浅层水平井钻井轨迹控制技术

40目前，我国大多数油气田均进入了开采后期，钻探过程十分复杂，而水平井技术可以提高油气井的开采效率，因此，水平井钻探逐渐成为最为流行的钻探技术。

但是在水平井钻探技术的应用过程中也暴露出众多的问题，其中轨迹控制困难最为突出。

在钻井过程中，对轨迹进行精确的控制，不但可以提高油气资源的开采效率，还可以防止发生各种油气开采事故，对于水平井钻探过程而言十分重要[1]。

1　水平井钻井概述水平井钻探过程所面对的对象不仅有直井段，也需要对地下的斜井段进行钻探，因此技术实施难度较大。

在水平井钻探过程中，对轨迹进行精确的控制，可以防止发生井眼倾斜，才能满足实际开采的需求。

在实际的水平井施工过程中，要达到轨迹控制的目的，也需要对钻具进行优选，在一定条件下，可以采用多种钻具相组合的措施，针对不同的地质条件和不同的井段，所采用的钻具组合方式各不相同[2]。

在另一方面，要做到轨迹控制，必须提高钻头的转速，这种情况下，若钻具选择不合理，可能会导致卡钻事故，从而影响钻探轨迹，一般情况下，针对直井段采用小直径的钻头效果更佳。

通过此分析发现，钻具的选择为轨迹控制带来了极大的难度。

2　水平井钻井轨迹控制特点水平井钻井过程中的轨迹控制包括导向靶进入井内到完井的各个过程，导向靶进入井内之后将直接和地层的缝隙系统相接触，导向靶的精确控制是轨迹控制的基础，因此，水平井钻井过程中的轨迹控制具有两大特点：（1）轨迹控制受主客观因素影响严重水平井钻井轨迹控制过程中的影响因素分为两个方面，分别是主观因素和客观因素。

主观因素主要包括地下地质状况、钻探井的结构、钻井轨迹、钻井所采用相关设备的参数以及现场的事故条件；客观因素主要包括油气储层的特征及井下摩阻。

轨迹控制虽然也受客观因素影响，但是实际的轨迹控制筹划都是根据主观因素来完成，从而保障钻井过程的顺利进行[3]。

（2）沿油气储层进行轨迹控制的质量十分重要本文中所提出的沿油气储层进行轨迹控制指的是根据油气走向和倾角变化进行轨迹控制，从而使整个井下轨迹保持平整，同时也可以使轨迹沿储层方向延伸。

水平井井眼轨迹控制技术（作者:___________单位: ___________邮编: ___________）无论是定向井，还是水平井，控制井眼轨迹的最终目的都是要按设计要求中靶。

但因水平井的井身剖面特点、目的层靶区的要求等与普通定向井和多目标井不同，在井眼轨迹控制方面具有许多与定向井、多目标井不同的新概念，需要建立一套新的概念和理论体系来作为水平井井眼轨迹控制的理论依据和指导思想。

在长、中半径水平井的井眼轨迹控制模式的形成和验证过程中，针对不断出现的轨迹控制问题，建立了适应于水平井轨迹控制特点的几个新概念。

一、水平井的中靶概念地质给出的水平井靶区通常是一个在目的层内以设计的水平井眼轨道为轴线的柱状靶，其横截面多为矩形或圆。

可以把这个柱状靶看成是由无数个相互平行的法面平面组成，因此，控制水平井井眼轨迹中靶，与普通定向井、多目标井是个截然不同的新概念，主要体现是:井眼轨迹中靶时进入的平面是一个法平面（也称目标窗口），但中靶的靶区不是一个平面，而是一个柱状体，因此，不仅要求实钻轨迹点在窗口平面的设计范围内，而且要求点的矢量方向符合设计，使实钻轨迹点在进入目标窗口平面后的每一个点都处于靶柱所限制的范围内。

也就是说，控制水平井井眼轨迹中靶的要素是实钻轨迹在靶柱内的每一点的位置要到位（即入靶点的井斜角、方位角、垂深和位移在设计要求的范围内），也就是我们所讲的矢量中靶。

二、水平井增斜井段井眼轨迹控制的特点及影响因素对一口实钻水平井，从造斜点到目的层入靶点的设计垂深增量和水平位移增量是一定的，如果实钻轨迹点的位置和矢量方向偏离设计轨道，势必改变待钻井眼的垂深增量和位移增量的关系，也直接影响到待钻井眼轨迹的中靶精度。

水平井钻井工程设计中所给定的钻具组合是在一定的理论计算和实践经验的基础上得出的，随着理性认识的深化和实践经验总结，设计的钻具组合钻出实际井眼轨迹与设计轨道曲线的符合程度会不断提高。

