三維雙靶點大斜度定向井井眼軌跡控制技術

張凱

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三維雙靶點大斜度定向井井眼軌跡控制技術

張凱

(大慶油田有限責任公司采油工程研究院，黑龍江大慶，163453)

油田進入開發后期，利用多目標定向井技術尋找剩余油，挖潛增效已成為當前的首要任務。通過對南4-4-丁斜30井的設計與施工，改變了過去多靶點連線方位與井口在同一鉛垂面上的二維多目標井的鉆井模式，采用三維多靶點圓弧內切線中靶控制技術，打拐彎變方位多目標井，使設計曲率最小，中靶控制井段最短。為今后開發斷塊油藏、邊際油藏和不同油層間的剩余油提供了成功的施工經驗。

井位；定向井；三維；井眼軌跡；控制

引言

老區井網密集，外圍油田水泡子或高架線縱橫交錯，普通存在井位布署困難的問題，地面條件好的井位已經所剩無已了，大多數井位都存在地面條件的限制。使得多目標井的靶點連線方位與井口不在同一直線上，必須利用三維多目標井鉆井技術，采取“掏墻角”方式來滿足勘探開發的需要，完成直井和常規定向井難以完成的斷層墻角部位油藏的開發任務。南4-4-丁斜30井是在大慶長垣薩爾圖背斜構造上布署的一口三維大斜度定向井，最大井斜角為49.74°，目的是挖潛長垣老區斷層遮擋剩余油。2014年7月17日開鉆，2014年7月28日完鉆。設計井深1345m，完鉆井深1352m。平均機械鉆速15.22m/h，比同區塊定向井的平均機械鉆速提高了18%，鉆井周期11d, 比同區塊平均鉆井周期縮短了2d。

1 優選地面井位

南4-4-丁斜30井位于薩爾圖區老馮家泡西南300m，緊鄰薩大中路，距該井280m左右有聯合站。經過多次反復研究，從鉆井工藝、科學打井方面進行了優選：

根據鄰井資料，該井區自然造斜規律極強，自然方位在30°-40°之間。以第一靶地下坐標為基礎，將井位向西南方向移動116m，使井口與第一靶的方位為66.82°，與第二靶的方位為65.97°。定向造斜中第一靶后，方位自然右漂中第二靶。既充分利用了自然造斜規律，提高鉆井速度，又減少了修路等鉆前工程和占用農田的青苗賠損費，具有顯著的經濟效益和社會效益。

通過以上分析，最終優選了地面井位。

2 三維多靶點軌道優化設計

以往打的多目標井，為了施工方便，盡量使靶點連線方位與井口一致，因不考慮井眼軸線方位的變化，一般按二維多目標井設計即可滿足現場施工要求。但南4-4-丁斜30井，靶點間連線方位與井口方位相差較大，雙目標間距較短，地面井位受限，必須尋求三維設計方法，才能指導現場施工。根據石油大學崔紅英提出的“極限切點法”，將三維設計轉化為兩維設計，設計方法如下：

2.1 設計思路

圖2為雙靶點定向井水平投影圖，先將T1和T2兩靶點用光滑的曲線連接起來，再連接OT1，以T1為切點，過T2作圓O′，如圖1所示。

圖1 雙靶點定向井水平投影圖

2.2 設計公式

由直線OT1的方程和T1T2的方程可知圓心O′的坐標。令N2-N1=X1

E2-E1=Y1

式中符號說明：

N1、N2分別為第一靶點和第二靶點的南北坐標，m；

E1、E2分別為第一靶點和第二靶點的東西坐標，m；

S1、S2分別為第一靶點和第二靶點的水平投影長度，m；

R為水平投影圖上圓弧的半徑，m；

Δφ變方位段方位扭轉角，（°）

求出各靶點水平投影長度后，根據給定條件確定軌道類型，則可進行井眼參數計算，南4-4-丁斜30井選擇直—增—穩—增—增五段制剖面，設計結果見表1。

表1 南4-4-丁斜30井井身剖面設計分段數據表

3 井眼軌跡控制技術

3.1 難點分析：

（1）井位選擇難，該井所在地面條件復雜，有水泡子、建筑物、公路，地下井網較多，需嚴格做好防碰設計。

（2）井斜角大，靶點A處達到49.74°，方位漂移嚴重，控制難度大。

（3）造斜率大，最大造斜率高達6.99°/30m，對定向工具要求高。

（4）兩靶間距小，方位不一致，軌跡控制難。

3.2 優選施工方案

因為該井在鼻狀構造的高部位，地層傾角40°-50°，上部井段自然方位在30°左右，下部井段自然方位在60°左右。最初的施工方案為：按設計剖面“直-增-穩-增-增”五段制施工。其優點是中靶成功率高，但缺點較多，首先是直井段打不直，出現有害位移，然后是造斜段方位飄移，穩斜段井斜穩不住等，必將導致中途糾方位和調整井斜，幾乎要全井定向施工，此方案不可取。后來，根據鄰井資料和自然造斜規律，進行研究和討論，確定了如下施工方案：

