水平井高摩阻影响因素及解决对策

龙伟

摘要: 在水平井钻井施工过程中,摩阻通常指的是钻具使用中需要面对的摩擦阻力,通常来自于两个方面,分别是轴向上所存在的扭矩以及摩擦阻力,在钻井过程中需要对工程施工中形成摩擦阻力的不同类型因素进行梳理,制定出针对性的减少摩擦的措施,从而为项目施工的有序进行提供保障｡水平井钻井作业中,钻具面临着造斜段以及水平段不同类型力所带来的影响,而摩擦阻力通常是由于井壁跟管柱之间存在的反扭矩以及轴向上存在的阻力所引起,所以要想促进钻井施工效率和质量的提高,需要对摩擦阻力的影响因素进行分析,制定出针对性的减摩措施｡

关键词: 水平井；摩阻影响；钻柱；钻具；井眼曲率半径；钻井液；施工效率

1水平井钻井摩阻影响因素分析

1.1钻柱因素

油田企业在进行水平井钻井时,钻柱在使用中会面临各种因素问题,比如由于本身所具有的重量会造成井壁跟钻柱间所存在的摩擦力增加,随着摩擦力的不断提升,可能会引起钻柱出现形状的变化,也就是通常所说的屈曲｡钻柱在发生屈曲变形的情况下,钻壁能够对钻柱形成支撑,钻柱在短期内的稳定性不会受到任何的影响,但是在不断作业的过程中,其所面临的载荷会不断增加,当超出其所能承受的最大值时,就会发生损坏｡在进行水平井钻井的过程中,需要重点关注钻具的选择问题,如果选择钻具组合跟项目施工的要求之间存在偏差,必然会引起钻柱面临的重力持续增加,引起钻井效率的降低,钻具受到的摩擦阻力也会相应增加,甚至造成钻具的损坏｡

(1)钻柱刚度因素｡针对钻柱的刚度进行一系列的研究能够发现,钢柱的强度越高,则其所具有的抵抗变形的能力也会越强,而钻井施工中摩擦阻力跟弯曲段所具有的反力之间存在正相关关联,这种情况跟水平井身段具有的曲率存在着某些关联｡而且假如在斜率较大的油气井钻井施工中私用刚性相对较大的钻柱,钻柱会不断地升起和下降,容易发生托槽的风险,使得水平井内壁跟钻柱之间形成更大的接触面积,从而使得摩擦阻力不断增加,这时候需要操作人员采取针对性的措施及时解决键槽卡钻｡

(2)钻柱结构因素｡在开展钻井作业时,一般会把刚性较强的套管附件放在管串当中,从而有效的限制摩擦阻力的增加,因此钻柱的构造也是影响摩擦阻力的一个重要因素,有关人员对小套管施工的过程进行研究,结果显示,对套管串的构造开展有效的优化,依据实际作业情况将新套管附件添加到钻柱中,并依据有关进行落实,能够有效的使摩擦阻力降低｡

1.2钻井轨迹因素

为了促进钻井作业过程中摩擦阻力的降低,需要对钻井作业的轨迹进行科学有效的规划,从而使钻具跟水平井内壁接触所形成的面积尽量的小,促进两者之间接触力的下降,从而实现钻井摩阻降低的目标｡

(1)井眼曲率半径因素｡井身的质量跟曲率半径之间具有紧密的关联,而曲率半径会对摩阻产生影响｡在井眼曲率半径相对较大的情况下,管柱形成的刚度也会不断增加,钻具跟水平井的内部面临反力带来的影响,会引起摩擦阻力的增加｡通常状况下,在开展位移较大的水平井段工程方案的设计过程中,首先要对那些对摩擦阻力存在影响的因素开展分析,假设经验曲率半径相对较大,那么管柱就会受到影响,导致管柱施工不能有序进行｡所以,在水平井设计施工过程中,要对井深剖面进行重点考虑,尽量规避井眼曲率半径在施工摩阻增加中造成的影响｡

(2)地层弹性因素｡地层呈现出的地质环境条件对其所具有的弹性系数具有决定性影响,在开展水平井作业施工的过程中,地层条件会对施工的进程会产生影响,地层硬度越低,则施工的速度越快,水平井半径的扩大速度也会不断的增加;地层硬度不断提升的过程中,井壁跟钻柱之间接触点的数量也会不断变少,各个接触点都会受到反力的影响,使得钻井施工摩擦阻力变大｡地层变形量跟弹性系数到达一定的数值以后会不断的变小,这个时候地层呈现出刚性地层的特征,作业摩阻也趋向于平稳｡

