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分支水平井钻井技术
陈鹏
胜利油田黄河钻井三公司
摘要：多分支水平井已成为我国开采煤层气资源的重要手段。以前，较为先进的开采方式是采用水平井与直井连通，通过钻水平井与预先钻成的垂直
井连通后，再钻成多分支井。这样，通过一个水平井可以先后向多个垂直井连通，钻成多组水平分支井，最后将水平井井口封填，通过垂直井进行煤层气
的排采。本文结合ＺＹ—Ｈ４一ＬＳ井组对分支水平井进行了介绍，对以后开展此技术有借鉴。
关键词：分支水平井ｚＹ—Ｈ４一Ｌｓ井组
目前，国内还没有水平井与定向井连通的先例，没有可借鉴的经验技 术。ｚＹ—Ｈ４一ＬＳ井组，采用分支水平井和定向井一体化设计、一体化施工等
多项技术，成功实现了分支水平井与定向井的连通。 １分支水平井与定向井连通的技术难点 把煤层气排采井由直井改为定向井，与直井相比，定向井连通的技术
难点主要有： １）定向井和水平井的轨迹数据精度要求非常高
在空间范围内，直井的轨迹变化量较小，一口较为理想的垂直井，其
轨迹主要是垂直井深的变化。而定向井则不同，既有垂直井深的变化，又 有Ｎ值、Ｅ值的变化，其空间轨迹变化量远远大于直井。要实现连通，定
向井目标点数据必须准确，精度要求很高。同样，对水平连通井的轨迹控
制也提出了相应的精度要求。
２）定向井连通目标点未做洞穴，大大增加了连通难度 为了易于实现连通，垂直井通常在煤层段造一个洞穴，洞穴直径ｏ．５
～ｏ．６ｍ，大大降低了连通的难度。如果排采井为定向井，由于井斜较大， 如果在煤层中再造洞穴，煤层就容易形成大肚子使井壁不稳定，给连通及
水平井水平段施工带来很大的潜在钻井风险。为防止因定向井段煤层坍塌、
井壁不稳带来的潜在风险，在定向井煤层段仅仅下入了玻璃钢套管，而没 有扩孔做洞穴，使连通难度变大。
３）连通的方式与直井截然不同
水平井与直井的连通，至少是点对线的连通，加之在目标点又造了洞
苏里格气田水平井钻井技术
渤钻钻五长庆项目部技术办
二〇一〇年十一月二十五日
1 苏里格气田水平井钻井技术
随着苏里格气田的深入开发，水平井成为增储上产的重要举措。渤钻第五分公司2009年开始了水平井的钻探工作。为打好打快水平井，分公司成立了技术专家组，针对苏里格地区地层特点和技术难点，研究制定了施工方案，并在实践中不断总结完善，取得了良好效果。成功完成了水平井施工3开3完，第一口井75天，第二口井55天，第三口井43天。
一、完成井基本情况
苏20-15-16H井于2010年3月27日8:00一开， 2010年3月30日4:00二开，2010年5月10日4:00三开， 2010年6月6日16:00完钻，2010年6月10日8:00完井，钻井周期71.33天，建井周期75天。设计井深4842m，实际完钻井深4651m，设计水平井段长度1176m，实际水平井段长度1004m。全井机械钻速7.87m/h，钻机月速 1860.40 m/台月。
苏20-14-20H井于2010年7月1日9:00一开， 2010年7月3日4:00二开，2010年8月8日8:00三开， 2010年8月22日9:00完钻，2010年8月25日9:00完井，钻井周期52天，建井周期55天。设计井深4704m，实际完钻井深4308m，设计水平井段长度1066m，实际水平井段长度695m。全井机械钻速8.60m/h，钻机月速 2349.82
m/台月。
苏20-10-5H井于2010年9月10日22:00一开， 2010年9月12日10:00二开，2010年10月14日9:30三开， 2010年10月21日 2 8:00完钻，2010年10月23日22:00完井，钻井周期40.42天，建井周期43天。设计井深4794m，实际完钻井深3995m，设计水平井段长度1001 m，实际水平井段长度197m。全井机械钻速10.11m/h，钻机月速 2784.51 m/台月。
2. 以煤层气钻井工程为例，进行水平定向钻井轨迹设计或者欠平衡钻井工艺技术设计。
本文选择以煤层气钻井工程为例，进行水平定向钻井轨迹设计。
煤层气，又称煤层甲烷，俗称瓦斯，人们对它爱恨交加。爱的是它是一种清洁能源，有很大的利用价值；恨的是它是矿难的原因之一。因此，安全有效地采集煤层气可谓是一举两得的好事。近些年，部分国家开始用定向钻井技术开采煤层气，取得了良好效果。
