第七章水平井複雜情況及事故預防處理
第一節水平井特點
1、由垂直井眼變成傾斜(水平)井眼帶來的特性
鑽具貼井壁，受力狀況發生變化
從造斜段開始，鑽具受力狀況相對直井發生了根本的變化。
①造斜段：由於斜井段鑽具的斜向拉力造成此處鑽具被「拉向」上井壁。造斜點較高的井可明顯在井口出現鑽具向定向方向的「偏移」。
隨著井深增加，造斜點以下鑽具重量隨著造斜率的增大，在造斜段出現的側向力f則隨之增大、起下的摩阻增大，隨著時間的延長，起下鑽和轉動在此處形成鍵槽。
②斜井段：由於鑽具自重，鑽具「躺在」下井壁，對井壁側壓力的增大，帶來磨阻(起下)和扭矩的增大〈旋轉〉。
③鑽頭的受力變化出現側向分力，當使用增斜鑽具結構時，由於近鑽頭扶正器的「支點」作用而產生向高邊的側向力；使用降斜組合時，由於「鐘擺力」作用而向低邊產生側向力，由於下部鑽具結構和鑽頭重力作用，始終產生降斜趨勢，需用剛性組合來保持井斜的穩定或大於此趨勢產生增斜力。
1.2 偏心環空和岩屑床
國外專家和「七五」攻關專案中劉希聖教授等專家研究表明，由於斜井鑽具偏向下井壁而形成了「偏心環空」，岩屑的沉降，運移與直井相比發生了根本的變化，岩屑出現向井壁徑向沉降的趨勢，由於偏心環空流速的不均勻，在下井壁形成岩屑床，在一定條件下還會發生岩屑床的滑移、堆積，給大斜度、水平井施工帶來威脅，如何正確認識此特點並採取相應的措施是水平井成功與否的關鍵。
研究的主要結論有：
① 偏心環空場中，大環隙處流速大，小環隙處流速小，促使岩屑床的產生。
② 岩屑床厚度隨流速的減少和井眼斜度的增加而增加，但傾角大於一定值後，其岩屑床厚度基本保持不變。
③ 環空岩屑濃度在臨界角（30°≤θ≤60°）範圍內最大。環空岩屑濃度隨流速的增加而降低。
注：對臨界角的界限，有人認為35°―70°，但總的範圍是相近的。
④ 當井眼傾角處於臨界傾角範圍內時，由於岩屑床的形成及滑移，巖、屑勢必下滑堆積。容易造成鑽具的阻卡。
⑤ 各傾角都存在乙個「臨界流速」。當環空流速大於該臨界流速時，理論認為不會產生岩屑床。
⑥ 流體粘度公升高導致岩屑床厚度降低，岩屑濃度降低，提高了岩屑輸送效果。
下面就斜井幾種狀態下的井屑運動方式做一分析：
以臨界角為界把斜井分為三種型別：
第一種：小於臨界角的範圍(<30°)，只有垂直沉降，而無徑向沉降。vs為垂直沉降速度，vsr為徑向沉降速度，vsa為軸向沉降速度。
vs≈0 vsa≈vs6
該種情況可近似為直井狀態，不易形成岩屑床。
第二種：臨界範圍內（30°<θ<60°)
vsa=vs*cosθ vsr≈vs*sinθ
θ公升高則vsr越大，該範圍最易形成岩屑床，越接近上界越易產生岩屑床下滑堆集，是大斜度井、水平井施工中主要清除岩屑床的井段。
第三種：大於臨界角〈a>60°或有的認為а>65°)
vsa≈0 vsr≈vs
該情況可近似視為水平井段的狀況，岩屑床受洗井液的沖刷厚度不再增加，也不產生滑移，聚集，此井段的岩屑往往被洗井液帶到臨界角附近聚集(60°―70°範圍)。
大斜度井和水平井的實踐證實了以上理論是正確的，解決的辦法是：
① 一般的定向井井斜角度盡量選擇在30°-35°，不易形成岩屑床，施工較安全。
② 對已經形成巖屬床的井或大井斜角度的井採用以下主種方法減少岩屑床厚度，清潔井眼、保證施工安全。
