摘要：深水平井钻井过程存在钻井周期长的问题，极大地影响了油田投资成本，亟需加快深水平井钻井技术的发展。探讨小井眼水平井井身结构的优化、钻具的优选，形成小井眼钻井配套的钻头及螺杆程序，并分析复杂事故处理及预防方法。
关键词：水平井；小井眼；砾岩钻井；提速技术
引言
近十年来随着水平井钻井技术的进步，小井眼水平井钻井和开发的成本优势将越来越明显，小井眼钻井技术可以改变井身结构，减小钻头尺寸，提高破岩效率。通过小井眼钻井技术，水平井钻井大大降低了成本。小井眼钻井技术已成为水平井钻井技术的研究重点，已成为降低钻井成本，提高采收率，提高低渗透油田综合经济效益的有效方法。随着小井眼水平井技术和科研力度的不断提高，为了有效经济地开发苏里格气田深层气藏，有必要开发小井眼砾岩水平井钻井提速技术，目的在于缩短周期，提高钻井速度，更加高效经济地开发深层气藏。近年来，国内油田逐步开展小井眼钻井技术的应用，并根据应用区块的地层特征进行专门研究，以实现安全、快速的钻井和降低成本的目的。深层天然气勘探开发的主要技术手段为水平钻井，加快小井眼水平井钻井技术对推动油田勘探具有重要意义。
1井身结构优化
为经济、安全、科学、高效地完成钻井作业，获得预期的经济效益和钻井目标，最重要的条件之一是优化井筒结构。也就是说，应根据地层压力剖面和复杂地层设计套管顺序和深度。鄂尔多斯盆地苏里格气田砂岩主要储集空间为孔隙和裂缝，主要储集空间类型为原生孔隙中的粒间孔隙和次生孔隙中的收缩孔隙和粒间溶孔隙。根据地层孔隙压力梯度和设计井深，可以采用不同的套管来稳定深层地层的岩性，根据目前深层天然气井钻井经验，二开口通过适当提高钻井液密度，保持井筒稳定性，来保持地层压力水平。可以有效地解决井控问题，从而降低钻井成本，缩短钻井周期。三开钻孔为6寸的小井眼，钻井重点在于着陆段和水平段的钻进过程，小井眼具有小的环空间隙，较小的破碎面积，快速的起下钻速度，对加快钻进速度有很好的帮助。经验表明，传统的81/2寸钻孔钻一个井，则破碎钻屑的数量是6英寸钻孔中破碎钻屑数量的两倍多。在考虑环空尺寸对钻井影响，减小了套管尺寸，优化了井筒结构，提高了钻头钻进效率，提高了钻进速度，大大缩短了钻井周期。
2钻具优选及应用
2.1钻头优选
钻头是优化钻井工艺的重要组成部分，在一口井的总投资中，钻头成本所占比例一般不小，但钻头的使用将直接影响整个钻井速度和可靠性，合理使用钻头可以大大降低钻井成本。钻头的选择需要掌握钻井区域岩性特征，并根据岩石力学，区分岩石的软、硬水平，相应的硬度对应于适应不同岩性的钻头，最后配备相应的钻头。造斜段需要极可能的完成增斜，高速单弯螺杆与牙轮钻头配合，偏心旋转和侧向力大，导致轴承局部轴承过大和早期磨损。因此，选择MD和SMD高钻速牙轮钻头，并提高钻头的耐磨性和钻速，应用表明造斜段进尺368m，平均机械钻速1.52m/h。在实际应用过程选用休斯MXDS55DX三牙轮钻头，该选用浮动轴承结构，由浮动部件制成的新材料具有高强度、高弹性、耐高温、高耐磨等特点。优化切削结构和优选的合金齿材料，采用辅助齿加工技术防止齿壳磨损，在齿槽与主齿圈之间设置一排辅助齿，形成双井底扭线切削结构，实现双井底扭线切削。
2.2耐高温螺杆优选与应用研究
