２０１ ６年第５期
水平井定向射子Ｌ压裂技术
刘青良 中石化江汉石油工程有限公司测录井公司，湖北潜江４３３１ ２３
摘要水平井定向射孔压裂技术作为一种新型的水平井开采技术已在国内外广泛应用，但技术还不完善，仅立 足于裸眼的情况，在开发裂缝时，存在着一些因素影响起裂的方向，从而导致人工水力压裂的裂缝的形态分布复杂。 针对这些因素的影响，通过实验研究分析了优化射孔的措施，以及确定定向射孔的方位角和水平应力差的方法，正 确认识了应力的分布和起裂压力的范围，从而对现场施工和射孔优化具有重要的指导意义。 关键词定向射孔；压裂技术；水平井；方位角；水平应力差：起裂压力 中图分类号ＴＥ３ 文献标识码Ａ 文章编号２０９５－６３６３（２０１６）０５－０１２３—０２
随着钻井技术的发展，水平井开采技术以其大大
提高与地下油气的接触面积的优势，在目前的油气钻探 中应用越来越多，与之相对应的射孔技术也在不断发展，
当前各个油田通常采用的是常规的射孔技术，但是由于 射孔技术方向的定位非常难掌握，在油田的实际开采和
勘探过程中，常规的射孔技术就有很大的局限性。因
此，水平井定向射孔技术是目前的一项比较先进的射孔 技术，它能够解决常规射孔方向难以掌握的局限性，能
够很好地确定起裂方向，但是由于地层条件的不同，方
位角和水平地应力会对定向射孔技术有一定的影响ｕ叼 。 本文首先介绍了水平井的定向射孔压裂技术原理，然后
分析了定向射孔的影响因素，最后简要介绍了其矿场应
用情况。
１水平井定向射孔压裂技术原理
定向射孔技术是运用输油管道传输射孔枪的方式 进行射孔作业的一项工程技术，利用油管把射孔枪输送
到我们要开采的地层附近，然后运用磁定位对射孔枪进 行准确定位，让射孔枪准确对准要开采的地层，从油管
的中下方放入陀螺测井仪，用它测出定向射孔的方位角，
如若方位角不合适，得不到所需数据值，可以通过转动
油管来使射孔枪对准孔眼，实现定向射孔。有些地层中 还存在着斜井，这种情况也主要是依据水平井定向射孔
定向井水平井摩阻控制与优化处理分析
罗文章
摘 要:在实际的钻井过程中ꎬ准确的计算摩阻的大小和判断摩阻的方向ꎬ直接关系到钻井工作作业人员的安全ꎮ本文分析了钻柱力学、钻柱强度以及水平井的摩阻和钻压ꎬ并在此基础上分析了定向井水平井摩阻控制与优化处理的方法ꎮ使定向井与水平井对摩阻的控制上可以得心应手ꎮ关键词:定向井ꎻ水平井ꎻ摩阻控制ꎻ优化处理
一、引言在油井的开采工作中ꎬ定向井因为在某个角度上存在一定大小的倾斜角ꎬ所以在专注设备和定向ꎬ钻进洞当中经常会存在相互之间的摩擦阻力ꎬ这个摩擦阻力也被称之为定向井和水平井之间的摩阻ꎮ在实际的开采工作中ꎬ相关工作人员对定向井和水平井的整体开采特性展开了分析和研究ꎬ从整个开采工作的横向和定向的受力特性上展开了分析和探索ꎬ通过三维弯曲和受力分析的方法来进行研究ꎬ对石油开采工作当中的相关油井开采计算方法进行了综合分析和探讨ꎮ二、定向井与水平井中的“钻柱力学”在油井的开采工作中ꎬ定向井和水平井当中涵盖了钻柱力学等相关技术要点ꎬ为了建立起一套科学合理的石油开采理论ꎬ需要对水平井和定向井的相关理论知识来加以明确ꎬ并且需要建立起定向井和水平井在开采工作当中的相关密切关系ꎮ通过对我国某地区一处油田开采工程项目展开的分析和研究ꎬ以理论研究为基础将整个钻井当成一种特殊的圆柱形形态ꎬ并且通过截面的分析方法来有效研究定向井的整体受力状态ꎬ将定向井和水平井相互之间的受力关系ꎬ制作成一个理想化的分析模型ꎬ通过特定的力学问题以及公式来计算出不同的摩阻ꎮ在开采工作当中接触面所形成的摩擦阻力大小ꎬ通过所得到的数据参数来有效研究摩阻的具体方向和具体受力状况ꎮ在定向井和水平井的开采工作中ꎬ所关系到的力学问题主要是以定向井和水平井ꎬ在开采工作当中的整体受力状况ꎬ以及整体的受力特性来进行分析ꎮ通过建立起水平井和定向井的方法来完成相应的受力分析ꎬ将钻井看成一种理想化的受力模型ꎬ通过摩擦阻力的点位移和摩擦转角条件来进行判断ꎬ通过钻井内部的不同边缘区