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水平井井眼轨迹控制技术研究

作者：宋大伟

来源：《中国科技纵横》2014年第04期

【摘 要】 伴随着社会经济的发展，石油能源日趋紧张，而水平井具有在油层内穿行的距离长、泄油面积增大以及单井产量高等一系列优点，其投入产出比在多种井型中占有明显的优势。因而本文从水平井井眼轨迹控制技术分析出发，探讨了水平井井眼轨迹控制技术的应用。该研究对我国水平井的理论研究与实践应用有一定的参考作用。 【关键词】 水平井 井眼轨迹控制 技术

水平井技术从其本身的情况来看，有着技术复杂度高，且实施难度较大的特点。但是由于水平井所具有较高的日出产量的实际情况，水平井已经成为我国石油转变发展方式的首要选择，力求在在水平井钻井过程，精确地控制水平井轨迹，保证其技术水平的充分发挥[1]。正是从这个层面出发，本文对水平井井眼轨迹控制技术进行研究。 1 水平井井眼轨迹控制技术分析

对于水平井来说，控制井眼轨迹，其作用是在于按照设计的要求中靶。明确目标所在对技术的具体应用无疑具有引路灯式的方向性作用[2]。和定向井相比，水平井的特征主要集中在相对于一般定向井水平井对于中靶的要求更高；摆放工具面角难度系数大以及控制难度系数大等方面。因为受到水平井的本身所具有的特征的影响，针对水平井的个性化相关概念应特别注意到中靶、增斜井段以及井身剖面。通常情况下，水平井的靶区目的层内以预设计的轨道作为轴的柱状靶，横截面则多数是矩形或者圆形，这就导致水平井井眼轨迹中靶的控制要比常见的定向井或者多目标井来说都是内容迥异的。水平井井眼轨迹中靶进入的是一个法平面，但中靶区确是个柱状体，这就需要点的矢量方向应符合预先设计的要求，确保实钻轨迹点在进入到目标窗口后，全部的点都能在靶柱所限制的范围内，也就是矢量中靶。从实钻水平井的层面来看，如果实钻轨迹点的矢量方向与位置和设计轨道存在着一定的差距，就会导致待钻井眼的位移增量以及垂深增量出现改变，进而直接对中靶精度产生影响。也就是说，确保轨迹点位置精确与适当的井斜角是对井眼轨迹控制的有效技术方式。从应用的层面来看，造斜段井眼轨迹控制是作为轨迹点其矢量方向和位置全面控制存在的，操作中应根据控制造斜段井眼轨迹来确保工作绩效[3]。依据水平井常用井身剖面长半径与中半径的曲线特征，剖面类型可划分为增斜剖面、单圆弧以及多段增斜剖面等类型，各剖面类型的轨迹控制存在一定的区别，因而设计也会不同。

2 水平井井眼轨迹控制技术的应用

结合现有的水平井井眼轨迹控制技术的实际情况，本文对转盘钻为主的水平井井眼轨迹控制与动力钻具为主的水平井井眼轨迹控制进行探讨。

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2.1 基于转盘钻的水平井井眼轨迹控制技术的应用

在以转盘钻为主的水平井井眼轨迹控制中，采用两层技术套管的井身结构，对于井下的安全有了充分的保障，但是在经济上却处到劣势[4]。通过总结实践经验，逐渐认识到采用这种井眼轨迹控制模式应当简化井身结构，整个增斜井段采用单一的井眼尺寸。在此基础上，将这种模式进行定型。如充分利用成功的高压喷射以及防斜打直技术，严格的将造斜点前的直井段井眼轨迹控制在允许范围之内，快速优质地钻完该井段。在进行增斜井段的井眼轨迹控制时，和普高定向井的控制也没有什么区别，但到长半径水平井其造斜率的井斜角大于70°的井眼轨迹控制则是普遍定向井不可能完成的，这是一个新的技术领域，需要研究以转盘钻具组合实现高造斜率的技术手段和途径是钻增斜井段的技术关键。因此，以转盘钻为主钻增斜井段的井眼轨迹控制的主要技术难点是在大井斜或者高造斜率条件下，如何通过调整钻具组合与钻井参数，在保证井下安全的情况下实现井眼轨迹的有效控制。水平井钻井方式的选择是进行有效的井眼控制的关键，只有合理的钻井方式才能达到经济安全的目的，同时也是水平井井眼轨迹控制技术的关键。

2.2 基于动力钻具的水平井井眼轨迹控制技术的应用

以动力钻具组合钻进为主，以转盘钻具组合进行通井、调整造斜率为辅，既可以克服动力钻具循环排量小的不足，通过通井和大排量循环铲除岩屑床，调整动力钻具造斜率的偏差和调整井眼垂深，又可以加大钻压钻掉可钻性差的地层，是水平井安全钻井的有效措施。采用动力钻具为主钻增斜井段能获得高造斜率，并采用有线随钻测斜仪或MWD无线随钻测斜仪严格监控井眼轨迹，通过调整和控制动力钻具的工具面，可以获得较稳定的井眼全角变化率，几乎不存在出现方位漂移的问题。因此，造斜井段井眼轨迹控制技术应用的重点是在不同的井眼条件下，如何选择不同角度的弯动力钻具来获得需要的造斜率，并明确与之相关因素的影响规律。以动力钻具为主钻水平井段的技术在国外应用较为广泛，比较典型的是采用小角度弯动力钻具组合或DTU异向双弯动力钻具组合组成的导向钻井系统。

应强调的是，水平井钻井技术本身作为一种利用特殊的造斜工具和测斜仪器，在油层中钻开一定长度水平延伸井眼的特殊钻井工艺，按造斜率的大小可分为长、中、短三种曲率半径水平井[5]。油田复杂的地质特点，要求在利用水平井开发油藏时具有较高的轨迹控制能力。在几千米的地下，要把井眼轨迹打成复杂的形状，确保获得较高单井产量的同时，尽可能降低成本以保证开发效益，这就要求水平井在跟踪环节中必须做到中靶点精确、着陆后轨迹控制稳定、随钻监测信息反馈及时、轨迹调整到位、钻井过程中，地质与工程技术人员密切配合，充分利用气测、岩屑录井以及LWD等综合手段，确保水平段在油层的最大穿越。 参考文献：

[1]张浩，罗朝东，罗恒荣，王旭东，王大勇.元坝超深水平井井眼轨迹控制技术优选[J].长江大学学报 （自科版），2013（7）：65-68.

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[2]曹向峰，吴明波.非常规致密砂岩长水平段水平井井眼轨迹控制技术[J].科技创新与用，2012（1）：25.

[3]王磊.非常规水平井井眼轨迹控制技术研究[J].内蒙古石油化工，2013（15）：105-106. [4]袁宇宏.侧钻水平井井眼轨迹控制技术[J].新疆石油科技，2012（2）：19-21.

[5]侯炼，黄志强，吴健，游尧，孙伟.PX11-1HF水平井井眼轨迹控制技术[J].河南科技，2013（9）：29-30.