位移井的概念和研究思路，结合形态特征等进行定义。长水平段水平井的分析中，其形态特征便是包含“相对长”的水平区域。从彰显水平段长度这一特征出发，其定义可分析如下：当水平段长度大于1 000m，或者水平段与斜井段的长度比大于2的情况下，一般可称为长水平段水平井。

2 长水平段钻井技术发展及优势分析

新时期，从世界范围角度出发，油气田一般都要应用到长水平段钻井技术，其技术优势十分突出。油气藏中包括低孔、低渗、薄层、稠油等部分，长水平段的存在，可保证渗流面积有所扩大，可明显提升油气田的产量。部分油气藏中还会存在垂直型裂缝，借助长水平段可有效解决上述问题，原因在于长水平段可同时贯穿多条裂缝，同时二者是垂直的，可保证多条垂直裂缝仍可完成气、油的生产。部分油气藏工程中，存在边底水、气顶的情况，借助长水平段技术可有效减缓水或气的锥进状态，一般为缓慢减缓，可明显提升油气产量。部分油气藏为天然气藏，借助其水平段的高渗透层，可有效降低产气速度，控制效果显著，尤其是进井区域，还可缓解湍流问题，降低能耗，可明显改善高渗透气层的产能。部分油气藏为注水注气井，合理应用长水平段技术，可明显提高流体经过时的波峰、注入体积，并促进油井延伸到油气藏的深层区域，提高整体注水气井的效率。此外，部分海上油气藏与陆地距离较远，合理应用加上的水平段可扩大范围，穿越相应区域，达到缩减成本、降低人力的目标。与传统普通的同直井相比，水平井包含长水平段，所以占用的井场用地相对较少，可免去钻机安装、钻机搬迁等耗费的资金。近年来，水平井已经增加了长水平段技术的应用，使得钻井技术成本逐渐降低，仅为直井成本的40%左右，有时甚至更低，但是实际投运后，产量较高，其产量高达直井产量的6倍左右。

长水平段技术的优势十分明显，且已经在世界各地区都得到了较为广泛的应用，但是从国内发展情况分析，国内长水平段技术由于钻井技术、钻井工具的限制，其研究水平相对滞后，国内整体水平略低于其他国家。但是随着国内科学技术水平的提升、科研力量的加剧，当下长水平段技术得到了明显提升，如广安井，其水平段长度为2 010m，苏里格苏井水平段长度更是达到了2 800m。从国内整体发展状况出发进行分析可发现，国内总体平均水平段的长度已经得到了2 000m，这一数字与国外发达国家水平仍存在一定差距，为此，必须及时进行技术问题的详细分析，并积极寻求解决策略，力求逐步提高油气藏技术的实际应用效果。

3 长水平段水平井钻井技术难点与对策

3.1 长度和位置难点分析

长水平段水平井施工中，其优势为水平段占比高、长度大。后续开采作业期间，水平段的长度、水平段的位置必然会影响油藏开采效果、完井技术、成本等。相关人员在进行该技术的总结中，必须综合分析各类因素的影响，这也是当下主要技术难点。从产量这一层面出发进行分析，水平段的长度增加后，井筒、油气藏的接触程度也会加深，这一状况下，必须及时进行液体流动分析，包括摩擦阻力等。从理论上分析，井筒油气藏接触加深可带动产量增加，但是摩擦阻力增加则会起到反作用。

从理论上分析，长水平段的设置中，必须考虑其尺寸效应，尽量降低摩擦阻力的负面影响，进而达到提高产量的目标。水平段也要确定相应位置，一般在油气藏顶部、靠近油气藏等位置是相对合理的。底水驱油气藏，水平井位置的渗流阻力会增加，产能也会有所下降。

3.2 井眼轨迹控制难点与对策

长水平段水平井中，其井眼控制的难点分析如下：造斜、稳斜等位置的设计难度偏大；水平段位置合理与否对后续轨迹精度会产生极大影响；水平段加深后，摩擦阻力会有所增长，带动钻井难度攀升，这一状况下，最终轨迹的控制精度便会有所下降。结合上述分析可发现，需要借助下述几方面措施方可达到预期要求：①加强造斜点的优化管理。一般需要选择岩性较好、稳定性高的地层位置，方可保证稳定性更高。②造斜段类型的优化。一般需要借助圆弧式处理，可有效降低磨损，避免阻力影响。③合理进行钻具组合方式的选择。合理对搭配方法、组合方式等进行分析，确定最佳方案，从而确保加压、造斜、井眼轨迹等精度满足预期要求。④复合钻进与滑动钻进交错实施。钻进施工期间，从提高井壁稳定度角度出发，要合理进行交错方案的落实。⑤随钻测量工具的使用。借助MWD对井眼轨迹进行监控和管理，此外相关作业人员必须充分考虑钻具、岩性间的关系，加强钻进施工时间、比例等参数的精度控制，严格控制井眼轨迹。