域的受力条件和接触之后的平衡面接触条件来进行对比和分析ꎬ在不同的截面范围内ꎬ所受到的内力和阻力大小也各不相同ꎮ依照截面的扭矩计算公式ꎬ对整个横截面当中所产生的横向力来进行判断ꎬ充分表现出整个横向方向上所产生的摩擦阻力大小ꎬ最后可以通过摩擦阻力参数来得出ꎬ油井在钻取过程当中所产生的钻柱强度ꎬ通过钻柱强度大小的核对ꎬ来有效保证整个油井开采工作的安全稳定进行ꎮ三、“钻柱强度”对定向井与水平井对摩阻的控制钻柱强度相对于定向井和水平井的摩擦阻力大小来讲ꎬ具有良好的控制性作用和导向性作用ꎬ在定向井和水平井的钻井施工当中ꎬ钻柱不但受到了外部流体所产生的压力差的影响ꎬ同时还直接影响到了整个承接面的应力影响ꎮ弯曲力和扭转力的综合作用ꎬ对整个受力影响非常明显ꎬ可以有效提高整个钻柱内部的受力程度ꎬ让整个水平井和定向井的开采工作可以安全稳定进行ꎮ通过等效应力和钻柱应力之间的参数对比ꎬ来有效确定钻柱的具体强度大小ꎬ同时依照钻柱的横截面效应大小来准确计算出ꎬ整个油井开采工作面的等效应力大小ꎮ通过不同的参数对比和分析ꎬ从中可以找寻出最大的等效应力作用ꎬ将等效用力和定向水平井的强度进行准确的计算ꎬ有效提高整个钻井的工作安全性ꎬ定向井和水平井在实际的钻井施工当中ꎬ由于轴向方向上所产生的应力影响ꎬ经常会出现一定的拉伸或者是弯曲等问题ꎬ因此在整个综合作用力方面ꎬ直接影响到了整个钻柱的实际强度ꎬ钻柱的强度大小还关系到了定向井和水平井的作业周期ꎬ同时也对油井开采工作人员的人身安全产生了一定的影响ꎬ因此在水平井和定向井的摩擦阻力控制工作中需要从专注的强度方面来加以考虑ꎮ四、对水平井、定向井摩阻和钻压的分析通过对某油井开展工作进行摩阻大小进行分析和研究ꎬ最终的摩阻压力理论进行了有效的控制ꎬ并且以此为基础来开展后续的研究工作ꎬ通过相关工作人员的研究分析可以得出水平井摩阻降低所产生的扭矩也会对应的缩短ꎬ这一问题必须要引起相关钻井工作人员的高度重视ꎬ需要钻井工作人员时刻保持清醒的工作状态ꎬ以此来有效提高相关工作人员的人身安全ꎮ随着我国科技技术的发展速度不断加快ꎬ在整个钻井作业过程当中整个机械设备的使用不断朝着机械化和智能化方向上发展ꎬ在实际的钻井工作当中ꎬ因为水平井工程段的开采时间不断延长ꎬ在整个山体的地质条件方面也具有良好的导向性作用ꎬ因此在角度变化率上ꎬ直接通过相关的开采工作人员所决定水平井眼的全角变化率ꎬ受到人为性因素影响非常明显ꎬ并且在全角的变化率上人为性作用相对较大ꎬ从而使得整个转压过程当中摩擦阻力大小和扭矩的大小不断增大ꎬ在很大程度上提高了钻柱失效的风险ꎮ在水平井的储存层地质导向工作当中ꎬ高曲率井段的存在和钻柱水平之间的接触面有着较大的摩擦阻力ꎬ因此在水平方向上也存在更多的地质应力ꎬ所以在水平井的开采工作中ꎬ必须要准确的计算出其中的摩擦阻力大小ꎬ同时在定向分支体系当中ꎬ因为存在高曲率井段ꎬ造成了定向井内壁之间存在大面积接触ꎬ直接造成了水平井的正向压力和摩擦阻力的大小都很难进行计算ꎬ同时在计算过程中也会存在较大的误差范围ꎮ因此ꎬ在高曲率到计算过程中ꎬ为了最大限度上保证整个钻井的摩擦阻力大小ꎬ需要对整个水平井的景点大小进行准确的计算和分析ꎬ同时对其中的某组织的大小分析尤为重要ꎮ总之ꎬ在钻井工作当中针对定向井和水平井摩阻工作的控制至关重要ꎬ它不但关系到了整个钻井工作的开展质量和效率ꎬ同时还对钻井工作人员的人身安全形成了较大影响ꎬ因此必须要引起相关油田开采工作单位的高度重视ꎮ参考文献:[１]张文华ꎬ胡国清ꎬ桑路ꎬ辛秀琴.钻进扭矩与摩阻分析及减扭措施[Ｊ].石油钻探技术ꎬ２００１(４):２２－２４.[２]李智鹏ꎬ许京国ꎬ吴海燕ꎬ安秀娟ꎬ焦涛ꎬ姜思诚.大位移井、水平井扭矩摩阻分析与三维建模[Ｊ].石油工业计算机应用ꎬ２０１５(３):２３－３１＋３.作者简介:罗文章ꎬ胜利油田东胜精攻石油开发集团股份有限公司ꎮ
§13-3 竖井联系测量
