下载文档原格式
水平井常见事故复杂及预防处理水平井钻井技术是当代油气资源勘探开发的重大技术之一，水平井具有“少井高产”的突出特点。
2009年底苏里格气田累计探明和基本探明地质储量达到2.27万亿立方米，其中探明储量8715亿立方米，成为国内最大气田，为规模应用水平井开发提供了较好的资源基础。
但由于水平井施工工艺的特殊性，其事故与复杂问题与常规直井、定向井相比存在着较大差异，水平井事故复杂的影响因素很多，涉及到多个领域、多个学科，本文对其影响因素从地质岩性到钻井工艺方面进行了总结归类，在前人研究的基础上，把事故复杂因素分为了两个方面：地质因素和工程因素，并提出了对应的预防及处理措施。
标签：苏里格;水平井;事故复杂;地质因素;工程因素;预防;处理第1章引言1.1苏里格水平井事故复杂研究现状及意义水平井具有井眼贯穿油气层段长、单井产量高的优点，同时也解决了某些特殊油藏采收率低的问题，因此得到广泛重视，这极大地促进了此项技术的应用和发展。
另外随着现有油气资源的开发趋于殆尽，我国的油气资源正在逐渐向低渗、超薄、海洋、稠油方向发展。
这为水平井钻井技术的发展和应用提供了有利的空间。
2009年底苏里格气田累计探明和基本探明地质储量达到2.27万亿立方米，其中探明储量8715亿立方米，成为国内最大气田，为规模应用水平井开发提供了较好的资源基础。
中国石油天然气股份有限公司《关于进一步加强苏里格气田水平井开发工作的通知》要求，在相对富集区优选的基础上蹄选水平井开发面积1892平方公里，规划部署水平井1459 口，建产能218亿立方米，动用地质储量2682亿立方米。
在钻井作业中，由于地质因素和工程因素的共同作用，往往會发生许多井下复杂情况，甚至造成严重的井下事故，轻者耗费大量人力、财力和时间，重者将导致油气资源的污染和浪费，甚至导致全井的报废。
据近几年的苏里格水平井钻井资料分析，在钻井过程中，处理井下复杂情况和钻井事故时间占钻井总时间的3%-8%。
1221 岩屑床形成的理论根据Boycott效应，颗粒在静止液体中的沉降速度会有所不同，而倾斜状态会加速颗粒的沉降速度，因此在钻井过程中，斜井段钻井液携带岩屑相比直井段要更加困难。
因此目前在定向井、水平井、大位移井井眼岩屑运移的研究都是建立在Boycott效应基础之上。
1.1 斜井段岩屑微观受力分析作用在井眼低边岩屑上的力按照是否有利于携带运移岩屑分成正作用力和负作用力[1]，如图1所示。
图1 作用在井壁低边上的作用力（1）正作用力正作用力是指有助于岩屑从井底底边运移至环空泥浆中并随泥浆返回的力。
包括：平行于井壁低边的拖曳力和垂直于井眼底边的举升力。
举升力可以将岩屑运移至环空泥浆中。
拖曳力主要是促使岩屑颗粒沿井眼底边的方向向上流动，其中举升力主要来自泥浆的紊流，而拖曳力来自泥浆的层流和紊流。
（2）负作用力负作用力是指不利于岩屑从井底底边运移至环空泥浆中或不利于岩屑随泥浆返回的力。
负作用力主要来自于岩屑重力的分量，它使岩屑沉降至井眼低边，其来源主要是岩屑在泥浆中的浮重。
其次，由于重力作用，岩屑对井壁产生正压力，在平行于井底低边的方向上还会产生摩阻力，阻碍岩屑向上滑动。
1.2 岩屑运移流动模式岩屑在井眼中流动时，由于井斜角、钻井液性能和环空流速不同，导致作用在岩屑上的力关系不同，从而产生3种流动模式[1-3]。
（1） 非均质悬浮由于举升力大于重力，因此岩屑能被举升离开井壁保持悬浮状态。
然而，在环空横截面上岩屑浓度不同，呈现非均质状态，在底边向上岩屑浓度逐渐降低。
