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[摘 要]本文介绍了水平井的优点及应用范围， 论述了水平井的施工技术， 并结合钻井工程实例， 详细说明了水平井钻井技术在石油开发中的应用。
[关键词]水平井； 钻进工艺； 井眼轨迹控制； 随钻测量仪
中图分类号：TM925 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）27-0306-01
引言：当今， 随着对能源需求的日趋增加以及对环境保护意识的日益增强， 如何高效、清洁、经济地开采地下能源已成为目前急需解决的问题。在此情况下，水平井钻进技术应运而生。它是起源于20 世纪80 年代并在石油、天然气开发中得到广泛应用的一项综合性技术。其目的主要是提高石油的产量， 降低采油成本。并且随着MWD （随钻测量仪）、PDC （聚晶金刚石复合片钻头） 和高效导向螺杆钻具的应用， 水平井技术已日趋完善。
一、水平井钻进技术简介
水平井是最大井斜角保持在90°左右， 并在目的层中维持一定长度的水平井段的特殊井。水平井钻进技术是在定向井钻进技术的基础上发展起来的， 它是指在石油钻进过程中，通过控制钻头钻进的轨迹， 使之沿油层的走向钻进， 以最大限度地增加油层的泄油面积， 提高油田采收率和勘探效果。其核心技术主要包括水平井油藏工程及优化设计、水平井井眼轨道控制、水平井钻井液与油层保护、水平井测井和完井等。
二、水平井的优点及应用
1、水平井钻进技术之所以会得到越来越广泛的应用， 是因为它具有常规钻进、定向钻进无法比拟的优点， 而且随着无线随钻监测系统和钻进工艺的发展， 水平井的优越性将更加突出。对水平井的应用， 除了少量的非石油方面（如用水平井作为引排煤层中甲烷的通道、对煤层气化方法可用水平井作为注入空气及产出煤气的通道等） 以外，水平井主要用于石油和天然气的勘探与开发。它可大幅度地提高油气产量，具有显著的综合效益。
2、水平井较之直井和常规定向井主要有如下优点：恢复老井产能。在停产老井中侧钻水平井较钻调整井或加密井要节约费用， 开发低渗透油藏， 提高采收率。开发重油稠油油藏。水平井除扩大泄油面积外， 如进行热采， 还有利于热线的均匀推进。开发以垂直裂缝为主的油藏。水平井钻遇垂直裂缝的机遇较直井大得多。
3、开发薄油藏油田， 提高单井产量。水平井能大大增加泄油面积， 从而提高薄油层中的油产量， 使薄油层具有开采价值。 用水平井可钻穿多层陡峭的产油层， 往往相当于多口直井的勘探效果。有利于更好地了解目的层的性质。水平井在目的层中的井段较直井钻进长得多， 可以更好更多地收集目的层的各种特性资料。有利于环境保护。一口水平井可以替代一口到几口直井， 可以大大减少钻进过程中对环境的污染。
三、水平井主要钻进工艺
1、井身轨迹控制
水平井井眼轨迹控制技术是水平井施工技术的核心， 并贯穿钻井全过程。水平井井身轨迹控制工艺技术主要包括： 钻具组合选用、影响轨迹控制因素的分析、测量技术、井底预测技术和实时综合分析技术等几个方面。
1）直井段：直井段主要是保直， 避免轨迹漂移较大给后期的定向工作带来困难。同时还要防止岩屑堆集。活动钻具要以大幅度上下为主， 保持井眼光滑、畅通。
2）造斜段和水平段：造斜段和水平段主要采用导向轨迹三维空间旋转控制、随钻测量仪（MWD） 轨迹控制与监测、水平井软件设计与轨迹跟踪预测等先进技术。
①导向钻进技术， 导向钻井技术在水平井施工中是一个常用的关键技术。在轨迹控制中， 根据实际情况和剖面要求， 可采用定向造斜和转盘钻交替进行调整井身轨迹， 以对井身轨迹进行有效控制， 使得实钻轨迹沿设计和预测趋势发展， 以达目标点， 而且使井眼光滑畅通， 有利于携砂， 清除岩屑， 保证钻井安全。
②MWD 轨迹控制与监测技术， 测量仪器、测量方法的选择是井眼轨迹控制的依据。为保证测量的方便与准确， 需要使用MWD 无线测量仪进行测量， 并及时数据处理、描图跟踪、待钻井眼预测， 根据剖面发展趋势， 调整钻井参数、工具面钻井方式。
