长水平段水平井钻井技术分析

浅谈我国水平井钻井技术的发展及应用

摘 要：随着经济的发展，人们对石油的需求越来越大，平井钻井技术成为最重要的钻井技术之一。水平井技术于20世纪20年代提出，40年代付诸实施，80年代相继在美国、加拿大、法国等国家得到广泛工业化应用，并由此形成一股研究、应用水平井技术的高潮。如今，水平井钻井技术已日趋完善，由单个水平井向整体井组开发转变，并以此为基础发展了水平井各项配套技术，与欠平衡等钻井技术、多分支等完井技术相结合，形成了多样化的水平井技术。

关键词：钻井 水平井 发展

一、引言

近年来，水平井钻完井总数几乎成指数增长，全世界的水平井井数为4.5万口左右，主要分布在美国、加拿大、俄罗斯等69个国家，其中美国和加拿大占88.4%。在国内，水平井钻井技术日益受到重视，在多个油田得以迅速发展，其油藏有低压低渗透砂岩油藏、稠油油藏、火山喷发岩油藏、不整合屋脊式砂岩油藏等多种类型，石油剩余资源和低渗、超薄、稠油和超稠油等特殊经济边际油藏开发的低本高效，是水平井技术发展的直接动力。

智能化钻井系统是自动化钻井的核心，是多种高新技术和产品的进一步研究和开发，其微型化的发展趋势，可望在21世纪前半叶实现，随着钻井过程中工具位置、状态、流体水力参数、地层特征参数的实时测试、传输、分析和控制指令的反馈、执行再修正、钻井信息日益数字化，越来越脱离了人的经验性影响和控制，钻进过程逐步变成一个可用数字描述的确定性过程。当前出现和正在发展的三维成像技术就是钻井信息数字化的一个典型例证。

自水平井技术获得进展以来，出现了明显的专业分工和作业中的合作，现在这种趋势更加明显。测试工具开发和应用，多分支井完井管柱系统开发，都体现了专业服务公司和作业者之间的专业分工和作业合作趋势。这种趋势有利于新技术、新工艺的研究和应用。

总的来说，21世纪水平井钻井技术发展的趋势是向自动化、智能化、轻便化和经济化方向发展。

定向井技术是当今世界石油勘探开发领域最先进的钻井技术之一。采用定向井技术可以使地面和地下条件受到限制的油气资源得到经济、有效的开发，能够大幅度提高油气产量和降低开发成本，有利于环境保护，具有显著的综合经济效益。近年来，定向井已成为常规技术而得到普遍应用。

