水平井防塌钻井液技术探析

水平井防塌钻井液技术探析

黄俊杰

中海油田服务股份有限公司油田化学事业部塘沽作业公司天津300459

摘要：石油钻井是开采油田的重要组成部分。在石油钻井过程中，为了达到节能和得到优质油井的目的，需要对石油钻井的技术做出一定的调整，优化钻井技术，制定合理的钻井方案，以钻探到更多优质油井，满足油田的需求。通过更为先进的钻井技术，钻探出更多水平油井，满足剩余石油能源的开发要求。

关键词：水平井；防塌；钻井液技术探析

引言

在石油钻井施工过程中，对钻井技术进行有效的优化，在降低施工成本的前提下不断提高钻井施工的工作效率，缩短施工工期，以期达到石油钻探的目标。为提高油田开采水平，相关部门应不断优化石油钻井的相关技术，提高钻井施工的工程质量，满足不同时期油田开采的战略需求。

1钻井液概述

钻井液是钻井施工中必不可少的组成部分，钻井液的应用，保证了钻井施工的正常进行，解决了更多的钻井安全隐患问题，给钻井施工提供保障措施。钻井液的循环可以清洗井底，将钻井施工中的岩屑携带到地面。通过钻井液来平衡地层的压力，避免地层压力高于井筒压力，而发生井喷事故，给石油钻井带来危害。同时钻井液的循环可以冷却钻头，降低卡钻事故的发生率。设计最佳的钻井液的性能参数，使其满足特殊井筒钻井施工的需要。如果钻井施工过程中，由于井壁的失稳，而导致钻井事故，影响到钻井施工的顺利进行。对钻井液体系进行优化，就能够解决井壁失稳的问题，保持钻井进尺，更好地完成钻井施工的任务。选择油层的保护剂，并结合储层的保护技术措施，提高钻井液的抑制性，保持井眼的清洁，达到绿色钻探施工的技术要求。在钻井液体系中加注表面活性剂，除了消泡处理功能外，还能够提高钻井液的稳定性。降低滤饼的摩擦阻力，保持钻井液的顺利循环，引导钻头的钻进，极大地提高了机械钻速，为钻探各种特殊的井筒提供帮助。加入乳化剂，保持钻井液体系的性能达到更高的标准，用于深井钻井液体系的添加剂，提高了深井钻井的质量。不断研究和应用新型的钻井液体系，满足油田勘探开发不同时期钻井施工的需要。

2深井水平井钻井液的技术难点

（1）井眼净化方面，水平井的井身结构为水平，在静态条件下钻井液的岩屑会因重力作用发生沉降而沉积在环空底部形成岩屑床，并使井筒横截面的密度发生变化，导致压力不平衡，造成局部对流的情况。这种局部对流会促使低密度流体上移而高密度岩屑床下移，从而使沉降速度加快。动态条件下会加快岩屑床的形成速度，虽然可以通过提高钻井液粘度和切力以及增加钻井液流速来减小岩屑床的形成，但不能完全消除，仍需配合短起下和划眼等工程措施。经观察，使用加重钻井液的大斜度定向井，井口返出的钻井液密度差甚至大于0.40g/cm3。这种现象说明加重材料在井眼底部形成的岩屑床较多，并向反方向移动到了井口。深层水平井由于裸眼长度和造斜段长度更长，对钻井液的携屑能力要求更高。（2）摩阻控制和井眼润滑方面，水平井的摩阻从造斜段就开始产生，随着井斜角的增大而增大。深井由于造斜段长，钻柱和井壁接触面积变大使钻井摩阻更大。由于钻柱和钻井设备承受的拉伸强度有限，因此必须对摩阻进行控制，否则会发生断钻具等复杂事故。影响摩阻的因素主要有：①与钻具直接接触的泥饼的润滑系数；②钻具所受负荷；③钻井液润滑系数；④井斜角度；⑤液柱压力产生的切向负荷；⑥钻井液的固相含量。但其中最主要的仍然是钻井液的性能。

