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摘 要 ：水平井技术已成为国内外高效开发油气藏资源技术手段的基础与支撑，水平井数量迅速增多、规模不断扩大，应用领域和范围也不断扩大，水平井技术体系也日趋完善。如何实现井眼轨迹的高效控制，提高轨迹控制精度和施工效率也是需要进一步研究和解决的关键技术问题。
关键词：小井眼；水平井；提速技术
前 言
目前，水平井技术已成为国内外高效开发油气藏资源技术手段的基础与支撑，水平井数量迅速增多、规模不断扩大，应用领域和范围也不断扩大，水平井技术体系也日趋完善。水平井钻井施工时的井眼轨迹控制工作已由原来的使用MWD、LWD 设备主要依靠人工干预，转变为普遍应用旋转导向工具、地质导向工具，依靠井下设备仪器的自动控制，配合高性能的PDC 钻头，显著提高了水平井钻井施工的速度和效率。在对低压、低渗、低丰度、低产的大型岩性油气田及储层非均质性强等地层地质的勘探上，地层可钻性差、研磨性强，加之对水平井水平段长度不断提出的新要求，使得水平井钻井技术所面临的持续提高钻井速度、降低成本要求不断提高，如何应用水平井技术实现这些低品位资源的有效开发成为需要急需攻关解决的关键问题。
1 水平段导向钻具组合设计原则
长水平段水平井轨迹控制的重点和难点在于水平段轨迹控制，与之对应的滑动导向钻具组合优化设计及钻进参数优选必须遵循以下两个基本原则：（1）在水平段旋转钻进时具有较强的稳斜能力。旋转钻进方式能够及时向井底传递钻压，有助于提高水平段钻井速度和水平段延伸能力。为了发挥旋转钻井技术优势，需要精心设计导向钻具组合并优选钻进参数，提高导向钻具组合在旋转钻进方式下的稳斜效果，确保在水平段能够多采用旋转钻进方式，少采用滑动钻进方式。（2）在水平段滑动钻进时具有合适的造斜能力。由于长水平段摩阻问题十分突出，采用滑动钻进方式来调整轨迹比较难，要求导向钻具组合在滑动钻进时必须具有合适的造斜率。若造斜率过高，则滑动钻进井段的井眼曲率较大，使摩阻扭矩大幅度增加；若造斜率过低，则轨迹调整速度较慢，滑动钻进井段过长会影响钻井速度，甚至导致脱靶。
2 导向钻具旋转钻进特性分析模型
应用纵横弯曲连续方法，建立单弯双稳导向钻具组合旋转钻进（复合钻进）方式下井眼轨迹控制特性分析模型。典型的单弯双稳导向钻具组合如图所示，钻具结构为“钻头+弯螺杆钻具（带欠尺寸稳定器）+短钻铤+欠尺寸稳定器+钻铤+加重钻杆”。
2.1模型的简化处理方法
由于弯螺杆钻具的本体稳定器与上稳定器之间存在结构弯角，旋转钻进方式下该跨
梁柱除了自转还绕井眼轴线公转，应用纵横弯曲连续方法建立导向钻具组合复合钻进时
的井眼轨迹控制特性分析模型，关键要解决以下三个问题：（1）弯螺杆钻具结构弯角的等效处理问题。用当量横向集中载荷Q 代替弯螺杆钻具的结构弯角对梁柱挠度的影响。把求出的当量横向集中载荷Q附加作用在直梁柱上，即可用直梁取代原来的曲梁进行变形分析。（2）弯螺杆钻具复合钻进时离心力及其等效处理问题。仅考虑弯螺杆钻具稳定器与上稳定器之间的括螺杆钻具及短钻铤同步正向公转产生的离心力影响。（3）旋转钻进时工具面时刻在变化，三维问题简化处理方法。理论研究及实践表明，弯螺杆钻具复合钻进时稳方位效果总是比较好。在水平段钻进时重在分析复合钻进时的稳斜机理及影响规律，当装置角=0°时变井斜力为最大增斜力（大于0°）；当装置角=180°时变井斜力为最大降斜力（小于0°）。分别求解两个特殊位置时的钻头侧向力，以二者的平均值来判断井斜角变化趋势。
2.2 准动力学特性分析模型
弯螺杆钻具本体扶正器与上扶正器之间存在结构弯角，复合钻进时两扶正器之间的梁柱公转运动，除了承受轴向力、横向均布载荷、端部力偶作用，还承受等效离心力、等效集中载荷作用。求解该跨梁柱的弯曲与变形规律就成为关键所在。钻头侧向力及钻头转角忽略第1 跨梁（钻头至弯螺杆钻具本体扶正器之间）自重纵向分量的微小影响，求钻头侧向力Nb 及钻头转角Ab 。
