定向井大井眼軌跡控制技術與應用研究

丁建鵬

摘要：隨著石油勘探與開發力度的不斷加大，面對由于地面遮擋物而影響鉆井開采正常進行的情況或者是由于出現鉆井事故而必須進行側鉆，面對這些復雜的油氣勘探開發，一般采取定向井，以使儲層裸露面積得到增加，來達到提高石油采收率、減少鉆井成本的目的。定向井井眼軌跡控制十分困難，必須對井眼軌跡控制技術進行優化，針對不同井段，也要應用不同的定向井鉆井軌跡控制技術。

關鍵詞：石油勘探；定向井鉆；井眼軌跡；控制技術；采收率

在定向井鉆井施工中，我們只有對其鉆井軌跡確定，才能為鉆井工作的開展奠定堅實的基礎。但是在實際鉆井施工中，難免會遇到鉆井軌跡不合理的情況，這就會導致施工受到巨大的影響，帶來的結果是生產效率下降和生產成本變高。所以加強定向井鉆井軌跡控制工作的開展就顯得尤為必要。加上我國不同地區在地形地貌和地質條件上不同，給定向井鉆井施工也帶來巨大挑戰，在鉆井軌跡精度要求上更高。所以不管從那個方面來看，加強對其的控制就顯得尤為重要。

1定向井井眼軌跡設計

定向井鉆井軌跡控制工藝技術中，前期的井眼軌跡剖面優化設計是基礎，井眼軌跡設計的合理性和準確性是定向井施工成功的保證。

1.1定向井井眼軌跡設計原則

一般來說定向井井眼軌跡設計要遵循以下三個原則：一是以實現地質目的作為軌跡設計的根本原則，目前實施定向鉆井的情況主要有避免地面條件限制、穿越多儲層、增大目的層泄油面積、避開復雜層段等，形成這些情況的根本原因是地質提出的要求，因此定向井井眼軌跡設計要以實現地質目的作為根本原則。二是要有利于鉆井施工，以提質增效、安全保障為目標，設計過程中造斜點位置的優化最為重要，在選擇造斜點時，一定要充分了解地層情況，對所鉆遇地層有充分了解，避開易縮頸、易漏失和坍塌的復雜層位，優選巖性軟硬適中、壓力系統穩定的層位作為造斜點；井斜角的設計在滿足地質要求的前提下盡量控制在15度到45度之間，因為井斜小于15度會使方位難以控制，超過45度會大幅度增加施工難度，增大發生井下復雜事故概率；造斜率的設計要權衡地層條件和現場工具造斜性能，為實現提高鉆進速度的目的，盡量選擇較小的造斜率。三是要充分考慮采油工程需求，隨著各類封隔器和大直徑抽油泵等井下工具的不斷發展，采油工程對井筒曲率和質量的要求越來越高，同時較低的井眼曲率可減少油管與抽油桿的偏磨，延長檢泵周期，因此在實現地質目的和順利施工的前提下，井眼軌跡設計要盡量降低井眼曲率。

1.2定向井井眼軌道類型設計

定向井技術發展至今，為滿足不同地質要求，形成了多樣化的井眼軌道類型，但現場實際應用中常用的只有三種：第一種為“直井段-造斜段-穩斜段”三段制的剖面軌道類型，這種軌道類型在施工比較簡單，一般應用于目的層明確的情況，造斜井段相對較短，施工難度大幅度降低，因此在地質沒有特殊要求的情況下，該軌道類型為定向井首選；第二種為“直井段-增斜段-穩斜段-降斜段”四段制的剖面軌道類型，該類型一般不被應用，主要原因是這種類型軌道容易形成巖屑床，增大起下鉆摩阻，有時甚至形成卡鉆等事故，造成施工安全風險提升；第三種為“直井段-增斜段-穩斜段-降斜段-直井段” 五段制的剖面軌道類型，多應用于地質不確定性因素較多的情況，這種類型軌道施工雖然較為復雜，但十分有利于后期的采油作業，原因是目的層處于垂直井段，有利于封隔器、采油泵或修井工具的下入，因此該類型井眼軌道應用也較多。

2項目簡介

研究區塊提供鉆井、軌跡控制和 LWD 以及鉆頭、泥漿、錄井、電纜測井、下套管、射孔、試油、軌跡控制、LWD 儀器和鉆頭服務。合同工作量為 20 口井，分布在油田 E、F、C 三個井場上，屬于叢式井作業，井口間距約 10 m，井型大部分是定向井，有一口3D 水平井。

