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小井眼长水平段水平井摩阻扭矩控制技术
引言
水平井是一种特殊的井型，它的钻井方向是平行于地面的，也就是在井斜角度较小的情况下，钻出来的井呈水平或近水平状态。与传统的垂直井相比，水平井具有优越的收油能力、减少耗能、增加油井产能、延长油井寿命等优点。然而，水平井的钻井、完井与调试比传统井更加困难，特别是在水平段的测井、定向和控制方面更为关键。
本文将从水平段摩阻和扭矩控制技术两个方面探讨水平井的相关技术问题，并给出实际应用场景中的建议和解决方案。
1.水平段摩阻控制技术
1.1摩阻的产生原因
水平段摩阻的产生原因复杂，主要有以下因素：
（1）钻头切削阻力
在水平段钻井过程中，钻头在岩层中进行切削作业会产生一定的摩阻。由于水平井的钻井速度慢、时间长，切削的时间和切削负荷较大，导致钻头切削阻力比垂直井大。
（2）井壁摩擦阻力
水平井井壁的摩擦比垂直井大，因为水平段井壁的长度较长，岩层在钻井过程中产生的沥青质、泥浆和水之间存在不同速度的相对运动，摩擦显然会增大。
（3）管柱自摩阻力
在水平段井中，管柱经过多次弯曲和转动，存在管壁与井壁之间的摩擦，导致管柱自摩阻力。
（4）钻井液的摩擦阻力
水平段的钻井过程中需要不断送进钻井液来冷却钻头和抬出渣土，但是液体在管柱内的流动，会使得液体之间产生相对运动，从而导致钻井液的摩擦阻力增加。
1.2水平段摩阻控制技术
针对水平段的摩阻问题，目前采取了如下的控制措施：
（1）选择合理的钻头类型
选择合适的钻头类型可以降低切削阻力，使得水平段的切削更为顺畅。常见的水平井钻头主要有三叶钻头、切削齿钻头和泡沫钻头，钻头的选择应根据岩石性质、井段特点和钻具参数等来确定。
（2）使用低密度的钻井液
低密度的钻井液可以减轻液流的阻力，降低钻井液的摩阻。
（3）降低管柱重量
降低管柱重量、减少高密度钻柱比例，是减轻自重和滑动摩擦阻力的有效方法，但是要注意在不影响井深和水平段稳定性的前提下，尽可能实现管柱重量的减轻。
（4）增大直径和减小弯曲半径
水平段井壁对钻柱直径和弯曲半径的要求较高，钻柱直径较大或曲度较小时，水平段井更耐磨、更耐用，同时也能减小管柱自摩阻力。
（5）加强钻井液的流动
通过增加钻井液流量、优化管柱内部的流场、采用特殊的钻柱内衬等方式来改善钻柱摩阻问题。
1.3实际应用场景
应对水平井摩阻的解决方案需要根据具体的应用场景，综合考虑岩石类型、井段长度、钻具类型、环境条件等因素。
在钻窜率和钻头进行切削时摩阻较大的情况下，可以考虑使用三叶钻头或切削齿钻头等工具，这类工具可以更加平缓地切削井壁，减少了钻头切削的阻力。
如果遇到高强度岩石或者厚沙砾层，则可以考虑采用定向钻井技术，在多波段选择适当的绕曲摆角与弯曲半径，使多段井斜合成缓慢弯曲的曲线，从而有效地控制了钻柱的总个数和侧向承载力，大大提高了钻削效率。
同时，还可以采用钻柱内涂层和滚动轴承等技术手段，降低管柱运动摩擦力和管柱内壁摩擦力，从而达到降低钻柱摩阻的目的。
2.水平段扭矩控制技术
2.1扭矩的产生原因
水平段扭矩的产生原因较为复杂，主要与以下因素有关：
（1）钻头在岩层切削
在切削过程中，钻头所受到的反作用力会反作用到钻柱上，产生扭矩。
（2）井壁的摩擦
水平段井壁摩擦比垂直井大，自重和自摩阻力也较大，在钻井过程中也会产生扭矩。
（3）钻井液的阻力
由于水平段的井斜度较低，液体在管柱内的流动受限，导致液体流动的阻力增大，因此也会产生扭矩。
2.2水平段扭矩控制技术
实现水平井扭矩的控制，主要采用以下方法：
（1）使用低密度的钻井液
由于钻井液具有液体饱和度和密度的调节作用，选择低密度的钻井液，既能在减少液流阻力的同时降低钻柱重量，控制钻井液的粘度和黏度，从而使扭矩降低。
（2）选用合适的钻头类型
采用低扭矩钻头，如钢球齿钻头、银钻钻头等，可达到降低扭矩、减轻耐磨损的效果，提高井壁稳定性，从而实现扭矩控制。
（3）优化钻柱设计
钻柱的长度和材料对扭矩的大小也有较大的影响，一般情况下，水平井的钻柱需要采取定向钻井的方式，在岩层不同位置设置适合的扭转弯曲应力，从而减小钻柱的长度和直径，降低水平段的扭矩。
（4）严格控制钻井液的性能
控制钻井液的溶解度、黏滞度等性能参数，对扭矩的控制也具有一定的作用。
2.3实际应用场景
在实际应用中，钻柱的结构式样、岩层性质、水平段长度等因素都将对扭矩的控制的成效产生影响。因此，需要针对不同的应用场景综合考虑各种因素，科学地制定钻井方案和钻具参数，控制扭矩的影响。
例如，在面对软岩与泥灰岩等物控层较多的情况时，借助合适的液体模型与其它技术，提高钻头切削性能，减小岩石切削阻力，然后就可以科学控制钻井液和钻头参数，从而相应地控制扭矩的大小。
此外，当遇到热成岩岩层时，在增加液体粘带力的基础上，选用手动工具或自动控制工具进行