3.3 岩屑床的难题与对策

对于长水平段水平井钻井施工作业而言，最易产生屑床的便是造斜段、水平段，由于上述两个部分的影响，导致钻进施工难度增加。岩屑床主要是因下述几方面因素导致：钻具在施工期间，对于井眼部分，需直接向下井壁靠拢，产生岩屑必然无法及时清理，同时岩屑还会下沉，危害较高；井眼中部位置还会存在偏心、环空过大、携岩效果差等问题；造斜段施工期间，岩屑可能无法顺利返出，在相应位置便会形成淤积。钻井液性能必然无法满足实际要求，同时钻具复杂性强，增加了岩屑比例。因此稳斜段、水平段井眼净化的效果大打折扣，施工中必须充分考虑净化施工技术的落实，具体分析如下。

①增加排量、保证环空反速。环空反速对井眼净化必然会产生较大影响。影响偏大情况下会导致井壁冲毁，为此，必须降低岩屑床形成概率，同时还要精确进行排量参数、环空反速等参数的控制。②改善钻井液，目标是提高钻孔动力。钻进期间，必须及时对井液进行添加剂的注入，如高分子聚合物，从而有效提高其携岩能力。③钻井施工期间，必须合理配合下钻、分段循环、划眼等方面的处理。当井斜度大于30°的情况下，应该采取短程起下钻的方法，从而确保及时清除岩屑。④井眼轨迹设计的优化。这一方法最为明显的优势便是可有效进行造斜率的控制，还可确保稳斜段的长度满足预期要求，降低岩屑淤积概率。⑤钻具结构的简化。从钻进施工工艺的角度出发，必须对钻具进行简化处理，避免采用连接点过多的钻具，否则危害较高。

3.4 润滑防卡和井眼稳定的难点与对策

长水平段水平井的钻进施工期间，随着钻进施工的发展，产生的摩阻扭矩也会增加，这一现象会增加卡钻事故概率，同时由于短程操作中频繁下钻，划眼也相对复杂，极易增加整个施工操作的烦琐程度，此时卡钻概率也会上升。应对措施分析如下。

①添加润滑剂。目的是合理进行钻井液体系的润滑，降低卡钻概率。工程项目中，一般是液体润滑剂、固体润滑剂组合使用。②加强滤饼厚度、滤失量的控制。滤失量增加，滤饼厚度增加，起下钻的难度将会增大，此时固井质量将无法得到保障。③钻井液含砂量的控制。含砂量过大的情况下，滤饼摩擦阻力增加，此时卡钻概率便会增加。为了合理解决这一问题，可借助净化设备消除有害固相。④钻井液密度的确定。钻井液密度一般需要结合压力剖面进行分析，保证选择合适的技术参数，满足平衡地层压力的基本要求，从而达到降低井漏的概率。

3.5 套管磨损严重的原因与对策

套管磨损问题是当下钻井工程项目中的常见问题，一旦发生这一现象，极易导致套管损毁，危害巨大，严重是还会导致整井报废。套管摩擦的起因分析如下：钻进施工期间，钻柱与井壁紧密贴合，钻柱压力增加；钻具结构复杂，长期连续施工；钻具和套管的材料性能不匹配，二者偏差较大；腐蚀性过大导致套管磨损等。从上述几方面原因出发，必须落实相应措施进行整改。

①钻杆保护器。在钻杆等位置需采用特殊材料，避免套管和工具接头频繁接触等导致的危害，力求有效降低摩擦阻力的影响，从而避免套管磨损概率。②减磨接头。需采用特殊结构在钻杆结构处进行连接，钻进施工期间，应尽量避免套管、钻杆结构等过多接触，从而避免二者之间的相对运动，降低磨损概率。③钻杆接头耐磨带。可借助特殊工艺进行钻杆表面的处理，提高耐磨效果的同时，还可降低钻杆接头与套管的摩擦系数，避免磨损期间发生结构受损等问题，从而有效避免钻杆破坏概率，也会降低后续发生磨损问题。

4 结语

长水平段水平井钻进施工操作存在难度大、施工环境复杂的问题。实际施工中仍存在较多待解决问题，结合工程状况、技术难点，相关人员必须加大研发力度，逐步提高工艺水平、技术水平，借助先进的计算机技术、设备技术等带动钻进施工的顺利发展，从而有效提升施工质量、开采效率，进而满足能源发展需求，带动社会长期稳定发展。