定向钻井，简单说就是让向地下竖着打的井拐个弯，再顺着煤层的方向横着打井。定向钻井采集煤层气的原理同传统方法一样，即通过抽水减压，逼出煤层气，再进行采集。但两者的区别在于，传统方法只用竖井穿到煤层采集，而横向井顺着煤层的走势大大增加了采气的面积，因而提高了效率。定向钻井通常在石油和天然气开发中使用较多，但近些年煤炭行业也越来越多地将这项技术用于矿山开采前的瓦斯抽放、排水、矿井探查等方面。在煤炭领域使用这一技术的主要有美国、澳大利亚、欧洲、南非等国家和地区，而利用这一技术采集、利用煤层气的国家以美国和澳大利亚等国为主。
澳大利亚目前有17个煤矿用定向钻井技术排放井内瓦斯，以确保安全生产。而悉尼的一家公司在2000年成功地利用这一技术在地下600米深处开出了一口商业用煤层气井。美国的一些煤矿企业为了矿井安全和开采煤层气也热衷采用定向钻井技术。在2000年，美国10％的煤层气井都采用了这项技术。由于这项技术的逐步开发，部分美国和澳大利亚企业的煤层气产量都得到了提高。
资料显示，定向钻井的纵向深度一般在600～1200米，横向煤层钻井长度可达到400米。据美国某钻探公司的个例统计，采用横井采气比传统的单一竖井采气的初期产量可高出10倍，气井的生产寿命也会增加。根据对某些项目的估算，运用定向钻井法商业采集煤层气的内部回报率为15～18％，明显高于传统竖井采集法约3％的内部回报率。
1 定向水平井的井身类型
井身结构设计原则有许多条，其中最重要的一条是满足保护储层实现近平衡压力钻井的需要，因为我国大部分油气田均属于多压力层系地层，特别是韩城地区，构造复杂，经过大范围地层沉降，上覆地层压力较大，只有将储层上部的不同孔隙压力或破裂压力地层用套管封隔，才有可能采用近平衡压力钻进储层。
大陆桥视野ＮＥＷ ＳＩＬＫ ＲＯＡＤ ＨＯＲＩＺＯＮ
大陆桥视野·２０１６年第４期 75为更好就国内人们的相关需求给与满足，有关石油方面的钻井技术受到工业领域的广泛重视。由于长水平段水平井存有较高的技术含量，因此，其在国内许多的油田当中得到较为广泛的应用，现如今已经发展成为有关油气开发方面重要的技术支撑。然而针对长水平段水平井相应技术而言，其在实际应用中往往会遇到在环境方面较为复杂的状况，因此在诸多技术领域存有显示难题，至此，针对该技术当中的相应难点实施深入研究，对于钻井工作深层次开展具有重要促进作用。１．长水平段水平井定义分析针对长水平段水平井来讲，水平井乃是其最为重要的特点，当前针对水平井已经具有较为明确的理论定义，然而在实际应用当中的界定标准，则至今还没有得到有效解决。该问题未能得到有效解决，至此造成人们在水平段水平井相应技术方面的认识存在混乱状况，对于长水平段水平井在技术方面所存在的问题也不能真正理解。除了此方面技术存在问题之外，对于其它领域的技术当中类似的问题也会发生，因此，在实际工作当中，需严格定义相应技术。针对上述问题而言，其不仅对钻井工作的有序进行造成妨碍，还对钻井技术的将来发展同样造成阻碍，因此必须深入研究这些问题，并对技术方面所存在的困难进行克服，同时为长水平段水平井在具体的所采用的技术方面划定一个更为明确的定义，由于“长水平段”在实际当中仅仅为一个较为相对的概念形式，而在实际技术层级方面的区别则没有，因此基于实际的技术层级而言，需明确定义长水平段水平井的技术。２．长水平段水平井钻井难点及相应对策分析２．１水平段在位置确定及合理长度方面的难点及对策分析针对长水平段水平井而言，其在具体的施工过程中，所存在的最为显著且最大的难点则为较大的水平段长度，而此问题同样也是我国油气开采行业需要给与面对且迫切解决的问题，由于其对油气相应开采量造成影响，而此项技术的实际应用，能够对油井的产量的增加给与很大程度上的提升，然而在此技术方面所存在的水平段长度，已然成为此项技术在未来发展进程中一项迫切需要解决的难题，当其存在越大的长度，则其在实际当中所面临的难度则会相应增大，至此，伴随水平段在具体的长度方面的不断增加，其在油气藏及井筒方面相应接触面积，也会随着水平段长度的增加而出现对应增加状况，此外，在井中所存在的流体流动所获取的相应阻力，则会随之而不断加大，至此，此技术必须在难点研究相应必要性予以开展。２．２井眼轨迹控制方面的难点及相应解决对策就长水平段水平井而言，其在具体的井眼轨迹控制方面同样出现较多的难点，比如稳斜段及造斜段的具体设计，由于此技术对于上述两阶段在具体的水平位置方面的合理性具有较高的要求，而针对水平段在长度方面的相应延伸，则对于井眼摩阻的提升具有决定作用，至此，此方面将会给钻井工作造成更为严峻的困难形式，此外，基于实际钻井工作而言，还会碰到具有较为复杂的地质构造的状况，此时乃是考验钻井技术的最关键环节，基于此种状况，为促使在井眼轨迹有效控制方面得以保证，可对以下措施予以开展，以此实现在该工作顺利开展方面得以保证。