③水平井软件设计与轨迹跟踪预测， 采用钻具组合进行造斜时， 井底实际井斜和方位预测结果存在差异， 这种差异判断的正确与否， 对指导下步井眼轨迹控制起着至关重要的影响。这就需完善水平井软件设计功能， 使预测井身轨迹与实际相符。
2、完井
完井过程中通井和下套管是最关键、最危险的工序。套管的刚性太大， 技术套管在弯曲井段不能发生相应的弯曲变形， 这除了要求在轨迹控制过程中要合理分配造斜率， 提高井眼轨迹控制技巧外还需要认真做好通井工作， 这不仅能使套管能顺利下入， 也为固井提供了保证。
3、钻井液的性能要求及除屑措施
为了及时将井内钻屑带出地面， 保证井眼清洁， 并保持井壁稳定， 对钻井液的性能提出如下几点要求：
1）要有适当的密度以平衡地层压力， 防止地层失稳。
2）要求泥浆有一定的动、静态结构， 保证良好的流变性， 有利于悬浮和携带岩屑。在水平井施工中， 可采用如下的综合技术以清除岩屑：整井段可全部使用中空导向钻具， 并利用大排量循环以清除岩屑；斜度段和水平段使用携带岩屑能力强的钻井液与完井液；提高钻井液与完井液的润滑防塌能力；坚持使用多级净化装置， 确保钻井液清洁、性能稳定；适当控制钻速， 尽量减少环空钻屑含量。
四、应用实例
大湾405-1H水平井， 目的层位于长兴组气层， 底面为一向东倾斜的单斜构造， 地层倾角1°～3°，气层发育较好， 平面上连片分布， 气层顶面埋深660～665m。为了确保中靶和在稳定的油层内钻水平段，确定该井水平段方位50°～99°，靶前位移4771.46m ，水平段长1771.99m。水平段以87°井斜角横穿油层。该井井身结构参数见表1， 井身结构图见图1。
该井施工周期为30 天， 由于水平段长1771.99m ， 它大增加井眼在产层中的长度和产层的气层面积， 用略高于一口直井的成本得到数口直井的产量， 减少了钻进过程中对环境的污染， 实现了经济与环境的协调发展。
四、结论
随着对油气藏认识水平的提高， 随着随钻监测系统及钻具设备性能的提高， 水平井钻进技术将会更加完善。水平井的开发方式将会更多地被用于石油、天然气工业的开采与利用。
[关键词]水平井； 钻进工艺； 井眼轨迹控制； 随钻测量仪
中图分类号：TM925 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）27-0306-01
引言：当今， 随着对能源需求的日趋增加以及对环境保护意识的日益增强， 如何高效、清洁、经济地开采地下能源已成为目前急需解决的问题。在此情况下，水平井钻进技术应运而生。它是起源于20 世纪80 年代并在石油、天然气开发中得到广泛应用的一项综合性技术。其目的主要是提高石油的产量， 降低采油成本。并且随着MWD （随钻测量仪）、PDC （聚晶金刚石复合片钻头） 和高效导向螺杆钻具的应用， 水平井技术已日趋完善。
一、水平井钻进技术简介
水平井是最大井斜角保持在90°左右， 并在目的层中维持一定长度的水平井段的特殊井。水平井钻进技术是在定向井钻进技术的基础上发展起来的， 它是指在石油钻进过程中，通过控制钻头钻进的轨迹， 使之沿油层的走向钻进， 以最大限度地增加油层的泄油面积， 提高油田采收率和勘探效果。其核心技术主要包括水平井油藏工程及优化设计、水平井井眼轨道控制、水平井钻井液与油层保护、水平井测井和完井等。
二、水平井的优点及应用
1、水平井钻进技术之所以会得到越来越广泛的应用， 是因为它具有常规钻进、定向钻进无法比拟的优点， 而且随着无线随钻监测系统和钻进工艺的发展， 水平井的优越性将更加突出。对水平井的应用， 除了少量的非石油方面（如用水平井作为引排煤层中甲烷的通道、对煤层气化方法可用水平井作为注入空气及产出煤气的通道等） 以外，水平井主要用于石油和天然气的勘探与开发。它可大幅度地提高油气产量，具有显著的综合效益。
