延长油田钻井工艺技术分析

徐向辉  白玄  樊小梅

摘要：钻井是实现油气开采必不可少的环节，钻井技术的优劣和水平也直接影响油气勘探开发效益。随着近年来钻井技术和钻井装备的进步，相应钻井设备和工具的完善，延长油田钻井技术取得了较大的发展。通过石油钻井工艺技术的优化，采用先进的钻井技术措施，解决钻井过程中的技术难题，缩短钻井周期，提高机械钻速，钻探出更多的优质井筒，大幅度提高油井的产量，显著提高油气采收率。目前延长油田通过优化钻井工艺措施，优化深井钻井施工工序，完善监督措施保障，完成水平钻井提速技术工艺优化，发展较出多种特色成熟的技术，降低深井钻井施工的成本，达到设计的钻井施工质量，满足延长油田石油钻探的需要。

关键词：工艺技术；钻井技术；水平井；措施优化；技术进展

Key words：Process technology; Drilling technology; Horizontal well; Optimization of measures; Technical progress

1.延长油田钻井技术现状

钻井建立了油层到地面的流通通道，实现了采油管柱的下放。钻井工程作为石油天然气勘探开发的主要手段和关键环节，具有技术密集、高投资、高风险和高难度的特点[1]。随着油气资源勘探向深部进发，钻井费用占勘探开发总投资的比重越来越高，同时钻井技术的优劣和水平也直接影响油气勘探开发效益。随着近年来钻井技术和钻井装备的进步，相应钻井设备和工具的完善，定向井、水平井等特种井成为勘探开发的有力手段，为提高油气井产量，强化开采效益发挥了重要的作用[2-5]。上世纪50年代，石油钻井技术 由过去的传统经验钻井逐步进入科学化钻井时期；到80年代，陆续发展喷射钻井技术、优选参数钻井技术、平衡压力钻井技术、丛式井钻井技术等先进技术；近年来各种随钻工具的运用，又使钻井向信息化、智能化方向大大进步[6]。延长油田为了实现高产稳产的目标，对超深水平井钻井等技术进行优化，突破钻井的关键技术措施，尤其超深水平井钻井技术的应用，取得新的突破。适应百年油田石油钻探的需要，促进油田健康发展。

2.钻井工艺措施优化

针对延长油田的实际情况，钻探更多的水平井及深井超深井（图1），以满足油田开发的技术要求。尤其针对深井钻探的技术问题如何进行优化，才能不断提高石油钻井的效率，降低钻井施工的成本，达到设计的钻井施工质量，一直是延长钻井人的攻坚难点。进行钻井施工设计的优化，结合延长油田的实际情况，保证深井钻探施工的顺利进行，造斜井段的造斜率不易太高，防止出现卡钻事故。

并且，伴随钻井新技术不断涌现，如高压高温钻井、深井超深井钻井、特殊工艺钻井（包括定向井、水平井、大位移井、复杂结构井、丛式井、欠平衡钻井及套管钻井、小井眼钻井及旋转导向钻井等）[7-9]。新技术中如何适应延长油田不同的油气勘探开发需求，依旧需要施工探索实践与总结。新技术本身是机遇也是挑战，既是对传统钻井工艺的挑战，也是促使钻井技术不断发展的机遇和动力。

图1 水平井分类示意图

2.1难点痛点分析

近年来，我国的钻井技术取得了较大的进步，但深井水平井钻井过程中依旧存在技术提升空间[10]，如水平井钻井施工过程中，钻井速度控制以及钻机选择依旧是技术难点，也是延长油田在实际钻井工作种面临的主要问题。在钻井施工过程中PDC钻头的使用较为普遍，钻头质量的提升对钻井速度也有很大的促进作用。为了满足在不同的地质条件下钻井速度提升的要求，PDC 钻头也出现了多种不同的类型，不同类型的 PDC 钻头之间差异性也比较大，因此，在钻井过程中要根据地质条件、钻井参数等因素的不同来有针对性地选择钻头的类型。钻井前期中最大的难点就是井眼剖面的设计。井眼剖面的设计对后期的水平钻井质量有很大的影响。因此，钻井剖面设计也要根据地质条件以及钻井特征来进行优化设计，这样才能充分地降低钻井施工的难度，同时也能最大成都的提升钻井的速度。

另一方面，在超深井钻井施工过程中，对钻井施工人员的素质、钻井机械设备及钻具的质量要求非常高。深井钻探施工对井眼轨迹的控制要求高。由于地层的温度高，对随钻测斜仪器的使用影响比较大，由于仪器耐高温性能不同，严重的情况会导致仪器停止工作。由于井深过深的影响，岩屑的循环和排放受到了限制。

2.2优化深井钻井施工工序

合理的钻头选型，合理控制水平井段的井眼轨迹，优化泥浆的密度，防止对水平井段造成污染，影响到后续油气的开采[11]。针对延长油田超深水平井的钻井施工，在直井段施工过程中，优选最佳的PDC钻头，达到加快钻井进尺的目的，提高了钻井进尺。优化钻井施工参数，使用大排量的钻井液循环，实现高速钻井的效果。防止各种钻井事故的发生，保证安全钻进。直井段的钻井施工，必须做到防斜打直，避免井斜角超标，而影响到石油钻井施工的质量。调整泥浆的性能，优化泥浆循环参数，保证达到设计的携带能力，防止储层造成污染。应用短起下技术措施，防止泥饼过厚，影响到钻井施工的顺利进行。针对深井井段的施工工序优化，改用较小的钻头直径，防止发生卡钻事故，提高钻探施工的效率。

