水平井井眼轨迹控制

吉林油田大情子油田水平井井眼轨迹控制技术研究【摘要】本文主要对吉林油田大情子油田水平井的井眼轨迹控制的难点进行阐述。

通过井眼轨迹优化与钻具组合的优化选择解决了岩屑床堆积和托压等多方面问题，形成了适合该地区水平井施工一整套的技术措施。

【关键词】钻具组合井眼轨迹优化狗腿度控制井眼清洁1 概述该地区水平井井眼轨迹控制技术难点主要有：（1）直井段长，直井段井斜控制难度大；（2）靶前位移短，造斜率高，pdc钻头工具面稳定难度大，造斜率不稳定，造斜率难以保证；（3）由于地面的条件限制，需要靶前扭方位（10°-60°），现场施工难度大，井下风险高；（4）目的层有效厚度2m左右，水平段延伸长（700米）钻遇率要求高（90%），油气层的垂深不确定，构造变化大，井眼轨迹增斜降斜变化不规律，增加了水平段的控制难度；（5）在大斜度段和水平段井眼内摩阻和扭矩大，造成滑动钻进时加压困难；2 针对该地区定向施工中的技术难点采取的技术措施 2.1 钻具组合的优化设计该地区水平井一般设计在1320米左右造斜，井斜控制要求高（500米内<0.5°，至造斜点<1°）。

直井段采用防斜塔式钻具组合，采用高转速（120r/min），低钻压钻进（2t）。

坚持每钻进50米测斜一次，发现井斜超标或者增斜趋势明显及时采取小钻压吊打和提高转速的方法控制井斜，必要时下入动力钻具纠斜。

直径段钻具组合如下：φ228.6mmpdc钻头+φ172mm双母接头+托盘+φ178mm非磁×1+φ178mm钻铤×6+φ165 mm钻铤×8+φ127mm钻杆+133mm×133mm 方钻杆直井段进行通井作业，采取慢下方式休整井壁。

在造斜点以上50米下入mwd，根据实钻直井段的连斜数据在造斜点之前对井眼轨迹进行修正。

造斜段井斜角小于45°的井段采取以下钻具组合：φ215.9mm钻头+172mm马达（1.5°）+箭式浮阀+定向接头（172mm）+φ165mm非磁（mwd）+φ165mm钻铤×6+ 127mm加重钻杆×30+φ127mm钻杆+133mm×133mm方钻杆.该钻具组合增加了钻具的刚性，工具面稳定，造斜率波动变化小。

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。

第三章定向井、水平井井身轨迹控制技术第一节定向井、水平井井眼轨迹控制理论无论是定向井，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。

我们在长、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。

我们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。

控制工作中，工作人员可以结合偏移距离变化和靶前位移变化，控制难度比较大。

1.3 三维眼井摩阻扭矩较大在三维水平井斜井段，需要适当的增斜和扭方位，在下钻和滑动钻钻进过程中，钻具很容易发生屈曲问题，钻具接触井壁之后会产生较大的摩阻扭矩，产生严重的托压问题，不利于向钻头传递钻压，降低了钻井速度，延长了定向钻的周期。

由于上孔的扭转方向增加了全角度变化率和摩擦扭矩，定向工具面无法放置在正确位置，在同一位置反复升降钻具，增加了定向钻进的难度，延长了定向钻进的钻进周期[1]。

2 涪陵页岩气田三维水平井井眼轨迹控制技术思路采用原有的井眼轨迹设计模式，不利于实现三维水平井优化和快速定向钻井。

其工作目标是使摩擦力矩最小。

在实际工作中，有必要对原始井眼轨迹类型进行优化，改进轨迹参数，优化三维井眼轨迹设计技术，以提高定向钻井速度。

因为三维井眼轨迹控制工作具有较大的难度，为了保障钻井的安全性，提高现场定向施工的便利性，需要利用精细控制措施，严格控制井段井眼轨迹，优化涪陵页岩气田三维水平井井眼轨迹控制技术，降低整体施工难度。

面临三维井眼摩阻扭矩较大的问题，工作人员可以利用降摩减扭工具，避免发生托压问题，利用三维井眼降摩减阻技术，高效控制三维井眼轨迹。

要想优化三维井眼轨道，工作人员需要合理选择三维井眼轨道，把握入窗时机，提高施工现场的操作性。

利用预目标位移，尽可能调整倾斜点，缩短稳定段长度，有效缩短钻进周期。

为了降低整体工作量，要在稳斜段改变方位。

结合降摩减扭的工作理念，优化轨道全角的变化率，控制稳斜段的井斜角[3]。

在实际应用中，将三维水平井轨迹分为六段。

在纠偏井段的井眼内设置二维增斜段，以保证增斜效果。

在稳斜边变方位井段，施工人员需要全力扭方位，有效减少工作量。

在边增斜边调整方位井段，应合理调整调整工具面，合理调整方位角。

在着陆段利用增斜入窗，合理调整参数。

3 涪陵页岩气田三维水平井井眼轨迹控制关键技术三维水平井偏移距比较大，同时也会增加变方位工作量，在大斜度井段调整方位难度较大，定向钻工作周期比较长，井眼轨迹缺乏圆滑性，将会影响到后续井下作业的安全性。

