淺析水平井設(shè)計優(yōu)化和鉆井軌跡控制技術(shù)

翁行芳

關(guān)鍵詞：水平井;設(shè)計優(yōu)化;軌跡控制

隨著油氣勘探開發(fā)技術(shù)進(jìn)步，對低產(chǎn)、低壓、低滲透和淺薄層油藏等傳統(tǒng)技術(shù)難以動用的油藏，通過水平井可以有效開發(fā)利用。水平井鉆井關(guān)鍵是井身軌跡控制，有必要對水平井的設(shè)計優(yōu)化和井身軌跡控制關(guān)鍵技術(shù)措施進(jìn)行探究。

1 水平井鉆井基本情況

1.1 水平井井身軌跡控制要求

水平井根據(jù)半徑可分為長中短三種，不同類型對造斜率、鉆具有不同要求，短半徑水平井鉆具位移小，除常規(guī)鉆具外主要有鉸接馬達(dá)和撓性鉆桿，完井后裸眼段較多;中半徑鉆具水平位移較大，常用彎外殼和導(dǎo)向鉆具;長半徑鉆具位移大，需配套彎頭、穩(wěn)定器等。

鉆井軌跡控制需明確“靶區(qū)”，一般是柱狀的，以設(shè)計的軌跡軸線為軸、橫截面為圓形或矩形，包含無數(shù)個平行法平面，所以水平井與定向井不同，其中靶是“矢量中靶”。水平井中靶時進(jìn)入的靶區(qū)也叫目標(biāo)窗口，并非平面，而是柱狀體，不僅要確保實鉆軌跡點在窗口平面內(nèi)，且要求矢量方向也符合要求，確保實鉆軌跡點中靶后每個點都處于靶柱范圍內(nèi)，也就是每個軌跡點的方位角、井斜角、位移、垂深等都要達(dá)標(biāo)。

1.2 水平井井身軌跡控制影響因素

水平井鉆井造斜點到入靶點設(shè)計垂深增量、水平位移增量都固定，一旦矢量方向和軌跡點位置偏離設(shè)計軌道，會改變垂深和位移增量關(guān)系，影響中靶。水平井鉆進(jìn)中，實鉆軌跡點、井斜角等參數(shù)會出現(xiàn)提前、適中、滯后等不同情況。一是實鉆軌跡點提前，即縮短了靶前位移，在井斜角較大時，穩(wěn)斜段鉆至目標(biāo)儲層產(chǎn)生的位移量會超過靶區(qū)平面，造成延遲入靶，易造成窗口脫靶。二是軌跡點位置適中，在井斜角合適時，井身軌跡復(fù)合設(shè)計要求。一旦井斜角超前，就要加長穩(wěn)斜段長度，且會造成延遲入靶。三是軌跡點位置滯后，即加大了靶前位移，一旦井斜角偏小，需加大造斜率改善待鉆井眼垂深和位移增量關(guān)系，確保以較高造斜率提前入靶。在井身軌跡控制中，實鉆軌跡點接近或稍滯后，保持合適井斜角，有利于中靶。造斜段作為水平井井身軌跡控制重點，實際是對實鉆軌跡點位置和矢量方向的控制。

