添加虛擬靶區(qū)優(yōu)化三維水平井井眼軌道

陶麗杰

（中國(guó)石油大慶油田有限責(zé)任公司采油工程研究院，黑龍江 大慶163453）

為了實(shí)現(xiàn)規(guī)模化鉆井，降低鉆井成本，大慶油田在龍26 區(qū)塊、齊平2 區(qū)塊及垣平1 區(qū)塊開展了“工廠化”鉆井施工項(xiàng)目，共涉及7 個(gè)鉆井平臺(tái)20 口水平井?！肮S化”平臺(tái)水平井的水平段較長(zhǎng)（1 400～2 040 m），而且井眼軌跡是三維的。為了便于控制井眼軌跡［1-3］，方便現(xiàn)場(chǎng)施工，要在井斜角70°之前完成扭方位工作。因?yàn)檫M(jìn)入探油頂段后，既造斜又要扭方位，井眼軌跡會(huì)很難控制，很可能會(huì)偏出油層，達(dá)不到油層穿遇率；而如果在井斜角到達(dá)70°之前就完成扭方位工作，進(jìn)入探油頂段時(shí)就可以通過微調(diào)井斜來控制井眼軌跡，不但能夠很好地發(fā)現(xiàn)油層，使軌跡在油層中通過，也會(huì)降低現(xiàn)場(chǎng)施工的難度：因此，決定把在井斜角70°之前完成扭方位，作為三維平臺(tái)水平井軌道設(shè)計(jì)的約束條件。

1 常規(guī)設(shè)計(jì)井眼軌道

采用水平井軌道設(shè)計(jì)軟件Navigator，以龍26 區(qū)塊1#平臺(tái)龍26-平2 井為例，根據(jù)常規(guī)剖面類型 “直—增—穩(wěn)—增—增”設(shè)計(jì)的軌道數(shù)據(jù)如表1所示［4-6］。造斜點(diǎn)在1 300.00 m，最大狗腿度5.00°/30 m。在井斜角達(dá)到87°時(shí)完成增斜、扭方位，這樣既增加了定向施工的難度，又給矢量中靶帶來風(fēng)險(xiǎn)，因此要對(duì)設(shè)計(jì)軌道剖面類型進(jìn)行優(yōu)選［7-9］。

2 添加虛擬靶區(qū)

如何優(yōu)選設(shè)計(jì)剖面是討論的重點(diǎn)。要在進(jìn)入探油頂段之前或井斜角比較小時(shí)（最好是65°之前）完成三維軌道的扭方位，所以，在進(jìn)行井眼軌道設(shè)計(jì)時(shí)，需要在地質(zhì)給定的靶區(qū)之前虛擬一個(gè)10 m 間隔的靶區(qū)，在設(shè)置的虛擬靶區(qū)之前完成扭方位。設(shè)置虛擬靶區(qū)的具體方法如下：已知鉆達(dá)地質(zhì)給定的靶點(diǎn)B 時(shí)井斜角達(dá)到87°，假定要在井斜角68°時(shí)已完成扭方位，由于采用的造斜率是4.68°/30 m，所以虛擬的一個(gè)靶點(diǎn)與靶點(diǎn)B 之間的弧長(zhǎng)應(yīng)該為122 m。虛擬靶區(qū)和靶點(diǎn)B的空間位置剖面如圖1所示。

計(jì)算過程為，（87°-68°）÷（4.68°/30 m）=122 m，所以虛擬靶點(diǎn)的大概位置為靶點(diǎn)B 的測(cè)深2 029.33 m減去122 m，約為1 907 m。將該虛擬靶區(qū)的位置，添加到井眼軌道數(shù)據(jù)中，經(jīng)過微調(diào)，得出優(yōu)化的設(shè)計(jì)軌道數(shù)據(jù)（見表1），滿足了設(shè)計(jì)前設(shè)定的約束條件。

