鉆井施工監督中的井眼軌跡監控探析

陳德春 周強智 王 濤

中國石油遼河油田分公司 鉆采院設計中心 （遼河 盤錦 124010）

鉆井施工監督中的井眼軌跡監控探析

陳德春 周強智 王 濤

中國石油遼河油田分公司 鉆采院設計中心 （遼河 盤錦 124010）

監控是現場鉆井監督的核心工作之一。監督工作的一個基本原則就是執行工程設計、規范、規程，這也是監督工作的依據。從現場軌跡監控的基本原則、工作重點、不同軌跡類型的側重點，以及軌跡監控的案例出發，來論述鉆井監督如何加強施工中的井眼軌跡監控問題。研究結果表明，鉆井監督中對井眼軌跡監控施工中應掌握好3個基本條件。

鉆井監督 井眼軌跡 現場監控

井身軌跡失控的危害與強化監控的意義

為了做好監督工作，熟悉各相關工作的工作流程是必要的，盡量在及時有效的時刻發出監督指令（或提示，或告誡）是避免工作失誤以致避免工程事故的關鍵。如果監督不到位，定向井、水平井軌跡可能失控（造成脫靶，軌跡質量不合格），造成打“空井”，破壞了開發計劃，損失更為慘重。這是工程監督最不能接受的結果。如果監督不到位，也可造成狗腿度超標。狗腿度超標的危害可能是多種的：①摩阻增大，起下鉆困難，磨損鉆具，嚴重的甚至會發生卡鉆、斷鉆具等事故；②電測不到底，需要通井，甚至多次通井；③套管難以下入；④后期采油生產及作業困難，磨損抽油桿柱，增大采油生產事故發生率。

作為現場鉆井監督，工作的依據就是工程設計、規范以及規程，一個有經驗的現場鉆井監督開展工作首先都是從熟悉、深刻領會工程設計開始的，把握好每一項關鍵數據的施工監控，將在整個現場監督工作中起到事半功倍的作用。井眼軌跡監控需要關注的關鍵數據如下：

（1）井口坐標。通常一口井的設計開始時，井架很有可能并沒有立好，所做的井眼軌跡可能是按估算的井口位置設計的初始剖面，稱為復測前的剖面，是施工不能執行的剖面。只有當井架立好，施工方報請建設方，建設方通知測量部門，測量部門完成井口坐標復測后，數據發到設計部門，設計部門按復測井口做的軌跡設計才是施工可以執行的軌跡剖面。因此一口井開鉆后，監督核查井口坐標是否是復測井口坐標是現場鉆井監督一口井開鉆后的第一步。盡管有的井復測前后的井口坐標相差很小，對軌跡影響不大，但是監督絕對不可以有僥幸心理不檢查井口坐標，原則問題上，監督需要的就是嚴謹。

（2）狗腿度。狗腿度不僅關系到井眼軌跡的質量監控，而且將對鉆井作業后期甚至采油生產作業有著深刻的影響，其影響是長久而深刻的。不合格的狗腿度將增加生產成本，并且這種成本增加是長期的。因此，狗腿度的監控是現場鉆井監督重要的工作。直井、定向井、水平井軌跡控制細節略有不同，但核心是一致的，就是要控制成一條光滑、曲率變化幅度小（平穩）的井眼軌跡。如果采用的是導向鉆具組合鉆進，則充分合理利用好滑動鉆和轉盤鉆；如果是常規鉆具組合鉆進，則要配合好鉆具組合，適時利用好鉆進參數控制好軌跡。

（3）靶區半徑。中靶就是監控的要求，所不同的是對于水平井或者多靶的定向井在完成前面靶的同時必須兼顧中后面靶的需要，因為多靶定向井或水平井在完成前面靶時如果軌跡趨勢控制不好會造成沒有機會中后面的靶。多靶井和水平井的靶不能按照平面靶考慮，必須按照空間靶區統籌考慮。

（4）對井身軌跡質量的其它要求。對大斜度井、水平井、叢式井、特殊用途的定向井的井身軌跡質量要求，在設計中可能有更明確要求。對測斜間距、測斜工具、不同軌跡段全角變化率的要求，設計書中可能有明確要求，鉆井監督在現場軌跡監控中應依據執行。