钻头侧向力N b的性质与符号关系：Nb 0时为造斜力；Nb 0 时为降斜力。
2.3 钻进趋势预测模型
在钻井过程中，钻头直接与地层相互作用，它的运动轨迹不仅取决于钻头的力学特性，而且必然与钻头和地层的各向异性的钻井特性有很大关系。建立钻头与地层相互作用模型的主要目的，就是为了建立钻进方向与所钻地层、井眼几何、所用钻头及其力学特性之间的内在联系，以便更有效地对钻进趋势进行计算和预测。
3 水平段导向钻具组合设计方案
基于模拟分析结果，优选出适合油田长深小井眼长水平段钻进的导向钻具组合，并优选钻进参数，关键在于提高导向钻具组合在水平段的旋转钻进稳斜能力。（1）单弯双稳导向钻具在水平段的旋转钻进特性影响规律总结。单弯双稳导向钻具在水平段旋转钻进时基本上均为微增斜趋势。小钻压（30kN 以内）不利于水平段稳斜（稳平）钻进，适当提高钻压（大于50kN）有利于水平段稳斜（稳平）钻进。转速对上述导向钻具在水平段旋转钻进时的稳斜（稳平）效果影响较小。在当前条件下，螺杆钻具的弯角度数、稳定器外径对水平段旋转钻进特性影响不明显。上稳定器外径对水平段旋转钻进时的稳斜（稳平）效果影响不明显，但是上稳定器位置对水平段旋转钻进时稳斜（稳平）效果有明显影响。选择较短的螺杆钻具，或较短的短钻铤，使上稳定器距离钻头近一些有助于提高水平段旋转钻进稳斜效果。（2）适合小井眼长水平段钻井的单弯双稳导向钻具结构及钻进参数。基本钻具组合：Φ152.4mm 钻头+5LZ120×7.0-DWG1.0°（或1.25°）螺杆钻具（稳定器直径Φ146mm；标准型钻具、长度4.88m）+Φ148mm 欠尺寸扶正器+Φ101.6mm 无磁加重钻杆×1 根+LWD+Φ101.6mm 无磁加重钻杆×1 根+Φ101.6mm 斜坡钻杆×若干+Φ101.6mm 加重钻杆×若干+Φ101.6mm 钻杆钻进参数：水平段旋转钻进时不适合采用小钻压（30kN 以内），钻压50kN 左右较合适；旋转钻进时适合采用低转速，推荐转速60r/min 左右。
参考文献
1.槐庆林，王洪英. 大位移井延伸极限预测技术研究[J]. 西部探矿工程. 2008（07）
2.秦永和，付胜利，高德利. 大位移井摩阻扭矩力学分析新模型[J]. 天然气工业. 2006（11）
关键词：小井眼；水平井；提速技术
前 言
目前，水平井技术已成为国内外高效开发油气藏资源技术手段的基础与支撑，水平井数量迅速增多、规模不断扩大，应用领域和范围也不断扩大，水平井技术体系也日趋完善。水平井钻井施工时的井眼轨迹控制工作已由原来的使用MWD、LWD 设备主要依靠人工干预，转变为普遍应用旋转导向工具、地质导向工具，依靠井下设备仪器的自动控制，配合高性能的PDC 钻头，显著提高了水平井钻井施工的速度和效率。在对低压、低渗、低丰度、低产的大型岩性油气田及储层非均质性强等地层地质的勘探上，地层可钻性差、研磨性强，加之对水平井水平段长度不断提出的新要求，使得水平井钻井技术所面临的持续提高钻井速度、降低成本要求不断提高，如何应用水平井技术实现这些低品位资源的有效开发成为需要急需攻关解决的关键问题。
1 水平段导向钻具组合设计原则
长水平段水平井轨迹控制的重点和难点在于水平段轨迹控制，与之对应的滑动导向钻具组合优化设计及钻进参数优选必须遵循以下两个基本原则：（1）在水平段旋转钻进时具有较强的稳斜能力。旋转钻进方式能够及时向井底传递钻压，有助于提高水平段钻井速度和水平段延伸能力。为了发挥旋转钻井技术优势，需要精心设计导向钻具组合并优选钻进参数，提高导向钻具组合在旋转钻进方式下的稳斜效果，确保在水平段能够多采用旋转钻进方式，少采用滑动钻进方式。（2）在水平段滑动钻进时具有合适的造斜能力。由于长水平段摩阻问题十分突出，采用滑动钻进方式来调整轨迹比较难，要求导向钻具组合在滑动钻进时必须具有合适的造斜率。若造斜率过高，则滑动钻进井段的井眼曲率较大，使摩阻扭矩大幅度增加；若造斜率过低，则轨迹调整速度较慢，滑动钻进井段过长会影响钻井速度，甚至导致脱靶。
2 导向钻具旋转钻进特性分析模型
