鄂尔多斯盆地水平井钻井技术难点分析

邢大伟

中石化华北石油工程有限公司五普钻井分公司  河南 新乡  453000

摘要：水平井的规模应用已经成为鄂尔多斯盆地内油气藏实现高效开发的重要技术支撑。然而由于鄂尔多斯盆地内地质情况的极端复杂性，在部分区块油气藏水平井钻井过程中出现了，严重影响了钻井成功率，已经成为了影响盆地内各油气藏高效开发的拦路虎。因此，通过技术攻关实现水平井的钻井提速增效刻不容缓。而要实现快速高效钻井的前提就是要明确鄂尔多斯盆地内水平井钻井的难点。基于此，本文对鄂尔多斯盆地内水平井施工中轨迹设计、控制问题、摩阻扭矩问题、岩屑床问题以及润滑防卡、井眼稳定等技术难点问题进行了详细论述。

关键词：水平井钻井；钻井提速；技术难点;鄂尔多斯盆地

0前言

   水平井因其独特的技术优势目前已经成为鄂尔多斯盆地内各区块油气藏提高油气采收率的重要举措。进一步提高水平井技术的应用水平对于盆地内油气藏的高效开发具有重要意义。然而由于鄂尔多斯盆地内各区块油气藏复杂特殊的地质发育情况，部分水平井钻井施工过程中出现了不少问题，如何有效提高钻井速度、缩短钻井周期是当前盆地内各油气田面临的普遍技术难题。因此，要实现水平井钻井提速技术攻关就必须明确盆地内水平井实施中的技术难点。

1井眼轨迹难以精准控制，难度极大

1.1精度要求高

  如下图1所示，水平井钻井其目标区通常为一个扁平的立方体，这就要求钻进过程中井眼必须精准无误的进入窗口，而且对于井眼的方位也有明确要求，必须要同靶区的轴线相一致，也就是常说的“矢量中靶”。

                  

图1 水平井目标井段示意图

1.2轨迹控制难度大

  对于水平井的轨迹控制来说，其是否精准有效控制主要受两个不确定性因素影响，一是钻探目标垂深的不确定性，所谓目标垂深的不确定性值得就是钻探目的层的垂深预测受地质资料、计算等因素影响存在一定的误差。二是造斜工具应用过程中产生的造斜率存在一定的不确定性。正是因为有这两个不确定性因素的存在，导致盆地内部分油气田曾经在进行水平井钻井作业时出现了脱靶问题。 

2 管柱受力复杂

鄂尔多斯盆地内水平井钻井过程中的一个显著特点就是井眼井斜角大，这就使井眼曲率为高值，管柱就会受到很大的摩阻，这样就导致了钻井过程中进行的下钻、下套管及钻头加压等操作都存在很大困难。

在大斜度和水平井段需要使用“倒装钻具”，下部的钻杆将受轴向压力，压力过失稳弯曲，弯曲之后将摩阻更大。将受轴向压力，压力过失稳弯曲，弯曲之后将摩阻更大。摩阻力、扭矩和弯曲应力都明显的增大了，这样就导致钻柱的受力分析、强度设计和强度校核更为复杂。由于弯曲应力很大，旋转条件下应力交变，加剧钻柱疲劳破坏 。

这就要求在钻探过程中必须精准严格的进行钻柱设计，应该过程中严格按照标准化规定操作。

限制水平段长度的因素：①水平段太长，下钻摩阻大，滑动钻进加不上钻压；②摩阻增大，受压钻柱发生屈曲失稳，更增大摩阻；③摩阻增大，在某种工况下钻柱受力可能超过钻柱的强；③摩阻增大，在某种工况下钻柱受力可能超过钻柱的强度极限，导致钻柱破坏；④水平段过长，下钻或开泵波动压力过大，可能压漏地层；⑤水平段过长，起钻的抽吸可能导致井壁坍塌。

3携带岩屑困难

在水平井的施工中，岩屑床的形成是不可避免的，这是由于井眼倾斜，岩屑在上返过程中将沉向井壁的下侧，堆积起来，形成“岩屑床”。特别是在井斜角45°～60°的井段，已形成的“岩屑床”会沿井壁下侧向下滑动，形成严重的堆积，从而堵塞井眼（图2），造成起下钻阻卡等复杂情况的发生。

                        

图2 水平井因井斜角形成的三个洗井区

综合分析认为钻进过程中影响携岩效果的因素主要有以下四个，分别是：①井斜角的影响：由于井斜角的影响，形成了三个洗井区。最复杂的是第二洗井区。顺利钻过第二和第三洗井区的关键在于大排量。②钻柱偏心的影响：在大斜度和水平井中，钻柱总是偏向井壁下侧，钻井液流动主要在上侧方向的环空中，所以偏心不利于清除岩屑床。③钻柱旋转的影响：钻柱旋转有利于搅动岩屑床，所以是有利于携岩的。④钻柱尺寸的影响：钻柱尺寸大，环空间隙小，相同排量条件下返速高，有利于携岩。

4泥浆密度窗口小，易出现井漏、井塌

地层的破裂压力和坍塌压力随井斜角和井斜方位角而变化。在原地应力的三个主应力中，垂直主应力不是中间主应力的情况下，随着井斜角的增大，地层破裂压力将减小， 坍塌压力将增大，所以泥浆密度选择范围变小，容易井漏和井塌。

在水平井段，地层破裂压力不变，而随着水平井段长度的增长，井内泥浆液柱的激动压力和抽吸压力将增大，也将导致井漏和井塌。这就要求精心设计井身结构和泥浆参数，并减小起下管柱的压力波动。

5对泥浆要求更高

  水平井由于滑动井段比较长，且滑动过程中具有托压情况，加之钻遇过程中水平段大套的油泥页岩很容易垮塌，这些都对钻井泥浆应用提出了严苛要求。

6保证固井质量难度大

水平井有效固井难度较大，主要表现为套管顺利安全下入难度较大以及水平井中套管的居中及顶替效率问题难以保证。

7电测作业困难

   鄂尔多斯盆地内相关各区块油田在水平井钻井电测作业中虽然目前应用了无线电测技术，也取得了一定的效果，但是水平井尤其是长水平段的钻井进行钻具送测时受表套限制，导致测井趟数明显增多。油井水平井表层 200 米左右，完钻电测钻杆送测旁通接头置于套管角，每次测井段长为表套长。如一些低渗透气藏的水平井完钻测井达到了数十趟。目前的无线电测仪器适用，但数量少，不能满足。

参考文献：

[1] 韩来聚，牛洪波.对长水平段水平井钻井技术的几点认识[J].石油钻探技术，2014，42（2）：7-11.

[2] 白臣.长水平段水平井钻井完井技术难点与对策分析[J].化工管理，2015（21）：73.