水平井钻井施工过程中风险分析及对策研究

前言

随着油气资源勘探开发技术的不断进步，水平井钻井技术因其能显著提高单井产量以及提高油田采收率等优点，已成为现代油气勘探开发的重要手段，尤其是在致密油气和煤层气等非常规油气资源的开发过程中，水平井的应用更是展现出巨大的技术优势和经济效益[1]。但是水平井钻井施工过程中所面临的工程复杂性和施工风险也相较于垂直井或定向井显著增加，成为制约其安全和高效施工的重要因素。在实际钻井作业中，受地质条件复杂性和井眼轨迹控制难度大等多种因素影响，水平井施工中极易发生风险事件，严重时甚至会导致工程失败和重大经济损失。本次研究将对水平井钻井施工中的风险进行系统识别，并开展风险对策研究，以此预防事故发生和提升作业安全水平。

1 水平井钻井工程施工风险分析

1.1 水平井钻前施工风险分析

地质风险是钻前施工面临的首要风险，地层结构复杂性以及地应力分布不均等地质条件，可能导致井眼轨迹设计不合理，增加钻进过程中的卡钻和井漏等风险。工程设计风险也是一项重要问题，工程设计风险包括井身结构设计不合理和套管下入点选择不当等，这些问题可能导致钻井难度增加，甚至造成作业失败[2]。设备与材料风险也是一项重要因素，钻机能力不足或钻具材质不达标等问题，均可能引发严重事故。

1.2 水平井钻进施工风险分析

井眼轨迹控制风险在水平井钻进中尤为突出，井斜增加过程中，钻具组合设计不合理可能导致钻压传递效率降低，造成钻速下降或钻具失效。水平段钻进时，因重力作用，钻具易产生蠕动和螺旋状态，增加扭矩并导致钻具疲劳损坏，随着井深增加，钻柱摩阻增大，可能引发卡钻和钻具断裂等复杂工况。钻井液技术风险在水平井钻进中表现得尤为明显，水平段长距离暴露地层易引发井壁不稳，要求钻井液具备良好的抑制性和携屑能力。若钻井液性能不达标或维护不当，可能导致井壁坍塌或严重的沉积物堆积，造成卡钻风险，同时，钻井液密度控制不当也是引发井漏或井喷的重要因素[3]。操作参数选择不当，如钻压过大或泵压控制不当等，均可能导致钻具损坏或井下复杂情况，技术人员经验不足或决策失误可能延误最佳处理时机，应急响应不及时则可能使小问题演变为重大事故。

1.3 水平井钻后施工风险分析

测井评价风险是钻后施工首先面临的技术问题，在水平段测井过程中，由于井眼轨迹复杂，测井工具可能无法顺利下入目的层位，高角度井段测井工具贴壁效应明显，可能导致测井数据失真，储层非均质性强的情况下，测井解释模型可能不适用，造成储层评价偏差，影响后续完井方案决策。固井作业风险在水平井中更为突出，水平段固井存在水泥浆难以有效置换钻井液的问题，易形成水泥浆窜槽现象，导致环空封隔不完全。高角度段水泥浆易出现重力分异，上部形成水泥浆密度低和强度差的区域，长水平段固井过程中套管居中困难，可能造成水泥环厚度不均，引发局部环空封隔失效，甚至导致地层流体窜流。完井方案实施风险直接关系到最终产能，射孔或割缝完井时，工具定位不准确可能导致储层优质段错失。多级压裂完井中，压裂液分流不均可能造成某些段压裂效果不佳。

2 水平井钻井施工风险对策研究

2.1 加大钻井安全投入力度

在设备投入方面，应优先配置高性能智能化钻机系统，包括大功率顶驱装置和精准控压钻井设备，提升对复杂工况的应对能力。同时，加大高精度随钻测量工具的投入，实现地质参数和钻井工况的实时监测，为轨迹控制和地质风险预警提供数据支撑。井控设备方面，应配置高规格防喷器组和自动化井控系统，确保在遭遇井涌和井喷等紧急情况时能够快速有效响应。在技术研发投入方面，应加大对新型钻井液体系的研发力度，提高其携屑能力和井壁稳定性，有效应对水平段长距离钻进中的技术难题。开发先进的轨迹控制技术和工具，提高定向钻井精度和效率，研发综合地质工程一体化模型，实现钻井过程中的风险预测和预防。

2.2 提高人员综合素质

针对管理人员，强化风险管理理念和决策能力培训，使其掌握系统性风险识别与评估方法，提高风险防控意识。针对技术人员，加强水平井轨迹设计和井下复杂情况处理等专业技术培训，提升技术攻关能力。针对操作人员，注重标准化作业流程和应急处置技能培训，确保关键环节操作规范和应急响应迅速。培训形式应多样化，理论学习与实践操作相结合，案例研讨与模拟演练相结合，确保培训效果落地。开发水平井钻井模拟器，通过虚拟现实和增强现实技术模拟各类复杂工况和危险场景，让人员在安全环境中体验风险应对全过程。

2.3 加强现场安全管理

应制定完善的水平井钻井作业安全管理规程，明确各岗位安全职责，细化各环节操作标准和安全要求，实施严格的安全许可制度，关键作业必须经过风险评估和安全审核后方可实施。落实作业前安全交底制度，确保全员了解作业风险和防控措施，建立健全安全检查与隐患排查机制，形成日常检查和综合检查相结合的多层次检查体系。配备专职安全监督人员，对关键环节进行全程监督，实施交接班安全确认制度，确保信息准确传递。建立违规作业干预机制，赋予安全监督人员一票否决权。

2.4 建立完整的风险管理体系

采用故障模式与影响分析和危险与可操作性分析等先进风险评估工具，系统识别水平井钻井各环节潜在风险。建立风险评估矩阵，从风险发生概率与后果严重性两个维度对风险进行分级，开发水平井地质和工程一体化风险模型，实现对复杂地质条件下钻井风险的精准预测，制定风险清单和风险地图，可视化展示各环节风险分布，明确重点风险防控区域。设置钻井关键参数实时监测系统，对钻压和泵压等参数进行动态监控，建立地质参数异常预警机制，及时发现地层压力异常和流体侵入等风险信号。构建钻井工况智能识别系统，通过大数据分析和人工智能算法，预判潜在风险趋势。

3 结论

综上所述，水平井钻井施工风险事件一旦发生，不仅影响施工周期和成本控制，还可能导致钻井失败或井筒报废，造成严重的经济损失，同时随着水平井向高温高压和致密低渗等复杂地质区域延伸，施工中所面临的不确定性和技术风险持续增加，因此，在开展钻井施工作业的过程中，需要从多个角度出发采取有效的风险对策，强化风险识别与控制，进而减少非计划停工时间，降低工程成本和提高投资回报率。

参考文献：

[1]沈晓鹏.水平井钻井施工过程中风险分析及对策研究[J].西部探矿工程,2025,37(02):189-191+195.

[2]彭江.关于海上薄油层多分支水平井钻井技术研究[J].化工设计通讯,2022,48(03):22-24.

[3]张书宁.水平井钻井参数与工艺技术的优化[J].化学工程与装备,2020,(10):81-82.