钻井工程中水平井钻井提速技术研究

钻井工程中水平井钻井提速技术研究

王海洋

身份证号：211282198904243219

摘要：改革后，在我国发展的影响下，带动了科学技术水平的进步。现阶段，常规的钻井工程中水平钻井提速技术主要使用LWD+螺旋定向组合调整钻进周期，易受水平振动作用影响，导致机械钻速不符合钻井工程标准，因此需要设计一种全新的钻井工程中水平钻井提速技术。即建立井眼压力体系，从而优化水平钻井井身结构，再根据钻进特点优选水平钻井钻具组合，从而有效提高水平钻井钻速。

关键词：钻井工程；水平井；提速技术

引言

钻井工程质量的优劣，直接影响到油井的寿命、后续生产安全以及油田开发的经济效益，优质的钻井工程项目是质量监督的终极目标。钻井工程是一项隐蔽的地下工程，全过程只能通过仪器探测间接了解，存在大量的随机性与不确定性。一般直井工程难度相对低，但工艺井，如大斜度井、水平井等在钻进过程中所面临的问题相对较多，如若在钻进过程中，此类问题无法高质、高效解决，将会严重影响钻井工程质量与进度。而钻井工程质量的优劣，会直接影响到油井的寿命、后续生产安全以及油田开发的经济效益，因此，钻井工程质量是油田开发的重要因素。与此同时，钻井从工程设计到钻前准备，再到正式实施需要多部门、多专业、多技术的综合配合，而综合协调管理是一项系统工程，客观上存在一定盲区。水平井钻井与常规的钻井具有一定差异性，这项技术是以完井压裂为主要目的，相较而言压裂段更多、更长，对井身质量的要求更高。现阶段随着油气开发的需要，水平井钻井技术的进步，水平段段长愈来愈长，工程难度也越发突出，水平井钻井作为一个综合性极高的技术工程，为了确保最终完井管柱顺利到位，需要做好各方面的准备工作，尤其是井身质量控制工作，协调好相关环节的连接关系，在保证井身质量的同时提高钻井速度。

1概述

水平井钻井技术被认为是石油钻井工程领域中最重要的创新技术之一。从20世纪80年代开始，欧洲和美洲大规模开展水平井钻井作业，使水平井钻井技术得到了快速发展，随着钻井技术的巨大进步，目前最长的水平井已经达到15000m。但从油气资源开采角度来说，大多数水平井只需要1000~3000m的水平段即可。在2000年以后，非常规资源的开采规模大幅度增加，三维多目标定向井数量也大幅度增加，先进的钻井技术使一口水平井的油气产量就可以相当于以前十几口直井的效果，水平井钻井技术的发展不但意味着钻井成本的大幅度降低，还可以减少对空气、水等自然环境的污染，同时在地面布井数量的减少，也降低了对土地资源的消耗，有利于对环境的保护。

2钻井工程中水平井钻井提速技术研究

2.1优选水平钻井钻具组合

钻井速度与钻井钻具有重要关系，因此水平钻井提速技术优选了水平钻井钻具组合。首先需要选取关键的钻井钻头，研究发现，大多数钻井工程的岩心都不完整，难以确定其力学参数，因此，使用三轴试验法，在常温环境中选取有效的循环液，将选取的岩心样本打磨完整，此时即可使用三轴试验装置进行检测。该装置可以根据补偿关系传感轴向数据荷载信号，统一传输至采集中心，从而绘制不同钻头的性能参数曲线。此时根据钻深与传感关系可以得到样本的弹性模量及泊松比。钻井的层次较多，为了满足实际钻探要求，需要进行分类比对，对钻具组合选取提供依据，本文使用灰色关联聚类法处理了选型数据，降低了数据约束值，确定了此时的聚类系数。根据该系数可以构造优选聚类向量，确定不同钻头的优劣顺序，从而完成钻具优选，常见的高性能钻头包括ST115G、ST127G、RA114、HT2565等。钻头选取完毕后，需要为其配置合适的单弯螺杆钻具组合，该钻具组合对钻孔预测和井眼轨迹判断十分重要。因此，在选取钻具组合时，使用纵横弯曲法，确定了不同钻具的组合受力，将初始组合看成一个简单的支座。比选时，需要建立三弯矩方程进行求解，确定不同钻具组合的受力效果，进行受力简化处理。此时可以进行优选假设，即不考虑方位的变化，判断不同钻具组合对井斜变化的影响，或确定不同钻具刚度与螺杆刚度的关系，排除转动震动等动态因素进行综合选择。若存在2组相似的组合，需要假设一个初始的井眼轨迹曲线，将其转换为二维最优组合问题，进行综合比选。在实际钻井速度提升过程中，需要根据钻井工程的地层条件按照上述步骤进行选择，确定水平钻井钻具的最优组合。

