延伸钻井与水平钻井,在井眼轨迹的设计上有所不同,水平井的井眼轨迹要在很短的水平位移内进入到油层,在油层中水平钻进。而延伸井要在浅井段造到井斜最大,然后用长井段的斜直井钻到接近油气层的顶部,再用保持和降斜的轨迹钻穿油气层完钻。
由于斜直井段的裸眼最长,出现的问题主要表现在
(1)井壁与钻柱的摩擦力非常大。由于钻柱斜躺在井壁上,钻柱转动时消耗掉转盘提供的大部分扭矩,例如在6000米的测深处,钻头提离井底,用转盘旋转钻柱时,扭矩就达到了33750吨?米,比钻井的扭矩(31500吨·米)还大。
所以如何减小钻柱旋转时扭矩是关系到延伸井能否钻成的关键问题。
首先要解决的是如何减小钻柱与井壁摩擦力的井身剖面设计。在做延伸井的剖面设计前,要对钻延伸井的可行性做多方面的研究。要收集世界上延伸井水平位移大于7000米的资料,特别要收集钻延伸井地区的大斜度井、水平并的资料,对钻遇地层的岩性,要做岩石的物理特性的测定,对测井和录井的资料要做综合分析,还要运用最佳剖面设计软件,输入影响摩擦力的各种参数,来选择摩擦力最小的剖面。对选择的剖面,要运用各种实际模型测定各井段的扭矩。理论上悬链线式的剖面,即钻倾斜时由重心造成的自然弯曲状态,是摩擦力最小的剖面。但这种形式的剖面造斜率低,测深加大,不利于后面井段的钻进。考虑各方面的因素,权衡利弊后反复修正,最后确定延伸井的最佳剖面。
为减小井壁对钻柱旋转的摩擦力,在钻井工艺上也相应地采取一些措施,例如,用井下动力钻具代替转盘传递扭矩,保持钻头有足够的钻压进行快速钻井;同时用“顶驱”以低转数旋转钻柱来防止卡钻,用以油为主的油包水钻并液增大井壁的润滑性;用51/2英寸钻杆代替5英寸钻杆增加钻柱的抗扭强度,下套管时在套管柱上加浮力接箍和滚动式扶正器以及在钻进时钻柱中装上旋转导向系统等。
(2)钻屑沉积在井壁上形成钻屑床。模型实验证明,井斜大于10度后,在井壁的下方开始沉积钻屑30~60度是易出现麻烦的井段,特别是35~55度,钻屑在钻屑床上沉积到一定程度或停泵时,钻屑就会垮塌或沿井壁滑下。延伸井设计应尽量缩短这个井段或用套管封闭;最长的斜井直井要保持井斜在70~80度,同时用加大排量来提高钻井液在环空中的上返速度可有效地减轻钻屑的沉积。还有就是适当地增大钻井液的粘度和切力,也对减轻钻屑沉积有所帮助。
(3)套管的重量大,下套管和注水泥的时间长。这些都给固井作业带来极大的困难,像吊升设备的加强,套管柱在大斜度井段的扶正,减轻套管柱的摩阻力和长时间的水泥浆缓凝等都要有具体的技术保证措施。
(4)必须要加强和改进钻井设备的能力。延伸井的测量井深比垂直井深大了3倍,3000米的垂直井深实际上要钻到9000米的测量井深。而且在钻井和起钻时因摩阻力造成的附加载荷远远大于钻柱重量的本身。所以即使世界上有较强钻井能力的钻机也需要加强和改进,重要的装备像吊升系统、泥浆泵和顶驱等,必须要满足钻9000米井的需求。
尽管对钻延伸井做过充分的调查研究和模拟试验,进行了大量的技术准备工作,并且在作业中精心施工延伸井仍有很大风险。经济专家们对各方面的风险进行分析,得出的结论是成功的概率只有69%,而失败的风险占31%。