利用螺杆钻具把钻井液的水力能转化为钻头的机械能这一特性，定向钻进时通过地面司显来确定井下螺杆的弯角方向，使钻头沿预定的井眼轨迹方向钻进，从而提高井眼轨迹控制精度。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆因此，对螺杆钻具进行选型与配套，使螺杆实钻造斜能力与设计造斜率符合程度高，减少起下钻次数，缩短钻井周期，成为深层侧钻水平井螺杆钻具选配的主要内容。螺杆是水平钻井必不可少的重要设备，同时也是最易损坏的设备，水平井中如果发生断螺杆掉井事故，打捞非常困难，因此，必须选好、选准螺杆。螺杆钻具的选型与配套主要考虑以下几个方面因素：井眼尺寸大小、设计造斜率大小、钻进应用介质类型、应用地层的井底温度、钻进时排量的大小。对于深层侧钻水平井，考虑钻头类型、钻井液类型、地温梯度大小等因素，要使用低转速、大扭矩、耐油、抗高温的4级螺杆。在造斜率方面1.25度单弯螺杆全力增斜可达12度/30米，可完全满足井眼轨迹控制需要；0.75度单弯螺杆稳平效果较好，每个单根定向下抠2米就可以保持井斜稳定。
3事故复杂预防技术研究
3.1加强井眼的净化工作
由于小井眼深层水平井井斜大、井眼小，钻屑由于受自身重力的作用向下运动，如果没有外力的作用，在井眼下井壁越积越多，从而形成钻屑沉积床，使问题复杂化，为了保证井眼的净化，可采用以下一些办法：（l）保证足够的泵排量，即保证足够的环空返速，以破坏岩屑床的形成，从而达到清洗井壁的效果。（2）提高钻井液粘度可以增加钻井液对钻屑的粘附力，使钻屑升入流动的钻井液中去，随钻井液带出井筒。（3）在大斜度、水平井段有计划的进行短起下作业，以达到破坏岩屑床、清洗井壁的效果。
3.2保持井壁稳定
保持井壁稳定是钻井是否安全的一个重要环节，井壁失稳，更容易造成水平井发生事故：（1）高质量的泥饼。高质量的泥饼应是薄、韧而有弹性，高质量的泥饼能阻止泥浆进一步失水。（2）降低泥浆失水，特别是高温高压失水，最低限度地减少井壁的吸水膨胀。控制滤失量以使因化学或物理作用而造成的地层损害程度降到最小。（3）改善泥饼质量防止粘吸卡钻，防止虚泥饼，且泥饼的润滑性能要好。（4）加强井身轨迹的控制，提高井眼轨迹与设计轨迹的符合率，尽量减少曲率的忽增忽降，尽量减少局部井眼曲率的过大。（5）造斜段和水平段全部使用斜坡钻杆，加重钻杆放在直井段，减小钻柱摩阻，增加钻柱的抗压失稳能力。由于钻具在斜井段是贴下井壁的，直角钻杆会增加下放阻力，同时还会刮坏井壁泥饼。加重钻杆刚性大，在大曲率井眼中对加重钻杆损坏严重，同时增加摩阻，因此应该将加重钻杆放在直井段。高质量的泥饼。（6）钻柱在造斜井段会产生较大的弯曲应力，易造成钻具的疲劳破坏，特别在钻柱旋转时弯曲井段的钻柱受交变应力作用，钻柱极易发生疲劳破坏。因此结构的选择以顺利通过大曲率段井眼为原则，钻具组合尽量减少过多的转换配合，尽量减少造斜井段钻柱刚性，从而防止断钻具事故的发生。
结语
本文经过科学细致的研究，通过井身结构优化工艺技术研究，形成了小井眼砾岩水平井井身结构优化技术系列；通过钻头及抗高温螺杆优选，形成了小井眼钻头及螺杆配套技术；通过事故复杂预防研究，形成了一套完善的小井眼深层水平井事故复杂预防技术：应用深层小井眼砾岩水平井技术勘探开发深层砾岩气藏，推广应用前景广阔，可取得较好的经济效益和社会效益。深水平井钻井提速和安全钻井的关键是确保井筒稳定性、井筒清洁净化和提高泥浆质量和钻井液润滑性能。
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论文作者:扬金凡,李文龙,党青云
论文发表刊物:《基层建设》2019年第8期
论文发表时间:2019/6/18
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