水平井鉆井液技術(shù)

水平井鉆井液技術(shù)

水平井技術(shù)是當(dāng)代油氣資源勘探開發(fā)的重點(diǎn)技術(shù)之一.從80年代末期開始，為了提高勘探開發(fā)綜合經(jīng)濟(jì)效益，世界各油公司掀起了水平井的熱潮，在生產(chǎn)中取得了重大經(jīng)濟(jì)效益，證實(shí)了水平井“少井高產(chǎn)”的突出優(yōu)點(diǎn)，取得了減少油田勘探開發(fā)費(fèi)用，加快資金回收，少占土地和減少環(huán)境污染等一系列經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

由于水平井在鉆井過程中井斜角從0°~90°變化，因而水平井與直井鉆井工藝有較大的差別，為了確保水平井的鉆成井保護(hù)好油氣層，對水平井的鉆井液完井液提出了特殊要求，必須解決井眼凈化、井壁穩(wěn)定、摩阻控制、防漏堵漏和保護(hù)儲層等問題。

一、井眼凈化

井眼凈化是水平井鉆井工程的一個主要組成部分，井眼凈化不好會導(dǎo)致摩阻和扭矩增加、卡鉆；影響下套管和固井作業(yè)正常進(jìn)行。

（一）影響井眼凈化的因素

1、井斜角：環(huán)空巖屑濃度或臨界流速隨井斜角的增加而變大，而清潔率則隨之下降

2、環(huán)空返速：其大小直接影響環(huán)空巖屑的運(yùn)移方式、狀態(tài)和環(huán)空巖屑濃度。提高環(huán)空運(yùn)速：

環(huán)空巖屑濃度降低，井眼凈化狀況得以改善；巖屑床厚度降低或被破壞，井眼下側(cè)不形成明顯的巖屑床。

3、環(huán)空流型：態(tài)的攜屑效果基本相同。通過調(diào)整鉆井液流變性能，改變層流速度剖面的平板程度來取代紊流，使鉆井液在環(huán)空處于平板型層流，從而達(dá)到改善井眼凈化的目的；55°~90°紊流比層流攜屑效果好

4、鉆井液密度：鉆井液密度的提高，有利于鉆屑的攜帶5、鉆柱尺寸：當(dāng)井身結(jié)構(gòu)已確定，隨著鉆桿尺寸的增大環(huán)空返速增加，有利于攜屑

6、轉(zhuǎn)速：鉆柱的旋轉(zhuǎn)，對沉積的巖床起攪動作用，有利于床面巖屑的離去；轉(zhuǎn)動鉆柱可以限制鉆柱的偏心效應(yīng)，從而改善井眼凈化；提高轉(zhuǎn)速可防止鉆井液在井壁周圍形成不流動層，從而提高井眼凈化；鉆柱除了自轉(zhuǎn)外，還圍繞井眼周界作圓周運(yùn)動，因而有利于巖屑的攜帶

7、鉆柱的偏心度：隨著井斜角的增大，鉆校的偏心度對環(huán)空巖屑的影響較大；環(huán)空巖屑濃度隨鉆柱偏心度的增大而增大8、鉆井速度和巖屑尺寸：當(dāng)鉆速過高時，會造成環(huán)空鉆屑濃度過大，巖屑床厚度增加；巖屑尺寸大小亦會對井眼凈化效果帶來影響(二)技術(shù)措施

水平井的井眼清洗在現(xiàn)場經(jīng)常采用機(jī)械清洗和水力清洗相結(jié)合的措施來解決，實(shí)現(xiàn)水平井凈化的技術(shù)措施可歸納為以下幾個方面：

1、提高環(huán)空返速；2、選用合理流型與鉆井液流變參數(shù)；3、改變下部鉆具組合4、適當(dāng)增加鉆井液密度；5、轉(zhuǎn)動鉆具或上下大范圍活動；6、使用鉆桿扶正器；7、控制鉆進(jìn)速度；8、采用高轉(zhuǎn)速金剛石鉆頭；9、倒劃眼二、井壁穩(wěn)定

井壁穩(wěn)定是鉆井工程中最常見的井下復(fù)雜情況之一。發(fā)生井壁不穩(wěn)定的原因可歸納為力學(xué)因素與物理化學(xué)因素，但最終均歸結(jié)為井壁巖石所受的應(yīng)力超過其自身強(qiáng)度造成巖石發(fā)生剪切破壞，井眼鉆開前，地下巖石在上覆地層壓力、水平地應(yīng)力及地層孔隙壓力的作用下，保持應(yīng)力平衡狀態(tài)，井眼被鉆開后，井筒內(nèi)的鉆井液柱壓力取代了所鉆巖石對井壁的支撐，引起井壁周圍的應(yīng)力重新分布，當(dāng)井筒中的液柱壓力小于地層坍塌壓力時，井壁周圍的巖石所受的應(yīng)力就會超過巖石本身的強(qiáng)度，造成井壁四周巖石發(fā)生剪切破壞。鉆水平井時穩(wěn)定井壁的技術(shù)措施

