淺談渤海油田定向鉆井軌跡控制

石磊，秦天寶，孫帥帥

（中海石油（中國）有限公司天津分公司， 天津 300452）

從1967年“海一井”見產(chǎn)出油，拉開了渤海油田大開發(fā)的序幕[1]，截至目前，渤海油田已開發(fā)52年，年產(chǎn)油氣3000萬方。為了進一步提高渤海油田產(chǎn)量，開發(fā)井和井間加密調(diào)整井的數(shù)量越來越多，但對于加密的調(diào)整井，其軌跡需要從井網(wǎng)中穿過，防碰風險高，進而要求軌跡控制質(zhì)量高，本文結(jié)合渤海油田已完鉆調(diào)整井的鉆井經(jīng)驗和鉆井資料，總結(jié)出一套定向井軌跡控制技術(shù)，包括鉆具組合中的鉆頭、導向鉆具、扶正器尺寸對定向井軌跡的影響以及實鉆過程中直井段、定向鉆進井段、穩(wěn)斜段、著陸段的軌跡控制技術(shù)，旨在給渤海油田后續(xù)調(diào)整井鉆井作業(yè)提供技術(shù)參考，以減少碰撞事故發(fā)生。

1 定向井介紹

渤海油田企業(yè)標準將定向井分為常規(guī)定向井、大斜度井及水平井。常規(guī)定向井是指井斜角＜55°[2]，該定向井的軌跡設(shè)計一般分為“J”型、“S”型、連續(xù)增斜型，其適合于目的油層較厚，井口坐標與靶點坐標水平投影位置距離較近的井。大斜度井是指井斜角55°～85°之間的井，該井型水平位移較大，適合于井口坐標與靶點坐標水平投影位置距離較遠的井。水平井屬于特殊定向井，其井斜角＞85°，且須有水平延伸段。水平井主要應(yīng)用于生產(chǎn)井，低孔隙低滲透、薄層、多層、非均質(zhì)的油氣藏；防止水錐、氣錐；提高重質(zhì)原油（稠油）產(chǎn)量和采收率；利用老井側(cè)鉆采出剩余油。與常規(guī)定向井相比，水平井的軌跡控制難度更大，要求更高。

2 鉆具組合對定向井軌跡的影響

定向井鉆進過程中，鉆具組合對井眼的軌跡控制有很大影響，扶正器的選擇、鉆頭的選擇以及導向鉆具的選擇都會對定向產(chǎn)生影響。因此選擇合適的鉆具組合對定向井的軌跡控制非常有利。

2.1 鉆頭對定向井軌跡的影響

渤海油田加密調(diào)整井使用的鉆頭分為牙輪鉆頭和PDC鉆頭，由于兩種鉆頭的破巖機理不同，其對定向井的軌跡影響也不相同。牙輪鉆頭通過牙輪的轉(zhuǎn)動，鉆具伸縮產(chǎn)生縱向振動，通過沖擊、壓碎來破裂巖石[3]，因此牙輪鉆頭扭矩隨鉆壓變化不太敏感，滑動中鉆頭反扭矩小且波動范圍不大，適合井下動力鉆具工具面的控制，故產(chǎn)生的軌跡比較平滑。PDC鉆頭靠切削齒吃入巖石，在鉆頭扭矩作用下靠切力和張力來破壞巖石，因此鉆進時鉆頭反扭矩比較大，軌跡不太容易控制。根據(jù)大量已完鉆井的資料總結(jié)出鉆頭對軌跡控制的影響如下：(1)鉆頭水眼越大，水力沖擊就越小，就越容易往鉆頭上加鉆壓，越容易造斜；(2)PDC鉆頭短保徑塊、短冠部、短保徑切削齒，有利于產(chǎn)生側(cè)向切削，有利于造斜；(3)有保徑塊的PDC鉆頭有向左移位的趨勢。

2.2 導向鉆具對定向井軌跡的影響

渤海油田常用的導向鉆具有馬達和旋轉(zhuǎn)導向。馬達鉆具基本都是立林公司生產(chǎn)制造的單彎馬達。常用的馬達彎角度數(shù)有0.75°、1.0°、1.15°、1.25°、1.5°，其選擇原則一般根據(jù)鄰井的造斜資料，若鄰近相同深度造斜率不夠，就選擇單彎度數(shù)更大的馬達，反之就選擇單彎度數(shù)稍小一點的馬達。常用的旋轉(zhuǎn)導向分為指向式和推靠式兩種，其能很好地解決井深時用馬達鉆進托壓較嚴重的問題，而且控制的軌跡光滑。馬達和旋轉(zhuǎn)導向定向鉆進時的規(guī)律如下：(1)馬達的轉(zhuǎn)子頭數(shù)越少，轉(zhuǎn)速越高，扭矩越?。晦D(zhuǎn)子頭數(shù)越多，轉(zhuǎn)速越低，扭矩越大；級數(shù)越多，馬達功率越大；(2)馬達的彎角度數(shù)越大，造斜、扭方位的能力越強；(3)加在鉆頭上的有效鉆壓越大，馬達形成的全角變化率越大；(4)由于馬達是滑動定向，在地層反作用力的作用下會產(chǎn)生反扭角，定向時要把反扭角考慮在內(nèi)；(5)井深時在地層巖性、井眼清潔度、井眼軌跡等的影響下，馬達托壓可能非常嚴重，也就是鉆壓加不到鉆頭上，嚴重影響機械鉆速；(6)馬達鉆進時，要加強倒劃眼，清除臺階和修整螺旋井眼；(7)軟地層鉆進時，注意控制排量，避免井眼沖蝕擴徑、加不上鉆壓，降低造斜效果；(8)旋轉(zhuǎn)導向造斜率穩(wěn)定，井眼軌跡光滑。(9)旋轉(zhuǎn)導向鉆進形成的井眼相對馬達鉆具小，容易發(fā)生倒劃眼憋卡和下套管困難的問題。

