水平井井眼軌跡控制技術(shù)探討

張光生，張紅麗，朱秀蘭，楊日麗

（1.隴東學(xué)院 能源工程學(xué)院,甘肅 慶陽(yáng) 745000;2.中國(guó)石油川慶鉆探長(zhǎng)慶鉆井總公司第二工程項(xiàng)目部,甘肅 慶陽(yáng) 745001）

1 水平井的施工現(xiàn)狀

水平井井眼軌跡控制是施工關(guān)鍵技術(shù)。隨著水平井廣泛開(kāi)采開(kāi)發(fā)，因區(qū)塊地質(zhì)情況的異同，致使水平井在井眼軌跡控制中遇到各種復(fù)雜問(wèn)題。由于各類(lèi)因素的影響，水平井的實(shí)鉆軌跡總會(huì)偏離設(shè)計(jì)軌道[1]，具體原因如下

1.1 地層的不確定性

由于實(shí)鉆地質(zhì)情況復(fù)雜多變，設(shè)計(jì)的油層垂深與實(shí)際的油層垂深存在誤差，給水平井入窗著陸控制造成干擾[2]，因而實(shí)鉆井眼軌跡需隨地質(zhì)情況變化需及時(shí)調(diào)整鉆進(jìn)方向、方位，致使軌跡剖面不平滑。

1.2 軌跡預(yù)測(cè)誤差

滯后的測(cè)量數(shù)據(jù)影響井眼軌跡及地質(zhì)導(dǎo)向的測(cè)量、調(diào)整。在鉆進(jìn)過(guò)程中，需根據(jù)測(cè)得的滑動(dòng)情況、井斜和方位，預(yù)測(cè)軌跡控制，并確定是復(fù)合鉆進(jìn)還是滑動(dòng)定向。但位于無(wú)磁鉆鋌內(nèi)的MWD，距離鉆頭位置較遠(yuǎn)（一般為14～16 m），造成井底的測(cè)斜數(shù)據(jù)不能即時(shí)反映井底的實(shí)際情況，進(jìn)而會(huì)給入窗著陸控制及軌跡預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性帶來(lái)困難。

1.3 地質(zhì)導(dǎo)向誤差

受遲到時(shí)間的影響，撈取地層的砂樣不能實(shí)時(shí)反映地層情況；氣測(cè)值也不能及時(shí)反映出井底的實(shí)際情況，找油循環(huán)、匯報(bào)、等停等非生產(chǎn)時(shí)效延長(zhǎng)。

1.4 工具造斜率誤差

因受區(qū)塊地質(zhì)作用、操作方法（如工具面偏擺過(guò)大、滑動(dòng)托壓）以及理論計(jì)算誤差的影響，設(shè)計(jì)軌跡和造斜工具的造斜率存在差異性，易造成實(shí)鉆軌跡不能和設(shè)計(jì)軌道一致，井斜不夠或井斜偏大。

1.5 靶體偏差

受地層構(gòu)造限制，油層存在上傾或下傾的走向，入窗控制不當(dāng)，造成著陸后第一靶點(diǎn)滑動(dòng)調(diào)整過(guò)多，軌跡不平滑，入窗前需對(duì)井斜加以精細(xì)化調(diào)整控制。

2 靶前距和偏移距的消除

在水平井施工過(guò)程中，經(jīng)常出現(xiàn)水平井鉆機(jī)就位后，由于地理?xiàng)l件限制導(dǎo)致部分井靶前距過(guò)大或者過(guò)小，偏移距較大的問(wèn)題。嚴(yán)重影響了造斜段施工，增大了施工難度。勉強(qiáng)施工將造成井眼曲率過(guò)大，后期鉆進(jìn)脫壓嚴(yán)重，甚至造成套管無(wú)法下入等問(wèn)題。可在直井段適當(dāng)增加井斜角的方式，在直井完成對(duì)靶前距、偏移距的調(diào)整，大大降低了斜井段及水平段的施工難度，確保水平井施工順利。

