多目标防碰绕障水平井井眼轨迹控制技术

水平井井眼轨迹控制关键技术探讨【摘要】分析水平井井眼轨迹控制技术，首先从其个性化特征入手，明确概念界定，才能有助于针对性研究的实现。

【关键字】水平井眼轨迹，控制关键技术一．前言从水平井井眼轨迹控制技术的基本界定入手，探讨水平井井眼轨迹控制技术的技术特征，分析技术难点所在，着重着眼于水平井相较干定向井和多目标经的区别，提出具有水平井诸如井深剖面、目的层靶区要求等个性化的相关新概念。

最后对井眼轨迹控制的关键技术组成，包括水平控制技术和着陆控制技术等进行逐一具体而细致的分析研究。

二．水平井井眼轨迹控制技术的特征分析1.了解控制井眼轨迹，无论应用于定向井或是水平井，其最后的意义作用都是在于按照设计要求中靶。

明确目标所在对技术的具体应用无疑具有引路灯式的方向性作用。

2.相较于定向井等的区别认识水平井个性化概念操作。

概括其特征包括如下三方面：（一）相对于一般定向井水平井对于中靶的要求更高。

由于水平井一般是三维靶体．前端为矩形窗口，并呈水平、近似水平的与之接近的几何体，比如柱体、棱台等，或者为长方体。

故而，水平井的井眼轨迹不仅要求进入窗口，更要求避免进入水平井段时由于钻头穿出靶体而导致的脱靶现象。

（二）摆放工具面角难度系数大。

水平井斜井段不断延伸，随之井眼摩阻不断增大，导致钻具在井眼中不易转动。

工具面角的摆放问题尤其表现出难度所在。

（三）控制难度系数大。

因工具造斜能力的模糊性以及地质的不确定性和测量信息缺乏时效性等各种客观因素的制约，致使水平井中的水平井段控制和着陆控制难度大大增加。

3.由于水平井的本身特征所影响，针对于水平井的个性化相关概念特别值得注意：（一）中靶井眼轨迹中靶时进入的平面是个法平面(也称目标窗口，但中靶的靶区不是一个平面，而是个柱状体，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，使实钻轨迹点在进人目标窗口飞平而后的每个点都处在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(即人靶点的井斜角、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。

水平井井眼轨迹控制技术水平井井眼轨迹控制工艺技术是水平井钻井中的关键，是将水平井钻井理论、钻井工具仪器和施工作业紧密结合在一起的综合技术，是水平井钻井技术中的难点，原因是影响井眼轨迹因素很多，水平井井眼轨迹的主要难点是：1．工具造斜能力的不确定性，不同的区块、不同的地层，工具造斜能力相差较大2．江苏油田为小断块油藏，油层薄，区块小，一方面对靶区要求高，另一方面增加了目的层垂深的不确定性。

3．测量系统信息滞后，井底预测困难。

根据以上技术难点，需要解决三个技术关键：1、提高工具造斜率的预测精度。

2、必须准确探明油层顶层深度，为入窗和轨迹控制提供可靠依据。

3、做好已钻井眼和待钻井眼的预测，提高井眼轨迹预测精度。

动力钻具选择一、影响弯壳体动力钻具造斜能力的主要因素影响弯壳体动力钻具的造斜能力的主要因素有造斜能力钻具结构因素和地层因素及操作因素三大类。

其中主要的是结构因素，其次是地层因素。

（一）动力钻具结构因素影响1．弯壳体角度对工具造斜率的影响单双弯体弯角是影响造斜工具造斜能力的主要因素。

在井径一定情况下，弯壳体的弯角对造斜率的影响很大，随着弯壳体角度的增大，造斜率呈非线性急剧增大。

2．弯壳体近钻头稳定器对工具造斜率的影响。

弯壳体近钻头稳定器的有无，对工具造斜率影响很大。

如Φ165mm1°15′有近钻头稳定器平均造斜率达到30°/100米，无近钻头稳定器平均造斜率仅为20°/100米左右，相差近50%。

如陈3平3井使1°30′Φ172mm不带稳定器单弯螺杆平均造斜率为25°/100米，井身轨迹控制要求，复合钻进后，滑动钻进，造斜率仅为16-20°/100米。

3．改变近钻头稳定器到下弯肘点之距离对工具造斜率的影响通过移动下稳定器位置可以改变近钻头稳定器至下肘点之距离。

上移近钻头稳定器可大大提高工具的造斜能力，并且在井径扩大程度较大的情况下，造斜能力的上升幅度比井径扩大较小时要大。

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。

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。

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。

水平井井眼轨迹控制第一章水平井的分类及特点 (2)第二章水平井设计 (4)第三章水平井井眼轨迹控制基础 (8)第四章水平井井眼轨迹控制要点 (13)第五章水平井井眼轨迹施工步骤 (21)第一章水平井的分类及特点水平井的概念：是最大井斜角保持在90°左右（大于86°），并在目的层中维持一定长度的水平井段的特殊井（通常大于油层厚度的6倍）。

