定向、水平井轨迹控制

浅谈定向井轨迹影响因素及控制措施[摘要]随着定向井工艺技术的发展，定向井也由简单定向井发展到现在的大位移水平井，加之机械钻进不断提高，建井周期不断缩短，井眼轨迹控制一直是影响钻井速度的重要因素，本文就定向井施工过程中井身轨迹的控制作出分析，探讨如何实现定向井的最优井身轨迹，推动定向井技术的发展。

[关键词]油田定向井轨迹控制存在问题对策中图分类号：te928 文献标识码：a 文章编号：1009-914x（2013）08-240-01前言随着定向井工艺技术的发展，形成一系列成熟的工艺，定向井也由简单定向井发展到现在的大位移水平井，加之机械钻进不断提高，建井周期不断缩短，井眼轨迹控制一直是影响钻井速度的重要因素，而定向井轨迹控制则是定向井施工最基本、最核心、最重要的内容。

定向井井身轨迹的选择对于钻井施工的安全、高效、低成本起着重要的作用。

它的优劣程度将会直接关系到钻井的效率和成本，只有控制好井身轨迹，才能使油田开采得到更有效的保障，本文将会对常规定向井的轨迹控制技术进行探讨。

1定向井的轨迹控制重要性若井身轨迹确定不了，工程设计就无法进行和施工就无从开展，但如果选择了一条不理想的井身轨迹，又会给施工带来许多困难甚至使施工走向失败。

定向井的轨迹已成为定向钻井技术中亟待解决的重要问题之一。

它的选择对于钻井施工的安全程度、施工效率和成本有重要的作用。

作为钻井施工的第一部重要工序，定向井的轨迹控制是后续施工的基础，同时也是保证钻井施工质量的关键。

整个钻井施工的质量往往就是定向井的轨迹控制的质量来决定的，特别是我国作为一个地形复杂多样的国家，工程所在地的地址情况往往会随着地域条件的不同而存在着较大的差异，这就对施工带来了严峻的挑战，同时对定向井井身轨迹质量也就提出了更高的要求。

只有将井身轨迹控制合理，才能使我国油井开采更合理、安全、高效地发展。

2井身轨迹影响因素2.1使用新的绕障三维定向井轨迹设计目前很多定向井设计要进行三维设计，特别是在油田开采中后期的加密井、一些特殊的地质条件以及海上平台等特殊作业，就需要绕开障碍物（盐丘、断层、异常高压区等等），进行精确的三维轨迹设计。

2. 以煤层气钻井工程为例，进行水平定向钻井轨迹设计或者欠平衡钻井工艺技术设计。

本文选择以煤层气钻井工程为例，进行水平定向钻井轨迹设计。

煤层气，又称煤层甲烷，俗称瓦斯，人们对它爱恨交加。

爱的是它是一种清洁能源，有很大的利用价值；恨的是它是矿难的原因之一。

因此，安全有效地采集煤层气可谓是一举两得的好事。

近些年，部分国家开始用定向钻井技术开采煤层气，取得了良好效果。

定向钻井，简单说就是让向地下竖着打的井拐个弯，再顺着煤层的方向横着打井。

定向钻井采集煤层气的原理同传统方法一样，即通过抽水减压，逼出煤层气，再进行采集。

但两者的区别在于，传统方法只用竖井穿到煤层采集，而横向井顺着煤层的走势大大增加了采气的面积，因而提高了效率。

定向钻井通常在石油和天然气开发中使用较多，但近些年煤炭行业也越来越多地将这项技术用于矿山开采前的瓦斯抽放、排水、矿井探查等方面。

在煤炭领域使用这一技术的主要有美国、澳大利亚、欧洲、南非等国家和地区，而利用这一技术采集、利用煤层气的国家以美国和澳大利亚等国为主。

澳大利亚目前有17个煤矿用定向钻井技术排放井内瓦斯，以确保安全生产。

而悉尼的一家公司在2000年成功地利用这一技术在地下600米深处开出了一口商业用煤层气井。

美国的一些煤矿企业为了矿井安全和开采煤层气也热衷采用定向钻井技术。

在2000年，美国10％的煤层气井都采用了这项技术。

由于这项技术的逐步开发，部分美国和澳大利亚企业的煤层气产量都得到了提高。

资料显示，定向钻井的纵向深度一般在600～1200米，横向煤层钻井长度可达到400米。

据美国某钻探公司的个例统计，采用横井采气比传统的单一竖井采气的初期产量可高出10倍，气井的生产寿命也会增加。

根据对某些项目的估算，运用定向钻井法商业采集煤层气的内部回报率为15～18％，明显高于传统竖井采集法约3％的内部回报率。

1 定向水平井的井身类型井身结构设计原则有许多条，其中最重要的一条是满足保护储层实现近平衡压力钻井的需要，因为我国大部分油气田均属于多压力层系地层，特别是韩城地区，构造复杂，经过大范围地层沉降，上覆地层压力较大，只有将储层上部的不同孔隙压力或破裂压力地层用套管封隔，才有可能采用近平衡压力钻进储层。