1.3 薄油層水平井井身軌跡控制技術(shù)難點

當(dāng)前剩余油和外圍油藏開發(fā)中，水平井鉆井面臨油藏很多是1-3m的薄層油藏，儲層有效厚度有時僅為1m左右，具有厚度小、層數(shù)多、孔滲條件差、直井產(chǎn)量低等特點，在儲層發(fā)育比較連續(xù)的情況下，適于利用水平井開發(fā)，但存在更大的難度。一是儲層埋深誤差加大中靶難度。平面展布比較連續(xù)的剩余油，其連續(xù)性也并非完全連續(xù)，會存在“殲滅”，儲層垂深有較大變化，加之測井資料誤差等，對水平井中靶帶來困難。二是儲層較薄加大井身軌跡控制難度。厚度較小的油藏，特別是存在較多“殲滅”的油層，水平井井身軌跡控制中，垂深控制范圍只能在儲層厚度范圍內(nèi)，控制精度要求高。三是靶點間垂深差異大加大鉆井難度。薄層油藏開發(fā)必須加大水平段長度，確保盡量加大儲層裸露面積，提升油井產(chǎn)能。但水平段加長后會穿過很多垂深不同的儲層，需頻繁進(jìn)行井身軌跡調(diào)整，不僅加大了軌跡控制難度，軌跡高低起伏也加大了鉆井施工難度和磨阻、扭矩等，對鉆井作業(yè)井下安全性帶來挑戰(zhàn)。四是隨鉆測量儀器盲區(qū)加大軌跡控制難度。常用的LWD隨鉆測量儀器，與井底鉆頭間存在著大約20m盲區(qū)，需監(jiān)測人員憑經(jīng)驗對盲區(qū)狀況進(jìn)行預(yù)估，加大了軌跡控制特別是進(jìn)入目標(biāo)儲層時的入靶難度。

2 水平井鉆井設(shè)計優(yōu)化和井身軌跡控制

2.1 水平井鉆井設(shè)計優(yōu)化

井身軌跡設(shè)計優(yōu)化是控制井身軌跡的基礎(chǔ)。

2.1.1 優(yōu)化設(shè)計水平段長度和方位

水平段長度設(shè)計要求較高，直接關(guān)系可采儲量裸露范圍。要以儲層物性條件、厚度及原油粘稠度和理化性質(zhì)為基礎(chǔ)，對采收率進(jìn)行宏觀判斷，合理設(shè)計水平段長度。要準(zhǔn)確分析區(qū)域地質(zhì)狀況，把握砂體延伸展布，確保水平段可以垂直于砂體延伸，延伸方向處于最佳方位和最大滲透率方向，并控制好后期邊水推進(jìn)方向。

2.1.2 優(yōu)化設(shè)計最佳靶點和垂向位置

要突出把握好靶點位置設(shè)計，重點考慮生產(chǎn)壓差和波及能力要大，盡量將靶點位置設(shè)計在油層較厚部位。要結(jié)合邊水侵入情況，中靶點位置要遠(yuǎn)離邊水，末尾靶點可離邊水相對較近。因現(xiàn)場工況條件復(fù)雜，注水開發(fā)對后期產(chǎn)能存在影響，靶點應(yīng)遠(yuǎn)離注水井。同時，要綜合考慮邊底水、儲層滲透性、氣頂能力、儲層厚度和非均質(zhì)性等因素進(jìn)行設(shè)計，老井挖潛還要注意井下液面情況。

2.1.3 優(yōu)化動態(tài)和靜態(tài)資料分析

水平井設(shè)計受儲層走向、巖層巖性、斷層等構(gòu)造及地層壓力、溫度梯度等動態(tài)和靜態(tài)資料影響，要慎重考慮儲層儲量和油水界面等油藏條件。在油藏中后期開發(fā)中可借助水平井挖潛增產(chǎn)，需根據(jù)地質(zhì)條件變化，準(zhǔn)確把握水平段到目標(biāo)儲層的儲量、采儲量和氣頂膨脹等參數(shù)，防止鉆井后進(jìn)入水層或氣層。

2.1.4 及時跟蹤調(diào)整鉆井進(jìn)度

水平井鉆進(jìn)受井下構(gòu)造不確定性、儲層非均質(zhì)性等因素影響，必須進(jìn)行隨鉆監(jiān)測，對鉆井?dāng)?shù)據(jù)和返排巖屑等進(jìn)行實時收集和分析，及時與標(biāo)志層比對。出現(xiàn)異常后要在掌握地下構(gòu)造變化基礎(chǔ)上，及時進(jìn)行井身軌跡設(shè)計調(diào)整，通過對鉆進(jìn)方向的及時修正，確保水平井精準(zhǔn)入靶。