2、水平井较之直井和常规定向井主要有如下优点：恢复老井产能。在停产老井中侧钻水平井较钻调整井或加密井要节约费用， 开发低渗透油藏， 提高采收率。开发重油稠油油藏。水平井除扩大泄油面积外， 如进行热采， 还有利于热线的均匀推进。开发以垂直裂缝为主的油藏。水平井钻遇垂直裂缝的机遇较直井大得多。
3、开发薄油藏油田， 提高单井产量。水平井能大大增加泄油面积， 从而提高薄油层中的油产量， 使薄油层具有开采价值。 用水平井可钻穿多层陡峭的产油层， 往往相当于多口直井的勘探效果。有利于更好地了解目的层的性质。水平井在目的层中的井段较直井钻进长得多， 可以更好更多地收集目的层的各种特性资料。有利于环境保护。一口水平井可以替代一口到几口直井， 可以大大减少钻进过程中对环境的污染。
三、水平井主要钻进工艺
1、井身轨迹控制
水平井井眼轨迹控制技术是水平井施工技术的核心， 并贯穿钻井全过程。水平井井身轨迹控制工艺技术主要包括： 钻具组合选用、影响轨迹控制因素的分析、测量技术、井底预测技术和实时综合分析技术等几个方面。
1）直井段：直井段主要是保直， 避免轨迹漂移较大给后期的定向工作带来困难。同时还要防止岩屑堆集。活动钻具要以大幅度上下为主， 保持井眼光滑、畅通。
2）造斜段和水平段：造斜段和水平段主要采用导向轨迹三维空间旋转控制、随钻测量仪（MWD） 轨迹控制与监测、水平井软件设计与轨迹跟踪预测等先进技术。
①导向钻进技术， 导向钻井技术在水平井施工中是一个常用的关键技术。在轨迹控制中， 根据实际情况和剖面要求， 可采用定向造斜和转盘钻交替进行调整井身轨迹， 以对井身轨迹进行有效控制， 使得实钻轨迹沿设计和预测趋势发展， 以达目标点， 而且使井眼光滑畅通， 有利于携砂， 清除岩屑， 保证钻井安全。
②MWD 轨迹控制与监测技术， 测量仪器、测量方法的选择是井眼轨迹控制的依据。为保证测量的方便与准确， 需要使用MWD 无线测量仪进行测量， 并及时数据处理、描图跟踪、待钻井眼预测， 根据剖面发展趋势， 调整钻井参数、工具面钻井方式。
③水平井软件设计与轨迹跟踪预测， 采用钻具组合进行造斜时， 井底实际井斜和方位预测结果存在差异， 这种差异判断的正确与否， 对指导下步井眼轨迹控制起着至关重要的影响。这就需完善水平井软件设计功能， 使预测井身轨迹与实际相符。
2、完井
完井过程中通井和下套管是最关键、最危险的工序。套管的刚性太大， 技术套管在弯曲井段不能发生相应的弯曲变形， 这除了要求在轨迹控制过程中要合理分配造斜率， 提高井眼轨迹控制技巧外还需要认真做好通井工作， 这不仅能使套管能顺利下入， 也为固井提供了保证。
3、钻井液的性能要求及除屑措施
为了及时将井内钻屑带出地面， 保证井眼清洁， 并保持井壁稳定， 对钻井液的性能提出如下几点要求：
1）要有适当的密度以平衡地层压力， 防止地层失稳。
2）要求泥浆有一定的动、静态结构， 保证良好的流变性， 有利于悬浮和携带岩屑。在水平井施工中， 可采用如下的综合技术以清除岩屑：整井段可全部使用中空导向钻具， 并利用大排量循环以清除岩屑；斜度段和水平段使用携带岩屑能力强的钻井液与完井液；提高钻井液与完井液的润滑防塌能力；坚持使用多级净化装置， 确保钻井液清洁、性能稳定；适当控制钻速， 尽量减少环空钻屑含量。
四、应用实例
大湾405-1H水平井， 目的层位于长兴组气层， 底面为一向东倾斜的单斜构造， 地层倾角1°～3°，气层发育较好， 平面上连片分布， 气层顶面埋深660～665m。为了确保中靶和在稳定的油层内钻水平段，确定该井水平段方位50°～99°，靶前位移4771.46m ，水平段长1771.99m。水平段以87°井斜角横穿油层。该井井身结构参数见表1， 井身结构图见图1。
该井施工周期为30 天， 由于水平段长1771.99m ， 它大增加井眼在产层中的长度和产层的气层面积， 用略高于一口直井的成本得到数口直井的产量， 减少了钻进过程中对环境的污染， 实现了经济与环境的协调发展。
四、结论
随着对油气藏认识水平的提高， 随着随钻监测系统及钻具设备性能的提高， 水平井钻进技术将会更加完善。水平井的开发方式将会更多地被用于石油、天然气工业的开采与利用。