套管開(kāi)窗側(cè)鉆水平井井眼軌跡控制技術(shù)

韓立軍

摘要：小井眼套管開(kāi)窗側(cè)鉆水平井與常規(guī)套管開(kāi)窗側(cè)鉆相比軌跡控制難度大 ，目前各大油田雖然對(duì)小井眼套管開(kāi)窗側(cè)鉆進(jìn)行了實(shí)踐 ，并對(duì)其軌道設(shè)計(jì)、開(kāi)窗工藝 、施工工藝進(jìn)行了探討，但對(duì)其軌跡控制技術(shù)總結(jié)甚少。

關(guān)鍵詞：小井眼;開(kāi)窗;側(cè)鉆;水平井;軌跡控制

1 小井眼套管開(kāi)窗側(cè)鉆水平井井眼軌跡控制影響要素分析

小井眼套管開(kāi)窗側(cè)鉆水平井井眼軌跡控制是一項(xiàng)復(fù)雜的工作 ，影響其控制精度的因素很多 ，主要有：剖面類型 、老井眼軌跡、鉆進(jìn)參數(shù) 、靶窗允許誤差 、地層、開(kāi)窗方式、下部鉆具組合性能等。

1.1 剖面類型

曲線段的造斜率設(shè)計(jì)成“低——高——低”型，便于實(shí)鉆過(guò)程中易于控制井眼軌跡 。從井身軌跡控制而言 ，曲線段半徑減小，井眼軌跡控制容易一些， 這是由于垂深差不大 ，巖性較穩(wěn)定 ，工具的造斜性能在一小段穩(wěn)定地層中比較穩(wěn)定的緣故。

小井眼套管開(kāi)窗側(cè)鉆水平井的剖面類型歸根到底受近目的層的巖性、老井套管狀況、水泥膠結(jié)狀況、完井方法、現(xiàn)有造斜工具等諸多因素影響。一般情況下，只要井下工具及老井井眼條件許可，盡量采用較小半徑的側(cè)鉆水平井， 在地層復(fù)雜地區(qū)尤需如此。

1.2 水平靶窗允許誤差

由于小井眼套管開(kāi)窗側(cè)鉆水平井半徑較小，因此， 水平段的縱向允許誤差對(duì)井眼軌跡控制的難易程度有較大的影響。當(dāng)縱向允許誤差減小時(shí)，工具最大和最小造斜率越來(lái)越趨近于剖面設(shè)計(jì)造斜率， 這表明 ，縱向允許誤差越小， 要求工具的造斜能力越穩(wěn)定。

1.3 原井眼軌跡

原井眼直接影響側(cè)鉆點(diǎn)的選擇 ，同時(shí)老井側(cè)鉆點(diǎn)的井斜 、方位及坐標(biāo)是側(cè)鉆水平井設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù) ，該點(diǎn)參數(shù)直接影響著水平井井眼軌跡控制工藝，主要表現(xiàn)在：

（1）當(dāng)井斜較大時(shí)（大于5°）， 側(cè)鉆定位方式可采用非磁性測(cè)量、陀螺儀或高邊控制三種方式，而究竟選用哪一種方式， 要依方位的控制精度 、難度及測(cè)量?jī)x器的性能而定;

（2）對(duì)斜向器開(kāi)窗而言， 當(dāng)井斜較?。ㄐ∮?°），無(wú)論側(cè)鉆點(diǎn)位移大小 、側(cè)鉆點(diǎn) 、“足根” 、“足趾” 是否共線 ， 都可直接將斜向器對(duì)準(zhǔn)兩維設(shè)計(jì)或三維設(shè)計(jì)的井身剖面要求的方位鉆進(jìn) ，當(dāng)井斜較大時(shí)， 除非有特別要求， 在一般情況下， 斜向其應(yīng)盡量擺放在最大扭方位方式所要求的方向上;