185 勘探开发2023年第3期

中石化在涪陵、南川、威荣等多个区块开展页岩气水平井开发，其水平段长历经1500以内、1500~3000米、3000米以上三个阶段，针对国内页岩气水平井开发，一般把水平段超过3000m的水平井称为长水平段水平井，通过施工3500米以上水平段水平井，其压裂改造段长、产气量将提高至少30%以上，大幅度提高单井产量，减少部署井数量、节省土地征用，突破地形地貌限制等，真正实现“少井高产”，对于页岩气的效益开发具有重要意义。1 钻完井难点问题针对东胜页岩气区块，从前期施工情况分析来看，主要存在以下钻井难点问题：（1）浅表层漏、垮风险高。东胜区块浅层以须家河组、雷口坡组地层出露为主，溶洞、裂缝发育，部分井区与地下暗河连通，极易发生恶性漏失，同时由于沉积过程中砾石对原有缝洞的充填，导致钻井过程中易发生掉块垮塌，钻井过程也易发生卡钻事故，严重影响钻井进度。（2）中上部地层差异大，从上部地层到目的层，发育灰岩、白云岩、泥岩地层，灰岩裂缝发育易造成井漏，而夹杂的泥岩地层也影响井眼稳定性。（3）长水平段施工井壁稳定与降摩减阻难度大，目的层为泥页岩地层，受钻井液浸泡、地层岩石矿物的水化膨胀、应力传递等影响存在垮塌风险，同时长水平段施工摩阻扭矩急速增加，倒是后续施工难度大幅增加。（4）固完井难度大，长水平段水平井钻井施工后，套管无法与钻具一样实现倒装，提高上部载荷，套管的下入存在较大难度。2 井身结构设计井身结构设计是钻井安全顺利施工的首要条件，合理的井身结构设计能有效针对各类风险提供保护措施，为下步施工提供条件，同时能最大限度地减小裸眼段摩阻，为长水平段水平井提供保障。页岩气水平井井身结构设计主要考虑两点因素，一个是封固不同压力层系的地层；二是封固各类不稳定地层，为下开次的施工提供井眼条件。其井身结构设计具体为：导管段采用Φ609.6mm钻头×Φ473.1mm套管封固雷口坡组易漏失、易跨地层；一开采用Φ406.4mm钻头×Φ339.7mm套管封固嘉陵江组裂缝发育层；二开采用Φ311.2mm钻头×Φ244.5mm直至进入目的层龙马溪组顶部，套管封固上部二叠系、志留系易漏失层，为三开油基钻井液施工提供条件；三开采用Φ215.9mm钻头与油基钻井液施工水平段直至完钻[1]。在此井身结构设计的基础上，各井段可根据具体情况优化封固段长，部分井区在浅表层缺失以嘉陵江组地层出露，可优化掉导管段，采用二级井身结构。3 轨道设计与轨迹控制3.1 轨道设计页岩气长水平段水平井钻完井关键技术王蓉中国石化华东油气分公司石油工程技术研究院 江苏 南京 210017摘要：针对长水平段水平井钻完井依然存在井壁稳定风险，钻进过程中摩阻、扭矩高，下套管载荷不足等问题。采用井身设计结构、轨道剖面优化设计，轨迹控制中提高复合钻进比列，结合油基钻井液、固完井工具等技术应用，实现3500m长水段水平井钻完井施工。关键词：页岩气 水平井 井身结构　Ｋｅｙ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ　ｆｏｒ　ｄｒｉｌｌｉｎｇ　ａｎｄ　ｃｏｍｐｌｅｔｉｏｎ　ｏｆ　ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ　ｗｅｌｌｓ　ｗｉｔｈ　ｌｏｎｇ　ｈｏｒｉｚｏｎｔａ　ｉｎ　ｓｈａｌｅ　ｇａｓ　Ｗａｎｇ　Ｒｏｎｇ　Petroleum Engineering Technology Research Institution of East China Company of Sinopec corp，Nanjing Jiangsu 210017Abstract：The domestic drilling technology for long horizontal section horizontal wells started early，but the application of the technology is not mature enough. For the drilling and completion of horizontal wells with long horizontal sections，there is still the risk of wellbore stability，high friction and torque during drilling，and insufficient casing load. Adopting the wellbore design structure and the optimized design of the track profile，improving the composite drilling ratio in the track control，and combining the technical application of oil-based drilling fluid，cementing and completion tools，etc.，the horizontal well drilling and completion construction with a long water section of 3500m is realized.Keywords：shale gas；horizontal well；well structure

水平井钻井工艺技术

引言

水平井钻井工艺技术是一种在油气勘探开发中应用广泛的技术，它通过在地层中钻探水平井段，能够有效地提高油气井的产能和采收率。本文将介绍水平井钻井的一般工艺流程、钻井液的选择和使用、钻头的选择以及井底工具的应用等方面的内容。

