杭錦旗區(qū)塊定向井軌跡控制技術(shù)

摘 要：本文從水平井井眼軌跡控制技術(shù)分析出發(fā)，結(jié)合鄂北工區(qū)地質(zhì)構(gòu)造和井身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，探討了水平井井眼軌跡控制技術(shù)在鄂北杭錦旗區(qū)塊的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：水平井 井眼軌跡 控制 井身結(jié)構(gòu) 造斜率

1、鄂北工區(qū)地質(zhì)構(gòu)造及井身結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：

1.1地質(zhì)構(gòu)造特點(diǎn)：

鄂北工區(qū)位于鄂爾多斯盆地伊陜斜坡北部。該工區(qū)主井眼的完鉆層位通常為石盒子組，主要為河流-三角洲沉積，發(fā)育多套不等厚互層的砂泥巖組合，以砂巖沉積為主，砂巖主要為灰白色、淺灰色細(xì)礫巖、含礫粗砂巖及中砂巖，粒序?qū)永?、板狀交錯(cuò)層理、平行層理發(fā)育，底部常見沖刷構(gòu)造?？傮w表現(xiàn)為向上粒度變細(xì)、巖屑含量高。杭錦旗錦58井區(qū)整體劉家溝地層表現(xiàn)漏失嚴(yán)重，下部地層石千峰組、石盒子組易出現(xiàn)垮塌。

1.2井深結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：

以JPH-426為例，其導(dǎo)眼軌道類型為：直-增-穩(wěn)-降，導(dǎo)靶是半徑為30米的圓靶，主井眼軌道類型：直-增-平，A靶為靶半高：1m，靶半寬：10m的矩形靶。

2、軌跡控制的影響因素分析

2.1實(shí)鉆軌跡點(diǎn)的位置和井斜大小對(duì)軌跡控制的影響

實(shí)鉆軌跡點(diǎn)的位置超前，相當(dāng)于縮短了靶前位移。此時(shí)若井斜角偏大，會(huì)使穩(wěn)斜鉆至目的層所產(chǎn)生的位移接近甚至超過目標(biāo)窗口平面的位置，必將欠位移入靶;為了保證中靶，應(yīng)根據(jù)實(shí)鉆井斜情況，調(diào)整造斜率，使得軌跡點(diǎn)位置適中，若此時(shí)井斜角大小也適中，是實(shí)鉆軌跡與設(shè)計(jì)軌道符合的理想狀態(tài)。如果井斜角大小超設(shè)計(jì)過多，往往需要放垂深;如果軌跡點(diǎn)的位置滯后，相當(dāng)于加長(zhǎng)靶前位移。此時(shí)若實(shí)鉆井斜角偏低，就需要提高造斜率以改變待鉆井眼垂深和位移增量之間的關(guān)系，往往要采用較高的造斜率而提前入靶。

2.2水平井井身剖面特點(diǎn)

大斜度導(dǎo)眼井中使用的剖面設(shè)計(jì)常為變曲率切線剖面，即由兩個(gè)（或兩個(gè)以上）造斜率不相等的造斜段組成，例如增-穩(wěn)-降，這種剖面設(shè)計(jì)，按照理論，需要使用到增斜鉆具、穩(wěn)斜鉆具和降斜鉆具。但在實(shí)際的生產(chǎn)中，為了減少起下鉆次數(shù)，提高經(jīng)濟(jì)效益，常常在保證中靶的前提下，開始造斜并以較高的造斜率將井斜增致一個(gè)合適井斜后，起鉆換降斜鉆具組合，復(fù)合監(jiān)測(cè)井斜，快速中靶。

在水平井主井眼中使用的剖面類型為單圓弧增斜剖面，它從造斜點(diǎn)開始，以不變的造斜率鉆達(dá)目標(biāo)。這種剖面要求靶區(qū)范圍足夠?qū)?，以滿足鉆具造斜率偏差的要求。在實(shí)際生產(chǎn)中，保證造斜率不變是需要花較大的工作量隨時(shí)調(diào)整和控制造斜率的，不利于提速提效。實(shí)踐中往往是采用多造斜率剖面（或分段造斜剖面），即造斜曲線由兩個(gè)以上不同造斜率的造斜段組成，是一種比較復(fù)雜的井身剖面。這種剖面曲線可以通過compass預(yù)測(cè)軟件實(shí)現(xiàn)隨時(shí)預(yù)測(cè)隨時(shí)設(shè)計(jì)，通過適時(shí)調(diào)整造斜率和段長(zhǎng)，彌補(bǔ)鉆具造斜能力的偏差。杭錦旗工區(qū)主井眼的靶點(diǎn)通常為靶半高：1m，靶半寬：10m的矩形靶。經(jīng)過多年的施工積累，采用compass預(yù)測(cè)軟件結(jié)合使用1.5度扶正器直徑為212mm螺桿并能準(zhǔn)確地控制鉆具的造斜性能，順利入窗。

