連通水平井軌道對(duì)接控制技術(shù)

王洪松　孟新法

[摘 要]本文以煤層氣開發(fā)為載體，從水平井軌跡末端對(duì)接控制的角度介紹了精確連通井的定位方法、軌跡控制技術(shù)和雙井末端精確連通技術(shù)。介紹了具體的施工措施，探索適合國情的雙井精確連通技術(shù)和方法，以應(yīng)對(duì)國內(nèi)煤層氣和芒硝礦等資源的開發(fā)。這些技術(shù)措施的應(yīng)用不僅避免和降低了井下事故的發(fā)生，且實(shí)現(xiàn)了優(yōu)質(zhì)快速高效開發(fā)，同時(shí)對(duì)開發(fā)非石油礦藏具有很好的借鑒意義。

[關(guān)鍵詞]煤層氣；連通井；軌跡控制；RMRS；磁定位；精確連通；雙井

中圖分類號(hào)：TE21 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2016）14-0096-01

1 前言

雙井連通水平井的最終目標(biāo)是有效鉆穿目的層，而且與目標(biāo)直井（造穴井）實(shí)現(xiàn)精確連通，因而末端精確連通是軌跡控制技術(shù)關(guān)鍵之中的關(guān)鍵，是檢驗(yàn)雙井精確連通成敗的標(biāo)準(zhǔn)。連通水平井的井眼軌道控制技術(shù)重點(diǎn)在以下三個(gè)方面：一是臨井（排采井）的井眼軌道防斜打直控制技術(shù)；二是水平井（工程井）著陸前井眼軌跡控制技術(shù)，利用地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)鉆出數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、軌跡圓滑、入靶姿態(tài)良好的水平井是連通的基礎(chǔ)；三是水平段穿越目的層，提高目的層穿透率井眼軌道控制技術(shù)；四是精確連通儀器的選擇和使用，確保能精確掌握待連通兩井相對(duì)位置與距離，實(shí)現(xiàn)兩井精確順利連通。

2 雙井連通水平井分段軌跡控制技術(shù)

2.1 水平井（工程井）著陸前的井眼軌道控制技術(shù)

工程井造斜段的施工是工程井成功的基礎(chǔ)，和其它水平井一樣，軌跡控制的原則是選擇合適的造斜工具，鉆出規(guī)則平滑的井眼軌跡，最終形成準(zhǔn)確的、可控的入靶姿態(tài)，有利于水平段施工。針對(duì)煤層氣工區(qū)施工的特點(diǎn)，井身軌跡控制還要注意以下幾點(diǎn)：

a、要選擇適中造斜率的動(dòng)力鉆具。由于煤層基巖以下成巖性強(qiáng)，經(jīng)常發(fā)生卡鉆事故，所以選擇無扶正塊或較小扶正塊的單彎動(dòng)力鉆具更安全；

b、地層可能鉆遇含大塊礫石的礫石層，盡管層較薄（一般2-5m），容易造成卡鉆，而且工具造斜率明顯下降，因此要制定相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施；

c、目的層提前或滯后時(shí)的應(yīng)對(duì)措施。由于地質(zhì)勘探資料少等多種原因，目標(biāo)層垂深有時(shí)經(jīng)常變化，最多時(shí)超過15m，因而在控制軌跡過程中要有一定的思想和技術(shù)準(zhǔn)備。

2.2 水平段井眼軌道控制技術(shù)

通常施工的煤層氣井水平段井眼設(shè)計(jì)采用直徑為∮152.4mm的井眼，所要開采的目的煤層為厚度不足6.5m、最薄的甚至不足2.3m的超薄煤層，精度要求很高，同時(shí)煤層以塊煤為主，極易發(fā)生井下事故，給水平段軌跡控制提出了更高的要求。水平段施工的技術(shù)難點(diǎn)主要有以下幾點(diǎn)：

c、小井眼地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)在大段煤層中應(yīng)用，解決儀器信號(hào)的接受和傳遞也是一個(gè)大的挑戰(zhàn)；

d、有效處理水平井段滑動(dòng)鉆進(jìn)的鉆壓傳遞問題，是順利施工需要考慮的重點(diǎn)；

e、測(cè)量誤差問題。為了最終實(shí)現(xiàn)末端對(duì)接，水平段施工開始，就需要對(duì)測(cè)量儀器的測(cè)量誤差進(jìn)行分析和校正，調(diào)整井眼軌跡，瞄準(zhǔn)目標(biāo)井。

針對(duì)上述水平段施工的技術(shù)難點(diǎn)，開展了相應(yīng)的技術(shù)研究和探索，采取了必要的技術(shù)措施，主要有以下措施：

（1）充分發(fā)揮測(cè)量儀器的地質(zhì)導(dǎo)向作用，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)伽馬數(shù)據(jù)，及時(shí)判斷鉆頭位置，隨時(shí)調(diào)整井眼軌跡，在井斜角合適的情況下，合理分配鉆進(jìn)方式，盡量使滑動(dòng)鉆進(jìn)和復(fù)合鉆進(jìn)交替進(jìn)行，避免施工中出現(xiàn)大段的定向施工作業(yè)，這樣可以保證井身軌跡的平滑性及準(zhǔn)確性；

（2）合理優(yōu)化鉆進(jìn)參數(shù)，調(diào)整鉆井液性能。水平段施工中要盡可能加大泥漿泵排量，以便清洗井眼和有效攜巖；鉆進(jìn)過程中，采取每鉆進(jìn)一根劃眼二遍，達(dá)到修理井壁的目的。旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)時(shí)，保持穩(wěn)定參數(shù)鉆進(jìn)，及時(shí)掌握其造斜規(guī)律，充分合理地利用工具和地層造斜規(guī)律，滿足軌跡控制的要求；

