定向井大井眼軌跡控制技術(shù)與應(yīng)用研究

丁建鵬

摘要：隨著石油勘探與開(kāi)發(fā)力度的不斷加大，面對(duì)由于地面遮擋物而影響鉆井開(kāi)采正常進(jìn)行的情況或者是由于出現(xiàn)鉆井事故而必須進(jìn)行側(cè)鉆，面對(duì)這些復(fù)雜的油氣勘探開(kāi)發(fā)，一般采取定向井，以使儲(chǔ)層裸露面積得到增加，來(lái)達(dá)到提高石油采收率、減少鉆井成本的目的。定向井井眼軌跡控制十分困難，必須對(duì)井眼軌跡控制技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化，針對(duì)不同井段，也要應(yīng)用不同的定向井鉆井軌跡控制技術(shù)。

關(guān)鍵詞：石油勘探；定向井鉆；井眼軌跡；控制技術(shù)；采收率

在定向井鉆井施工中，我們只有對(duì)其鉆井軌跡確定，才能為鉆井工作的開(kāi)展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。但是在實(shí)際鉆井施工中，難免會(huì)遇到鉆井軌跡不合理的情況，這就會(huì)導(dǎo)致施工受到巨大的影響，帶來(lái)的結(jié)果是生產(chǎn)效率下降和生產(chǎn)成本變高。所以加強(qiáng)定向井鉆井軌跡控制工作的開(kāi)展就顯得尤為必要。加上我國(guó)不同地區(qū)在地形地貌和地質(zhì)條件上不同，給定向井鉆井施工也帶來(lái)巨大挑戰(zhàn)，在鉆井軌跡精度要求上更高。所以不管從那個(gè)方面來(lái)看，加強(qiáng)對(duì)其的控制就顯得尤為重要。

1定向井井眼軌跡設(shè)計(jì)

定向井鉆井軌跡控制工藝技術(shù)中，前期的井眼軌跡剖面優(yōu)化設(shè)計(jì)是基礎(chǔ)，井眼軌跡設(shè)計(jì)的合理性和準(zhǔn)確性是定向井施工成功的保證。

1.1定向井井眼軌跡設(shè)計(jì)原則

一般來(lái)說(shuō)定向井井眼軌跡設(shè)計(jì)要遵循以下三個(gè)原則：一是以實(shí)現(xiàn)地質(zhì)目的作為軌跡設(shè)計(jì)的根本原則，目前實(shí)施定向鉆井的情況主要有避免地面條件限制、穿越多儲(chǔ)層、增大目的層泄油面積、避開(kāi)復(fù)雜層段等，形成這些情況的根本原因是地質(zhì)提出的要求，因此定向井井眼軌跡設(shè)計(jì)要以實(shí)現(xiàn)地質(zhì)目的作為根本原則。二是要有利于鉆井施工，以提質(zhì)增效、安全保障為目標(biāo)，設(shè)計(jì)過(guò)程中造斜點(diǎn)位置的優(yōu)化最為重要，在選擇造斜點(diǎn)時(shí)，一定要充分了解地層情況，對(duì)所鉆遇地層有充分了解，避開(kāi)易縮頸、易漏失和坍塌的復(fù)雜層位，優(yōu)選巖性軟硬適中、壓力系統(tǒng)穩(wěn)定的層位作為造斜點(diǎn)；井斜角的設(shè)計(jì)在滿(mǎn)足地質(zhì)要求的前提下盡量控制在15度到45度之間，因?yàn)榫毙∮?5度會(huì)使方位難以控制，超過(guò)45度會(huì)大幅度增加施工難度，增大發(fā)生井下復(fù)雜事故概率；造斜率的設(shè)計(jì)要權(quán)衡地層條件和現(xiàn)場(chǎng)工具造斜性能，為實(shí)現(xiàn)提高鉆進(jìn)速度的目的，盡量選擇較小的造斜率。三是要充分考慮采油工程需求，隨著各類(lèi)封隔器和大直徑抽油泵等井下工具的不斷發(fā)展，采油工程對(duì)井筒曲率和質(zhì)量的要求越來(lái)越高，同時(shí)較低的井眼曲率可減少油管與抽油桿的偏磨，延長(zhǎng)檢泵周期，因此在實(shí)現(xiàn)地質(zhì)目的和順利施工的前提下，井眼軌跡設(shè)計(jì)要盡量降低井眼曲率。