（3）側(cè)鉆點(diǎn)的選取對(duì)于小井眼套管開(kāi)窗側(cè)鉆水平井井眼軌跡控制有著至關(guān)重要的作用。為利于側(cè)鉆控制，應(yīng)在調(diào)查側(cè)鉆點(diǎn)附近30 ～ 50m區(qū)間巖性、套管完好性、水泥膠結(jié)狀況的基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)有的井下動(dòng)力鉆具， 在原井眼中選擇出最優(yōu)的側(cè)鉆點(diǎn)。

1.4 地層對(duì)側(cè)鉆水平井井眼軌跡控制的影響

井眼形成過(guò)程實(shí)質(zhì)上是鉆頭與地層相互作用的過(guò)程。井眼軌跡便是鉆具、鉆頭、巖性、地層各向異性、地層走向和傾向相互影響、相互作用的最總體現(xiàn)。由于小井眼套管開(kāi)窗側(cè)鉆水平井井下工具尺寸較小， 鉆進(jìn)過(guò)程中， 如果不考慮地層的影響，有可能造成施工與井眼軌跡控制的被動(dòng)。地層巖性決定著鉆頭側(cè)向削切量 ，而膠結(jié)程度則決定著井眼尺寸鉆井瞬間擴(kuò)大率。地層愈松散，鉆進(jìn)過(guò)程中愈擴(kuò)徑，對(duì)工具的造斜能力發(fā)揮影響也愈大。

1.5 其它影響側(cè)鉆水平井井眼軌跡控制的因素

影響側(cè)鉆水平井井眼軌跡控制的因素還有很多， 如側(cè)鉆方法的選擇， 下部鉆具組合是否合理，待鉆井眼設(shè)計(jì)水平的高低等等 。

2 井底預(yù)測(cè)技術(shù)

井底預(yù)測(cè)技術(shù)是實(shí)現(xiàn)井眼軌跡定量預(yù)測(cè)與控制的基礎(chǔ)。由于測(cè)量?jī)x器距井底有一段距離（7～13m），而側(cè)鉆水平井造斜率較高，如果預(yù)測(cè)不準(zhǔn)井底處井斜方位，則易造成大的施工誤差，因此對(duì)側(cè)鉆水平井而言，井底預(yù)測(cè)顯得更為重要。井底預(yù)測(cè)的方法很多，可分為兩大類，一類是力學(xué)法。從理論上講，力學(xué)法比較準(zhǔn)確。但由于井下是一個(gè)復(fù)雜的多元系統(tǒng)，而系統(tǒng)中某些參數(shù)（如地層性質(zhì)等）又不易掌握， 這一定程度上影響了力學(xué)預(yù)測(cè)方法的預(yù)測(cè)精度， 兼之力學(xué)預(yù)測(cè)方法準(zhǔn)備變量多 ，計(jì)算復(fù)雜， 現(xiàn)場(chǎng)施工已較少采用。對(duì)于給定的鉆具組合和鉆井參數(shù)， 由于在一定的井段范圍內(nèi)地層巖石的性質(zhì)變化不大，所以井眼軌跡往往呈現(xiàn)出特定的變化規(guī)律。因此采用幾何方法預(yù)測(cè) ，也能達(dá)到相當(dāng)高的精度。幾何預(yù)測(cè)方法很多， 要嚴(yán)格評(píng)價(jià)各種井底預(yù)測(cè)方法的優(yōu)劣是比較困難的。井底預(yù)測(cè)的這些幾何方法主要是依據(jù)各種曲率的變化規(guī)律進(jìn)行選擇，并且需要緊密結(jié)合鉆井過(guò)程的實(shí)際工況。使用時(shí)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際的鉆井工況，進(jìn)行分析判斷和預(yù)測(cè)。

（1）對(duì)于井下動(dòng)力鉆具（包括導(dǎo)向鉆具）鉆進(jìn)的井段，最小曲率法優(yōu)于其它方法;對(duì)于轉(zhuǎn)盤鉆的鉆進(jìn)井段， 自然參數(shù)法和圓柱螺線法的預(yù)測(cè)效果較好 ，且這兩種預(yù)測(cè)方法的精度基本相同。