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。

定向井钻井轨迹设计与控制技术近年来，中国发展迅速，石油在经济快速发展中的重要作用已经显现。

石油不仅可以提炼汽油和柴油，维持汽车和机器的运转，还可以将天然气作为人们生活和工业的重要燃料。

因此，石油勘探开发逐渐增多，石油钻井技术也得到很大发展。

19世纪中后期，石油钻井中定向井钻井技术的首次正式应用。

在工程建设过程中，井眼轨迹控制技术可视为定向井钻井的关键技术。

直井、斜井和稳定斜井段的井眼轨迹控制技术也不同。

总的来说，随着井眼轨迹控制技术的不断改进和完善，定向井轨迹控制水平有了很大的提高。

定向井；轨迹；控制技术引言在油气开采中，定向钻井技术是一种应用广泛的技术，其开采效率和施工质量直接影响油气开采的整体质量。

它在提高天然气和石油开采效率方面发挥着重要作用。

由于使用的地形复杂多变，决定了定向井建设项目对轨道设计和控制的要求更加严格。

影响整个施工过程的最重要因素是轨迹控制的准确性，轨迹设计和轨迹控制对钻井的整体质量起着至关重要的作用。

在石油钻井工程中，在整个定向井施工过程中，轨迹控制技术对整个工程的整体质量具有重要的现实意义。

1 定向井轨迹设计1.1 设计原则第一，实现地质目标是建设的原则。

定向钻井时，钻井的主要目的是使钻井穿过地层中的多个油层，防止井下复杂，地层易坍塌、易漏，或提取井间难以到达的死油气，或钻应急救援井，或在平台上钻定向井，节省占用空间，达到后期管理的目的。

无论哪种定向井，井眼轨迹设计都要首先考虑地质设计。

对于地质设计，如果不能满足设计要求，就无法设计出完美的钻孔轨迹。

第二，是达到安全、优质、高效钻井的目的。

在定向井轨道的设计中，地质目标有望实现。

因此，要实现这一地质目标，需要各种轨道形式。

选择最有利于现场施工难度、最小摩擦力矩和井眼轨迹控制的轨道形式，才能实现安全、优质、高效的定向钻进。

因此，在设计定向井轨迹和确定偏移点时，需要选择地层稳定、易偏移的层位。

第三，满足后期生产的要求。

第三个原则对于满足后期采油的要求至关重要，尽管这两个原则在定向井轨道设计中更为重要。

定向井轨迹控制技术定向井的井眼轨迹控制技术是定向井钻井成套技术中的关键环节。

文章介绍了轨迹剖面优化设计，对直井段、增斜段、稳斜段轨迹控制技术进行了详细的阐述，同时对轨迹预测方法和轨迹修正设计技术进行了论述，对现场施工具有一定的指导作用。

标签：轨迹控制;轨迹预测;剖面设计;定向井定向井的井眼轨迹控制技术是定向井钻井成套技术中的关键环节。

定向井施工成败的关键是能否控制井眼轨迹的变化。

1 轨迹剖面优化设计定向井井身剖面的选择对于钻井施工的安全、高效、降低成本起着至关重要，四段制轨迹剖面易形成键槽，岩屑床，起下钻和钻井过程中摩阻扭矩大，易卡钻，给井下安全带来极大隐患。

经过理论计算分析，并结合大庆地质情况，三段制或者五段制井眼轨迹剖面成为大庆定向井施工的首选对象，这两种轨迹剖面具有轨迹短、投资少、效益高、利于井眼轨迹控制等特点。

2 井眼轨迹控制技术2.1 直井段轨迹控制定向井直井段的井眼轨迹控制原则是防斜打直。

有人认为常规定向井（指单口定向井）直井段钻不直影响不大，通过后续的调整最终也可中靶，这种想法是不对的。

因为当钻至造斜点，如果直井段不直，造斜点处不仅因为有一定的井斜角而影响定向造斜的顺利完成，还会因为这个井斜角形成一定的水平位移而影响下一步钻进的井眼轨迹控制。

所以在直井段施工中，采用塔式钻具组合或钟摆钻具组合，配以合理的钻进参数，每钻进100-120米测斜一次，及时监测井斜的变化趋势，如发现井斜有增大趋势，及时调整钻井参数，加密测斜，必要情况下进行螺杆钻具纠斜。

造斜点前100m采取轻压吊打，严格控制钻进参数，保证造斜点处的井斜不超过0.5°。

2.2 造斜段轨迹控制造斜就是从造斜点开始强制钻头偏离垂直方向增斜钻进的过程。

由于大位移水平井直井段多数存在井斜方位，且方位与新设计方位不一致，所以必须利用定向井计算软件计算出直井段各点轨迹参数，同时根据最后几个测点趋势，预测出井底的井斜角和方位角，计算出井底水平位移、垂深、闭合方位、视位移、视垂距等参数。