3水平钻进阶段的难题及对策

煤层水平钻进是整个钻井施工的关键环节，能否顺利钻达目的点位并下入筛管，直接决定了钻井施工的成败。此阶段应注意以下几个方面：（1）触顶与触底现象。在煤层进行水平钻进中，有时煤层会突然不见了，而按照所掌握的地质资料是不应该出现这种情况的，这就是触底或触顶现象。一旦遇到这种情况，就要及时退回，侧钻重新定向（亦即新孔M2）。此刻，操作人员必须按监督人员、定向人员的指令，平稳操作，不能出现溜钻。在开始划眼时，一定要控制在100min/m的速度钻进。同时要严格控制泵压（以8～10MPa为宜）。从第2m开始时（此时仪器显示微弱钻压），控制在50～60min/m的速度，钻进3～5m时，一般就会出现钻压。从10m左右之后，控制在10～15min/m；钻进20～30m，则证明M2已经得到巩固，重新定向成功，方可正常钻进（3～4min/m）。（2）遇到煤层厚度较薄、倾角急变时，则容易进入顶板灰岩和底板泥岩层位，导致进尺变慢，影响钻进速度。遇到此种情况，钻进轨迹应尽量处在煤层中下部，同时要勤调、微调井斜，保证轨迹平滑和煤层钻遇率，尽量少出煤或者不出煤，避免进入顶、底板，造成后期施工相对的复杂。（3）使用好钻井液。水平井钻进中，钻井液中使用瓜胶、黏土稳定剂和杀菌剂，泥浆密度1．02～1．04g/cm3，黏度45～53s。此环节中的关键在于控制钻井液失水，确保岩屑能及时带出地面，保证煤层不会由于泥浆的渗透而造成垮塌，为快速钻进提供安全保障。钻进施工人员应坚守岗位，加强坐岗，认真观察记录井口钻井液返出情况和振动筛煤屑返出情况，认真观察记录钻井液总量。

4水平井钻井地质设计关键环节

1）地质构造描述。水平井所在地层的地质构造特点对于井身的走向有着很大的影响，尤层是断层的发育状况，应该精准对其进行描述。2）地下储层的预测。地下油气储层的预测是参考相邻井的相关数据资料，对目标地层进行预测，主要有对地下储层中的岩性剖面进行评估和预测、油气层预测和地下储层分层预测等。做好地下储层预测工作可以保证水平可以准确的入靶。3）地下储层压力预测和油气储层保护。地下储层的压力预测与水平井钻井的安全有着直接的关系，依据相邻井的数据资料和钻井时遇到的各种情况来对压力进行有效的预测，可以为合理设计钻井液提供保证，对油气储层制定出防护措施。4）对钻井轨迹参数进行优化。控制好水平井施工形成的轨迹可以有效的提升钻遇率，在进行水平井轨迹设计时，需要利用地震深度系统，进入到标志地层之后需要对井身的深度进行校核，并对钻井轨迹进行修正。当入靶完成之后，应该依据油气储层的产状变化情况和顶底界进行识别和判断，不断的对井身轨迹进行调整。5）是否钻导眼井。在对钻井地质进行设计时，是否钻出导眼井，应该根据油气藏的具体情况来进行决定，如果对油气藏认识的不够充分，应需要设计出导眼井，并采取直井导眼的方式。而对于较为复杂的油气藏，则最好采用斜井导眼。

5结语

在油气井水平井钻井施工过程中，随着井下地质状况的变化使得井壁塌陷问题也越来越严重的，如何保证水平井钻井施工过程中的井壁的稳定性就成为了目前钻井行业亟待解决的问题。充分保证井壁稳定不仅可能实现对水平井钻井施工成本的有效控制，同时也能充分保证钻井的施工顺利进行。在水平井钻井施工过程中充分钻井液的主要作用就是防止井壁出现塌陷并充分保证井壁岩石出现水化现象，因此保证防坍塌钻井液的质量是保证井壁稳定的基本前提。

参考文献：

[1]李鸿飞.大牛地水平井高效防塌钻井液体系研究及应用[D].中国石油大学（北京），2016.

[2]王国庆，凡帆，丁磊.高效防塌封堵钻井液在超前注水区域水平井的应用[J].石化技术，2016，23（04）：182-184.

[3]邹大鹏.大庆油田致密油水平井强抑制防塌水基钻井液技术[J].石油钻采工艺，2015，37（03）：36-39.

[4]王增奎.海坨子地区防塌防漏水平井钻井液技术研究[D].东北石油大学，2015.

[5]李俊杰.苏里格气田长水平段水平井钻井技术研究[D].东北石油大学，2015.