水平井鉆井軌跡影響因素及控制技術(shù)研究

摘要：隨著油氣勘探開發(fā)的不斷深入，我國(guó)的鉆井技術(shù)水平也在逐步提升。對(duì)于低壓、低產(chǎn)且低滲的油藏而言，采用水平井鉆井技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)高效開發(fā)。然而，由于水平井鉆井過程中受到鉆井環(huán)境、鉆井工藝技術(shù)等多種因素的影響，水平井鉆井軌跡控制難度相對(duì)較大。基于此，本文主要對(duì)水平井鉆井軌跡控制的影響因素進(jìn)行了深入分析，在此基礎(chǔ)上，提出了鉆井軌跡控制的技術(shù)措施，以期能夠?yàn)楸Ｕ纤骄@井作業(yè)的順利進(jìn)行奠定基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：水平井;鉆井軌跡;影響因素;控制技術(shù)

近年來(lái)，隨著鉆井技術(shù)的不斷發(fā)展，水平井鉆井工藝因其具有明顯提高單井產(chǎn)量和采收率等優(yōu)勢(shì)，在油田開發(fā)中得到了廣泛應(yīng)用，取得了較好的效果。然而，由于水平井鉆井過程中受到鉆井環(huán)境、鉆井工藝技術(shù)等多種因素的影響，水平井鉆井軌跡控制難度相對(duì)較大。因此，在水平井鉆井過程中， 如何精確地控制水平井鉆井軌跡是目前相關(guān)部門研究的關(guān)鍵問題。筆者結(jié)合自身工作經(jīng)驗(yàn)，對(duì)水平井井眼軌跡控制特點(diǎn)及影響因素進(jìn)行了分析，并提出了鉆井軌跡的控制措施，為保障水平井鉆井作業(yè)高質(zhì)量的完成奠定基礎(chǔ)。

1水平井井眼軌跡控制特點(diǎn)

水平井根據(jù)半徑劃分可以分成短半徑水平井、中半徑水平井和長(zhǎng)半徑水平井三種類型。在進(jìn)行水平井鉆井過程中，實(shí)鉆軌跡往往會(huì) 出現(xiàn)超前、適中或滯后等問題。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，必將延遲入靶， 且往往在窗口處脫靶。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)軌跡符合的理想狀態(tài)。但若井斜角大小超前過多，往往需要加長(zhǎng)穩(wěn)斜段，可能造成延遲入靶，或在窗口處脫靶。 軌跡點(diǎn)的位置滯后，相當(dāng)于加長(zhǎng)靶前位移。此時(shí)若井斜角偏低，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。研究發(fā)現(xiàn)，控制軌跡點(diǎn)的位置接近或少量滯后于設(shè)計(jì)軌道，并保持合適的井斜角，有利于井眼軌跡的控制。軌跡點(diǎn)的井斜角偏大可能導(dǎo)致脫靶或入靶前所需要的造斜率偏高。實(shí)際上，水平井造斜段井眼軌跡控制是軌跡點(diǎn)的位置和矢量方向的綜合控制。

2水平井軌跡控制影響因素分析

2.1井身設(shè)計(jì)因素

精確的目標(biāo)設(shè)計(jì)是水平井鉆井能否鉆遇目的層，獲取經(jīng)濟(jì)效益的關(guān)鍵，其中，目標(biāo)區(qū)塊篩選、水平井參數(shù)設(shè)計(jì)，包括水平段長(zhǎng)度設(shè)計(jì)、水平段垂直位置計(jì)算、水平段方位設(shè)計(jì)等，這些因素都會(huì)對(duì)水平井井身軌跡的精度造成直接的影響。在水平井鉆井作業(yè)開始之前，需要對(duì)井身軌跡進(jìn)行最優(yōu)化的設(shè)計(jì)，通常，普通的定向井鉆井目標(biāo)區(qū)是一個(gè)靶圓，鉆井時(shí)井眼能夠穿過靶圓就可以滿足設(shè)計(jì)要求，而水平井的鉆井目標(biāo)區(qū)是一個(gè)扁平的立方體，不僅需要水平井井眼能夠準(zhǔn)確的進(jìn)入井口，而且要求靶區(qū)軸線與井眼方向必須保持一致，對(duì)井眼軌跡的控制要求非常高。另外，由于目標(biāo)區(qū)垂深和造斜率的不確定性，導(dǎo)致井眼軌跡控制難度增大，如果精度不高，容易導(dǎo)致水平井脫靶的風(fēng)險(xiǎn)。