（1）直井段嚴格控制井斜，力求減少有害位移。

（2）造斜段，將井斜一步增到位，方位調整到正北方位，留足方位飄移量，使下部井段充分利用自然造斜規律，順利中靶，

（3）穩斜段，使用導向鉆具隨時調整井眼軌跡。

3.3 施工過程

直井段采用常規鐘擺鉆具，鉆頭型號為FX12S，配合低鉆壓30kN，高轉速20r/min，鉆進至井深723m，井斜9.7°，方位71.44°，由于井斜、方位按設計要求控制較好，造斜點比設計推遲了33m，給下部井段施工提供了有利條件。

造斜段下入鉆具組合：φ215.9HJ517鉆頭+φ165mm1.25°單彎螺桿+φ210mm穩定器+φ158mm無磁鉆鋌1根+φ158mm鉆鋌8根+φ127mm鉆桿。考慮到方位右漂趨勢，采取穩方位增斜的定向方案，于井深864.98m，將井斜增至40.76°。

穩斜段下入鉆具組合：φ215.9mmFX12S+φ 172mm直螺桿+φ158mm無磁鉆鋌1根+φ210mm穩定器+φ158mm鉆鋌8根+φ127mm鉆桿。該鉆具是針對易斜地區進行的穩斜設計，利用“鐘擺+直螺桿”復合鉆進的原理，以主動性防斜變為穩斜，又能提高機械鉆速，其效果十分理想。鉆進至2610.4m，井斜始終在40.76°，方位從71.44°右漂至60.39°，考慮到方位右漂較慢，換轉盤穩斜鉆具：φ215.9mmHJ517+φ213mm穩定器+φ158mm短鉆鋌（2.5m）+φ213mm穩定器+φ158mm非磁1根+φ158mm鉆鋌20根+φ127mm鉆桿。該鉆具平均增斜率8°/100m，方位變化率+20°/100m，，正好達到井眼軌跡控制要求，減少了中途糾方位的時間，最終使全井一次定向成功，順利中兩靶。

3.4 施工效果

從該井的完井數據與設計數據擬合情況來看，實鉆軌跡與設計軌道基本符合，在地質給定的靶心范圍內穿過，設計符合率98%，砂巖鉆遇率達91%。如圖2所示。

圖2 南4-4-丁斜30井實鉆軌跡與設計軌道擬合圖

4 結論

（1）充分利用自然造斜規律優選井位，采用多目標井鉆井技術開采剩余油藏，具有顯著的經濟效益和社會效益。

（2）“極限切點法”將三維設計轉換為二維設計，簡便實用，對現場施工具有一定的指導意義。

（3）三維雙靶點圓弧內切線中靶控制技術的實質是使井眼軌跡在垂直剖面圖中走設計下線，在水平投影圖中走兩靶點圓弧內切線，能使中靶井段最短，減少糾方位鉆井進尺，使最大井斜角始終小于設計平均井斜角，有利于電測，下套管等完井作業。此方法推廣應用到兩靶以上的多目標井效果更顯著。

（4）“PDC+直螺桿”組成的鐘擺鉆具，在易斜地區能有效控制井斜，抑制方位飄移，提高鉆井速度。

[1] 張凱.增設虛擬靶點控制水平井井眼軌道設計技術[J].石油鉆采工藝,2015,37(02):5-7.

[2] 張凱.大慶垣平1大位移井的鉆井技術[J].石油鉆采工藝,2014,36(01):26-28.

[3] 游云武.三維雙靶點圓弧內切線中靶控制技術[J]. 江漢石油職工大學學報, 2005,(6)38-41.

[4] 崔紅英.雙靶點定向井軌道優化設計方法.石油鉆探技術,2001,29(5)23-26.

[5] 崔紅英,張建國,胡清富.饒障定向井軌道類型的選擇及設計方法[J]石油鉆探技術,1998,26(05)4-7.

Borehole Trajectory Control Technology for 3D Double Target Highly Deviated Well

Zhang Kai

(Oil Production Engineering Institute, Daqing Oil Field Limited-Liability Company, Daqing, Heilongjiang, China, 163453)

At the later stage of oilfield development, using the technology of multi-target directional well to search for residual oil. Exploiting potential oil and increasing efficiency have become the primary tasks at present.Through the design and construction of well 4-4-T inclined 30 well in south China, the drilling mode of the two-dimensional multi-target well with the connection orientation of the multi-target and the well head on the same plumb surface was changed. The target control technology is adopted in the tangent line of three-dimensional multi-target arc, and the multi-target well with variable azimuth is drilled to minimize the design curvature and the target control well section is the shortest. It provides successful construction experience for developing fault block reservoir, marginal reservoir and remaining oil between different layers in the future.

well location; directional well; 3D; well trajectory; control

10.19551/j.cnki.issn1672-9129.2019.03.004

TE243

A

1672-9129(2019)03-0012-04

張凱（1987—），男，2009年畢業于中國石油大學（北京）地質工程專業，工程師，主要從事鉆井工程設計及鉆完井工程方面的研究。E-mail：zhangkaipkf@petrochina.com.cn。