根據(jù)鄂北區(qū)塊地層傾角和工程設(shè)計(jì)，使用1度螺桿配合150mm扶正器的微降鉆具組合，可滿足施工要求。

2.3軌跡入窗前的臨時(shí)軌跡調(diào)整

在入靶前的大井斜角井段增加一穩(wěn)斜調(diào)整段，既可調(diào)整垂深精度，又有助于及時(shí)辨別地質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)層，以便及時(shí)準(zhǔn)確地確定目的層入靶點(diǎn)的相對(duì)位置。如圖1所示，靶區(qū)允許縱向誤差范圍△Hm（△Hm=2△h），也就是允許在垂深H1和H2之間入靶并使造斜終點(diǎn)的井斜角等于水平段井斜角αm，若求出V2>Am這時(shí)井眼軌跡在入靶窗口平面的垂深H=Hm+h（h<0），我們要校核是否滿足│h│<△h，否則要調(diào)整Rv重新設(shè)計(jì)。

3、井眼軌跡控制模式

（1）直井段充分利用成功的高壓噴射和防斜打直技術(shù)，嚴(yán)格將造斜點(diǎn)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。

（2）造斜段的施工以1.5度彎殼體動(dòng)力鉆具為主要鉆進(jìn)方式，以一套鉆具組合在一至二趟鉆內(nèi)鉆完0～90°造斜段。

4、不同井段實(shí)鉆軌跡控制

4.1直井段實(shí)鉆軌跡控制：

4.1.1直井段井斜的的危害及影響因素

（1）如果實(shí)鉆直井段不直，產(chǎn)生井斜，如果大于3°，則影響直井段質(zhì)量評(píng)定，同時(shí)，上部井段的井斜造成的位移勢(shì)必影響下一步的井身軌跡控制。選擇好鉆具組合及鉆進(jìn)參數(shù)，監(jiān)測(cè)好井斜，若發(fā)現(xiàn)井斜偏大，應(yīng)采取吊打或者減小鉆壓的措施，以防斜打直為原則，保證直井段的施工質(zhì)量，為后期斜井段的施工做好鋪墊。

（2）影響因素：地層因素：傾角、走向、軟硬變化、軟地層中的井眼擴(kuò)大等;鉆具因素：扶正器尺寸的磨損，特別是近鉆頭扶正器的磨損;鉆進(jìn)參數(shù)：鉆壓和不對(duì)稱的水力沖蝕。

4.1.2直井段軌跡控制措施

（1）常用鉆具組合：

Φ222.3mmPDC+Φ172mm螺桿+變徑接頭+Φ216mm扶正器+變徑接頭+Φ172mm無磁DC*1根+mwd短節(jié)+變徑接頭+Φ165.1mmDC*4柱+變徑接頭（托盤）+Φ127mm無磁

（2）鉆進(jìn)參數(shù)：8-1/2″井眼正常鉆進(jìn)鉆壓常采用120-140KN，吊打時(shí)常采用30-50KN;

4.2增斜井段實(shí)鉆軌跡控制：

4.2.1影響增斜鉆具組合增斜效果的因素：

（1）螺桿扶正塊外徑磨小，增斜率下降（2）保持低轉(zhuǎn)速，使用小鉆鋌，大鉆壓，壓彎鉆柱，井斜角增大，則增斜力增大（3）地層因素：①在軟地層中使用，以泥巖和煤層為例，軟地層中鉆進(jìn)，地層因素影響較小;影響增斜率的主要因素是鉆具力學(xué)因素;軟地層水力沖蝕、扶正器和鉆頭的側(cè)向刮切等作用顯著，容易井徑擴(kuò)大，使增斜率下降。②在中硬地層中使用：以粗砂巖為例，地層構(gòu)造因素影響非常顯著;所以要特別注意掌握底層的造斜規(guī)律，運(yùn)用這些規(guī)律，控制井眼方向。

4.2.2增斜井段實(shí)鉆軌跡控制措施：

（1）常用鉆具結(jié)構(gòu)為：PDC鉆頭+1.5°單彎螺桿動(dòng)力鉆具+定向頭+無磁鉆鋌+鉆桿。

（2）鉆進(jìn)參數(shù)：鉆壓80～120KN，原則是大鉆壓鉆進(jìn)，有利于增斜，轉(zhuǎn)速：48rpm+螺桿，排量：30-32L/S

（3）根據(jù)工具面穩(wěn)定情況，結(jié)合MWD測(cè)斜數(shù)據(jù)，通過compass軟件計(jì)算，決定定向米數(shù)。

4.3穩(wěn)斜段實(shí)鉆軌跡控制

4.3.1影響穩(wěn)斜段穩(wěn)斜的因素

（1）鉆壓對(duì)穩(wěn)斜組合性能的影響是很小的。所以在穩(wěn)斜鉆進(jìn)中，可以根據(jù)穩(wěn)斜組合性能改變鉆壓。穩(wěn)斜組合對(duì)井斜角的變化是敏感的。井斜角增大，則負(fù)側(cè)向力增大。所以，在井斜較小時(shí)顯示穩(wěn)斜的組合，在井斜較大時(shí)可能顯示為降斜組合（2）保持正常鉆壓和較高轉(zhuǎn)速有利于穩(wěn)斜（3）地層因素：傾角、走向、軟硬變化、軟地層中的井眼擴(kuò)大等（4）鉆具因素：扶正器尺寸的磨損，特別是近鉆頭扶正器的磨損（5）鉆進(jìn)參數(shù)：不對(duì)稱的水力沖蝕。

