淺談水平井井眼軌跡控制技術

（大慶鉆探工程公司鉆井三公司工程開發分公司，黑龍江 大慶 163000）

1 以轉盤鉆為主的水平井井眼軌跡控制

1.1 以轉盤鉆為主的水平井井眼軌跡控制主要思路

在以轉盤鉆為主的水平井井眼軌跡控制中，采用兩層技術套管的井身結構，對于井下的安全有了充分的保障，但是在經濟上卻處到劣勢。通過總結實踐經驗，逐漸認識到：采用這種井眼軌跡控制模式應當簡化井身結構，整個增斜井段采用單一的Φ311mm井眼尺寸。在此基礎上，將這種模式定型為：

一是充分利用成功的高壓噴射和防斜打直技術，嚴格的將造斜點前的直井段井眼軌跡控制在允許范圍之內，快速優質地鉆完該井段。

二是定向造斜段的施工用常規動力鉆具、彎接頭或彎套動力鉆具的方式進行。應選擇合適的彎接頭或彎殼體度數，使實際造斜率盡可能地接近設計造斜率。井斜角應達到10～15°換轉盤鉆進，以利于待鉆井段增斜和方位的穩定。

三是根據設計增斜率選擇合適的轉盤增斜鉆具組合增斜鉆進，并根據實際增斜率及時調整鉆井參數或更換鉆具組合，必要時用動力鉆具進行井斜角和方位角的修正，使之滿足軌跡點的位置和矢量方向的綜合控制。

四是在轉盤鉆鉆具組合的鉆進過程中，要經常短起下鉆和交叉接力循環，以鏟除巖屑床和修理井壁，長半徑水平井更應如此。

五是長半徑水平井的水平段相對較短，可以轉盤鉆具組合為主要鉆進方式，但必須進行摩阻計算，鉆具組合設計為倒裝鉆具，并采用大排量來提高攜巖能力。備用一套DTU 導向鉆具或者1°左右的單彎動力鉆具，以彌補轉盤鉆鉆具組合的意外失控。

1.2 以轉盤鉆為主鉆增斜井段的井眼軌跡控制工藝技術

在進行增斜井段的井眼軌跡控制時，與普高定向井的控制也沒有什么區別，但到長半徑水平井其造斜率的井斜角大于70°的井眼軌跡控制則是普遍定向井無法完成的，這是一個新的技術領域，需要研究以轉盤鉆具組合實現高造斜率的技術手段和途徑是鉆增斜井段的技術關鍵。

因此，以轉盤鉆為主鉆增斜井段的井眼軌跡控制的主要技術難點是在大井斜或高造斜率條件下，如何通過調整鉆具組合與鉆井參數，在保證井下安全的情況下實現井眼軌跡的有效控制。

一是長半徑水平井使用常規定向井工具，用轉盤鉆方式進行增斜井段的井眼軌跡控制，通過精心設計鉆具組合，合理調整鉆井參數，可以實現有控制地強增斜、微增斜以及比較穩定的增斜率，調整鉆井參數的核心是鉆壓。

二是在 Φ444.5mm 井眼中，采用Φ228.6mm 和Φ203.2mm 鉆鋌組成的增斜鉆具組合，能夠獲得 4.5°／30 m 的比較穩定的增斜率。但若用柔性更強的組合來實現更高的增斜率，其增斜率很難控制穩定，最高增斜率曾達到 11.3°／30m，而且因轉盤扭矩過大，極易造成鉆具事故。

三是在Φ311 mm 井眼中，用轉盤鉆具組合能得到 6°／30m 的最高穩定增斜率。因此，在Φ311mm 井眼中以轉盤鉆的方式進行長半徑水平井的軌跡控制是經濟可行的，而用這種方式進行中半徑水平井的軌跡控制是比較困難的。

