水平井井眼軌跡控制技術研究

宋大偉

(大慶油田大慶鉆探鉆井一公司,黑龍江大慶 163000)

水平井井眼軌跡控制技術研究

宋大偉

(大慶油田大慶鉆探鉆井一公司,黑龍江大慶 163000)

伴隨著社會經濟的發展,石油能源日趨緊張,而水平井具有在油層內穿行的距離長、泄油面積增大以及單井產量高等一系列優點,其投入產出比在多種井型中占有明顯的優勢。因而本文從水平井井眼軌跡控制技術分析出發,探討了水平井井眼軌跡控制技術的應用。該研究對我國水平井的理論研究與實踐應用有一定的參考作用。

水平井 井眼軌跡控制 技術

水平井技術從其本身的情況來看，有著技術復雜度高，且實施難度較大的特點。但是由于水平井所具有較高的日出產量的實際情況，水平井已經成為我國石油轉變發展方式的首要選擇，力求在在水平井鉆井過程，精確地控制水平井軌跡，保證其技術水平的充分發揮[1]。正是從這個層面出發，本文對水平井井眼軌跡控制技術進行研究。

1 水平井井眼軌跡控制技術分析

對于水平井來說，控制井眼軌跡，其作用是在于按照設計的要求中靶。明確目標所在對技術的具體應用無疑具有引路燈式的方向性作用[2]。和定向井相比，水平井的特征主要集中在相對于一般定向井水平井對于中靶的要求更高；擺放工具面角難度系數大以及控制難度系數大等方面。因為受到水平井的本身所具有的特征的影響，針對水平井的個性化相關概念應特別注意到中靶、增斜井段以及井身剖面。通常情況下，水平井的靶區目的層內以預設計的軌道作為軸的柱狀靶，橫截面則多數是矩形或者圓形，這就導致水平井井眼軌跡中靶的控制要比常見的定向井或者多目標井來說都是內容迥異的。水平井井眼軌跡中靶進入的是一個法平面，但中靶區確是個柱狀體，這就需要點的矢量方向應符合預先設計的要求，確保實鉆軌跡點在進入到目標窗口后，全部的點都能在靶柱所限制的范圍內，也就是矢量中靶。從實鉆水平井的層面來看，如果實鉆軌跡點的矢量方向與位置和設計軌道存在著一定的差距，就會導致待鉆井眼的位移增量以及垂深增量出現改變，進而直接對中靶精度產生影響。也就是說，確保軌跡點位置精確與適當的井斜角是對井眼軌跡控制的有效技術方式。從應用的層面來看，造斜段井眼軌跡控制是作為軌跡點其矢量方向和位置全面控制存在的，操作中應根據控制造斜段井眼軌跡來確保工作績效[3]。依據水平井常用井身剖面長半徑與中半徑的曲線特征，剖面類型可劃分為增斜剖面、單圓弧以及多段增斜剖面等類型，各剖面類型的軌跡控制存在一定的區別，因而設計也會不同。

2 水平井井眼軌跡控制技術的應用

結合現有的水平井井眼軌跡控制技術的實際情況，本文對轉盤鉆為主的水平井井眼軌跡控制與動力鉆具為主的水平井井眼軌跡控制進行探討。

2.1 基于轉盤鉆的水平井井眼軌跡控制技術的應用

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[4]。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井眼尺寸。在此基礎上，將這種模式進行定型。如充分利用成功的高壓噴射以及防斜打直技術，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。在進行增斜井段的井眼軌跡控制時，和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不可能完成的，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者高造斜率條件下，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。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。

2.2 基于動力鉆具的水平井井眼軌跡控制技術的應用

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。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技術應用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，并明確與之相關因素的影響規律。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。

應強調的是，水平井鉆井技術本身作為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[5]。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、巖屑錄井以及LWD等綜合手段，確保水平段在油層的最大穿越。

[1]張浩,羅朝東,羅恒榮,王旭東,王大勇.元壩超深水平井井眼軌跡控制技術優選[J].長江大學學報 (自科版),2013(7)：65-68.

[2]曹向峰,吳明波.非常規致密砂巖長水平段水平井井眼軌跡控制技術[J].科技創新與用,2012(1)：25.

[3]王磊.非常規水平井井眼軌跡控制技術研究[J].內蒙古石油化工,2013(15)：105-106.

[4]袁宇宏.側鉆水平井井眼軌跡控制技術[J].新疆石油科技,2012(2)：19-21.

[5]侯煉,黃志強,吳健,游堯,孫偉.PX11-1HF水平井井眼軌跡控制技術[J].河南科技,2013(9)：29-30.