但是，由于井下条件的复杂性和多变性，这个符合程度总是相对的。

浅层水平井钻井轨迹控制技术
浅层水平井钻井轨迹控制技术是利用自然地质和地层结构，通过一系列钻井技术手段，控制钻井井身方向和位移，以实现井壁开发、矿藏开采和石油勘探的技术。

具体来说，浅
层水平井是指钻井深度低于2000米，钻井井段强度低，复杂岩性和钻井环境等特点的井。

为弥补浅层水平井储层厚度小、勘探难度大等缺点，钻井轨迹控制技术成为浅层水平井勘
探的重要手段。

目前，浅层水平井钻探技术中的钻井轨迹控制主要分为三类：直井探测、外挂工具和
钻井位移。

首先，直井探测是一种基础的钻井探测方式，通过测量钻孔方位角和倾角来确
定钻孔的方向和位置，可以满足浅层水平井的钻井轨迹控制需求。

其次，外挂工具是使用
一些外挂的设备或工具来保证钻井井身的方向和位移。

例如，利用钻井导向器、数码测斜
仪等设备进行定位和测量，以及通过钻井工具索引、引导器等设备来实现钻井方向调整。

最后，钻井位移技术是一种通过控制钻头轨迹变化来实现钻井方向调整的技术。

通常采用
偏向性钻头和钻头导向器等工具来实现井底力矩调整，通过改变钻井位移来改变钻井井身
方向，实现钻井轨迹控制。

此外，在钻井过程中还可以应用岩心资料、地球物理勘探资料
等来进行钻井轨迹控制。

总的来说，浅层水平井钻井轨迹控制技术是钻井过程中不可或缺的环节，通过控制钻
井方向和位移来实现矿藏勘探和开采，对于提高勘探开发效率和降低成本具有重要意义。

在技术创新和不断推进的背景下，相关行业要不断探索和应用新的轨迹控制技术，以适应
不同的钻井环境和钻井需求，实现更高效、更精准的钻井工作。

水平井井眼轨迹控制技术水平井钻井的技术关键是确立一个既能经济、安全钻成水平井，又能高精度控制井眼轨迹的水平井钻井模式，形成适应不同钻井方式的水平井钻井工艺技术。

不同类型的水平井，其井身结构和设计轨道不同，所选择的钻井方式不同。

而水平井钻井方式的确立又要受到钻井设备、钻井工具的装备情况，钻井工艺技术水平，测量仪器装备等诸多因素的制约。

水平井钻井基本上为两种方式：一是与常规定向井比较接近的以转盘钻为主的水平井井眼轨迹控制方式和钻井模式。

二是与导向钻井系统比较接近的以动力钻具为主的水平井井眼轨迹控制方式和钻井模式。

一、以转盘钻为主的水平井井眼轨迹控制采用与常规定向井比较接近的以转盘钻为主的水平井钻井模式，在长半径水平井中通过调整钻具组合和钻井参数，可以有效地实现对强增斜、微增斜、水平段稳平钻进的井眼轨迹进行控制，但在大斜度井段和水平段必须利用水平井的摩阻计算程序进行钻具组合的倒装设计；通过使用高聚物水包油钻井液体系和正电胶钻井液体系，配合强化的四级钻井液净化系统，采用大排量循环、交叉接力式短起下钻等技术措施，可以满足水平井安全钻井的需要。

对中半径水平井，在增斜率大于6°／30m之后，尤其在Φ444．5mm大尺寸井眼中，用柔性的转盘钻钻具组合来实现比较稳定的增斜率是比较困难的，而且不利于井下安全。

因此，这种模式在中半径水平井中的应用是有条件的，一般适用于中半径水平井的造斜率低限，并采用动力钻具组合进行造斜能力和井段的调整。

1、以转盘钻为主的水平井井眼轨迹控制主要思路采用两层技术套管的井身结构，虽然有利于井下安全，但是不经济。

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Φ311mm井眼尺寸。

在此基础上，将这种模式定型为：（1）充分利用成功的高压喷射和防斜打直技术，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。