a、在條件允許的情況下，盡可能提高迴圈排量，使其接近臨界返速而消弱岩屑床，但要注意防止井徑擴大。
b、提高泥漿的屈服值(yp)，增強攜巖能力，減緩岩屑的徑向沉積，也是減少岩屑床厚度的有效辦法。
c、由於以上兩種辦法的限制，最有效的辦法則是利用機械辦法除砂：有頂部驅動手段的可利用邊起鑽邊轉動鑽具的辦法攪動岩屑床。同時迴圈泥漿，清除岩屑床環一段的辦法清除；在沒有頂部驅動條件的施工中，則採用定時定井段的短起下鑽手段，起一段，循大斜角(或水平段)的岩屑床。
隨著井斜的增大，大斜度井段的延長，短起下的時間間隙越短。現在施工中，可從振動篩返出岩屑量的減少和扭矩、摩阻的增加來判斷，是否需要短起下。
1.3被鑽開的岩層受力狀況發生變化
在地層傾角較小的直井，被鑽開的岩層層面與井眼軸線是垂直的。由於岩層縱向的壓實程度較高，鑽開的井眼部分相對較穩定。隨著井斜角的增大，岩層層面與井眼軸線夾角變小，不定岩層(如易吸水膨脹的泥岩層)暴露面積增大，受垂直壓力影響，容易吸水膨脹，剝蝕掉塊，造成井壁不穩定，這就提出了比直井更為嚴格的要求鑽井液防塌性要好，失水要小。
1.4 橢圓井限的形成和鍵槽的產生：
①由於斜井段鑽具靠井壁，起下鑽和旋轉使下井壁逐漸掏大，形成橢圓井眼；左右井壁基本保持近鑽頭的井眼r1，而上下方向則形成了長軸r2，在雙井徑測井曲線上可以明顯的看到長短軸的存在，往往在下井壁還存在鑽具旋轉磨出的直徑與鑽桿接頭接近的槽溝r3，井眼傾角越大，施工時間越長形成的橢圓井眼越嚴重。在大位斜井段，由於地層軟硬交錯和泥岩井徑的擴大，還容易在下井壁被旋轉的鑽具磨出硬地層凸出處的鍵槽。這些「鍵槽」與擴大的泥岩井徑形成「台階」造成起鑽時，稍大於鑽桿接頭的7"、8"鑽綻迂阻；嚴重時起不出鑽(特點是定深迂阻，能下放單上體不過) 。
橢圓井眼帶來的影響有：
a、井徑擴大，迴圈上返速度降低，不利於洗井。
b、形成「鍵槽」和「台階」，造成複雜情況和事故。
c、影響固井質量。
② 造斜點附近在上井壁提出「鍵槽」
如前所述，造斜段由於下部鑽具拉力作用，使鑽具靠向「上井壁」，產生側向力，在鑽具旋轉和起下鑽的刮削作用下，逐漸形成直徑與鑽桿接頭外徑相近的「鍵糟」起鑽時，易使稍大於鑽桿接頭尺寸的7"、8"鑽綻被拉入槽內面卡鑽。一般在槽深大於被卡鑽具半徑後發生。
鍵槽形成的程度與以下因素有關：
1 造斜率(即造斜段狗腿度)越大，形成鍵槽越快、越嚴重。
2 造斜點以下井段越長，鑽具越重，形成鍵槽越嚴重。
3 斜井段井斜角越大，側向拉力越大，形成鍵槽越嚴重。
4 隨鑽井作業時間而加深。
1.5 對懸重和鑽壓的影響：
① 躺在下井壁的鑽具使懸重變「輕」，上提鑽具時摩阻使得懸重增加，下放則懸重減小。對正常井眼來說，懸重的增減是有規律的，超過正常增減範圍，則是有了阻卡。
② 同樣，「鑽壓」的確定也要考慮摩阻的影響。
2、由井身軌跡控制需要帶來的特性
由於定向和方位角調整的需要，增加定向作業
① 使用彎曲馬達定向、調方位時，鑽柱不旋轉，定向測量時鑽
具相對靜止時間長，則要求泥漿效能穩定、攜岩性和潤滑性良好。這就是為什麼在定向前要調整好泥漿和適當混油的理由。
② 由於彎接頭或彎外殼動力鑽具的使用，使得下部鑽具彎曲。要求定向前井眼暢通，而且對彎接頭的度數有限制(一般不大於3°)，避免鑽頭偏離井眼軸線太大而下不去。
