淺談大位移水平井軌跡控制技術

徐兵

（中油遼河油田分公司淺海石油開發公司遼寧盤錦124010）

淺談大位移水平井軌跡控制技術

徐兵

（中油遼河油田分公司淺海石油開發公司遼寧盤錦124010）

目前，大位移水平井鉆井技術被廣泛應用于石油、天然氣的開采施工過程中，對其軌跡進行控制的關鍵就是井眼軌跡的設計，本文首先對井眼剖面的主要設計原則進行了介紹，進而針對軌道參數的選擇以及參數優化后的結果進行了分析，最后對摩阻扭矩進行了分析，以期能夠對水平井軌跡的有效控制提供一定的技術依據。

大位移水平井軌跡控制

對水平井軌跡進行合理的設計是保證大位移水平井順利完成的重要關鍵，除了要保證井身的剖面不能超過鉆柱的扭矩極限之外，還要盡可能地降低扭矩摩阻、增加水平延伸的距離。相比于一般的水平井，大位移水平井本身對于井眼軌跡的設計有著特殊的要求，本文就針對如何具體對大位移水平井的軌跡進行控制以及相關注意事項進行如下分析。

1　井眼剖面的主要設計原則

在進行大位移水平井的軌跡控制時，其中一個非常重要的關鍵點就是井眼軌跡的設計，這其中需要以設計方案的可操作性作為主要基礎原則。當斜井段較長的時候，套管的磨損程度和可能性就會越高，相應的軌道剖面設計就很難被實現。與此同時，設計時還需要注意保證扭矩、拉力和摩阻處于一個較小的范圍，因此，可以通過對相關參數進行優化來實現。

2　軌道參數的選擇

2.1造斜點參數

在進行造斜點的選擇時，如果設計的造斜點相對較淺，會造成斜井段的拉長，導致拉力和扭矩的進一步增大，在進行井段的加長工程中，非常容易產生鍵槽的問題，在很大程度上提升了井眼的控制難度。在進行穩斜角具體參數的選擇時，滑動鉆進摩阻會隨著造斜點的提高而增大，對于大位移水平井進行軌跡控制時，設計人員需要盡可能地選擇那些相對科學的曲線，同時還需要保證造斜點處于一個較深的水平，這些都有利于直井段對于短斜井段的縮短效應，為后續的鉆井下套管作業提供了方便。

2.2穩斜角參數

隨著穩斜角的不斷增大，起下鉆摩阻以及旋轉的扭矩會隨之減小，而滑動鉆進摩阻則會隨之增加。因此，為了保證斜穩角處于最佳條件應當將斜井段的長度控制在最短，這樣相應的扭矩和摩阻也就越小。在井斜處于45°-55°這一范圍內，存在著一個受到扭矩的限制而引發的最小深度值，因此，在進行穩斜角的設計時應該盡可能地避開這一角度范圍。當穩斜角的數值一定時，扭矩和摩阻會隨著穩斜段的減小而減小。

2.3增斜率參數

為了保證設計出的曲線更加平滑，就需要盡可能的減小增斜率，相應的增斜率的變化率、摩阻以及扭矩也會隨之減小。

3　造斜率參數的選擇原則

造斜率的設計是整個控制技術中十分關鍵的因素，在工程的實際施工中，如果造斜段的造斜率相比于設計的造斜率略低時，一旦出現突發情況就會對工程的后續施工造成非常大的影響，使整個工程處于一個相對被動的狀態。因此，一般在進行工程施工時所采用的螺桿鉆具通常會比設計的造斜率高出一定的比例。

4　井眼剖面優化分析

在進行大位移水平井設計時，設計人員可以采用多種類型的曲線來對軌跡的設計方案進行設計，這包括：懸鏈線軌跡、雙圓弧型的軌跡、圓弧形軌跡、恒變降曲率的曲線軌跡以及準懸鏈線型的軌跡等。

如果設計的水平井靶前位移處于一個相對較小的范圍時，就不太適合采用懸鏈線軌跡等會對摩阻產生降低效應的設計方法，這主要是因為這些設計方案都需要建立在充足靶前位移基礎上才能實現的。因此，在對這一類水平井進行剖面的設計時往往會選擇單圓弧型的剖面，相比于其他類型的剖面軌跡更加簡單，這在很大程度上就會使井眼的設計軌跡更加平滑，與此同時還減少了井壁和鉆柱彼此之間的接觸面積、降斜井段以及局部的增斜，通過這種設計可以實現扭矩和全井摩阻的有效降低。通過這種設計方案設計出的井眼剖面的施工造斜率為0.35°/m。

通過這種設計方式的水平井剖面再進入到水平段之前，其復合鉆的進尺相對較少，這就為可供施工調整的空間提供了很大的便利，同時，穩斜段也很好地避免了45°-55°這一范圍，具有很強的操作性。因此，在進行大位移水平井的實際施工時，施工人員往往都會采用這種剖面來作為整個工程施工的指導方法來進行軌跡的控制。

5　摩阻扭矩的分析

5.1鉆井前摩阻扭矩的分析

施工前需要對摩阻扭矩進行分析，保證設計出的三軸應力、抗壓、抗拉強度以及剖面側向力等參數都滿足安全系數的要求，同時還要保證施工所用的鉆具在不同工況下都能夠保證不屈曲。套管也能夠按照設計的要求進行下入。

5.2實鉆時摩阻扭矩的分析

在實際鉆井的過程中，井下的摩阻扭矩通常要遠遠超過設計時的數據，這一方面是受到井眼軌跡的影響，另一方面主要是受到井壁不規則以及固相的含量偏高等原因造成的落雁摩阻系數偏高所引發的。在鉆井完成后，還需要對通井以及大排量的循環進行多次的模擬，通過這些模擬可以發現起下鉆摩阻基本都存在下降的情況。

5.3產生高摩阻的原因

（1）由于鉆井的速度非常快，循環的時間非常短，這就會造成被研磨的非常細的破碎巖屑不容易從鉆井液里面去除，進而導致了固相含量的進一步上升，最終使得摩阻系數偏大。

（2）如果油基鉆井液的攜砂能力較差，再加之井底的溫度過高時，都會使油基鉆井液進一步稀釋，進而造成洗井的效果不好。

（3）井斜角的進一步增大會使得鉆柱作用在井壁上的荷載增加，進而導致鉆柱的運動阻力增加。

（4）井眼的清潔難度以及巖屑運移阻力都會隨水平段延伸而不斷增大，這會導致鉆井液本身的攜砂能力受到很大程度的限制，最終導致巖屑床問題嚴重。

6　結語

綜上所述，對水平井井眼軌跡進行優化設計是實現整個大位移水平井軌跡控制的重要措施，對此，設計時不僅要對鉆井的具體參數進行優化，同時還要保證井眼軌跡的平滑度，另一方面，為了保證井下作業的安全，設計人員還需要盡可能地減少摩阻，強化井壁的穩定性，這對于保證大位移水平井的順利完成具有重要的意義。

TE[文獻碼]B

1000-405X（2015）-7-416-1

徐兵（1975～），男，畢業于中國石油大學資源勘查專業，工程師，研究方向為鉆井管理。

[1]李夢剛.水平井井眼軌跡控制關鍵技術探討[J].西部探礦工程，2009(02).

[2]杜青云,壽翔,袁小平.大位移水平井軌道優化設計研究[J].中國石油和化工標準與質量.2013(09).