3該區鉆井難點分析

研究區塊主要以叢式定向井為主，井身結構一般為三開：Φ660.4 mm +Φ444.5 mm +Φ311 mm，施工難度如下：井口間距 10 m，鉆進、開采同時進行，要求最小防碰系數為 1.45。

各井段井眼大，排量高，鉆具與井眼之間環空大，導致震動劇烈，容易發生鉆具事故和儀器故障。穩斜段長，位移大，托壓摩阻嚴重，導致軌跡控制難度大。頁巖段易發生坍塌卡鉆；油層段易發生壓差卡鉆，機械鉆速快，井下事故風險高。GW-LWD首次在市場投入使用，在高排量、強震動的環境下需要提高 GW-LWD 的抗震性能、穩定性和測量精度。全井段機械鉆速低，鉆井周期比設計落后。

4攻關方案與措施

4.1 攻關方案

（1）優化剖面設計，解決叢式井防碰問題。（2）定向井大井眼軌跡控制技術的研究。

（3）提高GW-LWD 抗震性能、測量精度技術的研究。（4）優選鉆頭型號，個性化GW-Bit 的研究。（5）井下安全鉆井技術的研究。

4.2 主要措施

（1）優化剖面設計，解決平臺叢式井的防碰問題。（2）定向井大井眼軌跡控制技術：①定向鉆具組合的優選與優化；②鉆具組合實際鉆進趨勢的研究；③鉆具組合與剖面設計的互相優化。（3）改進和提高：①提高 GW-LWD 的抗震性能；②提高測量精度；③降低故障率。（4）優選鉆頭型號和個性化研究：①鄰井鉆頭資料的收集和整理；②優選鉆頭型號；③個性化研究與應用；④鉆頭使用效果分析。（5）安全鉆井技術的研究：① φ444.5 mm 井段安全鉆井技術的研究；② φ311.2 mm 井段安全鉆井技術的研究；③井下工具事故的預防。

5 現場應用效果

研究區通過應用“定向井一體化技術”，取得了顯著的成果，從第三輪井開始改變了區塊 φ311.2 mm 井段卡鉆事故頻發的現狀。通過工程手段或者技術手段，實現全井零故障的目標，安全高效無故障，受到了甲方監督的表揚，形成了具有區塊特色的定向井施工工藝，通過優化軌跡設計解決了井間防碰分離系數過小的問題，根據鉆具組合趨勢模擬、對比不同地層的造斜率來優化軌跡設計，通過優選鉆具組合、優化鉆進參數解決了漏失地層造斜率低、全井穩斜段長等難點，在兼顧井下安全技術的前提下，實現復合鉆進的最大化與軌跡的精確控制，完成井的靶心距平均為6.35 m，平均滑動百分比為16.26%。定向井一體化技術實施后，研究區塊的鉆井情況得到了逐步的改善，實現了提高機械鉆速，節約鉆井周期的目的。10 口井總共節余鉆井周期 29.5 天，平均節余 2.95 天，實現安全無事故的目標鉆井周期 25 天，創造了小井斜定向井最快的紀錄。

6 結束語

通過向儲層鉆井是目前國內外獲取石油及天然氣資源最為普遍的方法，該方法具有施工技術難度高、前期投資高、收益大等特點。隨著多年來我國石油天然氣工業的發展，已經形成了一套成熟的、多元化鉆井工藝技術，特別是定向鉆井技術的成功應用推廣，標志著鉆井工藝技術已經實現擺脫復雜地層和地面條件約束[1]。定向鉆井工藝是通過對地面起鉆位置、鉆遇地層狀況、目的層深度及儲層傾角等因素通過綜合分析考慮后，設計鉆井的井斜角和方位角，進而實現向目的層的精準定向鉆進。定向井鉆井施工質量主要受到井眼穩定能力、鉆進速度、油氣層保護情況和軌跡控制等工藝技術影響[2]，這其中井眼軌跡控制是定向井施工是否能成功的決定性因素，因此對定向井軌跡控制工藝技術的研究具有十分重要的意義。

參考文獻

[1]李鑫. 淺談定向井井眼軌跡控制與造斜段施工技術應用[J]. 化工管理，2018（1）：212-212.

（作者單位：中石化中原石油工程有限公司鉆井二公司）