2.2 控制好關(guān)鍵參數(shù)

2.2.1 控制好井斜角

水平井鉆井中關(guān)鍵部位需進(jìn)行人工造斜，在復(fù)雜地質(zhì)條件下加大了井身軌跡控制難度。要通過以下方式控制井斜角：優(yōu)化鉆具組合，加強鉆進(jìn)軌跡精準(zhǔn)控制，防止出現(xiàn)較大鉆進(jìn)誤差;加大鉆頭強度，防止鉆進(jìn)中因鉆頭強度較低導(dǎo)致斜角誤差;強化隨鉆監(jiān)測和數(shù)據(jù)分析，優(yōu)選最佳區(qū)域進(jìn)行造斜。

2.2.2 優(yōu)化鉆井參數(shù)

鉆井參數(shù)直接關(guān)系到井身軌跡控制，可借助現(xiàn)代鉆井軟件和大數(shù)據(jù)分析等技術(shù)，對鉆井參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，盡量控制鉆進(jìn)誤差。造斜段是軌跡控制難點，要對直井段井斜角和方位角等參數(shù)提前進(jìn)行精準(zhǔn)測量，輸入水平井軌跡控制軟件，計算出井底位移、垂深和閉合方位等參數(shù)，盡量簡化造斜鉆具組合，確保造斜段以低磨阻和低扭矩鉆進(jìn)，造斜工具造斜率要比設(shè)計造斜率高10-20%，強化軌跡控制能力?？筛鶕?jù)區(qū)塊完井資料、三維地震資料等構(gòu)建地質(zhì)模型，結(jié)合隨鉆監(jiān)測數(shù)據(jù)實時修正模型，確保井眼始終沿儲層發(fā)育鉆進(jìn)，提高砂巖鉆遇率。

2.3 控制好關(guān)鍵部位

雖然造斜段、水平段軌跡控制難度較大，但要在直井段就加強軌跡控制，這是井眼軌跡控制的基礎(chǔ)。要確保直井段打直，始終沿垂線鉆進(jìn)。實鉆中直井段難免出現(xiàn)井斜角，只要控制在可控范圍內(nèi)不對后期鉆進(jìn)產(chǎn)生不良影響即可。為防止直井段斜角過大，可應(yīng)用鐘擺鉆具組合，提供足夠鐘擺力防止出現(xiàn)井斜角;還可應(yīng)用PDC鉆頭，保持低鉆壓、高轉(zhuǎn)速的持續(xù)穩(wěn)定鉆進(jìn)，控制好鉆柱，確保鉆具組合不發(fā)生彎曲，為后期著陸段奠定基礎(chǔ)。著陸段是鉆井中靶關(guān)鍵部位，要將井斜角由0在規(guī)定部位調(diào)整到設(shè)計值。要選擇合適的造斜工具，把握好儲層巖性、地溫梯度等，確保造斜率穩(wěn)定。造斜作業(yè)可采取“先高后低”方式，實鉆比設(shè)計造斜率稍高，可在減低后期造斜率的同時保證造斜率穩(wěn)定。鉆進(jìn)中要堅持寸高必爭，借助隨鉆測量儀器監(jiān)測數(shù)據(jù)，實時關(guān)注位移、垂深和井斜等參數(shù)間關(guān)系，在造斜段早期就確保方位正確，避免出現(xiàn)閉合方位偏差。要立足提前設(shè)計好的穩(wěn)斜探頂段，以合適井斜角鉆進(jìn)，期間控制好方位角和井斜角，確保井身軌跡始終沿設(shè)計方向鉆進(jìn)。

綜上所述，水平井鉆井作為油田勘探開發(fā)的一項重要技術(shù)，在剩余油挖潛、薄層油藏等常規(guī)鉆井技術(shù)難以動用的油藏開發(fā)中具有重要作用，只有控制好井身軌跡，才能確保達(dá)到預(yù)期的采油作業(yè)目的。

參考文獻(xiàn)：

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