2.1 消除偏移距、調(diào)整靶前距方法

2.1.1 消除偏移距

通過(guò)計(jì)算會(huì)發(fā)現(xiàn)偏移距有時(shí)為正數(shù)，有時(shí)為負(fù)數(shù)。偏移距為正數(shù)時(shí)，直井段將方位控制在設(shè)計(jì)靶區(qū)方位加上90°左右；反之，偏移距為負(fù)數(shù)時(shí)，直井段將方位控制在設(shè)計(jì)靶區(qū)方位減去90°左右；井斜大小依據(jù)偏移距的大小、直井段長(zhǎng)度和規(guī)定最大井斜角確定，可有效在造斜點(diǎn)前消除偏移距。

2.1.2 調(diào)整靶前距

在偏移距為0和偏移距較小的情況下，第一靶點(diǎn)的閉合位移即為該井靶前距。根據(jù)目前使用的鉆具組合造斜率，靶前距在300～320 m 比較理想。通過(guò)直井段鉆向負(fù)位移的方法增大靶前距。鉆離表套引鞋后，扭方位施工，將方位調(diào)整至設(shè)計(jì)靶區(qū)方位加上180°位置，根據(jù)實(shí)際的靶前距和需要走的負(fù)位移大小決定井斜大?。淮_保在造斜點(diǎn)前將靶前距調(diào)整到預(yù)期范圍。

如果出現(xiàn)靶前距過(guò)大的情況，只需要在直井段控制方位在設(shè)計(jì)靶區(qū)方位，根據(jù)需要消除的靶前距控制井斜，在直井段鉆相應(yīng)的位移即可。

2.1.3 調(diào)整靶前距和消除偏移距

施工中也可能出現(xiàn)需要在調(diào)整靶前距的同時(shí)消除偏移距的情況，這種情況下首先需要計(jì)算出偏移距和增大靶前距需要的負(fù)位移。

2.1.4 消除偏移距及調(diào)整靶前距操作中需要注意的問(wèn)題

1）在偏移距較小，靶前距不影響施工時(shí)不要使用此方法。該方案僅適用于偏移距過(guò)大或靶前距過(guò)小，斜井段施工困難的情況；

2）施工前必須與甲方項(xiàng)目組就直井段井斜要求達(dá)成一致，防止由此引起不必要麻煩；

3）該方法會(huì)導(dǎo)致直井段磨阻較大，會(huì)在一定程度上影響后期施工。施工中注意加強(qiáng)泥漿潤(rùn)滑性能；

4）盡可能做到井眼平滑，減小井眼曲率，方便后期施工；

5）因?yàn)榫卧介L(zhǎng)，所需要的井斜越小，所以該方案對(duì)直井段較長(zhǎng)的的水平井效果較好，且對(duì)后期施工影響較小。

3 井眼軌跡設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)到位后，在水平井程序中計(jì)算，靶前距過(guò)小的井要在直井段走負(fù)位移，即增加靶前距，同時(shí)盡可能調(diào)整縮小偏移距。直井段完鉆后，利用直井段的測(cè)斜數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)待鉆井眼設(shè)計(jì)方案。在程序中輸入實(shí)鉆過(guò)程測(cè)點(diǎn)，進(jìn)行軌跡預(yù)算，測(cè)算至入窗點(diǎn)。

3.1 軌跡的預(yù)算和監(jiān)控

由于井下情況的復(fù)雜性和未知性，實(shí)鉆井眼軌跡點(diǎn)的位置相對(duì)于設(shè)計(jì)軌道總會(huì)出現(xiàn)滯后、適中、提前，而測(cè)點(diǎn)參數(shù)誤差會(huì)導(dǎo)致造斜點(diǎn)至靶點(diǎn)設(shè)計(jì)的垂深增量和平移增量的變化，直接影響最終的中靶精度[3]。具體影響規(guī)律如下：