一、水平井钻井工艺流程

水平井钻井工艺流程是指从井眼设计到井下实施的一系列步骤，下面将介绍水平井钻井的一般工艺流程。

1. 井眼设计：根据地层特征和油气开发需求，确定水平段的位置、井眼直径以及水平段的长短等参数。

2. 井口施工：进行井口设备安装，包括井口套管的安装、井口井口防喷器的安装等工作。

3. 钻井液工艺设计：根据地层特征和钻井液性能要求，确定钻井液的配方和使用方案。

4. 钻探井段：根据设计参数，进行钻井液的循环、钻头的下钻、钻进、切换水平井段、控制钻头方位等工作。

5. 装备井下工具：根据后续作业需要，部署井下工具，如测斜仪、导向器等。

6. 钻进水平段：通过使用导向技术和井下工具，控制钻头沿设计轨迹钻进水平井段。

7. 钻井结束：到达设定的钻井参数或达到设计钻井目标时，钻井工作结束，开始下一步的工作。

二、钻井液的选择和使用

钻井液在水平井钻井过程中起到冷却、润滑、悬浮废屑和井壁稳定等重要作用。选择合适的钻井液并正确使用是确保钻井过程顺利进行的关键。

1. 钻井液的类型：常见的钻井液类型包括水基钻井液、油基钻井液和气体钻井液等。根据地层特征、环境要求和工程经济等因素，选择适合的钻井液类型。

2. 钻井液的性能：钻井液的性能包括流变性、密度、滤失性、PH值等。根据地层特征和钻井目标，确定钻井液的性能指标，并进行钻井液调配。

3. 钻井液的处理：钻井液采用循环使用，需要定期对钻井液进行处理，包括固相控制、饱和度调整和污染物去除等。 三、钻头的选择

钻头是在钻井过程中切削地层的关键工具，选择合适的钻头能够提高钻进速度和钻头寿命。

1. 钻头的类型：常见的钻头类型包括三刃钻头、平头钻头、带牙钻头等。根据地层特征和钻井目标，选择适合的钻头类型。

第２７卷第ｌ１期　天然气工业　

长北气田长水平井段裸眼钻井（完井）液技术＊　

陈在君　黎金明　杨斌　杨呈德　金祥哲　

（中国石油长庆石油勘探局工程技术研究院）　

陈在君等．长北气田长水平井段裸眼钻井（完井）液技术．天然气工业，２００７。２７（１１）：４９—５１．　

摘　要　介绍了用于长水平井段配合裸眼完井工艺特点的无黏土低伤害暂堵钻井（完井）液体系及其现场应　

用情况。室内和现场实验结果表明，无黏土低伤害暂堵钻井（完井）液体系性能稳定、密度低、失水低、润滑防卡性　

能优良、暂堵效果好，能有效保护气层。在整个水平段长时间施工过程中，完全能够适应长水平段钻井。同时对气　

层暂堵好，井壁上形成的暂堵滤饼可以通过气层压力完成解堵，很大程度上简化了完井、投产作业。经过测试，该　

体系对地层的伤害与其他体系相比，更有利于保护地层，更有利于工程施工，在常温条件下对地层的伤害仅有４．６　

～５．１　，在特殊模拟井下条件下，对地层的伤害仅有６　～１４　，是一种新型高效的完井液体系。该体系应用于长北　

气田ＣＢ１—１井，裸眼完井并直接气举投产，获得无阻流量２１８×１０　ｍｚ／ｄ的高产气流。创长北地区气田产量之最。　

主题词　钻井液　长水平段　裸眼完井　气层保护　长庆气田　

长北气田作为长庆气田的重要组成部分，将为　

西气东输、陕京供气、靖西供气、以及靖呼供气等提　

供丰富的天然气气源，ＣＮＰＣ与ＳＨＥＬＩ　勘探开发公　

司合作大规模开发长北气田，将为长庆的供气做出　

更大的贡献。根据ＳＨＥＬＬ公司长北项目要求钻水　

平井，与通常水平井相比，长北区块水平井水平段设　

计为约２０００　ｍ，属于长水平段，采用裸眼完井，该完　

井方式和如此长的水平段在中国陆上油气田尚不多　

见。钻井过程中气层同钻井液接触的时间长，接触　

面积大，接触的纵深更大，特别要求减小完井液对储　

层的伤害，从而对钻井液、完井液提出很高的要求；　

摩阻控制、井眼净化、井壁稳定、防漏堵漏措施及保　

护储层５个方面的问题＿１　更为突出。因此，有必要