國內(nèi)某深層水平井井眼軌跡設(shè)計及控制技術(shù)研究

徐曉明

摘要：面對日益緊張的油氣資源，深層氣藏的開發(fā)是現(xiàn)階段油氣開采的重點工作內(nèi)容。某油田含有豐富的天然氣儲備類型，不過受到深層礫巖埋深、成巖作用、凝灰質(zhì)等因素的影響，導(dǎo)致氣藏連通性普遍較差，并且大部分的儲層均是低豐度儲層，孔隙度≤6%，密度>2.5g/cm3，這種條件造成直井目的層裸露面積相對有限，不利于深層氣藏的開采。

在實際工作中需要結(jié)合深層水平井直井段長、直井段水平位移控制難度等一系列因素，結(jié)合試驗成果與實踐經(jīng)驗對鉆具組合、井眼軌跡進行優(yōu)化設(shè)計，降低深層氣藏的開發(fā)難度。

關(guān)鍵詞：深層氣藏;深層水平井;井眼軌跡;設(shè)計與控制技術(shù)

1.深層水平井井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化

要實現(xiàn)對深層氣藏的有效開采，首先需要確保井身結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性，這也是后續(xù)一系列優(yōu)化工作的前提與基礎(chǔ)。

1.1井身優(yōu)化設(shè)計原則

（1）優(yōu)化后的井身結(jié)構(gòu)需要滿足地質(zhì)勘探開發(fā)需求的同時還可以保護深層氣藏，并且滿足深層氣藏開采所面臨的一系列條件，確保井下安全，最大限度上控制鉆井成本;

（2）結(jié)合深層氣藏開采對井身的一系列硬性要求對井身結(jié)構(gòu)進行適當調(diào)整，確保套管柱可以順利地下至設(shè)計井深。

1.2深層水平井井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計關(guān)鍵

水平井的井身結(jié)構(gòu)基本組成內(nèi)容包括對鉆頭與套管尺寸的選擇、套管層次與下深?，F(xiàn)階段我國油氣生產(chǎn)行業(yè)已經(jīng)形成了標準化的鉆頭套管尺寸配合規(guī)則，因此水平井井身優(yōu)化的關(guān)鍵是明確套管層次與下深。[1]確定套管層次往往也受到多種因素的影響，其中Φ244.5mm技術(shù)套管能否順利下深是決定井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化的關(guān)鍵因素，主要影響因素為大斜度井段當中的復(fù)雜井段。

關(guān)于Φ244.5技術(shù)套管下深現(xiàn)階段主要有以下方案：

1.直徑段;2.小井斜角井段;3.較大的井斜角井段;4.臨近窗口

水平井使用裸眼、襯管完井作為主要方式Φ244.5mm技術(shù)套管需要將臨近窗口作為主要條件，相應(yīng)的在Φ244.5mm技術(shù)套管當中配備封隔器從而達到封隔產(chǎn)層與上部地層的作用，確保水平井可以長期持續(xù)性正常生產(chǎn)。使用套管或、尾管注水泥射孔形成的水平井，Φ244.5mm技術(shù)套管在下深時要需要同時兼顧二開、三開裸眼段長度、水平井段、大斜度井段施工難度。[2]其影響因素不僅包括水平段施工，同時還包括大斜度段鉆，這些因素直接決定Φ215.9mm裸眼井段的長度、井眼穿過大斜度井段的尺寸。鉆進大斜度井段與水平井段，從周期、成本、技術(shù)的角度進行分析，均為深層水平井鉆井施工的重點內(nèi)容。

2.鉆具組合參數(shù)優(yōu)化

2.1優(yōu)化鉆具組合

為了有效開采深層水平井，需要對鉆具組合進行全面優(yōu)化。精神結(jié)構(gòu)確定以后對鉆具組合進行優(yōu)化設(shè)計，鉆具優(yōu)化的目標是確保摩擦阻力、扭矩都打到最小化，并且需要保證鉆具組合作業(yè)時的強度。

鉆具組合優(yōu)化原則：

（1）最大限度上滿足各種鉆進工藝;

（2）最大限度上降低摩擦阻力與扭矩;

（3）同時考慮鉆具組合使用過程中的經(jīng)濟性、安全性。

2.2柱屈曲模型

一些鉆柱等曲率彎曲井眼約束相對較長，這種鉆柱在載荷作用下會發(fā)生初始彎曲，達到某一臨界值時鉆柱就會出現(xiàn)正弦屈曲。伴隨載荷的進一步增加，鉆柱由開始的正弦屈曲開始變化為螺旋屈曲，直至某一臨界值鉆柱徹底變?yōu)槁菪?，最終達到自鎖。假設(shè)：

1.管柱長度大，端部約束對屈曲造成的影響可以忽略;

2.管柱彎矩與形變的關(guān)系可以通過細長梁理論表示;

3.假設(shè)曲率半徑R為常數(shù)，此時r0/R<<1，其中r0表示管柱和井眼之間半徑

在井眼約束作用下管柱橫向位移如圖1所示：

在（5）當中若K>K`成立，倘若K

（2）第二段：合理的鉆進參數(shù)是確保軌道控制工作得到有效落實的關(guān)鍵，需要適當提升鉆井液的潤滑性能以此消除滑動鉆進過程中存在的托壓狀況，以此確保鉆進工具面的精確性。將滑動、旋轉(zhuǎn)鉆進比重控制在合理范圍內(nèi)，可以最大限度上確保合理的造斜率，以此防治出現(xiàn)全角變化率。

結(jié) 論

對深層水平井井眼軌跡進行優(yōu)化設(shè)計，結(jié)合鉆井實際地質(zhì)需求最終決定使用變曲率多圓弧雙增剖面法，在施工過程中并未發(fā)生意外情況，有效確保深層水平井鉆進的有效進行。選擇合適的鉆井工具與測量儀實現(xiàn)對目的層的精準判斷，在此基礎(chǔ)上確保中靶，從根本上縮短了鉆井時間并提升產(chǎn)量。

參考文獻

[1]王長旭.薄油層水平井連續(xù)密閉取心工具的研制與應(yīng)用[J].石油機械，2021，49（11）：45-49.DOI：10.16082/j.cnki.issn.1001-4578.2021.11.007.

[2]鄒亞平，王迪，王能.ZS19-P1井眼軌跡控制技術(shù)研究與應(yīng)用[J].西部探礦工程，2021，33（11）：53-55+57.

[3]羅磊，孫佳才，張孝棟，王定峰. 長北二期水平井鉆井提速措施分析[C]//第十七屆寧夏青年科學(xué)家論壇石油石化專題論壇論文集.，2021：397-399+403. DOI：10.26914/c.cnkihy.2021.033544.