第五章井眼轨道设计与轨迹控制1．井眼轨迹的基本参数有哪些？为什么将它们称为基本参数？08答：井眼轨迹基本参数包括:井深、井斜角、井斜方位角。

这三个参数足够表明井眼中一个测点的具体位置，所以将他们称为基本参数。

2．方位与方向的区别何在?请举例说明。

井斜方位角有哪两种表示方法？二者之间如何换算？答：方位都在某个水平面上，而方向则是在三维空间内(当然也可能在水平面上）。

方位角表示方法：真方位角、象限角。

3．水平投影长度与水平位移有何区别?视平移与水平位移有何区别?答：水平投影长度是指井眼轨迹上某点至井口的长度在水平面上的投影，即井深在水平面上的投影长度。

水平位移是指轨迹上某点至井口所在铅垂线的距离,或指轨迹上某点至井口的距离在水平面上的投影.在实钻井眼轨迹上，二者有明显区别，水平长度一般为曲线段，而水平位移为直线段。

视平移是水平位移在设计方位上的投影长度.4．狗腿角、狗腿度、狗腿严重度三者的概念有何不同？答：狗腿角是指测段上、下二测点处的井眼方向线之间的夹角（注意是在空间的夹角）.狗腿严重度是指井眼曲率，是井眼轨迹曲线的曲率。

5．垂直投影图与垂直剖面图有何区别？答:垂直投影图相当于机械制造图中的侧视图,即将井眼轨迹投影到铅垂平面上；垂直剖面图是经过井眼轨迹上的每一点做铅垂线所组成的曲面，将此曲面展开就是垂直剖面图.6．为什么要规定一个测段内方位角变化的绝对值不得超过180 ？实际资料中如果超过了怎么办？答：7．测斜计算,对一个测段来说，要计算那些参数？对一个测点来说，需要计算哪些参数？测段计算与测点计算有什么关系？答：测斜时，对一个测段来说,需要计算的参数有五个：垂增、平增、N坐标增量、E坐标增量和井眼曲率;对一个测点来说,需要计算的参数有七个:五个直角坐标值（垂深、水平长度、N坐标、E坐标、视平移）和两个极坐标（水平位移、平移方位角）.轨迹计算时，必须首先算出每个测段的坐标增量,然后才能求得测点的坐标值。

井眼轨迹设计与控制方法井眼轨迹设计与控制方法是指在石油工程领域中，为了实现最佳的钻井效果，需要设计合适的井眼轨迹，并通过控制方法来实施钻进操作。

井眼轨迹设计和控制方法的目的是确保井眼能够贯穿目标层，并达到钻井目标。

以下是井眼轨迹设计和控制方法的一般步骤和原则。

1.收集地质和地下信息：了解地质和地下条件对井眼轨迹设计的影响，包括地层构造、断层、岩性、陷落带等信息。

通过地质勘探技术，如地震勘探、测井等方法获得地下信息。

2.考虑钻进目标：确定钻井目标并制定井眼轨迹设计的目标，包括垂直井、平曲井、S型井、水平井等。

3.选择合适的钻头和井壁稳定措施：根据地层岩性和井眼设计目标，选择适当的钻头和井壁稳定措施，以减少钻井风险。

4.采用合适的井眼轨迹设计软件：使用井眼轨迹设计软件，根据地质和目标要求，进行井眼轨迹设计。

软件可以根据用户的输入参数，提供最佳的井眼轨迹设计方案。

5.优化井眼轨迹设计：根据设计的井眼轨迹，进行优化，以满足目标要求、降低钻井风险和成本。

6.完善设计：进行设计审查并完善井眼轨迹设计。

井眼轨迹控制方法的原则如下：1.根据地质情况进行实时调整：在钻井过程中，根据地质情况和实时测井数据，适时调整井眼轨迹设计。

控制方法可以包括调整钻头类型、调整钻井液密度等。

2.使用工具进行测量和记录：使用相关测量工具，如测井仪器、鱼雷测井等，对井眼轨迹进行实时测量和记录。

这些测量数据可用于分析地层情况和优化井眼轨迹设计。

3.采用适当的工具和技术：选择合适的工具和技术，如导航仪器和测量工具，帮助实施井眼轨迹控制。

这些工具可以提供准确的测量数据和实时导航。

4.数据分析和反馈：通过分析测量数据和井斜数据，对当前井眼轨迹进行评估和反馈。

根据评估结果，进行必要的调整和控制。

5.培训和提高技能：培训钻井工程师和工人，提高其井眼轨迹设计和控制的技能水平。

这样可以确保钻井操作的安全和高效。

总之，井眼轨迹设计和控制方法是确保钻井工程顺利进行的重要环节。