探析长水平段水平井钻井技术难点及对策

0 前言

随着全球能源需求的不断增长，长水平段水平井作为一种高效的开发手段，已广泛应用于油气田的开发中。长水平段水平井通过延伸井眼的水平段，增加单井的产能，有效提高了油气田的开发效率，尤其在非常规油气资源的开发中，长水平段水平井技术成为了提高资源采收率和降低开发成本的重要手段。但是，长水平段水平井钻井作业由于井眼的延伸以及高温高压等因素，面临诸多技术难点，这些技术难点不仅制约了钻井进度，也带来了较高的钻井成本。为了在长水平段水平井钻井中克服这些技术难点，本次研究结合难点问题出现的原因，提出合理的对策，以此提升钻井效率和降低风险。

1 长水平段水平井钻井技术难点分析

（1）摩阻和扭矩大

在长水平段水平井钻井过程中，井眼的几何形状往往较为复杂，如果井眼在钻进过程中出现不规则或不均匀的扩大，或者由于地层压力不稳定导致井壁变形和坍塌等问题，将直接增加钻柱与井壁之间的摩擦力，从而加大摩阻。特别是在软弱地层或脆性地层中，这种现象更加严重，随着水平段井眼的延伸，钻柱的长度增加，且钻具的刚性较强[1]。这时，钻柱与井壁之间的接触面积增大，从而增加了摩阻，钻柱旋转时会在井壁上产生摩擦，尤其在钻井液流速较低或者存在不良润滑情况下，摩阻现象更加显著。摩阻和扭矩的增加意味着需要更大的动力来驱动钻柱旋转，从而降低了钻井作业的效率。

（2）井眼轨迹控制难度大

在长水平段的水平井钻井过程中，井眼的轨迹不仅需要在垂直方向上精确控制，还要在水平方向上保持平稳。井眼的方向和弯曲半径等都需要精确控制，随着钻井深度的增加，井眼轨迹的控制变得更加复杂，尤其在钻进水平段时，任何微小的偏差都可能导致井眼偏离设计轨迹，从而影响到后续的钻井作业。在长水平段钻井过程中，地层压力的变化对井眼轨迹的控制产生了很大的影响，特别是在软弱地层或压力差较大的地层中，钻头下钻的过程中可能会遇到地层的瞬时压力变化，导致井壁的瞬时破裂或者压力失衡[2]。这些变化使得井眼轨迹的控制变得更加困难，尤其是在水平段的钻进中，控制井眼偏移的难度进一步增加。

（3）井眼清洁难度大

长水平段钻井中，井眼的设计往往需要考虑到井眼的尺寸以及钻进的路径，但是井眼设计不合理或与钻井液的流动特性不匹配，会增加井眼清洁的难度。井眼过大或井壁过于不规则，可能导致钻井液流动不畅，切削物清除不彻底，在一些复杂地层中，井眼可能会出现不规则变形，这会导致钻井液无法有效携带切削物，进一步加大清洁的难度[3]。钻井液在钻井过程中承担着多重功能，但是在长水平段钻井中，钻井液的流动性可能会受到多方面的影响，如流体黏度过高或井液性能不佳等。流动性差的钻井液难以有效地清除井眼中的切削物，造成井眼清洁不彻底，从而影响钻井作业的进展和井眼的稳定性。

（4）井壁稳定性问题突出

在长水平段钻井中，井壁稳定性问题往往受到地层类型和地层物理性质的影响，在软弱地层或者含水层等特殊地层中，井壁容易发生坍塌或崩塌。特别是一些非常规油气藏的地质条件复杂，地层中存在大量裂隙或水敏性泥岩，这些地层在钻进过程中容易受到钻井液侵蚀或膨胀，导致井壁稳定性差，进而影响钻井作业的安全性和效率。钻井速度是影响井壁稳定性的重要因素之一，在长水平段钻井中，过快的钻进速度往往会导致井壁的应力集中，产生过大的摩擦力和热量，从而加剧井壁的破裂或滑移。因此，钻进速度的合理控制对于确保井壁稳定至关重要。