这种流动模式通常发生在举升力或者是在浅谈岩屑床在分支井眼的形成及应对措施宋涛中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司 天津 300452摘要：钻井过程中的岩屑清理问题是井眼清洁的主要问题，如果不能较好地清洁岩屑，则会导致岩屑在井眼中形成岩屑床。
目前随着定向井、水平井、大位移井等在钻井作业中比重的增加，尤其是分支井的开发，岩屑床的控制在钻井中变得日益重要。
水平井关键技术探讨及对策发布时间：2021-12-24T01:25:41.432Z 来源：《防护工程》2021年24期作者：杜首位[导读] 水平井作为油气勘探开发的重要技术手段，受到了国内外的广泛关注。
随着江汉油田水平井开发力度的加大，水平井技术得到了推广。
在水平井技术中，岩屑床、扭矩、摩阻等技术问题一直是人们关注的焦点。
本文对这些技术问题进行了分析和探讨，并提出了相应的解决方案。
杜首位中石化中原石油工程有限公司钻井二公司河南濮阳 457001摘要：水平井作为油气勘探开发的重要技术手段，受到了国内外的广泛关注。
随着江汉油田水平井开发力度的加大，水平井技术得到了推广。
在水平井技术中，岩屑床、扭矩、摩阻等技术问题一直是人们关注的焦点。
本文对这些技术问题进行了分析和探讨，并提出了相应的解决方案。
关键词：技术难点；水平井；措施引言：随着科技水平的不断提高，水平井以其较低投入、高产出的特点受到世人的日益关注，目前，它被国内外视为促进油气勘探开发的重要技术手段。
通过经过广大工程技术人员的不懈努力，取得了长足的进步。
近年来先后成功钻探了几口水平井，标志着钻井在水平井工艺技术上迈上了一个新台阶。
本文就水平井的这些相关技术进行探讨。
1、精确的地质导向是水平井井眼轨迹控制的前提水平井能最大限度地暴露油层，大大增加采油面积，从而增加单井产量，因此，要发挥水平井的最大功效，必须确保水平段在油层中穿行。
但是，在钻井实际生产过程中，经常会遇到由于地质预告不准，而导致错过油层或井斜角不够的问题。
在进行水平井井眼轨迹设计时，根据地质提供的油层位置，工具造斜能力、钻井设备承受能力、井下安全等因素综合考虑，进行井眼轨迹最优化设计。
如果地质预告不及时，由于受到工艺限制，这时极有可能会错过油层，如造斜率不够，因此，精确的地质导向是水平井成功钻探的前提条件。
2、岩屑床的形成、危害及对策研究表明井斜在 30°~60°的井段中最易形成岩屑床，而且岩屑床形成之后，清除困难，势必威胁到钻井正常生产，影响钻井速度。
大位移井钻井难点与提速工艺技术分析摘要：现阶段，水平井钻井技术得以推广和运用，能够在不同规模的石油资源开采工程当中发挥出良好的作用，不但体现出技术方面的优势，而且提升了对油气的利用率，实现了清洁开发的效果。
水平井钻井提速技术主要以水平井钻井技术作为重要的基础，经过改进和优化之后最后形成。
应用此项先进的技术，一方面，能够达到增大泄油的面积、单井石油产量的效果；另一方面，依靠石油开采处理的方式，能够减少直井钻井的情况发生，有效规避形成油田储层受损的现象，获得了更多的经济收益。
关键词：大位移井；钻井；提速；工艺技术；研究科学运用水平井钻井提速技术，能够科学处理不同类型地质的情况，深入了解油气井流体的特点，便于井控工作的开展，有效提升了石油资源开采工作的效率。
同时，合理运用水平井钻井提速技术，确保所选用钻具的科学性，让相关钻井参数符合有关规定，能够深入了解实际开采区储层的特点情况，确保钻探部位的准确性。