2.3优化深井水平井钻井技术措施

2.3.1水平井提速技术研究

在钻具的优化组合过程中，首先要根据钻井实际的位移差异来确定螺杆、钻铤、上稳定器等相关设备尺寸以及规格，只有这样才能保证在整个水平钻井施工过程中各个钻具设备能够实现协调运行，最大限度地提升水平钻井的速度[12-13]。目前，在水平钻井施工井过程中，钻头型号的以及相关参数的选择对钻井质量以及钻井速度有很大的影响，通常情况下，在水平钻井过程中PDC钻头的使用比较广泛，因此PDC钻头在钻井过程中表现出来的性能非常可靠，但是随着现代钻井技术的进步，PDC 钻头的类型也越来越丰富，而PDC钻头的对水平钻井的速度以及定向性都有较大的影响，因此要针对具体地质情况以及实际的施工过程来选择合理的PDC钻头类型。

施工过程中发现，一些保径比较长的PDC钻头往往会对水平钻井的定向造成较大的影响。对于水平钻井来说，型号比较新的PDC钻头在实际的使用过程中不一定能表现出良好的性能，而一些在实际使用过程中对地质情况适应性比较强的PDC钻头往往能够起到提升水平钻井速度和精度的作用。钻井行业中使用的螺杆的型号比较少，在水平钻井过程中，螺杆的选择要根据实际钻井施工的动力以及扭矩要求来进行合理的选择，同时还要结合实际钻井施工的特点来有针对性地进行选择。在实际的钻井过程中，为了保证钻井的速度，一般情况下都会选择扭矩较大的螺杆，这样在钻井过程中不仅能够保证钻头的动力供应能够保持充足，同时大扭矩的螺杆还能在很大程度上起到缓解钻压的作用，就水平钻井来说，大扭矩的螺杆能够极大地提升水平钻井的速度。

2.3.2优化深井钻井技术措施

针对深井及水平井钻探施工的实际情况，优化钻井技术措施，实现了高温高压的钻井施工工序。

优选耐高温的随钻测量系统，获得真实的井筒资料，为钻探合格的水平井奠定了基础。合理控制井眼轨迹，优选最佳的钻探施工设备，具有耐高温性能的马达，高强度的 PDC 钻头的使用，提高水平井钻探施工的速度。施工过程中尽可能简化钻具的组合形式，定期对钻具进行检测和探伤[14-15]。及时发现安全隐患，采取必要的处理措施，保证钻具达到最佳的使用状态，才能钻探出优质的井筒，满足延长油田钻探施工的技术要求。对斜井段的钻井施工过程中，进行地质导向钻井施工，减少动力钻具的造斜段，防止磨损钻具，降低钻具的使用寿命，而增加石油钻井施工的成本。选择扶正器结构的马达，优化施工操作程序，防止发生钻井施工事故，提高石油钻井施工的效率。

2.4完善监督措施保障

在延长油田原有监督部门基础上，成立了领导小组，下设生产保障、技术支撑和科研攻关等工作推进小组，明确了职责及分工，积极落实双盯工作法，统筹推进提速、提质、降本增效工作；二是对存在的主要影响施工效率问题，逐项分析落实，制定相应技术措施，形成了整体提速提质提效施工模板；每口井施工前，利用学习曲线，制定详细的“纸上钻井”实施方案，工作安排和工序衔接时间控制到小时，加强分析实钻与方案存在差异，及时总结经验和教训，修正下步工作技术措施，确保提速效果。三是安排责任工程师及以上专家，实施“井长”包井制；充分利用RTOC远程技术支持系统，确保工程技术措施落实到位，实现提速提效目标。四是坚持“四个超前”工作原则，推行“1343”管理模式，细化钻井、固井、录井各专业的工作流程[16-20]，强化节点控制，做到各道工序“无缝衔接”，实现管理提速提效。五是强化装备物资保障，以满足“三大两高”强化参数、实现钻机快速平移、钻井液体系快速转换和工序无缝衔接等原则[20-22]，加强高压泵、高压地面管线、钻机平移装置、固控设备、顶驱等装备更新配套和保障，减少设备修理时间，确保施工高效。

3.总结

通过对石油钻井工艺技术措施优化的研究，针对鄂尔多斯盆地延长油田的钻井施工的实际情况，优选最佳的钻井技术措施，不断提高石油钻探的效率。应用各种随钻测井技术措施，实现水平井的随钻测量效果，随时掌握井筒的地质信息资料，通过地质导向钻井技术的应用，钻探出合适的水平井，使其井眼轨迹达到预期的效果。结合欠平衡钻井技术措施，降低对储层的污染，提高机械钻速，降低深井钻井施工的成本，达到设计的钻井施工质量，满足延长油田石油钻探的需要。

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