（2）定向造斜段的施工用常规动力钻具、弯接头或弯套动力钻具的方式进行。

1 井身轨迹控制常规的水平井都由直井段、增斜段和水平段3部分组成。

由直井段末端的造斜段（kop）到钻至靶窗的增斜井段，这一控制过程为着陆控制；在靶体内钻水平段这一控制过程称为水平控制。

水平井的垂直段与常规直井及定向井的直井段控制没有根本区别。

水平井井眼轨道控制的突出特点集中体现在着陆控制和水平控制，设计到一些新的概念指标和特殊的控制方法。

1.1 水平井井眼轨道控制技术的特点水平井钻井技术是定向井技术的延伸和发展。

水平井的井眼轨道控制技术与定向井相比有类似之处，但也有显著差异，体现了水平井轨道控制的突出技术特征。

1.1.1中靶要求高定向井的靶区为目的层上的一个圆形，通称靶圆，靶圆中心称为靶心。

靶心是井身设计轨道中靶的理论位置，而靶圆是考虑到因误差而造成的实钻轨道中靶的允差范围。

一般来说，定向井的目的层越深，其靶圆半径也越大。

例如一口井垂深为1800-2100m的定向井，其靶圆半径通为30-45m，如上所述，水平井的靶体是一个以矩形靶窗为前端面的呈水平或近似水平放置的长方体或与之接近的几何体（拟柱体，棱台等）。

靶窗的高度与油层状况有关，宽度一般是高度的5倍，水平井长度则和水平井的增斜段曲率半径类型有关。

例如，对厚油层，其靶窗高度可达20m，但对薄油层，该高度可小到4m甚至更小。

按我国对石油水平井的规定，水平段井斜角应在86°以上，长、中、短半径3类水平井的水平段长度一般分别不得小于500m，300m，60m 。

很显然，水平井的目标（靶体）比定向井的目标（靶圆）要求苛刻，前者是立体（三维），后者是平面（二维），因此中靶要求更高。

对于水平井来说，井眼轨道进入目标窗口（靶窗）还不够，还要防止在钻水平段的过程中钻头穿出靶体造成脱靶，而对定向井来说，只要保证钻入靶圆即为成功。

1.1.2控制难度大由于上述定向井和水平井的目标性质与要求对比可知，水平井轨道控制难度大于定向井。

而且，由于常规定向井的最大井斜角一般在60°以内，不存在因目的层的地质误差造成脱靶的问题。

水平井井眼轨迹控制技术无论是定向井，还是水平井，控制井眼轨迹的最终目的都是要按设计要求中靶。

但因水平井的井身剖面特点、目的层靶区的要求等与普通定向井和多目标井不同，在井眼轨迹控制方面具有许多与定向井、多目标井不同的新概念，需要建立一套新的概念和理论体系来作为水平井井眼轨迹控制的理论依据和指导思想。

在长、中半径水平井的井眼轨迹控制模式的形成和验证过程中，针对不断出现的轨迹控制问题，建立了适应于水平井轨迹控制特点的几个新概念。

一、水平井的中靶概念地质给出的水平井靶区通常是一个在目的层内以设计的水平井眼轨道为轴线的柱状靶，其横截面多为矩形或圆。

可以把这个柱状靶看成是由无数个相互平行的法面平面组成，因此，控制水平井井眼轨迹中靶，与普通定向井、多目标井是个截然不同的新概念，主要体现是:井眼轨迹中靶时进入的平面是一个法平面（也称目标窗口），但中靶的靶区不是一个平面，而是一个柱状体，因此，不仅要求实钻轨迹点在窗口平面的设计范围内，而且要求点的矢量方向符合设计，使实钻轨迹点在进入目标窗口平面后的每一个点都处于靶柱所限制的范围内。

也就是说，控制水平井井眼轨迹中靶的要素是实钻轨迹在靶柱内的每一点的位置要到位（即入靶点的井斜角、方位角、垂深和位移在设计要求的范围内），也就是我们所讲的矢量中靶。

二、水平井增斜井段井眼轨迹控制的特点及影响因素对一口实钻水平井，从造斜点到目的层入靶点的设计垂深增量和水平位移增量是一定的，如果实钻轨迹点的位置和矢量方向偏离设计轨道，势必改变待钻井眼的垂深增量和位移增量的关系，也直接影响到待钻井眼轨迹的中靶精度。

水平井钻井工程设计中所给定的钻具组合是在一定的理论计算和实践经验的基础上得出的，随着理性认识的深化和实践经验总结，设计的钻具组合钻出实际井眼轨迹与设计轨道曲线的符合程度会不断提高。

但是，由于井下条件的复杂性和多变性，这个符合程度总是相对的。

实钻井眼轨迹点的位置相对于设计轨道曲线总是会提前、或适中、或滞后，点的井斜角大小也可能是超前、适中或滞后。

我就水平井井眼轨迹控制技术说一点：1、水平井井身剖面的优化设计（1）、井身剖面设计原则：.1）满足地质要求，实现地质目的；2)保证钻进和起下钻摩阻扭矩尽可能小；3)其形状有利于地质导向工作和现场实际井眼轨迹控制；4)能克服油层深度预测和工具（含地层）造斜率的不确定问题等等。