应用纵横弯曲连续方法，建立单弯双稳导向钻具组合旋转钻进（复合钻进）方式下井眼轨迹控制特性分析模型。典型的单弯双稳导向钻具组合如图所示，钻具结构为“钻头+弯螺杆钻具（带欠尺寸稳定器）+短钻铤+欠尺寸稳定器+钻铤+加重钻杆”。
2.1模型的简化处理方法
由于弯螺杆钻具的本体稳定器与上稳定器之间存在结构弯角，旋转钻进方式下该跨
梁柱除了自转还绕井眼轴线公转，应用纵横弯曲连续方法建立导向钻具组合复合钻进时
的井眼轨迹控制特性分析模型，关键要解决以下三个问题：（1）弯螺杆钻具结构弯角的等效处理问题。用当量横向集中载荷Q 代替弯螺杆钻具的结构弯角对梁柱挠度的影响。把求出的当量横向集中载荷Q附加作用在直梁柱上，即可用直梁取代原来的曲梁进行变形分析。（2）弯螺杆钻具复合钻进时离心力及其等效处理问题。仅考虑弯螺杆钻具稳定器与上稳定器之间的括螺杆钻具及短钻铤同步正向公转产生的离心力影响。（3）旋转钻进时工具面时刻在变化，三维问题简化处理方法。理论研究及实践表明，弯螺杆钻具复合钻进时稳方位效果总是比较好。在水平段钻进时重在分析复合钻进时的稳斜机理及影响规律，当装置角=0°时变井斜力为最大增斜力（大于0°）；当装置角=180°时变井斜力为最大降斜力（小于0°）。分别求解两个特殊位置时的钻头侧向力，以二者的平均值来判断井斜角变化趋势。
2.2 准动力学特性分析模型
弯螺杆钻具本体扶正器与上扶正器之间存在结构弯角，复合钻进时两扶正器之间的梁柱公转运动，除了承受轴向力、横向均布载荷、端部力偶作用，还承受等效离心力、等效集中载荷作用。求解该跨梁柱的弯曲与变形规律就成为关键所在。钻头侧向力及钻头转角忽略第1 跨梁（钻头至弯螺杆钻具本体扶正器之间）自重纵向分量的微小影响，求钻头侧向力Nb 及钻头转角Ab 。
钻头侧向力N b的性质与符号关系：Nb 0时为造斜力；Nb 0 时为降斜力。
2.3 钻进趋势预测模型
在钻井过程中，钻头直接与地层相互作用，它的运动轨迹不仅取决于钻头的力学特性，而且必然与钻头和地层的各向异性的钻井特性有很大关系。建立钻头与地层相互作用模型的主要目的，就是为了建立钻进方向与所钻地层、井眼几何、所用钻头及其力学特性之间的内在联系，以便更有效地对钻进趋势进行计算和预测。
3 水平段导向钻具组合设计方案
基于模拟分析结果，优选出适合油田长深小井眼长水平段钻进的导向钻具组合，并优选钻进参数，关键在于提高导向钻具组合在水平段的旋转钻进稳斜能力。（1）单弯双稳导向钻具在水平段的旋转钻进特性影响规律总结。单弯双稳导向钻具在水平段旋转钻进时基本上均为微增斜趋势。小钻压（30kN 以内）不利于水平段稳斜（稳平）钻进，适当提高钻压（大于50kN）有利于水平段稳斜（稳平）钻进。转速对上述导向钻具在水平段旋转钻进时的稳斜（稳平）效果影响较小。在当前条件下，螺杆钻具的弯角度数、稳定器外径对水平段旋转钻进特性影响不明显。上稳定器外径对水平段旋转钻进时的稳斜（稳平）效果影响不明显，但是上稳定器位置对水平段旋转钻进时稳斜（稳平）效果有明显影响。选择较短的螺杆钻具，或较短的短钻铤，使上稳定器距离钻头近一些有助于提高水平段旋转钻进稳斜效果。（2）适合小井眼长水平段钻井的单弯双稳导向钻具结构及钻进参数。基本钻具组合：Φ152.4mm 钻头+5LZ120×7.0-DWG1.0°（或1.25°）螺杆钻具（稳定器直径Φ146mm；标准型钻具、长度4.88m）+Φ148mm 欠尺寸扶正器+Φ101.6mm 无磁加重钻杆×1 根+LWD+Φ101.6mm 无磁加重钻杆×1 根+Φ101.6mm 斜坡钻杆×若干+Φ101.6mm 加重钻杆×若干+Φ101.6mm 钻杆钻进参数：水平段旋转钻进时不适合采用小钻压（30kN 以内），钻压50kN 左右较合适；旋转钻进时适合采用低转速，推荐转速60r/min 左右。
参考文献
1.槐庆林，王洪英. 大位移井延伸极限预测技术研究[J]. 西部探矿工程. 2008（07）
2.秦永和，付胜利，高德利. 大位移井摩阻扭矩力学分析新模型[J]. 天然气工业. 2006（11）