1.大位移钻井技术难点1.1岩性较差，岩石强度高大位移井主要应用于地形复杂的地区，随着钻井深度的不断增加，岩石密度和硬度也不断增加，岩石可钻性和研磨性大幅降低，使得钻井效率大幅下降。
油田深部钻井时可能钻遇片麻岩地层，该地层研磨性极强，钻进时进尺较慢、且钻头磨损，严重影响施工进度和成本。
钻遇砾石井段兼具一定的冲击特性，导致钻头钻进过程中崩齿磨损影响整个井段钻速。
若采用常规钻井工艺，不仅钻速慢、成本高、效果差，而大位移钻井若采用合理的钻井提速工具或钻井工艺技术则可以有效提高岩性较差地层的钻井速度，从而实现降本增效。
1.2井眼轨迹控制难度高井眼轨迹控制对定向井至关重要且大位移井的井眼轨迹相比一般的井更为复杂，需多次造斜、稳斜，为调整井斜与方位，钻具大多处于滑动钻进模式。
现场作业时，由于钻柱并没有转动、井眼整洁能力较差，岩屑堆积使得钻具摩阻扭矩明显加大，加上钻压施加困难，滑动模式受到很大阻力，使局部狗腿明显加大，反过来导致扭矩增大。
大位移水平井岩屑床机理分析及对策【摘要】在开采技术和各项科学技术深入发展的背景下，水平井技术应用而生，其凭借着自身所具备的高产出、低投入等优点而被广泛应用。
但水平井技术的应用范围却受制于开采阶段的卡钻现象，进而对钻井作业造成严重的负面影响。
所谓卡钻现象，其产生的原因在于水平井位移过大且水平段长度过长，进而导致钻井阶段侧钻弯曲幅度过大，并最终因粘卡现象而导致岩屑床现象的出现。
本文简述了大位移水平井的常见问题——岩屑床，并基于问题的分析，提出相应的解决对策。
【关键词】大位移水平井岩屑床解决对策岩屑床是大位移水平井钻井中最常见、危害最严重的问题之一。
所谓岩屑床，其形成的条件包括：井眼内固体微粒受到粘带阻力、自重、浮力作用和冲击力的影响；环空返速和井斜的影响等。
岩屑床的危害表现为：减缓机械的钻速和工程施工进度、增加工程施工成本、增大的扭矩导致钻井工具受损、粘卡等事故频发等。
本文就大位移水平井的常见问题——岩屑床的机理和解决对策展开讨论。
1 大位移水平井岩屑床机理分析1.1 井斜角角度岩屑的携带能力直接取决于大位移井斜角、大斜度和井斜位移等，即各井斜角的增加直接致使岩屑的携带能力的下降。
就井斜角而言，岩屑的携带能力存在如下一些情况：若井斜角＜40°，岩屑处于上返阶段，钻井液必然在钻柱旋转作用所的影响下顺着轴向朝着上方向移动，并表现为周向速度，而井壁四周的岩屑却受到周向速度的影响表现为二次循环，则此井斜角不会产生岩屑床。
若井斜角处于40°—60°，受到自重作用影响的钻具必然改变钻井液的流变性，进而对岩屑的携带能力造成严重的负面影响，加之下井壁与钻具间的间隙受到钻具偏离的影响而变小，进而导致钻井液的剪切速率增大，并最终削减钻井液的粘度，则为岩屑床的形成提供了可能。
若井斜角＞60°，钻井液的轴向速度分量必然会受到钻具的严重偏离的影响而变得极小，而切向速度分量的减小趋势表现为：从下井壁至上井壁逐渐增加，注意下井壁的速度分量无限接近0。
定向井、水平井复杂情况及事故预防处理第一节定向井（水平井）特点一、由垂直井眼变成倾斜（水平）井眼带来的特性1、钻具贴井壁，受力状况发生变化从造斜段开始，钻具受力状况相对直井发生了根本的变化。
①造斜段：由于斜井段钻具的斜向拉力造成此处钻具被＂拉向＂上井壁。
造斜点较高的井可明显在井口出现钻具向定向方向的＂偏移＂。
随着井深增加，造斜点以下钻具重量随着造斜率的增大，在造斜段出现的侧向力F侧随之增大、起下的摩阻增大，随着时间的延长，起下钻和转动在此处形成键槽。
图１②斜井段：由于钻具自重，钻具＂躺在＂下井壁，对井壁侧压力的增大，带来磨阻（起下）和扭矩的增大（旋转）。