井身軌跡監控的原則、工作重點和監控工具

鉆井監督在現場要順利地完成井眼軌跡監控任務，通常離不開得力的技術手段。現場對井眼軌跡的監控一般都是通過應用軌跡控制軟件來完成。利用軌跡監控軟件就是一種行之有效的工作方式。目前國際比較先進的軌跡控制軟件有LandMark及Paradigm等軟件，國內近幾年的軌跡軟件水平發展很快，如WPMS即是一款面向鉆井設計部門、定向井工程師、鉆井監督和工程技術管理人員的專業化井眼軌道設計、分析和控制軟件。

該軟件的監控版是一款針對現場軌跡監控、調整設計、中靶分析、不同施工策略對比分析，適合施工、設計人員使用的軟件。對于有經驗的定向工程師或監督，可以將寶貴的經驗融合、體現于其中，對于初級定向工程師或監督則可以輔助迅速提高技術水平。

基于軌跡監控軟件的軌跡監控流程控制及案例

1 軌跡監控流程及關鍵節點

不同軌跡類型，監控的本質是一致的，但監控的細節上又有所區別，下面分別對關鍵的細節進行敘述。

（1）垂直井軌跡控制。一般來說，一個叢式井組中會存在一口垂直井，當然井場不合適也可能全部是定向井。該軟件為垂直井提供了簡單的建立井操作方法，即輸入井口坐標后，靶點坐標就不必再次輸入，只需要輸入靶點垂深和靶圈半徑即可。

垂直井的監控重點是：監控軌跡的狗腿度和最大井斜。及時對實鉆軌跡數據進行處理分析，要求施工方及時采取工程措施保證井的垂直，并狗腿度滿足井身質量要求。

（2）單靶定向井軌跡控制。單靶定向井的造斜點現場施工中一般來說允許一個范圍的調整，實際施工時原則上是要找一個適宜造斜的地層開始造斜。定向井軌跡設計的曲率通常是單一曲率，而實際鉆井中的造斜率一般不是恒定不變的，多數現場定向工程師會根據設計曲率選擇比設計稍高的能力的造斜工具，這是因為如果造斜能力不夠，難以滿足設計軌跡的要求，反之如果造斜能力大，則可以采用滑動鉆（定向或造斜）+轉盤鉆結合的方式鉆進，使實鉆軌跡平均造斜率接近設計值。

單靶定向井的監控重點是：及時處理軌跡數據，防止狗腿度超標 （因為定向工程師選用的造斜工具造斜力通常比設計大，如果長段連續使用，超標的危險性很大）。監控軌跡盡量按接近設計的軌跡鉆進，這就需要及時做好實鉆與設計的對比分析。中靶后軌跡的控制，監督可根據設計書的要求掌握。

（3）水平井及多靶井軌跡控制。水平井剖面設計通常為5段制,即直井段+增斜段+穩斜段+增斜調方位段+水平段，前3段為一個二維的軌跡段，穩斜段后就是一個增斜扭方位的軌跡段，從軟件設計的角度出發這一個井段會設計成斜平面上的平面軌跡，但是實鉆由于造斜率的不均勻這一井段通常可能會鉆成一個復雜的三維軌跡，這是水平井成敗的核心控制井段。盡管設計軌跡這一段依然為單一曲率空間斜平面曲線，理論上摩阻依然是最小的，但接近90°時還需要又增斜又扭方位相對是較為困難的，不少現場定向工程師都可能采用提早把方位調整好的做法，這需要經常地調整計算，使軌跡能提前走到正對水平段的位置，然后全力進行增井斜的鉆進。

多靶井因為打中前靶后，需要兼顧后靶，其靶不是一個靶圈，而是一個靶區，從這個意義上和水平井是一致的。多靶井和水平井控制軌跡，打中前面靶時，不僅要中靶，還必須調整好中靶時的軌跡姿態，也就是當時的井斜、方位必須滿足鉆后靶的需要，這是與單靶井控制軌跡區別之處。

水平井的監控重點是：及時進行待鉆井眼分析，加強進入靶窗前的關鍵段的監控。利用軌跡控制軟件如WPMS軟件的薄油層計算功能，可以實現某個井斜（比如70°或80°）時方位就調整好的待鉆井眼軌跡設計，按此指導和監控軌跡是可取的做法。當然整個水平段的監控也不能放松，因為這關系到整個井的鉆井是否成功。