2.2旋转导向钻井技术

旋转导向技术在水平井钻井技术进步中起着最为关键的作用。旋转导向技术可以使水平井的井眼轨迹、钻柱振动、井壁稳定性和钻具组合的耐久性得到不同程度的优化和提高，水平井钻井技术最显着的特征就是旋转导向技术的持续进步和创新。旋转导向系统的开发和应用同时也是石油工业技术中最显著的进步之一，该系统通过闭环转向提供钻头的精确方向控制。与传统的使用井下螺杆钻具进行定向的井下组合工具相比，旋转导向系统具有多项优势，其中主要技术优势包括：可以减少螺杆钻具在定向和维持工具面过程中为了抵抗反作用扭矩而消耗的大量非生产时间，可以通过顶驱或转盘向钻头提供更大的钻压和扭矩，从而实现更高的机械钻速；因为旋转导向钻井过程中，钻柱整体是连续旋转的而不是滑动的，钻柱的摩阻和拖压显著降低，可以大幅度延长所钻井的水平井段总长度；与使用螺杆钻具钻井相比，使用旋转导向系统所钻井眼的平滑度更好，方便套管安全下入。

2.3定向段井身质量监督

基于水平井钻井的特殊性，在钻井时更多的是以完井压裂为目的，所以需要较好的长水平段延伸能力，这就对井身质量提出了更高的要求，同时增加了定向段的质量监督难度。对定向段井身质量监督也是整体水平井钻井监督内容的重要部分，其涉及了多个方面的内容，在监督二开定向钻井时，需要看钻具结构是否满足需求，钻井参数是否合理，少滑动多复合的方式钻进，这样可以有效提高井眼的圆滑度。水平井钻井所使用的钻具中配有不同尺寸的钻铤，为了降低不同钻铤之间的摩擦系数，可以在钻井中加入扶正器，监督好扶正器的运行情况。根据摩阻变化情况做好现场协调工作，督促施工单位适时进行短起下，消除岩屑沉积，保证井下环境的安全性。随着钻进的深入，后期阶段容易出现拖压现象，所以要重点平衡钻井液和定向的关系，根据情况要求钻井液服务方优化钻井液性能，添加润滑材料等并及时了解返砂情况。在定向钻进方面，一定要确保实际井眼轨迹与设计轨迹的良好贴合，减少全角变化率变化幅度，提供平滑的井眼轨迹。

结语

在工业化发展背景下，我国的油气资源开采难度日渐增加。钻井技术是一种特殊的油气开采工艺，对工业油气资源储备作出了一定的贡献。受复杂的开采环境影响，常规的水平钻井工艺出现了钻进速度慢，工期延长等严重问题，难以有效地进行油气开采，因此，设计了一种全新的水平井钻井提速技术。设计的水平井钻井提速技术的提速效果较好，具有可靠性，有一定的应用价值，为降低水平井钻井风险作出了一定的贡献。

参考文献

[1] 蔡海超.论“边缘云”系统在钻井队现场实施的可行性研究—以长庆钻井总公司作业区域钻井队为例[J].信息系统工程,2022(6):149-152.

[2] 韩桂梅，党春阁，郭亚静，等.天然气开采水基钻井固体废物污染特性及一体化处理技术效果—以苏里格气田为例[J].环境工程技术学报,2022,12(3):967-974.