1、選用合理的鉆井液密度：鉆井液密度必須大于地層坍塌壓力而低于地層破裂壓力

2、優(yōu)化井身剖面設(shè)計：優(yōu)選所鉆井的方位，盡量選用較小曲率半徑的井身剖面

3、依據(jù)地層組構(gòu)特性優(yōu)選鉆井液類型與配方：地層的組構(gòu)特性；鉆井液的抑制性和封堵性；

4、確定合理的環(huán)空返速，減少對井壁的沖蝕三、摩阻控制

鉆具在重力的作用下，鉆具與井壁的接觸面積比直井大幅度增加，因而起下鉆具的摩擦阻力和旋轉(zhuǎn)鉆具的扭矩與直井相比就會大幅度增加，其值隨井斜角的增大而增加；隨方位角的變化而增大，因而水平井鉆井過程中的卡鉆可能性比直井大得多。鉆進(jìn)水平井控制摩阻的技術(shù)措施1、優(yōu)化水平井井身結(jié)構(gòu)和井身剖面設(shè)計：進(jìn)行各種井身結(jié)構(gòu)和井身剖面的摩阻計算，既要考慮降低摩阻與扭矩，又要考慮盡可能短的拐彎井段

2、優(yōu)選鉆具結(jié)構(gòu)：在大斜度或水平井段應(yīng)將常規(guī)鉆柱總成換成倒置總成

3、優(yōu)選鉆井液類型與配方：降低鉆井液的濾失量、潤滑系數(shù)與泥餅?zāi)Σ料禂?shù)，改善泥餅質(zhì)量

4、改善井眼凈化狀況：優(yōu)選環(huán)空返速、流型、鉆井液流變性能，提高井眼凈化效果，盡可能地降低環(huán)空鉆屑濃度與鉆屑床的厚度四、防漏堵漏

井漏是鉆井工程常見的井下復(fù)雜情況之一，但在水平井鉆井過程中井漏更容易發(fā)生，而且防漏堵漏比直井難度更大，特別是水平井段為油氣層時，既要堵住漏失，確保水平井順利完井，又不能對油氣層產(chǎn)生損害，因而必須尋求有效的防漏堵漏措施。（一）原因分析

水平井井漏發(fā)生的原因除與直井引起井漏相同的起因之外，還由于鉆水平井作用于相向垂深地層的壓差較直井大，造成鉆水平井比鉆直井井漏更容易發(fā)生，其原因：

1、水平段壓耗較大，在水平井段的尾部井漏的危險性最大2、水平井井眼凈化難度大，嚴(yán)重時還會出現(xiàn)因堵井眼而造成開泵時蹩漏地層

3、使用粘度的鉆井液，易產(chǎn)生較大流阻，使壓差增大；在下鉆過程中，形成更大的激動壓力，增大了對地層的壓差（二）技術(shù)措施1、斜井段和水平井段上井壁的封堵：

2、增加堵漏材料的加量來提高堵漏材料通過井眼上側(cè)的機(jī)會3、提高堵漏漿液的粘度和動切力，增強(qiáng)攜帶堵漏材料的能力4、降低堵漏漿液的頂替速度，流速宜降到可避免井漏進(jìn)一步加劇的程度五、保護(hù)儲層

（一）水平井油氣層損害的特殊性：1、鉆井液與油氣層的接觸面積較大2、油氣層浸泡時間較長3、鉆進(jìn)油氣層時的壓差較高4、一旦損害，難以恢復(fù)（二）技術(shù)措施

1、優(yōu)選完井方式：完井方式直接影響對油氣目的損害程度，因而進(jìn)行水平井設(shè)計時應(yīng)依據(jù)儲層特性確定完井方式。2、優(yōu)選鉆井方式和鉆井液密度

壓差是造成油氣層損害的主要因素之一。通常油氣層的損害程度隨壓差增大而增加：負(fù)壓差可以減少鉆井液對油氣層的損害，但過高的負(fù)壓差也會引起油氣層出砂、有機(jī)垢的形成、裂縫閉合，反而會對油氣層帶來損害，水平井段鉆進(jìn)過程中，必須依據(jù)儲層特性和孔隙壓力來優(yōu)選鉆井方式和鉆井液密度。3、使用油層保護(hù)劑

打開油氣層前50米，加入油保材料，能有效防止泥質(zhì)顆粒膨脹、快速形成橋堵屏蔽環(huán)，有效的保護(hù)了油氣層。

鉆進(jìn)大斜度和水平井段過程中，鉆井液必須解決井眼凈化、井壁穩(wěn)定、摩阻控制、防漏堵漏和保護(hù)儲層等技術(shù)難題，然而鉆進(jìn)不同儲層時，上述幾大技術(shù)難題有的是共存的，有的所表現(xiàn)的嚴(yán)重程度不完全相同，因此鉆進(jìn)水平井時確定鉆井液類型必須遵循下述原則：

1、地層礦物組分、理化性能、井溫及潛在的各種井下復(fù)雜情況；2、地層壓力剖面(孔隙壓力、破裂壓力、地應(yīng)力、坍塌壓力)；3、儲層的組構(gòu)特征和各種敏感性；4、井身結(jié)構(gòu)和完井方式；5、鉆井參數(shù)；6、經(jīng)濟(jì)的合理性；7、環(huán)保