（4）叢式井軌跡控制。叢式井通常都是有整體構想的，因此嚴格控制軌跡是關系到整個叢式井組能否圓滿完成的重要問題。

叢式井的監控重點是：及時進行井間距分析，防碰掃描功能將用得比較多。如有需要還要做待鉆井眼的防碰繞障設計。大量數據處理是叢式井組施工的特征之一。快速處理大量數據的軟件將在叢式井施工起到得力的作用。

2 對關鍵節點如何利用軟件進行監督

待鉆井眼設計，在軌跡控制中經常需要，是一個動態的軌跡調整和控制過程。待鉆井眼設計實際上是特定條件下的軌跡設計，是以鉆進當前位置為起始點，以地質目的和鉆井需要為出發點控制做出的軌跡設計，同時可以兼顧實際鉆井井斜變化、方位漂移規律來設計更有利的優化軌跡。使設計的待鉆井眼軌跡，既滿足目標要求，又有利于實施，同時盡可能進尺最少，降低難度，節省工期。

薄油層很明顯就需要更加嚴格的軌跡精度控制，因為稍有不慎軌跡就可能從油層底或油層頂部穿出，而使水平段不能有效地在開發中起作用，甚至可能因為層間干擾導致減產或不出油，這樣的話鉆水平井的損失就大了。

由于測斜儀器不會安裝在鉆頭上，因此測斜，即便是隨鉆測斜也很難做到數據反映的及時性，數據滯后是必然的，薄油層著陸就是針對這一狀況嚴格控制軌跡、避免鉆出薄油層的一個軌跡設計控制功能。如圖1所示。

圖1 薄油層水平著陸控制計算

可以根據一定的曲率、探頂角（當前井斜或需要的當前井斜）、L1（儀器長度），計算垂深差是否滿足薄油層需要，或者試算當前需要多少曲率或探頂角才可以滿足要求。這種分析可以提前模擬進行，保證在鉆薄油層水平段前精確控制，鉆水平段時不會發生鉆出油層的情況。

3 井眼軌跡現場監控實例

圖2是一口井的軌跡監控實例。紅色的實鉆軌跡與綠色的設計軌跡偏差較大。

中靶后降斜的走勢。該井設計穩斜段井斜35.42°，實鉆最大井斜40.59°，最后井斜掉到了27.91°。

該井走了一個“S”形，設計方位11.14°，實鉆方位由 4.88°漂移到 13.29°。全井最大狗腿度達到4.02°/30m。實際施工中該井電測遇阻嚴重，多次嘗試無法下到底，只有通過通井后才完成了電測工作。另一方面甲方希望中靶后，保持井斜，但這口井降斜嚴重，方位漂移也大。因此，造成生產上的困難就可想而知了。

圖2 Y1井設計與實鉆軌跡三維視圖

圖3是另外一口實鉆井的三維軌跡視圖。很明顯這口井實鉆與設計偏差較小。

圖3 Y2井設計與實鉆三維視圖

這口井穩斜比較好，即使中靶后，依然保持了井斜、方位的平穩。該井設計穩斜井斜50.18°，實際穩斜段最大 51.63°，最小 46.73°。

該井軌跡方位平穩，漂移小。設計方位82.01°，實際穩斜段方位最大85.5°，最小79.31°。該井井斜盡管比前口井要大，但是電測一次到底，多次電測都沒需要通井。

結束語

鉆井監督如何加強施工現場中的井眼軌跡監控，①要清晰設計、規范等技術要求；②要具備相應的定向井軌跡控制的技術知識和觀念；③需要一個適合生產現場各種復雜工況的分析、設計、計算軟件。具備這3個條件，對于做好井眼軌跡監控工作是極為有利的，將不斷提升監督的工作水準。

Monitoring is one of nucleus works of on-site drilling supervision.One basic principle of supervision work is to carry out the engineering design,standards and regulations,which are also the basis of supervision work.Based on the basic principle of onsite trajectory monitoring,the focus of work,the emphasis of different trajectory types,and the cases of trajectory monitoring,an explanation concentrates on how to enhance the monitoring of well trajectory during the construction in the drilling supervision.It is indicated that in the drilling supervision it is necessary to master three basic conditions in the construction of well trajectory monitoring.

drilling supervision;well trajectory;on-site monitoring

陳德春（1963-），男，高級工程師，現主要從事鉆井工程設計與監督。

尉立崗

2010-11-09