1）實(shí)鉆軌跡點(diǎn)的位置滯后，即當(dāng)前井斜角小于預(yù)算軌跡井斜，相當(dāng)于下降了垂深。此時(shí)需鎖住轉(zhuǎn)盤(pán)，滑動(dòng)定向，以增大待鉆井眼井斜角。若軌跡滯后過(guò)多，則需用較高的造斜率而提前入靶。

2）實(shí)鉆軌跡點(diǎn)的位置適中，即當(dāng)前井斜角也適中，實(shí)鉆軌跡與設(shè)計(jì)軌道相符合，是鉆進(jìn)過(guò)程中的理想狀態(tài)。

3）實(shí)鉆軌跡點(diǎn)的位置超前，即當(dāng)前井斜角大于預(yù)算軌跡井斜，相當(dāng)于提高了垂深。井斜角偏大，會(huì)使鉆至著陸時(shí)的軌跡點(diǎn)的位置處于目標(biāo)窗口A點(diǎn)上方。為達(dá)到入靶要求，調(diào)整入窗時(shí)井斜偏??；若增斜率不夠，則易在窗口處脫靶。軌跡超前或井斜大于預(yù)算軌跡時(shí)要復(fù)合鉆進(jìn)。

實(shí)踐表明，控制軌跡點(diǎn)的位置接近或略高于設(shè)計(jì)軌道，并保持適中的井斜角，有利于井眼軌跡的控制。井斜角過(guò)大導(dǎo)致入靶前的造斜率偏高，從而造成鉆井阻力大；過(guò)小則易造成脫靶。造斜段井眼軌跡的控制就是對(duì)井斜和方位的綜合控制，對(duì)于沒(méi)有穩(wěn)斜段的井身剖面影響更大[4]。軌跡預(yù)測(cè)結(jié)論表明：若造斜工具的造斜率超預(yù)算，應(yīng)加大井下動(dòng)力鉆具一次造斜能力，以便增加增斜段長(zhǎng)度，減少起下鉆次數(shù)，提高定向工作效率。

3.2 提高造斜段滑動(dòng)施工效率

3.2.1 擺工具面的方法

隨著井深的增加，反扭角反而越小。測(cè)斜后預(yù)先將工具面轉(zhuǎn)至鉆進(jìn)所需的工具面，上下活動(dòng)鉆具后靜置，檢測(cè)工具面是否就位，然后將鉆柱下放至井底不加壓，待轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)至反扭角位置，緩慢加壓即可實(shí)現(xiàn)鉆進(jìn)工具面就位。通過(guò)旋轉(zhuǎn)效果查看工具面的到位情況，適當(dāng)微調(diào)轉(zhuǎn)盤(pán)來(lái)調(diào)整反扭值（每次小于30°）。

3.2.2 滑動(dòng)調(diào)整扶鉆時(shí)注意事項(xiàng)

司鉆的扶鉆經(jīng)驗(yàn)對(duì)鉆進(jìn)滑動(dòng)影響較大，在定向調(diào)整時(shí)，因測(cè)量?jī)x器的滯后性，影響司鉆的操作判斷，致使工具面難以有效控制。在現(xiàn)場(chǎng)操作控制時(shí)，應(yīng)由專業(yè)技術(shù)員輔助，司鉆在扶鉆加壓時(shí)應(yīng)注意均勻送鉆。由于指重表只反映當(dāng)前施加壓力，不能及時(shí)反應(yīng)井底鉆頭的承壓情況，尤其在入窗前，定向鉆進(jìn)時(shí)需結(jié)合加壓前后的泵壓變化，泵壓增量才能反映鉆頭吃壓的實(shí)際情況，隨時(shí)注意觀察無(wú)線隨鉆、指重表和泵壓的變化。

