水平井井眼軌跡控制技術(shù)研究

宋大偉

(大慶油田大慶鉆探鉆井一公司,黑龍江大慶 163000)

水平井井眼軌跡控制技術(shù)研究

宋大偉

(大慶油田大慶鉆探鉆井一公司,黑龍江大慶 163000)

伴隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,石油能源日趨緊張,而水平井具有在油層內(nèi)穿行的距離長(zhǎng)、泄油面積增大以及單井產(chǎn)量高等一系列優(yōu)點(diǎn),其投入產(chǎn)出比在多種井型中占有明顯的優(yōu)勢(shì)。因而本文從水平井井眼軌跡控制技術(shù)分析出發(fā),探討了水平井井眼軌跡控制技術(shù)的應(yīng)用。該研究對(duì)我國(guó)水平井的理論研究與實(shí)踐應(yīng)用有一定的參考作用。

水平井 井眼軌跡控制 技術(shù)

水平井技術(shù)從其本身的情況來(lái)看，有著技術(shù)復(fù)雜度高，且實(shí)施難度較大的特點(diǎn)。但是由于水平井所具有較高的日出產(chǎn)量的實(shí)際情況，水平井已經(jīng)成為我國(guó)石油轉(zhuǎn)變發(fā)展方式的首要選擇，力求在在水平井鉆井過(guò)程，精確地控制水平井軌跡，保證其技術(shù)水平的充分發(fā)揮[1]。正是從這個(gè)層面出發(fā)，本文對(duì)水平井井眼軌跡控制技術(shù)進(jìn)行研究。

1 水平井井眼軌跡控制技術(shù)分析

對(duì)于水平井來(lái)說(shuō)，控制井眼軌跡，其作用是在于按照設(shè)計(jì)的要求中靶。明確目標(biāo)所在對(duì)技術(shù)的具體應(yīng)用無(wú)疑具有引路燈式的方向性作用[2]。和定向井相比，水平井的特征主要集中在相對(duì)于一般定向井水平井對(duì)于中靶的要求更高；擺放工具面角難度系數(shù)大以及控制難度系數(shù)大等方面。因?yàn)槭艿剿骄谋旧硭哂械奶卣鞯挠绊懀槍?duì)水平井的個(gè)性化相關(guān)概念應(yīng)特別注意到中靶、增斜井段以及井身剖面。通常情況下，水平井的靶區(qū)目的層內(nèi)以預(yù)設(shè)計(jì)的軌道作為軸的柱狀靶，橫截面則多數(shù)是矩形或者圓形，這就導(dǎo)致水平井井眼軌跡中靶的控制要比常見(jiàn)的定向井或者多目標(biāo)井來(lái)說(shuō)都是內(nèi)容迥異的。水平井井眼軌跡中靶進(jìn)入的是一個(gè)法平面，但中靶區(qū)確是個(gè)柱狀體，這就需要點(diǎn)的矢量方向應(yīng)符合預(yù)先設(shè)計(jì)的要求，確保實(shí)鉆軌跡點(diǎn)在進(jìn)入到目標(biāo)窗口后，全部的點(diǎn)都能在靶柱所限制的范圍內(nèi)，也就是矢量中靶。從實(shí)鉆水平井的層面來(lái)看，如果實(shí)鉆軌跡點(diǎn)的矢量方向與位置和設(shè)計(jì)軌道存在著一定的差距，就會(huì)導(dǎo)致待鉆井眼的位移增量以及垂深增量出現(xiàn)改變，進(jìn)而直接對(duì)中靶精度產(chǎn)生影響。也就是說(shuō)，確保軌跡點(diǎn)位置精確與適當(dāng)?shù)木苯鞘菍?duì)井眼軌跡控制的有效技術(shù)方式。從應(yīng)用的層面來(lái)看，造斜段井眼軌跡控制是作為軌跡點(diǎn)其矢量方向和位置全面控制存在的，操作中應(yīng)根據(jù)控制造斜段井眼軌跡來(lái)確保工作績(jī)效[3]。依據(jù)水平井常用井身剖面長(zhǎng)半徑與中半徑的曲線特征，剖面類(lèi)型可劃分為增斜剖面、單圓弧以及多段增斜剖面等類(lèi)型，各剖面類(lèi)型的軌跡控制存在一定的區(qū)別，因而設(shè)計(jì)也會(huì)不同。

2 水平井井眼軌跡控制技術(shù)的應(yīng)用

結(jié)合現(xiàn)有的水平井井眼軌跡控制技術(shù)的實(shí)際情況，本文對(duì)轉(zhuǎn)盤(pán)鉆為主的水平井井眼軌跡控制與動(dòng)力鉆具為主的水平井井眼軌跡控制進(jìn)行探討。

