时间：2022-09-10 06:38:14
摘 要：从摩阻力学的角度确定水平井延伸极限时，最主要的决定因素就是钻杆是否发生屈曲和套管能否顺利下入。当套管可以下入，钻柱发生正弦屈曲，而未发生螺旋屈曲时的井深即为延伸极限。漂浮下套管技术拓展了套管的下入深度。本文主要从靶前距的选择、井身剖面优化、套管下入分析几个方面对这口400米垂深水平井的延伸极限做了简要分析。根据现场数据反算摩阻系数，与实际的施工极限相比较，吻合较好。
关键词：延伸极限 屈曲 套管下入分析
一、前言
甲方通常要求尽可能延长水平段，以获得最大经济效益。本井从钻柱摩阻力学方面来确定这口水平井的理论延伸极限，通过现场数据反算摩阻系数，与实际的施工极限相比较，吻合较好。
二、靶前位移的优选
1. 200米靶前位移设计了负位移和大狗腿度两种剖面，水垂比为2.15。靶前位移很小，就会使得造斜率很高，根据Ф139.7mm套管可通过最大狗腿度为12.21°/30m，设计大狗腿度剖面的造斜率高达12°/30m。只有双弯螺杆可以达到要求。但是双弯螺杆无法采用复合钻进技术。同时设计了负位移的剖面。其垂直投影图对比如下：
在确定水平井延伸极限时，最主要的决定因素就是钻杆是否发生屈曲和套管能否下入。如果发生屈曲，钻压无法正常到达钻头，严重的导致钻具自锁，无法钻进。因此钻具不会发生屈曲的最大井深，就是该水平井在摩阻力学方面的最大极限（一般情况下，此时抗拉，抗扭等校核安全系数都还比较大）。此外，还需要分析水力学方面的极限，即最大泵压限制和水平井携岩能力要求等。因为斜深不超过2000米，水力学方面基本可以满足，在此不做详述。
通过以上侧向力和屈曲的分析可以得知：200米靶前位移的两种剖面在套管内摩阻系数0.2、裸眼摩阻系数0.3的条件下，不会发生屈曲。但是侧向力超标。一般而言，侧向力的超标容易引起井下复杂。侧向力是导致摩阻和扭矩的根本原因，局部侧向力过大会导致套管磨损和键槽卡钻、钻具断裂。在调整钻具组合和降低摩阻系数的情况下，侧向力有所减小，但依然超标。因此在地质条件允许的情况，不宜采用过短的靶前距。
2. 400米靶前位移设计了一开正位移和常规两种剖面。在一开造斜，有利于降低下部造斜率和摩阻。由于靶前距的增加，从理论而言这两种剖面不会发生屈曲。主要进行侧向力的分析。
通过调整钻具组合，一开正位移剖面的侧向力可以控制在推荐范围之内，常规剖面的侧向力依然超标。因此，400米左右的靶前位移是比较合理的靶前距，通过调整钻具组合可以有效地控制侧向力。优选一开正位移剖面更加有利于现场施工。用优选的一开正位移剖面进行套管下入分析。
当裸眼内的摩阻系数从0.3增加大0.35时，钩载变成小于0，套管从可以下入变成不能下入。由此可见套管的下入深度与井眼轨迹的光滑程度、泥浆性能息息相关。但是使用漂浮下套管可以解决下套管问题。
在优选的剖面和钻具组合的基础上，将水平段延长至1000米进行分析。摩阻增加了10吨。在摩阻系数套管0.2，裸眼0.3侧向力超标，屈曲发生。在摩阻系数套管：0.15，裸眼：0.2侧向力未超标，不屈曲发生。因此，井眼轨迹的光滑度提高、泥浆性能的提高、可以延长水平段的延伸极限。在400米靶前位移和优选的一开正位移剖面下进行1000米水平段套管下入分析。
如果不使用漂浮下套管：套管内摩阻系数0.2、裸眼0.3 条件下，钩载小于0，并且发生屈曲，套管不能下入。
使用漂浮下套管：套管内摩阻系数0.2、裸眼0.3条件下，漂浮段1400-1646米，可以顺利下入。
3. 700米靶前位移设计了一开正位移和常规两种剖面。
这两种剖面滑动钻进时摩阻分别高达35.55吨和39.80吨，引起侧向力过大，屈曲的发生，无法实现正常钻进。因此不宜选用。
三、结论
1.靶前距过短的负位移井身剖面会造成钻井过程中侧向力过大。侧向力过大会造成套管局部磨损严重，形成键槽卡钻等复杂情况。在地质条件允许的情况下，靶前距不宜过短。
2.靶前距过长的井身剖面会造成钻井过程中侧向力过大和屈曲的发生。屈曲的发生特别是螺旋屈曲会使得钻压无法传递到钻头。在地质条件允许的情况下，靶前距更不宜过长。400米的垂深选用400米左右的靶前距比较适宜。
3.在一开造斜，有利于降低下部造斜率和摩阻。在靶前距适宜的情况下，优选一开造斜的剖面。
4.直井段过短，钻具自重不足以提供钻具前进的钻压。可考率采用水力加压器和水力振荡器实现给钻头施加有效压力
5.对于造斜率过高的剖面，只有双弯螺杆可以达到要求，由于双弯螺杆无法采用复合钻进技术，故使用单弯螺杆造斜率能达到施工要求时，尽可能采用单弯螺杆。
6.通过选用合理的靶前距，合理的剖面和钻具组合的情况下，在泥浆性能良好的前提下，采用漂浮下套管的技术，可以将水平段延伸至1000米。水平位移1394.87米，水垂比达到3.40
7.良好的泥浆性能不仅可以有效平衡地层压力，而且有利于降低摩阻，减少侧向力过大和屈曲的发生。并且可以延长延伸极限。
通过摩阻扭矩软件针对不同靶前距剖面进行优选，从而可以确定合理的靶前距范围。优化适合现场施工的剖面，通过与实钻数据对比， 吻合较好。为摩阻系数比较明确的区块，确定延伸极限提供了理论数据。参考文献[1] 鲁利华, 双弯螺杆在浅层水平井中的应用[J]. 化学工程与装备 2010：（7）：69-70）.[2] 王峰， 短位移、浅垂深“反勾”型水平井钻完井技术[J]. 石油钻采工艺 2005：（3）：5-7）.[3] 王新等 新疆油田超浅层稠油水平井钻完井技术 第六届全国石油钻井院所长会议论集.[4] ]时江涛等 长靶前位移浅垂深水平井轨迹控制技术[J].石油地质与工程 2009：（23）：95-97.