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。

自19世纪末旋转钻井诞生以来，初期都是打直井，人们预想的井眼轨道乃是一条铅垂直线。

并且认为旋转钻的实钻井眼轨迹也和顿钻一样，是一条铅垂直线。

直到大约本世纪20年代末，人们意外地发现一口新钻井把旁边一口老井的套管钻穿了，还发现相邻两口井的井深不同却钻到了同一油层。

于是认识到井是会斜的，需要采取有效措施控制井眼轨迹，才能减小井斜。

于是出现了“直井防斜技术”。

本世纪30年代初，在海边向海里打定向井开采海上油田的尝试成功之后，定向井得到了广泛的应用，其应用领域大体有以下三种情况。

1.地面环境条件的限制：当地面上是高山，湖泊，沼泽，河流，沟壑，海洋，农田或重要的建筑物等，难以安装钻机，进行钻井作业时，或者安装钻机和钻井作业费用很高时，为了勘探和开发它们下面的油田，最好是钻定向井。

2.地下地质条件的要求：对于断层遮挡油藏，定向井比直井可发现和钻穿更多的油层；对于薄油层，定向井和水平井比直井的油层裸露面积要大得多。

另外，侧钻井，多底井，分支井，大位移井，侧钻水平井，径向水平井，等等定向井的新种类，显著地扩大了勘探效果，增加了原油产量，提高了油藏的采收率。

3.处理井下事故的特殊手段：当井下落物或断钻事故最终无法捞出时，可从上部井段侧钻打定向井；特别是遇到井喷着火常规方法难以处理时，在事故井附近打定向井(•称作救援井)，与事故井贯通，进行引流或压井，从而可处理井喷着火事故。

目前，定向钻井已成为油田勘探开发的极为重要的手段，井眼轨道设计和井眼轨迹控制乃是定向钻井技术的基本内容。

事实上，直井可以看作是定向井的特例，其设计的轨道为一条铅垂线。

直井防斜和定向井井眼轨迹控制，在技术原理上是一致的，只是应用方向不同而已。

井眼轨迹控制技术经历了从经验到科学，从定性到定量的发展过程。

现在正处在向井眼轨迹自动控制阶段发展。

三．定向井轨迹控制的基本方法二维定向井的设计轨迹一般是由四种井段组成：垂直井段，增斜井段，稳斜井段和降斜井段。

定向井钻井轨迹设计与控制技术研究摘要：在定向井钻井过程中，井眼轨迹的设计和控制至关重要，它可以决定定向井施工的成败。

因此，有必要进一步探索定向井井眼轨迹的设计和控制技术，以实现安全、优质、高效的定向井施工。

定向井轨迹的选择对钻井施工的安全、高效、低成本起着重要作用。

关键词：定向井；钻井轨迹；设计；轨迹控制前言近年来，随着钻井工程技术和钻井设备的不断改进，钻井技术得到了快速发展。

定向钻井作为一种非常重要和实用的钻井方法，受到了人们的极大关注。

井眼轨迹设计技术是一整套钻井技术中的第一个关键环节。

定向井是指根据预先设计的井斜方向和井筒轴线形状钻探的井。

换句话说，任何设计目标偏离井口所在垂直线的井都属于定向井。

定向井是相对于垂直井而言的，根据设计的井筒轴线分为二维定向井和三维定向井。

由于油气资源短缺以及当前油气生产中遇到的问题，为定向井轨迹设计提供了广阔的发展前景和空间。

定向井轨迹的设计方法和实际钻井偏移测量理论将是研究的重要趋势。

现在，进入计算机快速发展时期，将现有和更成熟的工程模型计算机化，以提高现场施工人员的工作效率；另一方面，准确及时地将现场数据输入计算机，为未来的数据统计和科研分析提供第一手现场真实数据。

因此，利用定向井轨迹设计的软件实现和强大的计算机编程功能，实现了定向井轨迹优化设计软件的研究。

通过不断的实验和改进，设计的轨迹不仅满足了施工现场条件的限制，而且是满足各种设计条件的理想轨迹。

1.定向井轨迹概念井眼轨迹可分为两类：设计轨迹和实际钻井轨迹。

其中，设计轨迹可分为钻孔前设计的轨迹和钻孔过程中钻孔时修改或调整的轨迹。

设计轨迹通常由一些分段的特殊曲线组成，具有很强的规律性。

设计轨迹和实际钻井轨迹都是连续光滑的空间曲线，只有一条线，在三维空间中随机变化，没有任何规则可循。

为了表达这样的曲线，可以使用图形来显示井轨迹的形状，或者使用几何参数来描述井轨迹的形式。

这两种方法相互补充，并且通常以一种既考虑到图形方法的视觉和直观特性，又考虑到精确和灵活的分析参数的优势的方式应用。