定向井軌跡設(shè)計(jì)與控制技術(shù)探討

楊國(guó)輝

摘要：隨著定向井鉆井?dāng)?shù)量的逐漸增多，定向井軌跡設(shè)計(jì)與控制逐漸受到重視。文章從定向井軌跡剖面設(shè)計(jì)入手，對(duì)定向井軌跡控制中的不同階段進(jìn)行了探討，對(duì)提高定向井軌跡控制精度具有積極作用。

關(guān)鍵詞：軌跡控制；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 軌跡剖面簡(jiǎn)介

定向井井身剖面的選擇對(duì)于鉆井施工的安全、高效、降低成本起著至關(guān)重要，四段制軌跡剖面易形成鍵槽，巖屑床，起下鉆和鉆井過程中摩阻扭矩大，易卡鉆，給井下安全帶來極大隱患。經(jīng)過理論計(jì)算分析，并結(jié)合大慶地質(zhì)情況，三段制或者五段制井眼軌跡剖面成為大慶定向井施工的首選對(duì)象，這兩種軌跡剖面具有軌跡短、投資少、效益高、利于井眼軌跡控制等特點(diǎn)。

2 井眼軌跡控制技術(shù)

2.1 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(duì)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(huì)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(cè)斜一次，及時(shí)監(jiān)測(cè)井斜的變化趨勢(shì)，如發(fā)現(xiàn)井斜有增大趨勢(shì)，及時(shí)調(diào)整鉆井參數(shù)，加密測(cè)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°。

2.2 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(cè)點(diǎn)趨勢(shì)，預(yù)測(cè)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(duì)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(dòng)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(cè)量?jī)x器測(cè)點(diǎn)長(zhǎng)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(zhǎng)度為L(zhǎng)，則可用下列公式計(jì)算每個(gè)單根需要定向長(zhǎng)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)

2.3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(shì)必要求非常頻繁的測(cè)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(cè)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(cè)斜一次，并把測(cè)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。

3 井底井斜方位預(yù)測(cè)技術(shù)

3.1 力學(xué)預(yù)測(cè)

井底預(yù)測(cè)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(cè)方法的預(yù)測(cè)精度，兼之力學(xué)預(yù)測(cè)方法準(zhǔn)備變量多，計(jì)算復(fù)雜，現(xiàn)場(chǎng)施工已較少采用。

3.2 幾何預(yù)測(cè)

另一類是幾何方法，對(duì)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(cè)，也能達(dá)到相當(dāng)高的精度。幾何預(yù)測(cè)方法很多，要嚴(yán)格評(píng)價(jià)各種井底預(yù)測(cè)方法的優(yōu)劣是比較困難的。井底預(yù)測(cè)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(cè)。

從根本上講，要提高井底預(yù)測(cè)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(cè)點(diǎn)至井底的距離；二是提高測(cè)斜資料的精度。

4 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(chǎng)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(duì)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(duì)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)。

5 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(cè)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(cè)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