1.2定向井井眼軌道類(lèi)型設(shè)計(jì)

定向井技術(shù)發(fā)展至今，為滿(mǎn)足不同地質(zhì)要求，形成了多樣化的井眼軌道類(lèi)型，但現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際應(yīng)用中常用的只有三種：第一種為“直井段-造斜段-穩(wěn)斜段”三段制的剖面軌道類(lèi)型，這種軌道類(lèi)型在施工比較簡(jiǎn)單，一般應(yīng)用于目的層明確的情況，造斜井段相對(duì)較短，施工難度大幅度降低，因此在地質(zhì)沒(méi)有特殊要求的情況下，該軌道類(lèi)型為定向井首選；第二種為“直井段-增斜段-穩(wěn)斜段-降斜段”四段制的剖面軌道類(lèi)型，該類(lèi)型一般不被應(yīng)用，主要原因是這種類(lèi)型軌道容易形成巖屑床，增大起下鉆摩阻，有時(shí)甚至形成卡鉆等事故，造成施工安全風(fēng)險(xiǎn)提升；第三種為“直井段-增斜段-穩(wěn)斜段-降斜段-直井段” 五段制的剖面軌道類(lèi)型，多應(yīng)用于地質(zhì)不確定性因素較多的情況，這種類(lèi)型軌道施工雖然較為復(fù)雜，但十分有利于后期的采油作業(yè)，原因是目的層處于垂直井段，有利于封隔器、采油泵或修井工具的下入，因此該類(lèi)型井眼軌道應(yīng)用也較多。

2項(xiàng)目簡(jiǎn)介

研究區(qū)塊提供鉆井、軌跡控制和 LWD 以及鉆頭、泥漿、錄井、電纜測(cè)井、下套管、射孔、試油、軌跡控制、LWD 儀器和鉆頭服務(wù)。合同工作量為 20 口井，分布在油田 E、F、C 三個(gè)井場(chǎng)上，屬于叢式井作業(yè)，井口間距約 10 m，井型大部分是定向井，有一口3D 水平井。

3該區(qū)鉆井難點(diǎn)分析

研究區(qū)塊主要以叢式定向井為主，井身結(jié)構(gòu)一般為三開(kāi)：Φ660.4 mm +Φ444.5 mm +Φ311 mm，施工難度如下：井口間距 10 m，鉆進(jìn)、開(kāi)采同時(shí)進(jìn)行，要求最小防碰系數(shù)為 1.45。

各井段井眼大，排量高，鉆具與井眼之間環(huán)空大，導(dǎo)致震動(dòng)劇烈，容易發(fā)生鉆具事故和儀器故障。穩(wěn)斜段長(zhǎng)，位移大，托壓摩阻嚴(yán)重，導(dǎo)致軌跡控制難度大。頁(yè)巖段易發(fā)生坍塌卡鉆；油層段易發(fā)生壓差卡鉆，機(jī)械鉆速快，井下事故風(fēng)險(xiǎn)高。GW-LWD首次在市場(chǎng)投入使用，在高排量、強(qiáng)震動(dòng)的環(huán)境下需要提高 GW-LWD 的抗震性能、穩(wěn)定性和測(cè)量精度。全井段機(jī)械鉆速低，鉆井周期比設(shè)計(jì)落后。

4攻關(guān)方案與措施

4.1 攻關(guān)方案

（1）優(yōu)化剖面設(shè)計(jì)，解決叢式井防碰問(wèn)題。（2）定向井大井眼軌跡控制技術(shù)的研究。

（3）提高GW-LWD 抗震性能、測(cè)量精度技術(shù)的研究。（4）優(yōu)選鉆頭型號(hào)，個(gè)性化GW-Bit 的研究。（5）井下安全鉆井技術(shù)的研究。

