淺談大位移水平井軌跡控制技術(shù)

徐兵

（中油遼河油田分公司淺海石油開發(fā)公司遼寧盤錦124010）

淺談大位移水平井軌跡控制技術(shù)

徐兵

（中油遼河油田分公司淺海石油開發(fā)公司遼寧盤錦124010）

目前，大位移水平井鉆井技術(shù)被廣泛應(yīng)用于石油、天然氣的開采施工過程中，對其軌跡進行控制的關(guān)鍵就是井眼軌跡的設(shè)計，本文首先對井眼剖面的主要設(shè)計原則進行了介紹，進而針對軌道參數(shù)的選擇以及參數(shù)優(yōu)化后的結(jié)果進行了分析，最后對摩阻扭矩進行了分析，以期能夠?qū)λ骄壽E的有效控制提供一定的技術(shù)依據(jù)。

大位移水平井軌跡控制

對水平井軌跡進行合理的設(shè)計是保證大位移水平井順利完成的重要關(guān)鍵，除了要保證井身的剖面不能超過鉆柱的扭矩極限之外，還要盡可能地降低扭矩摩阻、增加水平延伸的距離。相比于一般的水平井，大位移水平井本身對于井眼軌跡的設(shè)計有著特殊的要求，本文就針對如何具體對大位移水平井的軌跡進行控制以及相關(guān)注意事項進行如下分析。

1　井眼剖面的主要設(shè)計原則

在進行大位移水平井的軌跡控制時，其中一個非常重要的關(guān)鍵點就是井眼軌跡的設(shè)計，這其中需要以設(shè)計方案的可操作性作為主要基礎(chǔ)原則。當(dāng)斜井段較長的時候，套管的磨損程度和可能性就會越高，相應(yīng)的軌道剖面設(shè)計就很難被實現(xiàn)。與此同時，設(shè)計時還需要注意保證扭矩、拉力和摩阻處于一個較小的范圍，因此，可以通過對相關(guān)參數(shù)進行優(yōu)化來實現(xiàn)。

2　軌道參數(shù)的選擇

2.1造斜點參數(shù)

在進行造斜點的選擇時，如果設(shè)計的造斜點相對較淺，會造成斜井段的拉長，導(dǎo)致拉力和扭矩的進一步增大，在進行井段的加長工程中，非常容易產(chǎn)生鍵槽的問題，在很大程度上提升了井眼的控制難度。在進行穩(wěn)斜角具體參數(shù)的選擇時，滑動鉆進摩阻會隨著造斜點的提高而增大，對于大位移水平井進行軌跡控制時，設(shè)計人員需要盡可能地選擇那些相對科學(xué)的曲線，同時還需要保證造斜點處于一個較深的水平，這些都有利于直井段對于短斜井段的縮短效應(yīng)，為后續(xù)的鉆井下套管作業(yè)提供了方便。

2.2穩(wěn)斜角參數(shù)

隨著穩(wěn)斜角的不斷增大，起下鉆摩阻以及旋轉(zhuǎn)的扭矩會隨之減小，而滑動鉆進摩阻則會隨之增加。因此，為了保證斜穩(wěn)角處于最佳條件應(yīng)當(dāng)將斜井段的長度控制在最短，這樣相應(yīng)的扭矩和摩阻也就越小。在井斜處于45°-55°這一范圍內(nèi)，存在著一個受到扭矩的限制而引發(fā)的最小深度值，因此，在進行穩(wěn)斜角的設(shè)計時應(yīng)該盡可能地避開這一角度范圍。當(dāng)穩(wěn)斜角的數(shù)值一定時，扭矩和摩阻會隨著穩(wěn)斜段的減小而減小。

2.3增斜率參數(shù)

為了保證設(shè)計出的曲線更加平滑，就需要盡可能的減小增斜率，相應(yīng)的增斜率的變化率、摩阻以及扭矩也會隨之減小。

3　造斜率參數(shù)的選擇原則

造斜率的設(shè)計是整個控制技術(shù)中十分關(guān)鍵的因素，在工程的實際施工中，如果造斜段的造斜率相比于設(shè)計的造斜率略低時，一旦出現(xiàn)突發(fā)情況就會對工程的后續(xù)施工造成非常大的影響，使整個工程處于一個相對被動的狀態(tài)。因此，一般在進行工程施工時所采用的螺桿鉆具通常會比設(shè)計的造斜率高出一定的比例。