(3)井壁粗糙度因素｡水平井内壁的粗糙度受到各种不同类型因素的影响,包括工程项目的环境条件､地层硬度等,随着井壁粗糙度的增加,钻具跟井壁之间的摩擦系数也会不断的增加,并且钻井施工过程中的摩阻也会变大,然而水平井跟钻具所具有的摩擦系数之间的关系并非线性,因为摩擦系数对摩擦阻力产生影响的基础上,两者的接触面积以及接触位置的反力等都会使其发生变化,因此互相之间所具有的关联十分密切｡

1.3钻井液因素

(1)钻井液类型因素｡一般状况下,使用不同类型的钻井液,管柱的摩阻也具有很大的差别,井壁跟钻具因为应用的钻井液不同,井眼中的环境会发生很大的改变,使用空气或者气泡类型的钻井液时,钻具的速度较快,并且携砂能力和循环能力都获得提高,由于井壁和管柱之间存在空气介质,所以摩阻相对较小｡在使用油基类型钻井液时,由于其具有较强的润滑作用,钻井液的密度较小,所以摩阻也不高｡使用润滑防塌钻井液时,摩阻也很小｡因此,要选择合适的钻井液类型,避免出现卡钻的情况｡

(2)钻井液性能因素｡各种类型的因素都会对钻井液的功能产生影响,然而钻井液所具有的性能可以使摩擦阻力产生变化的参数通常包括粘度､密度､泥饼质量以及切力等｡在钻井液所具有的密度相对较大时,管柱会受到内外部压力的影响紧贴在管壁上,两者的接触面积会增加,所以摩擦阻力也会相应的变大;在泥饼质量降低的过程中,井壁的稳定性也会发生一些改变,稳定性降低会引起地层中出现掉块的情况,因此管柱中如多存在大量的泥饼,就会造成其跟水平井内壁之间剩余的空间过小,造成两者接触面积不断变大的同时使得摩擦阻力出现大幅提升｡当钻井液黏度不断减小的情况下,钻井液所具有的切力也会不断降低,使得携带砂石的水平不高,许多泥沙会在管柱上发生沉积,使用较长时间以后,管柱提升和下降会出现困难｡

2水平井钻井减摩技术分析

2.1钻具的优化

首先,要对水平井钻井的地质条件和项目施工现场的情况进行分析,对钻具进行合理的选择,使钻柱的重量尽量的小,避免因为钻柱自重过高造成的摩擦问题,这也是促进钻井摩阻下降最为重要的措施｡其次,要引入减少摩擦和阻力的具有较高专业度的工具,这类工具在大位移井以及水平井中都能够得到有效的利用,通过这种类型工具的应用不但可以有效的降低扭矩和摩擦阻力,还能够使套管跟结构之间形成的摩擦阻力降低,从而避免钻井作业过程中发生卡钻的情况,使得钻井作业的速度得到较大程度的提高｡这种类型的工具具有较高的适用性,可以在水平井钻井作业中得到充分的利用｡减少摩擦阻力工具在使用过程中发挥主要作用的部件是减摩轴承套,在内部涂抹一定厚度的薄层,外部配备多个滚轮安装槽,工程人员可以依据钻井项目的要求将滚轮安装上去,使其通过咬合有效的连接到一起,通过首尾连接的方式形成一个圆环,从而保证轴承套的稳定性,在钻井施工时受到上下受力的情况下不会出现分离或者旋转的情况｡

2.2钻井轨迹的优化

为了使钻井作业过程中的摩阻下降,需要对作业的轨迹开展科学有效的设计和优化,当前,信息化和大数据技术不断更新和发展,人工智能算法开始应用于水平井钻井当中｡在开展钻井轨迹的规划时,技术人员可以将其引入其中,对地层条件进行全面的分析,对其中的不可控因素进行提前的估计,利用计算机技术设计出科学合理的钻井轨迹,制定出多套钻井计划,并对其进行比较和分析,选择最为科学有效的钻井轨迹方案,从而保证钻井轨迹的科学性｡

2.3合理进行钻井液的配置

首先,技术人员要在实验室中进行科学的实验,选择适合钻井需求的钻井液密度,避免因为钻井液密度太大或者太小对钻井作业的速度产生影响;其次,要加强对国外先进技术的引入和学习,目前许多国外企业所应用的钻井液效果更佳,通过及时的引进和应用,不但能够使钻井作业过程中的摩擦阻力得到降低,还能够使作业的效率得到大幅提高;最后,要在钻井液中添加一定比例的润滑物质,使钻井液在应用过程中起到润滑作用,从而促进井壁和钻具之间所具有的摩擦力得到大幅降低｡

参考文献:

[1]吕保山.水平井钻井摩阻影响因素及减摩技术分析[J].石化技术,2021,28(10):2.

[2]贾佳.临兴区块致密气水平井高摩阻影响因素及应对措施[J].录井工程,2020,31(03):5.