2.2鉆進(jìn)因素

首先，由于水平井井眼的井斜角大，井眼曲率大，使得管柱在井內(nèi)的運(yùn)動(dòng)受到極大的摩擦阻力，導(dǎo)致鉆井起鉆、下鉆、下套管以及鉆頭加壓困難，加大了軌跡控制難度;其次，在水平段鉆進(jìn)過程中，隨著水平段井段增長(zhǎng)，井內(nèi)泥漿液柱的激動(dòng)壓力和抽吸壓力會(huì)持續(xù)增大，而地層破裂壓力保持不變，極易出現(xiàn)井漏、井塌問題。井漏問題的出現(xiàn)會(huì)引發(fā)鉆井成本增加以及鉆探失效等一系列的風(fēng)險(xiǎn)。

最后，由于水平井井眼軌跡是傾斜的，巖屑在上返過程中，將沉向井壁的下側(cè)，堆積起來(lái)形成巖屑床，特別是在井斜角為40o-60o的井段更加嚴(yán)重，堆積起來(lái)的巖屑床會(huì)不斷的向井壁下側(cè)滑動(dòng)，容易導(dǎo)致井眼堵塞事故。

3 水平井鉆井軌跡控制技術(shù)

3.1 直井段控制技術(shù)

直井段是水平井施工中的基礎(chǔ)部分，該段井眼軌跡控制技術(shù)將直接影響到后續(xù)的施工。直井段最重要的任務(wù)就是做好防斜，保證打直，具體而言，就是保證井眼軌跡成為一條鉛垂線，但是，在實(shí)際鉆井過程中，并不能實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，必然會(huì)出現(xiàn)井斜角，因此，需要將其控制在一個(gè)合理的范圍之內(nèi)，避免對(duì)后續(xù)的施工造成影響。針對(duì)此問題，需要優(yōu)化鉆具組合，防止井斜角過大。如果鉆井需要使用鐘擺鉆具組合，則需要保證鉆具具有足夠的鐘擺力，防止在鉆井作業(yè)中出現(xiàn)井斜角，事實(shí)上，在直井段鉆井作業(yè)的過程中，需要盡可能使用鐘擺鉆具。鉆井過程中，若是采用的是PDC鉆頭，那么鉆井參數(shù)要盡量保證高轉(zhuǎn)速和低鉆壓，鉆具組合不能發(fā)生彎曲，避免打直效果受到影響，為后續(xù)的著陸段打好基礎(chǔ)。

3.2著陸段控制技術(shù)

著陸段的軌跡控制就是根據(jù)設(shè)計(jì)軌跡的標(biāo)準(zhǔn)要求將井斜角從0調(diào)整到規(guī)定值，到達(dá)目的層，進(jìn)而順利到達(dá)靶點(diǎn)，為了提高著陸段的控制水平，工作人員需要做好以下幾方面的工作，首先，要對(duì)造斜的工具進(jìn)行合理的選擇，造斜工具要保證略高忽低，并綜合參考地層的實(shí)際巖性、走向、地溫梯度等，選擇合適的角度，保證造斜率的穩(wěn)定，其次，在造斜作業(yè)施工的早期階段，工作人員要堅(jiān)持先高后低的基本原則，實(shí)際鉆井作業(yè)的造斜率需要盡可能高于設(shè)計(jì)的造斜率，一方面減低后期造斜率，另一方面可以保證后期造斜率的穩(wěn)定。最后，在著陸段鉆井作業(yè)的過程中，工作人員需要時(shí)刻關(guān)注垂深、位移以及井斜三者之間的關(guān)系，盡可能提高造斜作業(yè)的質(zhì)量，在完成造斜以后，需要做好矢量入靶工作，在矢量入靶的過程中，工作人員仍然需要對(duì)井斜角和方位角進(jìn)行精確的控制，以此保障整個(gè)施工作業(yè)順利進(jìn)行。

4結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，由于水平井鉆井技術(shù)具有提高單井產(chǎn)量和油氣采收率等優(yōu)勢(shì)，因此，在油田開發(fā)中得到了廣泛的應(yīng)用。但是，受到多種因素的影響，水平井鉆井軌跡精度控制難度較大，如何提高水平井軌跡控制能力是確保水平井成功實(shí)施的關(guān)鍵因素。相關(guān)企業(yè)在施工前需要做好井眼軌跡優(yōu)化設(shè)計(jì)，施工中根據(jù)井眼軌跡的實(shí)際情況制定軌跡控制對(duì)策，從直井段鉆井軌跡控制和著陸段鉆井軌跡控制兩個(gè)方面入手，并配合其他合理的工程技術(shù)措施，有效地保證井眼軌跡準(zhǔn)確中靶。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉潤(rùn)波 . 大慶外圍薄油層水平井鉆井技術(shù)[J]. 石油鉆探技術(shù)，2010：38（6）：53-59.

[2] 李永軍 . 水平井鉆井施工過程軌跡控制研究 [J]. 中國(guó)石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2017，37（14）：173-174.

[3]李夢(mèng)剛.水平井井眼軌跡控制關(guān)鍵技術(shù)探討[J]. 西部探礦工程，2009（02）.

作者簡(jiǎn)介：趙雷（1975-），男，四川彭水人，助理工程師，從事鉆井工作。