（2）、井身剖面类型的选择水平井井身剖面根据地质目标、油层情况、地质要求、靶前位移，选择不同的剖面类型。

油田施工的水平井，从曲率半径来分，选择长曲率半径水平井和中曲率半径水平井。

剖面选用了具有两个稳斜井段的直－增－稳－增－稳（探油顶）－增（着陆段）－水平段三增剖面、直－增－稳（探油顶）－增（着陆段）－水平段双增剖面、直－增－水平段单增剖面。

设计造斜率选为2～10o/30m。

（3）水平井防碰绕障技术受地面条件限制，油田多为丛式定向井，防碰绕障问题突出，水平井又需要一定的靶前位移，许多井往往从一个平台打到另一个平台下面，即要考虑本平台邻井的防碰，又要考虑下部斜井段和水平段的防碰，通过现场水平井钻井实践，形成了油田特有的水平井防碰绕障技术：1）、井身剖面的优化设计。

在设计时，充分考虑邻井情况，通过剖面类型、造斜点、造斜率等的优化设计，尽量避开老井，必要时进行绕障设计。

2）、利用软件进行防碰扫描和防碰距离计算。

3）、现场井眼轨迹的监控和防碰绕障施工。

4）、地质导向技术在防碰绕障中的应用。

2、井眼轨迹控制技术随着水平井在不同区块的施工，不同区块每口井的地质情况不同，井眼轨迹控制过程中遇到的问题也不一样。

突出表现在以下几个方面：(1)、实钻地质情况复杂多变，油层深度与设计变化较大，井眼轨迹需要随地质情况变化进行调整。

(2) 、水平段油层深度在横向上变化不一，有从低部位到高部位的，也有从高部位到低部位的，还有先从低部位到高部位再下降的。

(3) 、不同区块工具造斜能力和地层对井眼轨迹的影响不同。

(4) 、测量数据的相对滞后对地质导向和井眼轨迹的预测和调整带来困难。

胜利西部新区排601区块浅层水平井轨迹控制技术X彭学光(胜利石油管理局钻井工程技术公司定向井公司,山东东营　257064) 摘　要:通过对排601区块地质特点,水平井设计特点的分析,总结得出了排601区块浅层水平井施工和轨迹控制的难点,针对该区块浅层水平井施工和轨迹控制的难点提出了相应的技术措施,特别是针对排601区块浅层水平井防碰形式严峻,浅层造斜困难,施工速度快,油层地质条件复杂等给出了相应的施工措施。

并通过实例分析,说明了该区块浅层水平井轨迹控制的关键技术,最后总结给出了排601区块浅层水平井施工的结论与建议。

关键词:新疆;浅层水平井;轨迹控制;动力钻具;地质导向技术 中图分类号:T E22 文献标识码:A 文章编号:1006—7981(2012)06—0114—03 胜利油田西部新区排601区块位于新疆准噶尔盆地西部隆起,油藏埋深425～610米,为高孔、高渗储层。

地质构造位于准噶尔盆地西部隆起车排子凸起。

排601井白垩系油层圈闭该区块与东部稠油区块相比具有储层埋藏浅、原油粘度高、地层能量不足的特点。

在排601区块对油层的判断中一般将含气水层,作为标准层,按照泥岩顶的垂深来预算油层顶部垂深,进而指导下步施工。

在实钻中根据随钻曲线和地质显示气测值以及岩性来判断是否为主力油层。

含气水层地质描述:井段垂深约426.60m ～432.00m,厚度2.00～5.00m,层位:沙湾组,岩性为灰色荧光砂砾岩,岩屑呈散砂状。

泥岩地质描述:泥岩厚23m 左右。

岩性以灰色、绿灰色泥岩、粉砂质泥岩为主。

油层地质描述:白垩系,岩性为黑灰色油斑砂砾岩,含油部分呈褐黑色,不含油部分呈灰色。

褐黑色原油分布不均匀,呈斑点状。

1　施工难点排601区块采用浅层丛式水平井开发,水平井造斜点浅,油层地质条件复杂,地层埋藏浅,结构变化复杂,泥质砂岩和砾质砂岩成岩性差,地层含砾和大砾石且软硬交错。

施工过程中主要面临以下难点:采用同台2口井多靶点三维绕障水平井新技术,两井之间距离较近,易受套管影响产生磁干扰,防碰形式严峻。