（2）定曲率預(yù)測(cè)方法主要用于曲率比較穩(wěn)定的井段。另外， 對(duì)于新井眼內(nèi)只有一個(gè)測(cè)點(diǎn)的過(guò)渡井段，可以用“突變點(diǎn)”處軌跡參數(shù)的預(yù)測(cè)值配合該點(diǎn)的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)預(yù)測(cè)井底 。

（3）當(dāng)曲率的波動(dòng)有一定的變化規(guī)律時(shí)，曲率補(bǔ)償預(yù)測(cè)方法具有優(yōu)勢(shì)。

（4）若曲率的變化逐漸趨于穩(wěn)定，則應(yīng)使用加權(quán)平均預(yù)測(cè)法 。

（5）若實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)左右波動(dòng) ，可以選用插值預(yù)測(cè)方法或曲線擬和預(yù)測(cè)方法 。從根本上講，要提高井底預(yù)測(cè)的精度，應(yīng)從以下兩個(gè)方面入手， 一是在工藝技術(shù)條件允許的前提下 ，盡可能縮短測(cè)點(diǎn)至井底的距離;二是提高測(cè)斜資料的精度 。

3 側(cè)鉆水平井待鉆井眼設(shè)計(jì)

側(cè)鉆水平井待鉆井眼設(shè)計(jì)是井眼軌跡控制技術(shù)的重要組成部分 ， 他可為現(xiàn)場(chǎng)施工提供最重要的依據(jù)。

4 軌跡控制中下部鉆具組合的選擇

在小井眼套管開(kāi)窗側(cè)鉆水平井井眼軌跡控制中，若測(cè)斜發(fā)現(xiàn)實(shí)鉆軌跡偏離設(shè)計(jì)過(guò)多很難中靶時(shí)， 必須起鉆更換鉆具組合， 下部鉆具組合（BHA）選擇步驟如下：

（1）估算現(xiàn)有工具的造斜能力;根據(jù)實(shí)測(cè)資料計(jì)算已用組合的實(shí)鉆造斜率， 并與理論造斜率進(jìn)行比較 ，找出規(guī)律， 為 BHA 造斜率的評(píng)價(jià)及選用提供第一手資料;

（2）進(jìn)行井底預(yù)測(cè)， 算出井底處幾何參數(shù)（垂深、北坐標(biāo) 、東坐標(biāo)等）;

（3）根據(jù)井底位置及目標(biāo)位置 ，進(jìn)行多因素約束下的待鉆設(shè)計(jì);

（4）依據(jù)經(jīng)驗(yàn)及步驟 ⑴的結(jié)果 ，選取一種造斜率盡可能滿足待鉆設(shè)計(jì)要求的 BHA;

5 結(jié)束語(yǔ)

水平井段一般采用小彎度單彎馬達(dá)或直馬達(dá)配合轉(zhuǎn)盤低轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)的復(fù)合鉆進(jìn)方式鉆進(jìn)。轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)的主要目的是給鉆頭加壓， 同時(shí)也有利于攜屑 。使用單彎馬達(dá)鉆進(jìn)水平段時(shí)， 采用滑動(dòng)鉆進(jìn)方式可以調(diào)節(jié)井斜與方位 ， 調(diào)節(jié)余地大 。而使用直馬達(dá)鉆進(jìn)水平段時(shí) ，采用滑動(dòng)鉆進(jìn)方式和改變鉆壓的方法可以達(dá)到調(diào)節(jié)井斜的目的 ，即轉(zhuǎn)盤不轉(zhuǎn)，加大鉆壓可使井斜增大，減小鉆壓或每鉆進(jìn)一段后提起劃眼等辦法可使井斜減小 ，但方位不合適時(shí)則需要起鉆換鉆具。因此， 在下直馬達(dá)鉆進(jìn)水平段之前，必須調(diào)整好方位 。

參考文獻(xiàn)：

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