大位移定向井的造斜點選取與軌跡優化

張小平 陳宏剛

摘要：文章分析了大位移定向井鉆井技術的難點問題，大位移定向井鉆井的設備、工具配套組合、水力學分析，造斜控制等諸多方面都是鉆井成功的主要問題，提出了大位移定向井鉆井井身軌跡設計控制方法，對油田推廣大位移定向井技術提供了技術支持和理論依據，有利油田開發中后期階段進行大位移定向井的推廣，解決了目前低油價時期油田開發中的諸多難題，是新時期效益開發、經濟開發的技術支持。

關鍵詞：大位移；定向井；造斜點；鉆井軌跡

1緒論

近年來國內各大油田的大位移定向井鉆井數量逐年增多，技術服務項目也相應豐富起來，但是由于大位移定向井技術尚未形成規范的技術規范，各大鉆井公司和技術設計部門在鉆井參數、鉆具配套使用、大尺寸井眼軌跡設計等許多方面都沒有統一的標準和權威認可的理論支持。因此有必要對大位移定向井技術的造斜點選取，定向井身軌跡控制等理論和技術進行分析總結，推出一套適合大位移定向井鉆井技術的技術參考和操作規范[1]。

2 大位移定向井的造斜點選取

2.1鉆井施工難點

2.1.1 造斜點淺，井眼尺寸大，造斜率高

大位移定向井往往造斜點選擇在淺層，此時地層成巖差、松軟、易垮塌、易產生鍵槽，加上造斜率高、井眼尺寸大，井下施工安全問題特別突出。

2.1.2 井斜大、穩斜井段長、位移垂深比大

大位移定向井穩斜段井斜大，極易產生巖屑床，隨著水平位移的逐漸加長，摩阻及扭矩將逐漸增大，因而如何保證有效攜砂、保持井眼清潔，盡量降低摩阻、扭矩，也是為鉆井施工的技術難點之一[2]。

2.1.3 鉆井液要求高

現在油氣生產對環保要求相當嚴格，對鉆井液藥品的加入有嚴格的管理規定，不允許加入原油等有熒光的處理劑，這不僅給鉆井液處理帶來很大困難，也對井下安全提出了更高的要求[4]。

2.1.4 套管防磨問題突出

因為造斜段設計造斜率較高，且斜井段較長，套管防磨問題將十分嚴重。

2.2造斜點設計

現在以目標點垂深2650m，水平位移4000m，造斜點深度變化范圍300～600m，穩斜角65°-80°，按圓弧形軌道剖面，在不同造斜點深度和穩斜角時，進行軌跡剖面計算和摩阻/扭矩計算，不同條件下鉆柱摩阻、摩扭和井眼長度不同[5]。

2.2.1 井眼長度

當造斜點一定時，井眼長度隨著穩斜角增大，井眼長度依次增加隨著造斜點深度下移，井眼長度也隨著依次增加，穩斜角越大，增加幅度越大。

2.2.2 起鉆摩阻

當造斜點一定時，穩斜角越小，起鉆摩阻越大隨著造斜點深度下移，起鉆摩阻也隨著增加，穩斜角達到75°時，起鉆摩阻相對較小。

2.2.3 滑動鉆進摩阻

當造斜點一定時，穩斜角在65°-80°區間內，穩斜角在區間的兩側，滑動鉆進摩阻相對都較大，而當穩斜角靠近區間中點時，滑動鉆進摩阻相對較小當隨著造斜點深度下移，滑動鉆進摩阻也隨著增加，穩斜角越小時增加越快，而穩斜角達到75°左右時，滑動鉆進摩阻相對保持不變[6]。

2.2.4 旋轉摩扭

當造斜點一定時，穩斜角越小，旋轉摩扭越大，當穩斜角達到75°-80°時，旋轉摩扭幾乎相同但隨著造斜點深度下移，穩斜角越小，旋轉摩扭增加越快，而當穩斜角達到75°-80°時，旋轉摩扭增加相對較慢。

通過理論研究與計算表明，造斜點深度越淺，井眼長度越短，起鉆摩阻、滑動鉆進摩阻和旋轉鉆進摩扭越小，所以大位移井的造斜點應以實施井區塊地層允許造斜的最高點為宜。

3大尺寸井眼軌跡控制技術研究

井眼軌跡控制技術是定向鉆井的關鍵技術之一，在大尺寸井眼定向井鉆井時的井眼軌跡控制主要是單井造斜率和叢式井防撞技術控制。鉆井施工中鉆遇不同巖性的地層時同一鉆柱組合的造斜能力也是不一樣的，因此定向井鉆井過程中要時刻關注巖性變化情況，及時調整造斜段的長度，保持井身軌跡正常。在井數較多的是時候采用的叢式井進行防碰控制時候首先要保證單井軌跡的控制，然后利用先進的技術手段人情叢式井的井間關系，實現合理的防碰[7]。

3.1 大位移定向井眼造斜率控制難點和要點

一般鉆井時主要根據實鉆軌跡數據來計算和控制井身軌跡，要求合理的控制每根立柱定向鉆進和鉆動鉆進的比例，是井身軌跡平滑完整。鉆機鉆進時跟去區域地質資料，預先判斷主要巖層出現的深度和時間，減少巖性變化產生的誤差[8]。

3.2 提高大位移定向井造斜率的方法

（1）采用大鉆壓和低轉速，保證關鍵深度的造斜效率；

（2）在淺層鉆井時，減小鉆井液排量可以提高鉆具的造斜能力；

（3）控制鉆頭壓降數值，實現水力推力平衡，降低噴射對井壁的沖刷；

（4）滑動鉆進完成后，上下多次鉆頭保證井眼通暢，然后進行下一次定向位置的鉆井。

4結論

大位移定向井的造斜點選取與軌跡優化，不僅考慮鉆機和頂驅設備的能力，設計軌道的摩阻扭矩大小和現場施工的難易程度，同時還要考慮鉆柱的強度優化設計及套管磨損等因素。大位移井的軌道設計，絕不是簡單的幾何曲線的計算，而是與鉆柱力學、鉆井現場實際作業密切相關的一個系統工程。

參考文獻

[1]高來春.A油田大位移定向井事故原因與施工對策[J].西部探礦工程，2019，31（03）：54-55.

[2]聶濤，周小東，胡曉輝，林琦淞，白樂.淺談蘇77區大位移定向井鉆井技術[J].石化技術，2018，25（10）：321.

[3]夏陽，冉輝，王若灃，陸川，宋健，楊靖堯.蘇里格氣田東區大位移定向井鉆井液技術優化與應用[J].石油化工應用，2018，37（09）：64-66+69.

[4]劉春波.抽油機變頻控制柜在采油管理中的應用[J].黑龍江科技信息，2008（05）：50.

作者簡介：陳宏剛，男，延安吳起人，工程師，主要從事地質工程研究。

（作者單位：延長油田股份有限公司吳起采油廠.陜西延安）