水平井井眼軌跡控制技術(shù)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(shù)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(jīng)濟的發(fā)展,石油能源日趨緊張,而水平井具有在油層內(nèi)穿行的距離長、泄油面積增大以及單井產(chǎn)量高等一系列優(yōu)點,其投入產(chǎn)出比在多種井型中占有明顯的優(yōu)勢。因而本文從水平井井眼軌跡控制技術(shù)分析出發(fā),探討了水平井井眼軌跡控制技術(shù)的應(yīng)用。該研究對我國水平井的理論研究與實踐應(yīng)用有一定的參考作用。

水平井 井眼軌跡控制 技術(shù)

水平井技術(shù)從其本身的情況來看，有著技術(shù)復(fù)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(chǎn)量的實際情況，水平井已經(jīng)成為我國石油轉(zhuǎn)變發(fā)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(shù)水平的充分發(fā)揮[1]。正是從這個層面出發(fā)，本文對水平井井眼軌跡控制技術(shù)進行研究。

1 水平井井眼軌跡控制技術(shù)分析

對于水平井來說，控制井眼軌跡，其作用是在于按照設(shè)計的要求中靶。明確目標所在對技術(shù)的具體應(yīng)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(shù)大以及控制難度系數(shù)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(guān)概念應(yīng)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(qū)目的層內(nèi)以預(yù)設(shè)計的軌道作為軸的柱狀靶，橫截面則多數(shù)是矩形或者圓形，這就導(dǎo)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(nèi)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(qū)確是個柱狀體，這就需要點的矢量方向應(yīng)符合預(yù)先設(shè)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(nèi)，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(shè)計軌道存在著一定的差距，就會導(dǎo)致待鉆井眼的位移增量以及垂深增量出現(xiàn)改變，進而直接對中靶精度產(chǎn)生影響。也就是說，確保軌跡點位置精確與適當?shù)木苯鞘菍圮壽E控制的有效技術(shù)方式。從應(yīng)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(yīng)根據(jù)控制造斜段井眼軌跡來確保工作績效[3]。依據(jù)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(qū)別，因而設(shè)計也會不同。

2 水平井井眼軌跡控制技術(shù)的應(yīng)用

結(jié)合現(xiàn)有的水平井井眼軌跡控制技術(shù)的實際情況，本文對轉(zhuǎn)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(zhuǎn)盤鉆的水平井井眼軌跡控制技術(shù)的應(yīng)用

在以轉(zhuǎn)盤鉆為主的水平井井眼軌跡控制中，采用兩層技術(shù)套管的井身結(jié)構(gòu)，對于井下的安全有了充分的保障，但是在經(jīng)濟上卻處到劣勢[4]。通過總結(jié)實踐經(jīng)驗，逐漸認識到采用這種井眼軌跡控制模式應(yīng)當簡化井身結(jié)構(gòu)，整個增斜井段采用單一的井眼尺寸。在此基礎(chǔ)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(shù)，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(nèi)，快速優(yōu)質(zhì)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(qū)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(shù)領(lǐng)域，需要研究以轉(zhuǎn)盤鉆具組合實現(xiàn)高造斜率的技術(shù)手段和途徑是鉆增斜井段的技術(shù)關(guān)鍵。因此，以轉(zhuǎn)盤鉆為主鉆增斜井段的井眼軌跡控制的主要技術(shù)難點是在大井斜或者高造斜率條件下，如何通過調(diào)整鉆具組合與鉆井參數(shù)，在保證井下安全的情況下實現(xiàn)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(guān)鍵，只有合理的鉆井方式才能達到經(jīng)濟安全的目的，同時也是水平井井眼軌跡控制技術(shù)的關(guān)鍵。

2.2 基于動力鉆具的水平井井眼軌跡控制技術(shù)的應(yīng)用

以動力鉆具組合鉆進為主，以轉(zhuǎn)盤鉆具組合進行通井、調(diào)整造斜率為輔，既可以克服動力鉆具循環(huán)排量小的不足，通過通井和大排量循環(huán)鏟除巖屑床，調(diào)整動力鉆具造斜率的偏差和調(diào)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(jiān)控井眼軌跡，通過調(diào)整和控制動力鉆具的工具面，可以獲得較穩(wěn)定的井眼全角變化率，幾乎不存在出現(xiàn)方位漂移的問題。因此，造斜井段井眼軌跡控制技術(shù)應(yīng)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(guān)因素的影響規(guī)律。以動力鉆具為主鉆水平井段的技術(shù)在國外應(yīng)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(dǎo)向鉆井系統(tǒng)。

應(yīng)強調(diào)的是，水平井鉆井技術(shù)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(fù)雜的地質(zhì)特點，要求在利用水平井開發(fā)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(fù)雜的形狀，確保獲得較高單井產(chǎn)量的同時，盡可能降低成本以保證開發(fā)效益，這就要求水平井在跟蹤環(huán)節(jié)中必須做到中靶點精確、著陸后軌跡控制穩(wěn)定、隨鉆監(jiān)測信息反饋及時、軌跡調(diào)整到位、鉆井過程中，地質(zhì)與工程技術(shù)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(shù)優(yōu)選[J].長江大學(xué)學(xué)報 (自科版),2013(7)：65-68.

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

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

[4]袁宇宏.側(cè)鉆水平井井眼軌跡控制技術(shù)[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(shù)[J].河南科技,2013(9)：29-30.