③ 由於彎曲鑽具的方向性（工具面方向)，決定了動力鑽具在井內不得隨意開幫浦和使用動力馬達劃眼。若中途遇阻，必須起出換轉盤鑽具通井。
④ 動力馬達的工作排量一般較小，又不允許長時間停在一處迴圈，所以定向完後，通井是十分必要的。
2.2 增加測量工作量：
除定向(或方位調整時)要頻繁單點測斜（隨鑽則每根起下電纜）外，轉盤鑽也需定點測斜監控。一般測量問隔不超過50公尺。為了保證測量的安全，規定每次測量前要充分迴圈泥漿除砂（一般一周以上）。
2.3軌跡控制需要帶來了比直井更多的起下鑽更換鑽具組合。往往鑽頭用不到家，水平井比直井或普通定向井多發生起下鑽作業、多消耗鑽頭。
2.4 使用滿眼扶正器（穩定器）的下部結構帶來的「滿眼」問題：
① 下鑽易發生遇阻，螺旋穩定器還會在小井眼段造成鑽柱的「旋轉」。不嚴重的阻卡往往可以通過有控制的「下砸"和「提放"，通過。
② 起鑽易帶來抽吸（拔活塞）問題：
由於「滿眼」，在易吸水膨脹井段起鑽拔活塞，勝利油田曾發生在斜井中拔活塞引起的氣層井噴失控，教訓是慘痛的。正因為這樣，要求斜井泥漿抑制性要好，井壁泥餅要薄，操作中要十分小心拔活塞的發生，並正確處理。
③ 彎曲井眼對鑽具剛度變化的敏感問題：已鑽過的彎曲井眼曲率是一定的。當鑽具組合因軌跡控制需要剛性變大時（增加扶正器隻數和縮短扶正器問隔），易遇阻遇卡，下鑽要格外小心，劃眼是必要的。
特別值得提醒注意的是，定向或調整完方位後，先用較「軟」的轉盤鑽具組合通井，十分必要。
第二節影響水平井安全的因素
1、合理的剖面設計
1.1剖面型別的選擇
除了多目標井和開發有特殊要求的定向井（如限定造斜點深度、要求垂直進入油層等)外，剖面越簡單，越安全易打。常常採用的是「三段制」剖面。獲得的位移大，相對摩阻小，而「s」形井跟(四、五段制)的摩阻較大，一般盡量避免。
國外有人認為變造斜率大出的「懸鏈式」剖面使鑽具受力最小、摩阻最小，但這種「變造斜率」在實施過程中難以實現，並使施工變得十分複雜。
1.2 造斜點和造斜率的選擇：
① 造斜點高使得定向容易（起下鑽和測量快，容易定準，進尺快，動力鑽具工作時間短）；上部地層軟，形成的鍵槽軟，易破壞掉；用較小的井斜獲得的位移大。其缺點是軌跡控制井段變長，後面井段長，鑽具重，更容易形成鍵槽。通常達到穩斜段後、下一層技套封固造斜段可避免鍵槽帶來的麻煩。
② 造斜點低則定向困難，需要的造斜率和最大井斜相對要大。但需要控制的井段大大縮短，為了準確，往往採用隨鑽測量工具定向。
③ 造斜率的選擇：
高造斜點擊用高造斜率是十分危險的。形成的狗腿角大，很容易在下部(長井段)鑽具重量作用下形成嚴重的鍵槽，造成卡鑽。相反，為了減少軌跡控制的工作量，提高定向井建井速度，在位移條件允許情況下，可採用低造斜點高造斜率施工，全井的摩阻也會因斜井段短麵變小。
同樣，需要隨鑽測量的手段保證定向的準確。
2.3 最大井斜的選擇根據實際位移的需要，盡可能把井斜角選在大於l5°和小於35°之間，井斜過小，方位不易控制，井斜過大則帶來岩屑床沉積，增大不安全性。
2.4 有關的約束條件目的層深度，現有的工具造斜能力；測量手段，安全性；經濟性都是定向井設計的約束條件，應綜合考慮使得設計出的定向井切實可行，安全經濟。
2、井身結構的選擇：
套管層次和井眼尺寸的選擇原則
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