图２③钻头的受力变化出现侧向分力，当使用增斜钻具结构时，由于近钻头扶正器的＂支点＂作用而产生向高边的侧向力；使用降斜组合时，由于＂钟摆力＂作用而向低边产生侧向力；由于下部钻具结构和钻头重力作用，始终产生＂降斜趋势，需用刚性组合来保持井斜的稳定或大于此趋势产生增斜力。
2、偏心环空和岩屑床国外专家和＂七五＂攻关项目中刘希圣教授等专家研究表明，由于斜井钻具偏向下井壁而形成了＂偏心环空＂，岩屑的沉降，运移与直井相比发生了根本的变化，岩屑出现向井壁径向沉降的趋势，由于偏心环空流速的不均匀，在下井壁形成岩屑床，在一定条件下还会发生岩屑床的滑移、堆积。
给大斜度、水平井施工带来威胁，如何正确认识此特点和采取相应的措施是定向井，尤其是大斜度井、水平井成功与否的关键。
图５研究的主要结论有：①偏心环空场中，大环隙处流速大，小环隙处流速小，促使岩屑床的产生。
②岩屑床厚度随流速的减少和井眼斜度的增加而增加，但倾角大于一定值后，其岩屑床厚度基本保持不变。
③环空岩屑浓度在临界角（30°≤θ≤60°）范围内最大。
环空岩屑浓度随流速的增加而降低。
注：对临界角的界限，有人认为35°～70°，但总的范围是相近的。
③当井眼倾角处于临界倾角范围内时，由于岩屑床的形成及滑移，岩屑势必下滑堆积。
112随着钻井技术的不断发展，水平井、定向井钻井技术也在不断提升，大位移水平井钻井技术也应运而生。
目前，对于大位移水平井的定义一般是指该井的水平位移与其垂深之比大于等于2。
随着位垂比的不断增加，也带来一些施工的难点和问题，大位移水平井的水平位移大，导致在滑动施工过程中会产生较大的摩阻，影响钻井效率，在复合钻进过程中会产生较大的扭矩波动，对钻井设备产生一定的威胁。
同时，由于水平位移大容易产生岩屑床，导致岩屑难以上返，降低机械钻速，也容易发生井下安全事故。
因此，针对大位移水平井钻井过程中的难点，为提高大位移水平井钻井的效率和安全性，本文重点研究以下几个方面：井眼轨道设计研究，井眼净化与水力参数研究，完井过程中下套管技术等。
一、井眼轨道的优化设计对大位移水平井的井眼轨道进行优化是保障其正常施工的关键技术之一，大位移水平井一般采取以较浅垂深获得较大水平位移的思想进行其轨道优化，同时大位移水平井顺利实施的首要关键就是对井眼轨道的合理优化，因此主要包含以下两个方面。
1.靶点及着陆方向。
综合考虑地质因素，确定合理的靶点和着陆方向，同时要考虑着陆方向要垂直于目的层最大主应力方向，这样有利于在后期钻井和完井过程中的井壁稳定，防止井眼的坍塌。
2.井眼轨道的几何剖面的优化设计。
在进行井眼轨道的几何剖面优化设计时，首先要保障的是其造斜率能够在使用常规螺杆导向钻具组合时完全达到要求，以及后期完井过程中套管柱能够顺利下入的适应性；其次要达到钻柱摩阻扭矩较小，而井眼轨迹较短，以及井眼曲率和轨迹的光滑衔接。
目前在大位移水平井施工过程中常用的井身剖面形状主要包括变曲率设计和常曲率设计两种。
其中常曲率设计主要是指在造斜段中的造斜率为常量，所以一般采用“直径段+圆弧段+直径段”为基础的剖面形式。
而变曲率设计主要是指其造斜段的斜率为变量，当前的设计方法主要有：悬链线、修正悬链线、抛物线等。
二、大位移水平井井眼清洁在大位移水平井施工过程中面临着最主要的问题之一就是岩屑清洁困难，由于井眼清洁度差将会带来一系列的复杂难题，比如钻进过程中摩阻扭矩的增大，沙桥卡钻，重复切削导致的机械钻速降低等，所以说井眼清洁的程度会对该井的钻井安全、井身质量、钻井速度等方面产生直接影响，最终会影响其经济效益。