3 长水平段水平井钻井技术难点对策研究

（1）钻井设计优化

在设计过程中，应尽量减少井眼弯曲，避免因曲率过大导致的摩阻增加及井壁稳定性问题，结合先进的地质建模技术和轨迹优化软件，可以在钻井过程中实时监控井眼轨迹，根据实时反馈进行调整，确保井眼始终符合预定设计目标。为了提高井眼设计的精度，长水平段钻井作业中还应采用高精度定向技术，如基于磁共振或地震数据的定向井技术，通过高精度的井眼轨迹设计，可以有效降低井眼偏离目标层的风险，提高钻井效率并保证井眼稳定性。

（2）引入井眼轨迹控制技术

在钻井作业中，通过使用磁力定向工具对钻头的方向进行精确控制，能够有效避免因地层磁场干扰而导致的误差，保证井眼轨迹的稳定。通过安装高精度的井眼定向仪器，实时测量井眼的倾斜角度和方位角，结合钻井液的压力变化和钻具的负荷等数据，调整钻井参数，确保井眼轨迹保持在预定设计轨道上。通过激光束的精准定位，对井眼轨迹进行实时调整，激光导向系统具有较高的精度和稳定性，特别适用于长水平段井的深度和复杂地质条件下。随着人工智能和大数据技术的发展，AI 技术可以帮助分析钻井过程中产生的海量数据，自动优化井眼轨迹。

（3）引入减阻降摩技术

减阻降摩剂是专门用于降低钻具与井壁之间摩擦的化学添加剂，这些减阻剂能够在钻具表面形成薄膜，减少钻具和井壁的直接接触，从而降低摩擦力和扭矩。根据钻井液的配方，添加合适的减阻降摩剂，使用高效的聚合物类或表面活性剂类减阻剂，它们能够在钻具表面形成均匀的润滑层，减少钻具与井壁之间的摩擦。减少钻井液在不同深度和温度下的粘度变化，可以有效降低钻进过程中摩擦力的波动，通过精准的配方调整，使减阻剂在不同地层条件下保持稳定的效果，从而保证井眼的稳定性和降低摩阻。在钻具材料的选择上，采用低摩擦系数的特殊合金材料或表面涂层，以减少钻具与井壁之间的摩擦，耐磨和低摩擦的材料可以显著降低摩阻和扭矩，提升钻井效率。

（4）合理配置钻井液

不同地层条件对钻井液的要求不同，在长水平段钻井作业中，地层的复杂性要求钻井液必须具有良好的适应性，能够应对不同地层的压力和含水量等变化。根据不同地层的特点，合理选择钻井液类型，可以有效提高钻井效率，确保作业的顺利进行。在软弱地层或高渗透层中，水基钻井液常用于减轻井壁塌陷的风险，水基钻井液易于形成泥饼层，增强井壁的稳定性，尤其是在粘土层和泥岩层中有较好的效果。对于高温或者含油气的储层，油基钻井液能够提供更好的润滑性和更强的井壁稳定性，特别是在长水平段钻井作业中，油基液具有更强的减阻作用，可以有效减少摩阻和扭矩。在高温和特殊地质条件下，合成基钻井液的耐高温和较低的摩擦系数使其成为理想选择，合成基钻井液能够有效减少对储层的污染，同时保证良好的流变性能和井眼清洁能力。

4 结论

综上所述，长水平段水平井通常会穿越复杂的地质结构，这些复杂的地质条件为钻井作业带来了巨大的挑战，钻头容易卡钻和钻井液性能不稳定等问题普遍存在，导致钻井进度慢甚至发生事故。因此，针对这些复杂地质条件下长水平段水平井钻井技术的难点，需要采取针对性的措施，进而确保钻井作业的顺利进行。

参考文献

[1]张峰,姬超,刘宇.长水平段水平井钻井技术难点分析及对策分析[J].中国石油和化工标准与质量,2024,44(01):156-158.

[2]罗子淇.长水平段水平井钻井技术难点分析及对策研究[J].西部探矿工程,2022,34(09):55-56+62.

[3]黄虎厚. 长水平段水平井钻井技术难点及解决办法[J]. 石化技术,2021,28(07):69-70.