水平井钻井参数的优化

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[摘要] 在油气田开发中，水平井可以增加出油面积，提高油气产量和采收率，降低综合成本。近几年江苏油田所钻水平井逐年递增，水平井钻井技术在油田开发、调整中发挥越来越重要的作用。我队因在钻头选型、钻压控制及水利参数调整等方面优化了水平井钻井参数，故施工顺利，对以后的水平井施工有一定的借鉴意义。

[关键字] 钻头 钻压 水力参数

[中图分类号] P634.4 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2013）-2-274-1

0 引言

水平井井身轨迹的控制、井下安全、水平井成本控制等都与钻井参数有关。水平井钻井参数合理选择在水平井施工中起十分重要的作用。所谓钻井参数的合理选择，指在依据固定钻进参数（主要是地层参数）基础上，优选钻压、转数、水力参数及钻井液完井液参数，实现这些参数的合理匹配，以达到钻井安全、快速、低成本的目的。

众所周知，水平井钻井参数的选择既不能套用常规钻井参数优选的方法，也很难采用通用模式（如最低钻井成本、最大工作进尺等模式）。因此，结合江苏油田水平井的特点，分别就单项钻井参数的选择进行研究，并在选择时考虑其它因素的影响。

1 水平井钻头选择

1.1 水平井钻井对钻头的要求。钻井时，井眼的造斜率较高，存在着大斜度增斜井段和较长水平井段。这些井段钻进中对钻头有着特殊要求：①钻头具有良好的保径和轴承密封作用；②需要低扭矩PDC钻头；③选用优质高效钻头。

1.2 水平井钻头选择原则。在选择钻头时除考虑钻头、转速、冲击载荷、岩屑的清除和水力参数、可导向性和侧向载荷、钻头漂移及寿命之外，还应考虑以下几点：①根据所钻地层类型选择钻头；②选用钻头应有良好保径作用；③选用具有高转速特点和性能的牙轮钻头；④缩短PDC钻头的长度有利于定向，反之加长PDC钻头的长度则有利于稳斜；⑤导向钻井系统可以提高定向控制和减少钻具组合的更换次数，但对钻头的选择是关键。

根据江苏油田的特点优选钻头系列如下：牙轮钻头使用掌背、掌尖，外径强化的钻头，如HJ517G和MD517X等；PDC钻头选用短径的改进刀翼型，增加钻头的导向性，如M3235AL和S4615H等。

2 水平井钻压选择

2.1 水平井钻压选择基本原则

①钻压必须满足井眼轨迹控制要求；②钻压必须小于临界机械钻速允许的钻压；③钻压必须符合厂家推荐值；④钻压必须保证动力钻具能正常工作；⑤避免钻压过大而使钻柱发生屈曲变形。

2.2 水平井钻压选择依据

2.2.1 有利于井眼轨迹控制。井眼轨迹控制技术是水平井施工的核心。水平井钻压选择合理与否直接关系到钻速轨迹控制技术的水平。钻压不仅是提高机械钻速的手段，也是控制井眼轨迹的手段，因为钻压是影响下部钻具组合性能的重要因素之一。合理的钻压应根据钻柱受力分析的钻头侧向力和轨迹控制要求来选择。一般地讲，增加钻压，井斜和方位增加，因此，选择的钻压必须有利于井斜和方位的控制。

2.2.2 有利于井眼净化。临界钻速是指井眼净化不良、地层憋漏和破裂等现象发生时的机械钻速。当机械钻速小于临界钻速时，则携屑正常，井眼清洁；反之，则易出现憋漏地层等复杂情况。因此，在松散地层中钻进时，控制钻压降低钻速是必要的。

