定向井軌跡控制技術(shù)探討

田振剛

摘要：定向井的井眼軌跡控制技術(shù)是定向井鉆井成套技術(shù)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。文章介紹了軌跡剖面優(yōu)化設(shè)計(jì)，對直井段、增斜段、穩(wěn)斜段軌跡控制技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)的闡述，同時(shí)對軌跡預(yù)測方法和軌跡修正設(shè)計(jì)技術(shù)進(jìn)行了論述，對現(xiàn)場施工具有一定的指導(dǎo)作用。

關(guān)鍵詞：軌跡控制;軌跡預(yù)測;剖面設(shè)計(jì);定向井

定向井的井眼軌跡控制技術(shù)是定向井鉆井成套技術(shù)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。定向井施工成敗的關(guān)鍵是能否控制井眼軌跡的變化。

1 井眼軌跡控制技術(shù)

1.1 直井段軌跡控制

定向井直井段的井眼軌跡控制原則是防斜打直。有人認(rèn)為常規(guī)定向井（指單口定向井）直井段鉆不直影響不大，通過后續(xù)的調(diào)整最終也可中靶，這種想法是不對的。因?yàn)楫?dāng)鉆至造斜點(diǎn)，如果直井段不直，造斜點(diǎn)處不僅因?yàn)橛幸欢ǖ木苯嵌绊懚ㄏ蛟煨钡捻樌瓿?，還會因?yàn)檫@個(gè)井斜角形成一定的水平位移而影響下一步鉆進(jìn)的井眼軌跡控制。所以在直井段施工中，采用塔式鉆具組合或鐘擺鉆具組合，配以合理的鉆進(jìn)參數(shù)，每鉆進(jìn)100-120米測斜一次，及時(shí)監(jiān)測井斜的變化趨勢，如發(fā)現(xiàn)井斜有增大趨勢，及時(shí)調(diào)整鉆井參數(shù)，加密測斜，必要情況下進(jìn)行螺桿鉆具糾斜。造斜點(diǎn)前100m采取輕壓吊打，嚴(yán)格控制鉆進(jìn)參數(shù)，保證造斜點(diǎn)處的井斜不超過0.5°。

1.2 造斜段軌跡控制

造斜就是從造斜點(diǎn)開始強(qiáng)制鉆頭偏離垂直方向增斜鉆進(jìn)的過程。由于大位移水平井直井段多數(shù)存在井斜方位，且方位與新設(shè)計(jì)方位不一致，所以必須利用定向井計(jì)算軟件計(jì)算出直井段各點(diǎn)軌跡參數(shù)，同時(shí)根據(jù)最后幾個(gè)測點(diǎn)趨勢，預(yù)測出井底的井斜角和方位角，計(jì)算出井底水平位移、垂深、閉合方位、視位移、視垂距等參數(shù)。對靶點(diǎn)重新進(jìn)行修正設(shè)計(jì)，計(jì)算出各段的造斜率大小。在定向造斜過程中，摸索出螺桿的實(shí)際造斜率大小，計(jì)算好滑動鉆進(jìn)與復(fù)合鉆進(jìn)的比例，盡可能使實(shí)鉆軌跡逼近設(shè)計(jì)軌道。根據(jù)視位移大小、正負(fù)、井斜角大小以及井底閉合方位與設(shè)計(jì)方位的偏差，確定采用復(fù)合鉆進(jìn)、扭方位或定向鉆進(jìn)來進(jìn)行施工。

由于無線隨鉆測量儀器測點(diǎn)長度的限制以及螺桿造斜率在深層硬地層造斜能力的不確定性，開始定向鉆進(jìn)時(shí)一般采用連續(xù)定向2個(gè)單根，以確定螺桿在該地層的實(shí)際造斜率。若已知螺桿的實(shí)際造斜率K實(shí)，設(shè)計(jì)造斜率K設(shè)，單根長度為L，則可用下列公式計(jì)算每個(gè)單根需要定向長度L定：

L定=（K設(shè)*L）/K實(shí)

上式僅當(dāng)K實(shí)>K設(shè)時(shí)成立;若K實(shí)

1.3穩(wěn)斜段軌跡控制

這一階段的任務(wù)是在實(shí)鉆過程中，不斷了解軌跡的變化發(fā)展情況，不斷地使用各種造斜工具或鉆具組合，使實(shí)鉆軌跡離開設(shè)計(jì)軌跡“不要太遠(yuǎn)”?！?不要太遠(yuǎn)”一詞的意義在于，一方面如果太遠(yuǎn)就可能造斜脫靶，成為不合格井;另一方面如果始終要求實(shí)鉆軌跡與設(shè)計(jì)誤差很小，勢必要求非常頻繁的測斜，頻繁的更好造斜工具，必將大大地拖延時(shí)間，增加成本，而且還有可能造成井下復(fù)雜情況，得不嘗失。穩(wěn)斜段主要采用三扶正器剛性穩(wěn)斜鉆具組合或者M(jìn)WD隨鉆跟蹤，若采用穩(wěn)斜鉆具組合，在下入穩(wěn)斜鉆具組合鉆進(jìn)50米進(jìn)行測斜校驗(yàn)井斜方位數(shù)據(jù)，以后每鉆進(jìn)100-150米定點(diǎn)測斜一次，并把測斜數(shù)據(jù)輸入定向井計(jì)算軟件進(jìn)行計(jì)算分析，保證中靶。