一、水平井分类二、各类水平井工艺特点及优缺点三、水平井的优点和应用1、开发薄油藏油田，提高单井产量。

2、开发低渗透油藏，提高采收率。

3、开发重油稠油油藏，有利于热线均匀推进。

4、开发以垂直裂缝为主的油藏，钻遇垂直裂缝多。

5、开发底水和气顶活跃油藏，减缓水锥、气锥推进速度。

6、利用老井侧钻采出残余油，节约费用。

7、用丛式井扩大控制面积。

8、用水平井注水注气有利于水线气线的均匀推进。

9、可钻穿多层陡峭的产层。

10、有利于更好的了解目的层性质。

11、有利于环境保护。

第二章水平井设计一、设计思路和基本方法：简而言之，就是“先地下后地面，自下而上，综合考虑，反复寻优”的过程。

二、水平井靶区参数设计与定向井不同，水平井的靶区一般是一个包含水平段井眼轨道的长方体或拟柱体。

靶区参数主要包括水平段的井径、方位、长度、水平段井斜角、水平段在油藏中的垂向位置、靶区形状和尺寸。

1、水平段长度设计设计方法：根据油井产量要求，按照所期望的产量比值（即水平井日产量是临近直井日产量的几倍），来求解满足钻井工艺方面的约束条件的最佳水平段长度值。

约束条件主要有钻柱摩阻、扭矩，钻机提升能力，井眼稳定周期，油层污染状况等。

2、水平段井斜角的确定应综合考虑地层倾角、地层走向、油层厚度以及具体的勘探开发要求。

βα±︒=90H ，β为地层真倾角当地层倾角较大而水平段斜穿油层时，则应考虑地层视倾角的影响，[])cos(90HH d tg arctg Φ-Φ-︒=βα， d Φ为地层下倾方位角，H Φ为水平段设计方位角 3、水平段垂向位置确定油藏性质决定了水平段的设计位置。

防碰井眼轨迹控制技术的应用本文对防碰井眼轨迹控制技术进行了系统、详细的论述，并结合现场实际说明侧斜修井技术在一些技术难点及瓶颈技术上的探索和突破及侧斜修井技术总体水平的发展与提高等。

标签：侧斜修井；防碰；井眼；应用1 前言侧斜修井技术是在大庆油田开发后期，随着套损井的日益增多、区块治理难度不断加大并严重影响产能建设的情况下开发出的一种新型修井技术。

在最近2年的时间里，侧斜修井在技术水平、施工规模和综合效益等各方面都有了很大提高，主要得益于许多新技术、新工艺在侧斜井中的广泛应用，使工艺不断得到优化，技术日臻成熟。

因此，进一步缩短了侧斜井修复周期，提高了修复率，成为油水井修复和油田治理的一种重要手段。

本文从技术发展的角度，介绍了防碰井眼轨迹控制技术的应用及发展情况。

2 防碰井眼轨迹控制的目的侧斜井利用了原井的一段井眼，井身质量指标与直井相同，这就决定了新老井眼螺旋线是在同一柱形空间，因此，侧斜井的防碰主要是防止与原井眼的碰撞。

另一方面，由于侧斜井方位相对稳定，在设计方位上形成一定水平位移，这就涉及到与周边邻井防碰的问题。

防碰井眼轨迹控制技术的应用在保证实钻井眼符合设计要求的同时满足了防碰的要求。

防碰井眼轨迹控制技术综合考虑了工程、地质等影响实钻井眼井斜、方位变化的相关因素。

3 防碰井眼轨迹控制方法防碰井眼轨迹控制包括方位设计和实钻井眼轨迹控制。

3.1 防碰井眼轨迹方位设计防碰井眼轨迹方位设计遵循以下原则：一要优先考虑与原井及周边邻井的防碰问题；其次是地层自然造斜规律的影响。

在同井场有多口井存在时，首先绘制同井场原井水平位移图，设计方位线及其变化区域与各井的水平位移线不能相交，并尽量选择范围大的区域以提高安全系数。

如图1所示。

当初步选定某一区域后，以邻井位移图上的最内侧点与本井的连线构成防碰临界角α，临界角的平分线即为理论上的设计方位线。

考虑到实际钻进中，钻具的右旋影响井眼方位产生向右漂移的趋势。

综合以上两点，设计方位的选取通常在作图法基础上减少10-15°的方位线上。