4　井眼剖面優(yōu)化分析

在進行大位移水平井設(shè)計時，設(shè)計人員可以采用多種類型的曲線來對軌跡的設(shè)計方案進行設(shè)計，這包括：懸鏈線軌跡、雙圓弧型的軌跡、圓弧形軌跡、恒變降曲率的曲線軌跡以及準(zhǔn)懸鏈線型的軌跡等。

如果設(shè)計的水平井靶前位移處于一個相對較小的范圍時，就不太適合采用懸鏈線軌跡等會對摩阻產(chǎn)生降低效應(yīng)的設(shè)計方法，這主要是因為這些設(shè)計方案都需要建立在充足靶前位移基礎(chǔ)上才能實現(xiàn)的。因此，在對這一類水平井進行剖面的設(shè)計時往往會選擇單圓弧型的剖面，相比于其他類型的剖面軌跡更加簡單，這在很大程度上就會使井眼的設(shè)計軌跡更加平滑，與此同時還減少了井壁和鉆柱彼此之間的接觸面積、降斜井段以及局部的增斜，通過這種設(shè)計可以實現(xiàn)扭矩和全井摩阻的有效降低。通過這種設(shè)計方案設(shè)計出的井眼剖面的施工造斜率為0.35°/m。

通過這種設(shè)計方式的水平井剖面再進入到水平段之前，其復(fù)合鉆的進尺相對較少，這就為可供施工調(diào)整的空間提供了很大的便利，同時，穩(wěn)斜段也很好地避免了45°-55°這一范圍，具有很強的操作性。因此，在進行大位移水平井的實際施工時，施工人員往往都會采用這種剖面來作為整個工程施工的指導(dǎo)方法來進行軌跡的控制。

5　摩阻扭矩的分析

5.1鉆井前摩阻扭矩的分析

施工前需要對摩阻扭矩進行分析，保證設(shè)計出的三軸應(yīng)力、抗壓、抗拉強度以及剖面?zhèn)认蛄Φ葏?shù)都滿足安全系數(shù)的要求，同時還要保證施工所用的鉆具在不同工況下都能夠保證不屈曲。套管也能夠按照設(shè)計的要求進行下入。

5.2實鉆時摩阻扭矩的分析

在實際鉆井的過程中，井下的摩阻扭矩通常要遠遠超過設(shè)計時的數(shù)據(jù)，這一方面是受到井眼軌跡的影響，另一方面主要是受到井壁不規(guī)則以及固相的含量偏高等原因造成的落雁摩阻系數(shù)偏高所引發(fā)的。在鉆井完成后，還需要對通井以及大排量的循環(huán)進行多次的模擬，通過這些模擬可以發(fā)現(xiàn)起下鉆摩阻基本都存在下降的情況。

5.3產(chǎn)生高摩阻的原因

（1）由于鉆井的速度非常快，循環(huán)的時間非常短，這就會造成被研磨的非常細的破碎巖屑不容易從鉆井液里面去除，進而導(dǎo)致了固相含量的進一步上升，最終使得摩阻系數(shù)偏大。

（2）如果油基鉆井液的攜砂能力較差，再加之井底的溫度過高時，都會使油基鉆井液進一步稀釋，進而造成洗井的效果不好。

（3）井斜角的進一步增大會使得鉆柱作用在井壁上的荷載增加，進而導(dǎo)致鉆柱的運動阻力增加。

（4）井眼的清潔難度以及巖屑運移阻力都會隨水平段延伸而不斷增大，這會導(dǎo)致鉆井液本身的攜砂能力受到很大程度的限制，最終導(dǎo)致巖屑床問題嚴(yán)重。

6　結(jié)語

綜上所述，對水平井井眼軌跡進行優(yōu)化設(shè)計是實現(xiàn)整個大位移水平井軌跡控制的重要措施，對此，設(shè)計時不僅要對鉆井的具體參數(shù)進行優(yōu)化，同時還要保證井眼軌跡的平滑度，另一方面，為了保證井下作業(yè)的安全，設(shè)計人員還需要盡可能地減少摩阻，強化井壁的穩(wěn)定性，這對于保證大位移水平井的順利完成具有重要的意義。

TE[文獻碼]B

1000-405X（2015）-7-416-1

徐兵（1975～），男，畢業(yè)于中國石油大學(xué)資源勘查專業(yè)，工程師，研究方向為鉆井管理。

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