4.2 主要措施

（1）優(yōu)化剖面設(shè)計(jì)，解決平臺(tái)叢式井的防碰問(wèn)題。（2）定向井大井眼軌跡控制技術(shù)：①定向鉆具組合的優(yōu)選與優(yōu)化；②鉆具組合實(shí)際鉆進(jìn)趨勢(shì)的研究；③鉆具組合與剖面設(shè)計(jì)的互相優(yōu)化。（3）改進(jìn)和提高：①提高 GW-LWD 的抗震性能；②提高測(cè)量精度；③降低故障率。（4）優(yōu)選鉆頭型號(hào)和個(gè)性化研究：①鄰井鉆頭資料的收集和整理；②優(yōu)選鉆頭型號(hào)；③個(gè)性化研究與應(yīng)用；④鉆頭使用效果分析。（5）安全鉆井技術(shù)的研究：① φ444.5 mm 井段安全鉆井技術(shù)的研究；② φ311.2 mm 井段安全鉆井技術(shù)的研究；③井下工具事故的預(yù)防。

5 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果

研究區(qū)通過(guò)應(yīng)用“定向井一體化技術(shù)”，取得了顯著的成果，從第三輪井開(kāi)始改變了區(qū)塊 φ311.2 mm 井段卡鉆事故頻發(fā)的現(xiàn)狀。通過(guò)工程手段或者技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)全井零故障的目標(biāo)，安全高效無(wú)故障，受到了甲方監(jiān)督的表?yè)P(yáng)，形成了具有區(qū)塊特色的定向井施工工藝，通過(guò)優(yōu)化軌跡設(shè)計(jì)解決了井間防碰分離系數(shù)過(guò)小的問(wèn)題，根據(jù)鉆具組合趨勢(shì)模擬、對(duì)比不同地層的造斜率來(lái)優(yōu)化軌跡設(shè)計(jì)，通過(guò)優(yōu)選鉆具組合、優(yōu)化鉆進(jìn)參數(shù)解決了漏失地層造斜率低、全井穩(wěn)斜段長(zhǎng)等難點(diǎn)，在兼顧井下安全技術(shù)的前提下，實(shí)現(xiàn)復(fù)合鉆進(jìn)的最大化與軌跡的精確控制，完成井的靶心距平均為6.35 m，平均滑動(dòng)百分比為16.26%。定向井一體化技術(shù)實(shí)施后，研究區(qū)塊的鉆井情況得到了逐步的改善，實(shí)現(xiàn)了提高機(jī)械鉆速，節(jié)約鉆井周期的目的。10 口井總共節(jié)余鉆井周期 29.5 天，平均節(jié)余 2.95 天，實(shí)現(xiàn)安全無(wú)事故的目標(biāo)鉆井周期 25 天，創(chuàng)造了小井斜定向井最快的紀(jì)錄。

6 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)向儲(chǔ)層鉆井是目前國(guó)內(nèi)外獲取石油及天然氣資源最為普遍的方法，該方法具有施工技術(shù)難度高、前期投資高、收益大等特點(diǎn)。隨著多年來(lái)我國(guó)石油天然氣工業(yè)的發(fā)展，已經(jīng)形成了一套成熟的、多元化鉆井工藝技術(shù)，特別是定向鉆井技術(shù)的成功應(yīng)用推廣，標(biāo)志著鉆井工藝技術(shù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)擺脫復(fù)雜地層和地面條件約束[1]。定向鉆井工藝是通過(guò)對(duì)地面起鉆位置、鉆遇地層狀況、目的層深度及儲(chǔ)層傾角等因素通過(guò)綜合分析考慮后，設(shè)計(jì)鉆井的井斜角和方位角，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)向目的層的精準(zhǔn)定向鉆進(jìn)。定向井鉆井施工質(zhì)量主要受到井眼穩(wěn)定能力、鉆進(jìn)速度、油氣層保護(hù)情況和軌跡控制等工藝技術(shù)影響[2]，這其中井眼軌跡控制是定向井施工是否能成功的決定性因素，因此對(duì)定向井軌跡控制工藝技術(shù)的研究具有十分重要的意義。

參考文獻(xiàn)

[1]李鑫. 淺談定向井井眼軌跡控制與造斜段施工技術(shù)應(yīng)用[J]. 化工管理，2018（1）：212-212.

（作者單位：中石化中原石油工程有限公司鉆井二公司）