圖1 虛擬靶區(qū)和靶點(diǎn)B 的空間位置剖面

表1 龍26-平2 井常規(guī)、優(yōu)化設(shè)計(jì)軌道數(shù)據(jù)對(duì)比

3 優(yōu)化后軌道剖面

由表1中的優(yōu)化軌道數(shù)據(jù)可以看出，優(yōu)選后的剖面為“直—增—穩(wěn)—增—穩(wěn)—增”。采用該剖面類型，在井斜角68°時(shí)完成扭方位，距離探油頂還有134.12 m。在這段軌道上只有井斜角的變化，不僅有利于現(xiàn)場(chǎng)施工，而且便于井眼軌跡的控制，有利于及時(shí)發(fā)現(xiàn)、找準(zhǔn)油層。

圖2為龍26-平2 井的三維立體設(shè)計(jì)軌道。從圖2a可以看出，此時(shí)設(shè)計(jì)井的井眼軌道從2 口鄰井中間穿過，而且在水平段與鄰井最近距離只有8.27 m，鉆進(jìn)時(shí)鄰井套管會(huì)對(duì)隨鉆測(cè)井工具造成磁干擾，影響測(cè)井結(jié)果，引起與鄰井相碰的事故發(fā)生。但是通過添加虛擬靶區(qū)，實(shí)現(xiàn)了井眼軌道提前扭方位，如圖2b所示。設(shè)計(jì)井的井眼軌道從2 口鄰井的同一側(cè)穿過，而且最近距離達(dá)到17.65 m。這樣不但優(yōu)化了井眼軌道，降低了施工難度，有利于找準(zhǔn)油層，而且順利避開了與鄰井相碰的風(fēng)險(xiǎn)［10-11］。

圖2 龍26-平2 井軌道剖面

4 實(shí)鉆分析

龍26-平2 井造斜段的鉆具組合為：φ215.9 mm PDC鉆頭（M1656RS）+φ172.0 mm 單彎螺桿鉆具（1.5°/210 mm 螺旋扶正器）+φ172.0 mm 單流閥+哈里L(fēng)WD+φ127.0 mm 無磁鉆桿×1根+φ127.0 mm 加重鉆桿×9根+φ127.0 mm 鉆桿（18°斜坡）+φ127.0 mm 加重鉆桿×21 根+φ127.0 mm 鉆桿（18°斜坡）。

本井采用PDC 鉆頭施工，造斜率能達(dá)到設(shè)計(jì)要求，鉆速相對(duì)較快；井斜角達(dá)到68°時(shí)扭方位，需要立即起鉆更換牙輪鉆頭。牙輪鉆頭在扭方位時(shí)工具面較穩(wěn)，方位變化率能滿足設(shè)計(jì)要求［12-15］，滑動(dòng)定向的進(jìn)尺相對(duì)不需要很多。

甲方地質(zhì)導(dǎo)向要求盡量少損失水平段進(jìn)尺，通過優(yōu)化設(shè)計(jì)以后，增加虛擬靶點(diǎn)，斜深2 040 m 進(jìn)入靶點(diǎn)B，造斜率在4.7°左右，能滿足甲方地質(zhì)導(dǎo)向的要求。

龍26-平2 井通過鉆井設(shè)計(jì)優(yōu)化及現(xiàn)場(chǎng)井眼軌跡精確控制與施工，取得了良好的效果，目的層砂巖鉆遇率達(dá)82%。由于后期鉆進(jìn)過程中巖性為干砂巖，該井提前完鉆。從設(shè)計(jì)軌道與實(shí)鉆軌跡的對(duì)比可以看出，實(shí)鉆軌跡與設(shè)計(jì)軌道吻合非常好，滿足了地質(zhì)開發(fā)要求（見表2、圖3）。

表2 設(shè)計(jì)與實(shí)鉆數(shù)據(jù)對(duì)比

圖3 設(shè)計(jì)軌道與實(shí)鉆軌跡擬合投影

5 結(jié)論

1）通過添加虛擬靶區(qū)，實(shí)現(xiàn)在井斜角70°之前完成扭方位，不但優(yōu)化了井眼軌道，降低了施工難度，有利于找準(zhǔn)油層，而且有效地避開了與鄰井相碰的風(fēng)險(xiǎn)，實(shí)現(xiàn)了安全、高效鉆井。

2）添加虛擬靶區(qū)可以有效地應(yīng)用于三維水平井井眼軌道設(shè)計(jì)，形成了一套實(shí)用的“工廠化”平臺(tái)水平井設(shè)計(jì)方法。

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