（3）進(jìn)行了鉆具力學(xué)性能分析及井下壓力檢測(cè)，同時(shí)在鉆具組合中加入了隨鉆震擊器，保證了井下安全鉆進(jìn)；

2.3 雙井末端精確連通控制技術(shù)

雙井連通水平井的最終目標(biāo)是有效鉆穿目的層，而且與目標(biāo)直井（造穴井）實(shí)現(xiàn)精確連通，因而末端精確連通是軌跡控制技術(shù)關(guān)鍵之中的關(guān)鍵，是檢驗(yàn)雙井精確連通成敗的標(biāo)準(zhǔn)。

（1）雙井精確連通導(dǎo)向儀器的工作原理：

精確連通導(dǎo)向儀器工作原理是在正鉆工程水平井內(nèi)下入RMRS專用強(qiáng)磁接頭，同時(shí)在造穴井內(nèi)用有線設(shè)備下入RMRS儀器，校準(zhǔn)井深后，將RMRS儀器探管下至玻璃管套管內(nèi)，作為接收端，RMRS會(huì)不斷檢測(cè)強(qiáng)磁接頭的磁參數(shù)，通過解碼分析后，形成磁接頭相對(duì)RMRS儀器的位置和方向數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)通過無線信號(hào)發(fā)射到安裝在工程井儀器房內(nèi)的接收器上，定向工程師根據(jù)這些數(shù)據(jù)不斷修正待鉆井眼軌跡，在兼顧地質(zhì)導(dǎo)向數(shù)據(jù)確保在煤層中鉆進(jìn)的基礎(chǔ)上，通過調(diào)整動(dòng)力鉆具的鉆進(jìn)姿態(tài)，使井眼軌跡朝造穴井洞穴方向鉆進(jìn)，直到最終連通；

（2）造穴井（直井）連通前的準(zhǔn)備：

當(dāng)準(zhǔn)備連通時(shí)，在直井井場要提前準(zhǔn)備有線設(shè)備，組合好RMRS儀器串，重新校正電纜計(jì)數(shù)器，確保計(jì)數(shù)準(zhǔn)確無誤，按甲方提供的直井玻璃鋼套管位置，將RMRS平穩(wěn)下放到洞穴中心，一切就緒后給工程井發(fā)準(zhǔn)備好信號(hào)，等待連通工程師的指令。

（3）工程井末端水平對(duì)接施工技術(shù)措施：

a、鉆具組合：

φ152.4mmPDC鉆頭+磁接頭+φ120mm螺桿+φ120mmMWD +φ120mm無磁鉆鋌+φ121mm隨鉆震擊器+φ89mm鉆桿+φ89mm加重鉆桿+φ89mm鉆桿。本趟鉆具的特殊點(diǎn)是加入了一個(gè)強(qiáng)磁接頭，因而下鉆過程中，要求司鉆操作平穩(wěn)，嚴(yán)防嚴(yán)禁猛剎、猛放；

b、處理直井測(cè)量數(shù)據(jù)。按照甲方提供的造穴井多點(diǎn)數(shù)據(jù)，重新計(jì)算造穴井全井井身軌跡，計(jì)算洞穴處的軌跡數(shù)據(jù)，作為工程井的目標(biāo)數(shù)據(jù)。為了保持?jǐn)?shù)據(jù)的一致性，雙井采用同一種測(cè)量數(shù)據(jù)計(jì)算方法；

c、工程水平井按照工具、儀器的操作規(guī)程，末端與造穴井對(duì)接；

d、雙井連通的判定：

當(dāng)鉆至距離目標(biāo)井3m左右時(shí)，應(yīng)從直井中將RMRS儀器提離井底，遠(yuǎn)離洞穴，避免RMRS在連通時(shí)被鉆頭損壞。若目標(biāo)井中有水返出，或者正鉆水平井泵壓突然下降，則表明兩井連通成功。

3 認(rèn)識(shí)與總結(jié)

（1）磁定位方法的選擇，直接影響到雙井連通的精確程度。定位方法是基礎(chǔ)，而關(guān)鍵是要建立精確導(dǎo)向系統(tǒng)，借助專用的精確導(dǎo)向系統(tǒng)，才可以實(shí)現(xiàn)精確連通。

（2）工程井造斜施工是工程井成功的基礎(chǔ)，和其它水平井一樣，軌跡控制的原則是選擇合適的造斜工具，鉆出規(guī)則平滑的井眼軌跡，最終形成準(zhǔn)確的、可控的入靶姿態(tài)，有利于水平段施工，所以在水平井施工中應(yīng)該優(yōu)選鉆具參數(shù)，優(yōu)化井身軌道剖面設(shè)計(jì)，以適應(yīng)施工地區(qū)的不同的地層、地質(zhì)要求。

（3）RMRS儀器是放置在目標(biāo)井中，提供的是鉆頭相對(duì)于靶點(diǎn)的相對(duì)空間數(shù)據(jù)。不能提供給我們實(shí)鉆軌跡的井斜角、方位角等數(shù)據(jù)，因此要進(jìn)行軌跡控制還需要MWD儀器提供井眼軌跡數(shù)據(jù)，在較薄的煤層中鉆進(jìn)時(shí)為保證不鉆出煤層的頂?shù)捉邕€需要配合地質(zhì)參數(shù)鉆進(jìn)。

（4）工程水平井的最終目標(biāo)是有效鉆穿目的層，而且與目標(biāo)直井（造穴井）實(shí)現(xiàn)精確連通，因而末端精確連通是軌跡控制技術(shù)關(guān)鍵之中的關(guān)鍵，是檢驗(yàn)雙井精確連通成敗的標(biāo)準(zhǔn)。

參考文獻(xiàn)：

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