①合理选择造斜段类型。一般状况下，对其选择均为圆弧形，选用此形状的最大优点在于，能够对摩阻给与降低，防止套管在具体的施工过程中存有较大损伤状况发生。②确定造斜的具体位置。针对造斜点相应位置选择而言，则在该环节中十分重要，其在选择过程中，要对施工周围相应地质条件予以考量，通常情况下，往往将较为稳定的地层作为选择的地点，以此实现在井眼方面的稳定。③对钻具进行合理组合。在对钻具进行合理选择过程中，可对单弯柔性倒装钻具组合给与选择，其主要包括有钻头、单弯螺杆动力钻具、随钻测量及摩阻等，该组合所具有的优点为，可实现造斜，还可便于井眼轨迹的相应控制。④对钻井方式进行合理组合。可将滑动钻井有效结合于复合钻井，两组方式组合不仅对滑动可尽量减少，还可在钻井工作相应稳定性方面得以保证。⑤计算摩阻扭矩。在实施钻井过程中，需对钻井的摩阻扭矩进行细致且合理的计算，且在精度方面要得到保证，此结果将会对钻具的组合具有重要影响。２．３钻具在摩阻扭矩大方面的原因及具体解决对策在长水平段水平井具体钻井施工过程中，针对井壁和钻具之间可能产生的摩擦扭矩主要有两种形式，即为轴向摩擦扭矩及周向摩擦扭矩；基于在钻井过程中，其所需要的管柱往往具有较为复杂的结构，且交易接触井底，此状况便会对钻井工作相应稳定性造成影响，至此，为达到此种摩擦扭矩的有效降低，可对其采取以下措施予以解决：①对柔性斜坡钻杆进行合理利用。在现实钻井操作中，在相应斜井段，可运用斜坡钻杆实施操作，以此就井壁和钻具之间发生接触的概率予以减少，从而实现摩擦扭矩降低的目的。②就具有优质性能的钻井液予以使用。在实施钻井操作时，可对品质较好的钻进液给与运用，以此实现井壁和钻具在摩擦方面的相应减少，就实施钻井当中的摩擦扭矩予以降低。③对钻井工具进行改善。可根据实际需要对钻具的重量进行增加，对钻挺使用予以减少，将经过加重的阶段框架下，在斜度较小的相应井段予以使用，此状况便可对钻具的组合进行合理使用，此外，还要对钻井人员进行合理分配，针对在实施钻井操作中所可能发生的较大摩擦扭矩状况给与有效改善，以此实现钻井效率的提升。④对实现先进的预测摩阻扭矩计算机软件给与运用。通过对技术设备的有效运用，而基于理论层级可将实践的基础予以建立，而在实际钻井操作中，可将该理论作为实践操作的基础。⑤就旋转导向钻井技术给与引进。通过先进的钻井技术的运用，便可对摩擦扭矩在一定程度上予以降低，从而实现钻井效率的提高。２．４套管磨损出现严重磨损的原因及相应解决对策在现实钻井操作中，出现套管的相应磨损往往是必然的，因此，在实际应对措施上，仅可对套管在具体的钻井操作中所出现的磨损予以降低，不然则会造成套管在不断磨损的状况下而出现报废状况。造成套管出现严重磨损的主要原因为：在实际钻井过程中，管壁与钻柱之间存在有较大的正压力，并且在具体的施工操作中，存在有次数较多的划眼及起下钻，此外，还具有较长的钻井花费时间，另外在所使用的钻井液当中，往往含有相应带有腐蚀性的物质，这些因素均会加重套管的磨损。其应对措施如下：①钻杆保护器。该设备可运用特殊化的材料，将其在钻杆上进行固定，不仅可对工具和套管在相应接触方面给与减少，还可就二者之间所发生的相应摩擦系数予以减小，至此，实现套管磨损的降低。②减磨接头。在钻杆实施旋转过程中，期间便可能发生与套管出现接触状况，至此，可将接头的方式给与减少，促使二者在相对运动上的减少，实现磨损的降低目的。③钻杆接头耐磨带。在实际钻井当中，钻杆的接头处往往是磨损最为严重的地方，因此，可在该处将一个耐磨损带进行设置，达到该处的摩擦系数长水平段水平井钻井技术难点及改进策略艾山•艾力 ／ 中国石油集团西部钻探工程有限公司准东钻井公司４０６６１队【摘 要】长水平段水平井相比于一般水平的井，往往具有较长的水平段，且在单井油气层在具体的开发面积方面也较大，至此其无论在产量还是效益方面均具有明显性的优势，为促使此种技术在国内能够得到更好的实际应用，并且在效益方面能够相应提升，对其相应技术难点进行研究显得格外重要和迫切。本文通过对长水平段水平井相应钻井技术难点进行深入剖析，并对其对应解决对策实施多角度探讨，以此为相关石油钻井技术人员实际操作提供理论依据。【关键词】长水平段水平井；技术难点；对策专业技术・Ｐｒｏｆｅｓｓｉｏｎａｌ Ｓｋｉｌｌ
