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中油商密5年
中 原 油 田
科研项目可行性论证报告
项 目 名 称：小井眼、长水平段水平井钻井技术研究
课 题 名 称：小井眼、长水平段水平井钻井技术研究
编 写 人：____ 李茂生__________ ________
负 责 单 位：_____ 钻井二公司__________________
二Ｏ一二 年 3 月 12 日
一、项目立项依据与目的意义
1、项目研究的重要性分析
水平井开发作为一种提高单井产量和油气田综合开发效益的有效手段，越来越受到人们的重视，实践表明，水平井技术在低渗透油气藏的开发中，可以增加暴露的油气面积，有利于提高产量，减少生产井数，降低钻井成本，是提高气田单井产能及采收率的有效方法，其成功应用对油气田的发展具有重要意义。
深井小井眼、长水平段钻井是一项风险很大的工程，存在着大量的模糊性、随机性和不确定性问题。由于对钻井过程中的客观情况认识不清楚或主观意识的决策失误，往往会发生许多复杂情况甚至造成严重的事故，轻者耗费大量的人力物力和时间，重者导致全井的废弃。具初步估计，深井小井眼、长水平段钻井处理复杂和事故的时间应该在10%以上。
一口井特别是水平井一旦出现事故，不但会增加处理事故的时间，还会给后续施工带来不可预料的风险。钻井速度的提高不光可以降低成本，同时还降低了出现井下事故的时间和可能性。
该项目针对小井眼、长水平段水平井钻井速度慢、钻井周期长及井下复杂等问题，开展水平井清砂、润滑和钻井参数优选等技术研究；为小井眼、长水平段水平井优选钻井参数、钻头类型和确保井下提供科学依据；同时针小井眼、长水平段水平井材料价格和运费价格的攀升，钻井利润空间减少的现状进行降本增效的研究。该研究将对小井眼长水平段水平井产生重要的推动作用，对确保井下安全和钻井提速具有重要的指导和借鉴意义。
2、需要解决的技术难题
小井眼、长水平段水平井井眼直径小，水平段长，受泵压的限制，排量偏小。携砂相对困难，井眼净化难度大。
井深、存在高陡构造、高地应力、地层破碎和较强的泥页岩膨胀缩径，井壁稳定困难。
小井眼、长水平段水平井地层受钻井液浸泡时间长，容易发生失稳坍塌现象。 由于井深，温度高，钻井液性能维护困难。钻井液密度高，体系中固相含量高，高压差形成的泥饼粗厚，使得钻进时扭矩大，起下钻时附加摩擦阻力大，处理复杂情况时容易演变为粘附压差卡钻。
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小井眼、长水平段水平井机械钻速低，井下安全风险大。
二、主要研究内容、技术路线、技术关键
(一)主要研究内容 1、水平井清砂技术研究
(1)主要研究内容及技术难点分析
水平井与直井相比，井下情况比直井要复杂得多，不仅要稳定井斜角和井眼方位，还要处理由重力作用、摩擦力、岩屑沉降等诸因素而涉及到其他一系列问题，从而使水平井的安全钻进与直井相比有着很大的不同。
在水平井中，由于重力的作用，井斜角超过30°以后的井段内，岩屑就会逐渐沉降到下井壁，形成岩屑床，钻井液携砂性能好、悬浮能力强，则形成岩屑床所需时间长，反之，则形成岩屑床所需时间就短。现场实践发现，岩屑床在井斜角为30°到60°之间的井段内，是不稳定的，也是较危险的，当沉积到一定厚度后，岩屑床会整体下滑从而造成沉砂卡钻。
该项研究内容可以细分为以下几个部分：①岩屑床厚度判定研究，②短起下清砂研究，③高转速清砂研究，④大排量清砂研究等几个部分。
(2)拟采取的具体技术方案
只有将小井眼、长水平段的清砂工作做好了，钻柱才能够顺利的起下，同时也确保了完井管柱的顺利下入。
井斜超过45°要进行短起下钻清砂工作。通过定期的短起下钻，破坏下井壁的岩屑床，借助泥浆上返出井筒。根据大量实践经验证实岩屑床形成和携砂最难的井段为井斜48～70°，水平段由于携砂阻力小，不易形成岩屑床。钻进中发现扭矩增加不正常，就要查明原因，如无其他原因，说明已经形成岩屑床；在每次接单根或每次起下钻时，都要记录钻柱的摩擦阻力以及转盘扭矩，发现摩擦阻力增加，说明井下已经存在岩屑床，就要采用短程起下钻和分段循环的办法清除岩屑床。发生沉砂卡钻后，忌讳硬提解卡，最好的处理方法是接上方钻杆，大排量循环，进行倒划眼。
在短程起下钻清砂效果不太明显的情况下，适当提高转盘的转速，利用钻井液的涡流作用协助清砂；条件许可的情况下加大钻井液的排量以及采用稀、稠钻井液交替的方法将沉砂携带出井筒。
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钻井液的携砂性是保持井眼净化、预防沉砂卡钻的重要措施之一。在水平井中，为了更好地满足携砂的需要，要求钻井液必须有最低的屈服值，同时，钻井液塑性粘度和动切力的比值不少十2:1。
(3)预期达到的技术目标
通过加强小井眼、长水平段井段的清砂研究，可以使该井段处于一种相对干净的状态；从而避免了沉砂卡钻等类似事故的发生，降低了转盘扭矩和起下钻摩阻，提高了井下安全性。
2、水平井润滑技术研究
(1)主要研究内容及技术难点分析
在水平井中，随着井斜角的增大，钻具作用于井壁的侧压力也随之增大，水平井本身的特点就决定了在水平井钻进中易发生粘附卡钻，加钻压困难。如果钻井液润滑性不好，就会使这些情况更加复杂化，因此，搞好钻井液的润滑性十分重要。
加入润滑剂可以降低滤饼摩擦系数，降低滤饼摩擦系数的方法是通过添加固体润滑剂和液体润滑剂。为了搞好钻井液润滑性，通常是加入液体和固体组合的润滑剂，也可只加入单一的液体润滑剂。不论采取哪种方式，都要保持润滑剂在钻井液中的含量，才能有效降低摩阻。水平井要求钻井液滤饼摩擦系数小于0.10。
严格控制滤失量及滤饼厚度，粘附卡钻与钻具和滤饼的接触面积有关，而接触面积又与滤失量和滤饼厚度有关。一般说来，水平井中应控制API滤失量在3mL以内，高温高压滤失量在15mL以内。加强固控工作，保持钻井液中含砂量低于0.5%，低密度固相含量小于12%，同时应控制滤饼薄而坚韧。
小井眼、长水平段水平井在润滑方面主要存在以下一些难点：①由于受到成本的制约，往往会出现润滑剂加量的不足，②在某些特殊情况下，润滑剂的选择不合适、质量存在问题也会导致钻井液的润滑性不足，③钻井液含沙量的增加、固控设备使用不到位会严重影响钻井液的润滑性。
该项研究内容可以细分为以下几个部分：①液体润滑研究，②固体润滑研究，③含沙量的控制研究。
(2)拟采取的具体技术方案
起下钻及接单根过程中，通过摩阻、扭矩判定钻井液的润滑情况；在排除了
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