2.2.3 钻头出厂时配有使用说明书，内有厂家推荐的该钻头所使用的钻压区间，实际使用过程中应尽量按要求对钻头加压

2.2.4 根据动力钻具工作压降选择钻压。螺杆钻具转子所受的轴向力与螺杆钻具压降成正比。工具压降增大，转子所受轴向力增加；反之亦然。钻进期间，若发现钻进泵压与悬空循环泵压之差超过推荐工作压降时，则表明实际施加的钻压超过了螺杆钻具允许的钻压。此时应减少钻压，确保螺杆钻具工作正常。螺杆钻具转子轴向力与钻头扭矩成正比。钻压增大，轴向力也增大，为了能量平衡，转子承受的扭矩也增加。因此，钻压的选择还受到螺杆钻具扭矩的限制。

2.2.5 实际钻压小于钻柱压曲钻压。水平井中井斜超过70°～75°后，钻柱重力的轴向分量将小于摩阻力，钻柱只能被“推向”井底，于是大段钻柱处于受压状态。当钻压过大时，压缩段增加，钻柱承受的压力增大，较小井斜段中的钻杆容易发生压曲。压曲后的钻杆将产生较大的摩阻，钻压更不易传递到钻头，此时，再增大钻压，必将造成事故或井下复杂情况。实际钻进过程中由于往往存在着岩屑床、狗腿过大等情况当视钻压较大时才会有进尺，这时必须及时采取调整钻井液性能、清洁井眼、短起下钻等措施。

综上所述，在选择水平井钻压时，在满足上述因素和要求的基础上，应尽量采用较大钻压，以提高机械钻速，降低成本。

牙轮钻头摩阻小时，钻压控制在100KN以内，摩阻大时，视钻压控制在200KN以内，并采取措施降摩阻；PDC钻头摩阻小时，钻压控制在50KN以内，摩阻大时，视钻压控制在200KN以内，并采取措施降摩阻。

3 水平井水力参数的选择

水平井水力参数设计对于提高钻进速度，降低钻井成本，保持井眼稳定与施工安全有着十分重要的作用。由于水平井具有一些特殊性，因而水力参数的优选比较困难。

3.1 水平井水力参数优选基本原则。在进行水平井水力参数选择时，应满足以下几点：①保证井眼净化，有利于最大限度地清除岩屑床；②钻井液性能良好，保证井眼摩阻较小；③保证动力钻具正常工作，能充分发挥动力钻具性能；④有利于井眼稳定；⑤尽可能实现平衡钻进，防止复杂情况发生；⑥根据不同地层要求选择好相应的钻井液，将地层伤害减小到最低限度；⑦应实现水力功率的合理匹配，充分发挥水力因素的作用。

3.2 井眼净化对水力参数选择要求。井眼净化问题是水平井水力参数设计与选择的首要问题。井眼净化问题主要有两方面，一是水力是否能及时清岩和净化井底；二是环空岩屑携带和清除岩屑床。岩屑密度一般大于钻井液密度，因此岩屑在钻井液中将产生沉降。在小井斜井段，沉降方向基本沿着井眼轴线；在大井斜井段，岩屑沉降方向与钻井液运动方向存在一夹角（即井斜角），岩屑重力作用下沉淀于井眼低边，形成岩屑床。岩屑床将会加剧钻柱偏心并增大摩阻力。水平井中岩屑运移机理主要有两方面：一是岩屑床的滑移，二是岩屑悬浮在钻井液中随同钻井液运动的悬浮运动。环空内固、液混合物的压力损失与岩屑的运移形式有较大关系。根据大量实验表明，岩屑开始悬浮对环空沿程压耗最低，此时井眼最为清洁，因而我们将此时的环空返速作为满足井眼净化条件下的环空返速。

4 认识与体会

（1）严密的技术研究，详细的钻井设计和认真扎实的技术准备，地质、工程技术人员密切配合，根据实钻情况及时分析并作出相应的决策，确保水平井钻探成功。

（2）LWD导向钻具的轨迹控制技术是实现水平井轨迹控制的关键。

（3）高性能、优质的钻井液体系选择与控制是水平井安全顺利快速钻井的保障。

（4）在今后的水平井应用中，尽可能应用高效的牙轮或PDC钻头，匹配高效螺杆钻具，结合钻井参数的优化，减少起下钻时间，提高时效，缩短钻井周期。