2 井底井斜方位預(yù)測技術(shù)

井底預(yù)測技術(shù)是實(shí)現(xiàn)井眼軌跡定量預(yù)測與控制的基礎(chǔ)。由于測量儀器距井底有一段距離，如果預(yù)測不準(zhǔn)井底處井斜方位，則易造成大的施工誤差，因此對大位移水平井而言，井底預(yù)測顯得更為重要。

2.1 力學(xué)預(yù)測

井底預(yù)測的方法很多，可分為兩大類，一類是力學(xué)法。力學(xué)法考慮了鉆具的受力狀態(tài)、鉆頭與地層相互作用等因素，更為真實(shí)的反映了井眼軌跡形成過程，從理論上講，力學(xué)法比較準(zhǔn)確。但由于井下是一個(gè)復(fù)雜的多元系統(tǒng)，而系統(tǒng)中某些參數(shù)（如地層性質(zhì)等）又不易掌握，這一定程度上影響了力學(xué)預(yù)測方法的預(yù)測精度，兼之力學(xué)預(yù)測方法準(zhǔn)備變量多，計(jì)算復(fù)雜，現(xiàn)場施工已較少采用。

2.2 幾何預(yù)測

另一類是幾何方法，對于給定的鉆具組合和鉆井參數(shù)，由于在一定的井段范圍內(nèi)地層巖石的性質(zhì)變化不大，所以井眼軌跡往往呈現(xiàn)出特定的變化規(guī)律。因此采用幾何方法預(yù)測，也能達(dá)到相當(dāng)高的精度。幾何預(yù)測方法很多，要嚴(yán)格評價(jià)各種井底預(yù)測方法的優(yōu)劣是比較困難的。井底預(yù)測的這些幾何方法主要是依據(jù)各種曲率的變化規(guī)律進(jìn)行選擇，并且需要緊密結(jié)合鉆井過程的實(shí)際工況。使用時(shí)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際的鉆井工況，進(jìn)行分析判斷和預(yù)測。

從根本上講，要提高井底預(yù)測的精度，應(yīng)從以下兩個(gè)方面入手：一是在工藝技術(shù)條件允許的前提下，盡可能縮短測點(diǎn)至井底的距離;二是提高測斜資料的精度。

3 井眼軌跡修正設(shè)計(jì)

定向井待鉆井眼設(shè)計(jì)是井眼軌跡控制技術(shù)的重要組成部分，他可為現(xiàn)場施工提供最重要的依據(jù)。在進(jìn)行待鉆設(shè)計(jì)時(shí)，必須考慮所鉆地層對造斜工具造斜能力的影響。在進(jìn)行待鉆設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮地層傾向、走向及各向異性對井眼軌跡的影響，以保證設(shè)計(jì)出的待鉆井眼能充分利用地層的井斜方位作用。在進(jìn)行待鉆設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)首先考慮目前已有的井下工具實(shí)際造斜能力，并為施工留有余地。

在實(shí)際施工中從造斜點(diǎn)開始直到完鉆的施工中，每鉆完一個(gè)根，用單弧剖面進(jìn)行一次待鉆井眼設(shè)計(jì)，選擇合適鉆進(jìn)參數(shù)，并以此作為下趟鉆選擇鉆具組合的重要依據(jù)。在造斜過程中，每次都以入靶點(diǎn)為目標(biāo)，應(yīng)用可變曲率井眼軌跡設(shè)計(jì)技術(shù)優(yōu)化待鉆井眼設(shè)計(jì)。

4 結(jié)論

總之，嚴(yán)格按照技術(shù)參數(shù)及措施打好直井段，保證井斜角不超標(biāo)，優(yōu)化軌跡剖面設(shè)計(jì)，選用合適的造斜工具，把好定向造斜關(guān);在穩(wěn)斜段三扶正器剛性穩(wěn)斜鉆具組合，在下入穩(wěn)斜鉆具組合鉆進(jìn)50米進(jìn)行測斜校驗(yàn)井斜方位數(shù)據(jù)，以后每鉆進(jìn)100-150米定點(diǎn)測斜一次，跟蹤控制到靶點(diǎn)，保證井眼軌跡精確控制。

參考文獻(xiàn)：

[1]王清江 毛建華等 定向鉆井技術(shù) 2009.08