水平井鉆井方式的選擇是進行有效的井眼控制的關鍵，只有合理的鉆井方式才能達到經濟安全的目的，同時也是水平井井眼軌跡控制技術的關鍵。

2 以動力鉆具為主的水平井井眼軌跡控制

以動力鉆具組合鉆進為主，以轉盤鉆具組合進行通井、調整造斜率為輔，既可以克服動力鉆具循環排量小的不足，通過通井和大排量循環鏟除巖屑床，調整動力鉆具造斜率的偏差和調整井眼垂深，又可以加大鉆壓鉆掉可鉆性差的地層，是水平井安全鉆井的有效措施。

這一鉆井模式的主要內容有：

一是直井段與轉盤鉆模式相同，充分利用成功的高壓噴射和防斜打直技術，嚴格將造斜點前的直井段井眼軌跡控制在允許范圍之內，快速優質地鉆完該井段；

二是對入靶前地層較穩定的水平井，造斜段的施工以彎殼體動力鉆具為主要鉆進方式，以轉盤鉆具組合通井鏟除巖屑床和修整井眼，并完成穩斜段或造斜率較低的調整段，以二至三套鉆具組合在二至三趟鉆內鉆完0～90°造斜段；對人靶前地層穩定性較差的水平井，造斜段的施工以彎套動力鉆具與轉盤鉆具組合相結合的鉆進方式，用動力鉆具在易造斜井段按設計先打出高造斜率，再用轉盤鉆具組合鉆掉可鉆性差的井段（即后打出低造斜率）。

三是對地質設計靶區垂深誤差要求在5～10m、而平面誤差大于5m 的水平探井和水平開發井，以轉盤鉆鉆具組合為主要鉆進方式，可采用大排量來提高攜巖能力，以兩套轉盤鉆鉆具組合用二至三趟鉆鉆完500m左右的水平井段。

四是對地質設計靶區垂深誤差要求在5m 之內、而平面誤差也小于5m 的水平井，采用1°左右的單彎動力鉆具或DTU 導向鉆具與轉盤鉆鉆具組合相結合的方式鉆水平段。

2.1 以動力鉆具為主鉆增斜井段的井眼軌跡控制工藝技術

采用動力鉆具為主鉆增斜井段能獲得高造斜率，并采用有線隨鉆測斜儀或MWD無線隨鉆測斜儀嚴格監控井眼軌跡，通過調整和控制動力鉆具的工具面，可以獲得較穩定的井眼全角變化率，幾乎不存在出現方位漂移的問題。因此，造斜井段井眼軌跡控制工藝技術研究的重點是在不同的井眼條件下，如何選擇不同角度的彎動力鉆具來獲得需要的造斜率，并研究與之相關因素的影響規律。

2.2 以動力鉆具為主鉆水平井段的井眼軌跡控制工藝技術

以動力鉆具為主鉆水平井段的技術在國外應用較為廣泛，比較典型的是采用小角度彎動力鉆具組合或DTU 異向雙彎動力鉆具組合組成的導向鉆井系統。

結語

水平井鉆井技術是一種利用特殊的造斜工具和測斜儀器，在油層中鉆開一定長度水平延伸井眼的特殊鉆井工藝，按造斜率的大小可分為長、中、短三種曲率半徑水平井。油田復雜的地質特點，要求在利用水平井開發油藏時具有較高的軌跡控制能力。在幾千米的地下，要把井眼軌跡打成復雜的形狀，確保獲得較高單井產量的同時，盡可能降低成本以保證開發效益，這就要求水平井在跟蹤環節中必須做到中靶點精確、著陸后軌跡控制穩定、隨鉆監測信息反饋及時、軌跡調整到位、鉆井過程中，地質與工程技術人員密切配合，充分利用氣測、巖屑錄井、LWD 等綜合手段，保證水平段在油層的最大穿越。

[1]劉暉.水平井井眼軌跡控制技術[J].石油鉆采工藝，2005(4).

[2]蘇義腦.水平井井眼軌道控制[M].北京：石油工業出版社，2000.