由于水平井工藝的特殊性，決定了其鉆井液性能的清潔井眼、防塌防漏、潤滑、固控等方面提出了更高的要求。隨著實(shí)施水平井的逐漸增多，生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)日趨豐富；隨著鉆井液處理劑的不斷發(fā)展，鉆井液技術(shù)不斷得到提高，下步工作中我們還要繼續(xù)學(xué)習(xí)新技術(shù)、引進(jìn)新方法才能使水平井鉆井液水平得到更大的提高。

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水平井鉆井工藝技術(shù)

【摘要】水平井鉆井工藝技術(shù)在促進(jìn)我國石油工業(yè)的發(fā)展有著重要的作用。本文從水平井鉆井工藝技術(shù)概述出發(fā)，在分析現(xiàn)有的水平井鉆井工藝技術(shù)現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，提出了水平井鉆井工藝技術(shù)的應(yīng)對策略。該研究對優(yōu)化我國水平井鉆井工藝技術(shù)有一定的參考作用。

【關(guān)鍵詞】水平井鉆井工藝技術(shù)應(yīng)用

水平井鉆井的工藝技術(shù)從我國上個世紀(jì)八十年代開始得以廣泛的發(fā)展，該工藝技術(shù)作為綜合性的配套鉆井技術(shù)，在包括水平井油藏工程與優(yōu)化設(shè)計技術(shù)在內(nèi)的等一系列關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)中得以廣泛的應(yīng)用。正因?yàn)槠渥陨碓诖龠M(jìn)石油工業(yè)發(fā)展中所具有的重要性，因而本文針對水平井鉆井工藝技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行深入的探討。1水平井鉆井工藝技術(shù)概述

水平井作為定向井的特殊形式之一，指的是井眼的最大井斜角維持在九十度左右，同時在目的層中延伸一定長度的水平段。而水平井鉆井工藝技術(shù)是常規(guī)定向井鉆井工藝技術(shù)的擴(kuò)展[1]。水平井在設(shè)計時通常要關(guān)注到油氣藏描述和精細(xì)地質(zhì)設(shè)計、水平井完井方法的確定、水平井靶區(qū)參數(shù)的設(shè)計以及水平井井身的剖面設(shè)計。這就決定了水平井鉆井工藝技術(shù)在應(yīng)用中主要的關(guān)注點(diǎn)是著陸控制和水平段控制。水平井鉆鉆井工業(yè)本身包括了電子、計算機(jī)與信息工程以及油氣藏工程等多類先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，同時其本身的主要作用是提高油氣產(chǎn)量或者油氣采收率，因而能夠給油氣田本身帶來較多的經(jīng)濟(jì)效益。正因?yàn)槿绱�，水平井鉆井工藝技術(shù)對石油工藝技術(shù)的發(fā)展有著重要的作用。伴隨著水平井工具儀器以及配套鉆井工藝技術(shù)的不斷發(fā)展，我國現(xiàn)有的水平井鉆工藝技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)建立出了一整套的綜合配套技術(shù)，同時作為常規(guī)的鉆井技術(shù)應(yīng)用在所有類別的油氣藏中，正因?yàn)槿绱擞斜匾�不斷的�?yōu)化水平井鉆井工藝技術(shù)的應(yīng)用效果。

2水平井鉆井工藝技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

從現(xiàn)有的水平井鉆工藝技術(shù)的應(yīng)用情況來看，國內(nèi)的水平井鉆井工藝技術(shù)在我國油田的生產(chǎn)方面起著不可低估的作用，但是在鉆井提速方面還存在一定的技術(shù)問題。這與我國油田地質(zhì)情況較為復(fù)雜的實(shí)際情況有著密切的聯(lián)系，一些油田存在這地層研磨性強(qiáng)、水平段長以及井壁易分散垮塌等情況，油田的開采難度相對來說較大，進(jìn)而影響了油田水平井鉆井所具有的速度[2]。同時我國國內(nèi)的水平井鉆井工藝技術(shù)本身存在著工藝技術(shù)配套性不強(qiáng)，缺乏專業(yè)的技術(shù)人員與專業(yè)的施工隊(duì)伍，同時在設(shè)備配套方面還存在著性能差與不穩(wěn)定等方面的問題；工具與儀器本身還存在著不配套的現(xiàn)狀，性能也并不穩(wěn)定。造成我國水平井鉆井工藝技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀存在問題的主要原因是我國雖然在水平井鉆井工藝技術(shù)的設(shè)計以及井眼軌道控制等諸多方面有一定的進(jìn)步，但是在水平井下部鉆具組合受力分析以及水平井采油等方面所作的研究還存在一定的不足，因而無法適應(yīng)我國油田大規(guī)模應(yīng)用的需求，進(jìn)而影響了水平井的應(yīng)用效果[3]。除此以外，由于各個油田本身的實(shí)際情況不同，進(jìn)而在確定

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