4.3.2穩(wěn)斜井段實(shí)鉆軌跡控制措施：

在小斜度導(dǎo)眼中使用穩(wěn)斜鉆具，而在大斜度導(dǎo)眼井段，雖然工程設(shè)計(jì)中有穩(wěn)斜段，但在實(shí)際鉆進(jìn)過程中，考慮經(jīng)濟(jì)效益，減少起下鉆趟數(shù)，常常省去穩(wěn)斜鉆具，直接采用降斜鉆具組合，同樣可以中靶。穩(wěn)斜段常采用三合一鉆具組合：PDC鉆頭+1°單彎螺桿動(dòng)力鉆具+短扶正器+無磁鉆鋌+定向接頭+鉆桿。

4.4降斜井段實(shí)鉆軌跡控制

4.4.1影響降斜鉆具組合降斜效果的因素：

（1）鉆鋌直徑。鉆鋌直徑越大，重力就越大，所以鐘擺力越大，降斜能力越強(qiáng)。（2）軟地層。鉆頭側(cè)向力容易發(fā)揮作用，井徑也容易擴(kuò)大，所以地層越軟，越容易降斜;反之，地層越硬，越不易降斜;（3）鉆進(jìn)中注意保持較小鉆壓，較低轉(zhuǎn)速;降斜組合要注意使用新鉆頭，保證鉆頭的側(cè)切能力;在降斜特別困難的井段，在軌道設(shè)計(jì)時(shí)，注意避開降斜。

4.4.2降斜井段實(shí)鉆軌跡控制

（1）用大鉆鋌，小鉆壓，不要壓彎鉆柱。

（2）在降斜效果不好的情況下，可降低轉(zhuǎn)速

（3）常采用的降斜鉆具組合為：222.30mmPDC鉆頭+直螺桿+172mm無磁DC+懸掛短節(jié)+127mmHWDP*1根+127mmDP*89根

5.結(jié)論

（1）在鄂北杭錦旗工區(qū)，增斜井段常采用1.5°動(dòng)力鉆具就可能獲得高造斜率，并采用MWD無線隨鉆測(cè)斜儀嚴(yán)格監(jiān)控井眼軌跡，通過調(diào)整和控制動(dòng)力鉆具的工具面，可以獲得較穩(wěn)定的井眼全角變化率。滿足水平井中靶要求，同時(shí)提高機(jī)械鉆速，獲得較好的經(jīng)濟(jì)效益。

（2）采用動(dòng)力鉆具為主鉆模式，能在增斜井段能獲得高造斜率，并采用MWD無線隨鉆測(cè)斜儀嚴(yán)格監(jiān)控井眼軌跡，通過調(diào)整和控制動(dòng)力鉆具的工具面，可以獲得較穩(wěn)定的井眼全角變化率，幾乎不存在方位漂移的問題。因此，造斜井段井眼軌跡控制工藝技術(shù)研究的重點(diǎn)是在不同的井眼條件下，如何選擇不同角度的彎套動(dòng)力鉆具來獲得需要的造斜率，并研究與之相關(guān)因素的影響規(guī)律。

（3）井眼軌跡控制的對(duì)象是控制穩(wěn)定的井眼全角變化率，使之得到與設(shè)計(jì)的井眼軌道相符合的連續(xù)的軌跡點(diǎn)位置和矢量方向。從提高水平井鉆井速度和效益的角度來講，針對(duì)水平井的井眼軌道設(shè)計(jì)，合理選擇動(dòng)力鉆具的角度及與之配合的鉆頭、測(cè)量工具以及合理的鉆進(jìn)參數(shù)和技術(shù)措施，使每套鉆具組合達(dá)到設(shè)計(jì)的目的，是水平井井眼軌跡控制的關(guān)鍵。

參考文獻(xiàn)

[1] 蘇義腦.水平井井眼軌跡控制.北京.石油工業(yè)出版社.2000

[2] 蘇義腦.大斜度井和水平井井眼軌跡控制的幾個(gè)問題.石油鉆采工藝.1992.2：22-26

[3] 韓志勇.關(guān)于大位移井軌跡設(shè)計(jì)問題的思考.石油工程學(xué)會(huì)大位移井理論研討會(huì)論文集.西安.1997.11

[4] 侯煉，黃志強(qiáng)，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.

[5] 蘇義腦.水平井井眼軌跡控制.北京.石油工業(yè)出版社.2000

作者簡(jiǎn)介：毛永飛（1987-），性別：男，籍貫：河南省鄭州市，職稱：助理工程師，研究方向：石油工程鉆井工藝技術(shù)。