在隧道施工中，除了通过开挖平洞、斜井以增加工作面外，还可以采用开挖竖井的方法来增加工作面，将整个隧道分成若干段，实行分段开挖。例如，城市地下铁道的建造，每个地下站都是一个大型竖井，在站与站之间用盾构进行开挖，并不受城市地面密集的建筑物和繁忙交通的影响。为了保证地下各方向的开挖面能准确贯通，必须将地面控制网中的点位坐标、方位和高程，通过竖井传递到地下，使得各施工段在统一的坐标系中进行施工。这项工作称为竖井联系测量。
联系测量的任务包括确定地下导线起算边的坐标方位角；确定井下导线起算点的平面坐标x和y；确定井下水准基点的高程H。
一、竖井高程传递
经由竖井传递高程时，过去一直采用悬挂钢尺的方法，即在井上悬挂一根经过检定的钢尺（或钢丝），尺零点下端挂一标准拉力的重锤，如图13-4所示，在地面、地下各安置一台水准仪，同时读取钢尺读数和，然后再读取地面、地下水准尺读数、，由此可求得地下水准点B的高程： H=H+ -[(-)+Δt+Δk ]- （13-2）
式中：H——地面水准点A的高程； 、——地面、地下水准尺读数； 、——地面、地下钢尺读数
Δt——钢尺温度改正数，Δt＝L（t－t）；
Δk——钢尺尺长改正数
——钢尺膨胀系数，取1.25×10/℃；
——地面与地下平均温度； t——钢尺检定时的温度；
L＝-
图13-4 竖井高程传递(a) 图13-5 竖井高程传递(b)
如果在井上装配一托架，安装上光电测距仪，使照准头向下直接瞄准井底的反光镜测出井深Dh，然后在井上、井下用两台水准仪，同时分别测定井上水准点A与测距仪照准头转动中心的高差（－）、井下水准点B与反射镜转动中心的高差（－），即可求得井下水准点B的高程H，如图13－5所示。 H= H+（－）+（－） （13-3）
式中H为井上水准点A的已知高程。
用光电测距仪测井深的方法远比悬挂钢尺的方法快速、准确，尤其是对于50m以上的深井测量，更显现出其优越性。 二、一井定向
２００７年８月 油气井测试 第１６卷第４期
水平井定向射孔的相位偏差
齐向前 ’ （胜利石油管理局测井公司 山东东营２５７２００） 摘要在水平井射孔时，射孔器在水平段内总是紧贴井筒下壁，不能在井筒中居中。采用定向 射孔，使得实际射孔孔眼与原来设计的具有一定角度和方位的偏差，主要有孔眼轨道产生的偏差、 孔眼角度产生的偏差等。通过分析得知，此偏差对油气层的开发影响很小。 关键词水平井定向射孔偏差
引 言
在直井中射孔，射孔器在井筒内处于居中位置， 射孔孔眼与井壁垂直，孔眼轨道为水平方向。而在 水平井内射孔时，射孔器在水平段内总是紧贴在套 管内壁下端，不能在井筒中居中。如果采用定向射 孔，实际射孔孔眼与原来设计的射孔孔眼具有一定 角度和方位偏差。针对此情况本文对水平井定向射 孔的相位偏差进行了分析。 水平井定向射孔原理
目前，国内水平井定向射孔可分为内定向和外 定向两种方式，无论是内定向射孔还是外定向射孔 其原理都是偏心原理。 外定向射孔器是在射孔枪的连接接头上焊接一 组定向器（也有的在射孔枪上焊接），使整个射孔器 结构造成偏心结构，在水平位置时只能有一个稳定 状态。再将射孔枪与弹架、各个射孔器之间定位，使 整个枪串及枪内的弹架形成一个整体，它们之间不 能转动，这样射孔弹就只能按预定的方向穿孔。另 外，为了消除射孔器与输送管柱之间的扭力，在射孔 器与输送管柱中间装一可自由转动的活络接头。 内定向射孔器是在射孔弹架上装一组偏重心 块，弹架两端及其中间用滚珠轴承支撑，弹架在偏重 心块和滚珠轴承的作用下只有一个稳定结构，使射 孔弹按设计的方向进行定向射孔。 相位偏差分析
１．孔眼轨道产生的偏差分析 下面用实例分析。某水平井为１３９．７ ｍｍ套 管，套管壁厚为７．７２ ｍｍ（内径为１２４．２６ ｍｍ），设 计采用外径８９ ｍｍ射孔枪配８９弹（混凝土靶穿深 大于４２０ ｍｍ），定向方式为向下四方位布孔，射孔 方位角为３０。．１２０￣－３０。，即水平方向两个孔眼，向下 两个孔眼与水平方的夹角为３０。。 当射孔器到达预定的目的层后，射孔器由于重 心的作用紧贴在套管下壁，经过压力起爆，射孔孔眼 如图１所示。