2.3 扶正器對定向井軌跡的影響

鉆具組合中通過改變扶正器的尺寸和安防位置來達到穩(wěn)斜、增斜和降斜的目的。扶正器的尺寸選擇一般根據(jù)鄰井資料、鄰井地層情況、定向井設(shè)計軌跡、地層增降斜方位漂移特性來決定。扶正器對定向井軌跡影響規(guī)律總結(jié)如下：(1)近鉆頭扶正器與上部扶正器距離越短，增斜能力越低。距離越長，增斜能力越高；(2)近鉆頭扶正器尺寸越大，上部扶正器尺寸越小，增斜能力越大；(3)上部“超長翼”扶正器能有效抑制穩(wěn)斜時方位右漂的現(xiàn)象；(4)近鉆頭扶正器與上部扶正器之間的鉆具剛性越高，增斜能力越低。剛性越低，增斜能力越高。

3 軌跡控制技術(shù)

鉆進過程中根據(jù)設(shè)計定向井軌跡來控制實鉆軌跡，而定向井設(shè)計軌跡一般會分為直井段、定向鉆進井段、穩(wěn)斜段和著陸段，實鉆過程中不同井段的軌跡控制技術(shù)各有特點。

3.1 直井段

鉆井實踐表明，直井段打直是非常困難的，因為引起井斜的因素有很多，比如地層巖性、鉆具組合、鉆井參數(shù)等。但歸納總結(jié)引起井斜的根本原因為：鉆頭與巖石的相互作用，即因所鉆地層的傾斜和非均質(zhì)性使鉆頭受力不平衡而造成井斜；鉆柱力學方面，即下部鉆具受壓發(fā)生彎曲變形使鉆頭偏斜并加劇其受力不平衡而造成井斜[4]。根據(jù)直井打斜的原因，總結(jié)出直井段軌跡控制技術(shù)如下：(1)小鉆壓鉆進，防止鉆柱彎曲變形，產(chǎn)生井斜；(2)加密測斜，若發(fā)現(xiàn)井斜有失控的風險，及時用馬達進行糾斜；(3)鉆進過程中時刻關(guān)注連斜數(shù)據(jù)，通過調(diào)整鉆井參數(shù)來及時對井斜進行微調(diào)。

3.2 定向鉆進井段

定向鉆進過程中，馬達鉆具和旋轉(zhuǎn)導向?qū)蜚@具組合中井斜方位的測點離井底距離都比較大，不能實時反映井底的情況，這就要求實鉆過程中實時預測井底軌跡，偏離設(shè)計時做到及時調(diào)整。該井段定向井軌跡控制技術(shù)總結(jié)如下：(1)做好不同深度不同地層的滑動記錄，相應(yīng)的鉆井參數(shù)、滑動距離以及對應(yīng)的工具面能產(chǎn)生幾度的全角變化率做好詳細記錄；(2)實時關(guān)注連斜數(shù)據(jù)，做到提前調(diào)整；(3)確保測斜工具信號良好，調(diào)整空氣包壓力，泥漿均勻無氣泡，泥漿泵上水良好，泥漿干凈不能混有雜物，損壞濾網(wǎng)及時更換。(5)保證軌跡平滑，采取滑動和旋轉(zhuǎn)相結(jié)合的造斜方式確保井眼軌跡平滑。

3.3 穩(wěn)斜段

穩(wěn)斜段鉆進過程中既要保證井斜方位能夠穩(wěn)住，還要盡量提高機械鉆速，但由于地層巖性變化，可能存在的地層傾角，以及鉆具組合本身具有的增、降斜性能，往往井斜方位隨著進尺的增加都會發(fā)生變化，這時要遵循“勤調(diào)少滑”的原則，在不較大影響機械鉆速的情況下，盡量通過調(diào)整鉆井參數(shù)來控制井斜和方位的變化?！扒谡{(diào)少滑”既能保證不出現(xiàn)較大的全角變化率，而且還能加快機械鉆速，提高時效。

3.4 著陸段

著陸段是水平井的難點和要點，根據(jù)已完鉆水平井的資料總結(jié)出水平井著陸技術(shù)如下：(1)垂深控制在設(shè)計線上1m左右，油層巖性為砂巖，砂巖疏松，不利于造斜，防止鉆頭進入油層之后工具造斜率不夠，井斜不能及時調(diào)到著陸井斜；(2)穩(wěn)斜找油，確定進入油層后再全力把井斜增到設(shè)計井斜，穩(wěn)斜找油的井斜：穩(wěn)斜角一般為著陸井斜-3°，若井斜太高，找到油頂后，垂深吃下去

4 結(jié)論

(1)結(jié)合鄰近鉆進經(jīng)驗和設(shè)計定向井軌跡，選擇合適的鉆具組合，鉆具組合的優(yōu)選是軌跡控制的關(guān)鍵。

(2)軌跡控制技術(shù)包含了鉆井過程中不同井段軌跡控制技術(shù)的常規(guī)手段，是根據(jù)眾多已完鉆井的資料總結(jié)出來的，具有一定的參考價值。

(3)影響定向井軌跡的因素有很多，本文只介紹了鉆具組合對軌跡的影響，其它影響因素尚待進一步總結(jié)分析。