3.2.3 滑動(dòng)調(diào)整粘阻處理辦法

當(dāng)工具面長(zhǎng)時(shí)間在同一位置，且鉆壓不回壓，要及時(shí)上下活動(dòng)鉆具，防止粘吸卡鉆。若無(wú)效時(shí)，則在轉(zhuǎn)盤(pán)上做好標(biāo)記，復(fù)合鉆進(jìn)0.5 m 停鉆，轉(zhuǎn)至標(biāo)記位置，待工具面到位后繼續(xù)加壓滑動(dòng)調(diào)整；若泵壓上升過(guò)大則停止加壓，否則易造成反扭角超過(guò)正常加壓反扭角的3～5倍，影響井眼軌跡控制。如果工具面長(zhǎng)時(shí)間未就位，可上下活動(dòng)鉆具重新加壓，需把握上下活動(dòng)的時(shí)機(jī)，應(yīng)待儀器測(cè)完后再活動(dòng)鉆具。

4 入窗著陸模型

水平井靶區(qū)范圍一般為橫向±20 m、縱向±2 m的長(zhǎng)方體，靶前距為±20 m。入窗時(shí)的方位對(duì)偏移距影響不大，但需控井斜穩(wěn)方位保證入窗角度。

由圖1可看出：在造斜率相同情況下，探油頂?shù)木苯迁粚?duì)垂深H產(chǎn)生影響。入窗井斜越小，垂深越大，易造成打穿油層甚至脫靶；入窗井斜角ɑ越大，垂深H越小，造成水平段距離探油頂越近，對(duì)采油有利。

圖1 入窗剖面圖

探油頂井斜角不變情況下，工具造斜率不同導(dǎo)致垂深H差距較大。工具造斜率越高，垂深H值越小，在保證井眼圓滑條件下，選用造斜率高的工具。

探油頂井斜角ɑ對(duì)水平位移L產(chǎn)生較大影響。入窗井斜角ɑ越大，水平位移L越大，油層下移，水平段損失增大。實(shí)際施工鉆進(jìn)時(shí)存在鉆具復(fù)合增斜的過(guò)程，應(yīng)將井斜控制在85°～86°穩(wěn)斜或微增找油，即滿足復(fù)合鉆進(jìn)找油時(shí)不斷增加垂深，又保證了遇到油后能及時(shí)增斜至水平[5]。

根據(jù)油層測(cè)量數(shù)據(jù)結(jié)合巖屑分析錄井，及時(shí)了解地層特性變化，快速辨識(shí)油層，精確探油頂和入靶，使井眼軌跡順利鉆入目的層[6]。

5 水平井軌跡控制要點(diǎn)

1）預(yù)算入窗井斜不能過(guò)小，設(shè)計(jì)預(yù)算時(shí)以88°～89°入窗，由于造斜率等原因則實(shí)際入窗井斜則在85°～86°左右，提前預(yù)算井底井斜。

2）將穩(wěn)斜段的滑動(dòng)增斜率考慮到后期預(yù)算中，綜合考慮增斜率是否能跟上。

3）測(cè)點(diǎn)輸入后及時(shí)觀察靶點(diǎn)上、下偏離程度，不符合應(yīng)重新預(yù)算。

4）水平井關(guān)鍵處井斜跟不上，不能繼續(xù)再打下去。

5）穩(wěn)斜段盡量控制在30°～40°井段處，穩(wěn)斜段越小越好。

6）滑動(dòng)后復(fù)合增斜率應(yīng)考慮大一些。

7）連續(xù)滑動(dòng)，增斜率一根比一根大。

8）入窗后，如果導(dǎo)向不做要求井斜盡量控制在89°～90°左右，水平段控制在89°～91°，復(fù)合一根0.2°～0.3°，預(yù)算井底超過(guò)91°，扣上幾米，保持在89°～91°之間，增加復(fù)合時(shí)間。

6 結(jié) 論

在水平井鉆進(jìn)施工過(guò)程中，只要把握好靶前距和偏移距的處理、入窗找油的控制、井眼軌跡設(shè)計(jì)等這些關(guān)鍵點(diǎn)，注意好其中的細(xì)節(jié)問(wèn)題，以進(jìn)一步減少水平井施工難度。