2.1 基于轉(zhuǎn)盤(pán)鉆的水平井井眼軌跡控制技術(shù)的應(yīng)用

在以轉(zhuǎn)盤(pán)鉆為主的水平井井眼軌跡控制中，采用兩層技術(shù)套管的井身結(jié)構(gòu)，對(duì)于井下的安全有了充分的保障，但是在經(jīng)濟(jì)上卻處到劣勢(shì)[4]。通過(guò)總結(jié)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，逐漸認(rèn)識(shí)到采用這種井眼軌跡控制模式應(yīng)當(dāng)簡(jiǎn)化井身結(jié)構(gòu)，整個(gè)增斜井段采用單一的井眼尺寸。在此基礎(chǔ)上，將這種模式進(jìn)行定型。如充分利用成功的高壓噴射以及防斜打直技術(shù)，嚴(yán)格的將造斜點(diǎn)前的直井段井眼軌跡控制在允許范圍之內(nèi)，快速優(yōu)質(zhì)地鉆完該井段。在進(jìn)行增斜井段的井眼軌跡控制時(shí)，和普高定向井的控制也沒(méi)有什么區(qū)別，但到長(zhǎng)半徑水平井其造斜率的井斜角大于70°的井眼軌跡控制則是普遍定向井不可能完成的，這是一個(gè)新的技術(shù)領(lǐng)域，需要研究以轉(zhuǎn)盤(pán)鉆具組合實(shí)現(xiàn)高造斜率的技術(shù)手段和途徑是鉆增斜井段的技術(shù)關(guān)鍵。因此，以轉(zhuǎn)盤(pán)鉆為主鉆增斜井段的井眼軌跡控制的主要技術(shù)難點(diǎn)是在大井斜或者高造斜率條件下，如何通過(guò)調(diào)整鉆具組合與鉆井參數(shù)，在保證井下安全的情況下實(shí)現(xiàn)井眼軌跡的有效控制。水平井鉆井方式的選擇是進(jìn)行有效的井眼控制的關(guān)鍵，只有合理的鉆井方式才能達(dá)到經(jīng)濟(jì)安全的目的，同時(shí)也是水平井井眼軌跡控制技術(shù)的關(guān)鍵。

2.2 基于動(dòng)力鉆具的水平井井眼軌跡控制技術(shù)的應(yīng)用

以動(dòng)力鉆具組合鉆進(jìn)為主，以轉(zhuǎn)盤(pán)鉆具組合進(jìn)行通井、調(diào)整造斜率為輔，既可以克服動(dòng)力鉆具循環(huán)排量小的不足，通過(guò)通井和大排量循環(huán)鏟除巖屑床，調(diào)整動(dòng)力鉆具造斜率的偏差和調(diào)整井眼垂深，又可以加大鉆壓鉆掉可鉆性差的地層，是水平井安全鉆井的有效措施。采用動(dòng)力鉆具為主鉆增斜井段能獲得高造斜率，并采用有線隨鉆測(cè)斜儀或MWD無(wú)線隨鉆測(cè)斜儀嚴(yán)格監(jiān)控井眼軌跡，通過(guò)調(diào)整和控制動(dòng)力鉆具的工具面，可以獲得較穩(wěn)定的井眼全角變化率，幾乎不存在出現(xiàn)方位漂移的問(wèn)題。因此，造斜井段井眼軌跡控制技術(shù)應(yīng)用的重點(diǎn)是在不同的井眼條件下，如何選擇不同角度的彎動(dòng)力鉆具來(lái)獲得需要的造斜率，并明確與之相關(guān)因素的影響規(guī)律。以動(dòng)力鉆具為主鉆水平井段的技術(shù)在國(guó)外應(yīng)用較為廣泛，比較典型的是采用小角度彎動(dòng)力鉆具組合或DTU異向雙彎動(dòng)力鉆具組合組成的導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)。

應(yīng)強(qiáng)調(diào)的是，水平井鉆井技術(shù)本身作為一種利用特殊的造斜工具和測(cè)斜儀器，在油層中鉆開(kāi)一定長(zhǎng)度水平延伸井眼的特殊鉆井工藝，按造斜率的大小可分為長(zhǎng)、中、短三種曲率半徑水平井[5]。油田復(fù)雜的地質(zhì)特點(diǎn)，要求在利用水平井開(kāi)發(fā)油藏時(shí)具有較高的軌跡控制能力。在幾千米的地下，要把井眼軌跡打成復(fù)雜的形狀，確保獲得較高單井產(chǎn)量的同時(shí)，盡可能降低成本以保證開(kāi)發(fā)效益，這就要求水平井在跟蹤環(huán)節(jié)中必須做到中靶點(diǎn)精確、著陸后軌跡控制穩(wěn)定、隨鉆監(jiān)測(cè)信息反饋及時(shí)、軌跡調(diào)整到位、鉆井過(guò)程中，地質(zhì)與工程技術(shù)人員密切配合，充分利用氣測(cè)、巖屑錄井以及LWD等綜合手段，確保水平段在油層的最大穿越。

[1]張浩,羅朝東,羅恒榮,王旭東,王大勇.元壩超深水平井井眼軌跡控制技術(shù)優(yōu)選[J].長(zhǎng)江大學(xué)學(xué)報(bào) (自科版),2013(7)：65-68.

[2]曹向峰,吳明波.非常規(guī)致密砂巖長(zhǎng)水平段水平井井眼軌跡控制技術(shù)[J].科技創(chuàng)新與用,2012(1)：25.

[3]王磊.非常規(guī)水平井井眼軌跡控制技術(shù)研究[J].內(nèi)蒙古石油化工,2013(15)：105-106.

[4]袁宇宏.側(cè)鉆水平井井眼軌跡控制技術(shù)[J].新疆石油科技,2012(2)：19-21.

[5]侯煉,黃志強(qiáng),吳健,游堯,孫偉.PX11-1HF水平井井眼軌跡控制技術(shù)[J].河南科技,2013(9)：29-30.