井眼轨道设计与控制
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水平井
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。
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。
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。
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。
(5)、老平台钻井的防碰问题在水平井钻井中更为突出,水平井的直井段、造斜段及水平段都存在防碰问题。
为了有效地进行井眼轨迹的控制,掌握井眼轨迹状况和发展趋势,及时发现油顶、准确入靶和沿油层钻进,水平井施工中在造斜点以下所有井段全部应用了MWD+导向钻具进行井眼轨迹监测与控制,从探油顶段开始应用LWD进行地质导向,并与地质人员密切配合,保证实现地质目的。水平井井眼轨迹控制原则:根据设计,结合地层情况,优化水平井井眼轨迹控制方案;以地质导向为先导,根据地层变化,及时调整,控制好水平井着陆段和水平段的井眼轨迹,实现地质目的。
水平井井眼轨迹控制技术措施:
(1)、水平井井眼轨迹控制施工方案的优化。针对不同的井身剖面和地层剖面类型,选择不同的井眼轨迹控制方案。
对于油层为上倾方向,控制井眼轨迹在A点前20~30m,垂深达到设计油顶位置,井斜达到85°~86°,进入油层后能及时在A点前调整到最大井斜,达到井眼轨迹控制在距油顶1.5m范围内。
对于油层为下倾方向,水平段井斜角小于90°,控制井眼轨迹在A点前40~50m,垂深到设计油顶位置,井斜达到82°~84°,进入油层后能及时在A点前调整到最大井斜,达到井眼轨迹控制在距油顶1.5m范围内。
根据地质情况变化,及时调整井眼轨迹。与地质人员一起,及时了解、分析地层变化,着陆段提前下如LWD仪器,提供伽玛、电阻率测量数据,根据油层深度的变化,及时修正井眼轨迹,保证在A点前着陆,避免牺牲水平段。
第三节--定向井轨迹控制技术
井眼轨迹控制的内容包括:优化钻具组合、优选钻井参数、采用
先进的井下工具和仪器、利用计算机进行井眼轨迹的检测预测、利用地层的方位漂移规律、避免井下复杂情况等等。
轨迹控制贯穿钻井作业的全过程,它是使实钻井眼沿着设计轨道钻达靶区的综合性技术,也是定向井施工中的关键技术之一。井眼轨迹控制技术按照定向井的工艺过程,可分为直井段、造斜段、增斜段、稳斜段、降斜段和扭方位井段等控制技术,其中直井段的控制技术见第七章第四节。一.定向选斜井段
初始造斜方法有五类,即井下马达和弯接头定向、喷射法、造斜器法、弯曲导管定向、倾斜钻机定向。目前,我国海洋定向井一般采用第一种方式,常用造斜钻具组合为:钻头十井下马达十弯接头十非磁钻铤十普通钻铤(0~30米)十挠性接头十震击器十加重钻杆。这种造斜钻具组合是利用弯接头使下部钻具产生一个弹性力矩,迫使井下动力钻具驱动钻头侧向切削,使钻出的新井眼偏离原井眼轴线,达到定向造斜或扭方位的目的。
造斜钻具的造斜能力主要与弯接头的弯角和动力钻具的长度有关。弯接头的弯角越大,动力钻具长度越短,造斜率也越高。弯接头的弯角应根据井眼大小、井下动力钻具的规格和要求造斜率的大小选择。现场常用弯接头的弯角为1.5~2.25度,一般不大于2.5度。弯接头在不同条件下的造斜率见第四节。
造斜钻具组合使用的井下动力钻具型号应根据造斜井段或扭方位井段的井深选择。使用井段在2000米以内,一般采用涡轮钻具或普通螺杆钻具,深层走向造斜或扭方位应使用耐高温的多头螺杆钻具。 造斜钻具组合、钻井参数和钻头水眼应根据厂家推荐的钻井参数设计。
由于井下动力钻具的转速高,要求的钻压小[一般为29.4~78.4千牛(3~8吨)],因此,使用的钻头不宜采用密封轴承钻头,尤其是在浅层,可钻性好的软地层应使用铣齿滚动轴承钻头或合适的PDC钻头。
根据测斜仪器的种类不同,分为四种定向方式:1.单点定向
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。对靶点重新进行修正设计,计算出各段的造斜率大小。在定向造斜过程中,摸索出螺杆的实际造斜率大小,计算好滑动钻进与复合钻进的比例,尽可能使实钻轨迹逼近设计轨道。根据视位移大小、正负、井斜角大小以及井底闭合