試論三維井眼軌道設(shè)計及軌跡控制技術(shù)

黎建兵

摘要：利用三維水平井能夠有效緩解井場存在的諸多問題，可以更好地提升單井產(chǎn)量、降低成本和提升效率。在三維水平井應(yīng)用過程中，相對于常規(guī)水平井，三維水平井的井眼軌道設(shè)計工作更加繁冗，因此，對于軌道設(shè)計的精度要求較高。在三維水平井井斜不斷增大的同時，工具面擺放與井眼軌跡控制十分困難，需要根據(jù)偏移距離的實際控制情況，完成方位的改變，在鉆井施工過程中，可以通過優(yōu)化鉆具的組合，確保軌跡的效果始終處于平滑狀態(tài)，進而更好地控制軌跡，提升機械鉆速，縮短鉆井周期。

關(guān)鍵詞：三維;水平井;井眼;軌道設(shè)計;軌跡控制

引言：三維水平井鉆井技術(shù)的應(yīng)用，雖然促使國內(nèi)形成三維水平井配套鉆井技術(shù)，并且取得較好的提速效果，但是在井眼軌道設(shè)計仍然需要對鉆井過程中的技術(shù)難點進行科學(xué)分析，采用針對性技術(shù)進行提前預(yù)防，進而減少位移偏大問題，保證施工安全，提高施工質(zhì)量，另外要在軌跡控制上通過經(jīng)驗軌跡控制、優(yōu)化鉆具組合和控制施工流程等，提高技術(shù)應(yīng)用效果。有鑒于此，文章首先進行三維水平井鉆井技術(shù)難點分析，對井眼軌道設(shè)計及軌跡控制技術(shù)進行了總結(jié)，旨在為下一步鉆井技術(shù)研究提供借鑒與指導(dǎo)。

一、三維井眼鉆井技術(shù)難點

1.1軌跡控制難度較大

三維水平井鉆井技術(shù)應(yīng)用過程中，具有軌跡控制難度較大的突出難點。例如，在施工的同時，假如前扭方位，那么實際偏移距必然達不到設(shè)計的偏移距要求，造成入窗難度加大，假如滯后扭方位，那么實際偏移距能夠達到設(shè)計的偏移距要求，但是靶前位移出現(xiàn)無法滿足造斜要求的情況，地層的造斜率產(chǎn)生不穩(wěn)定現(xiàn)象，造斜段和水平段施工產(chǎn)生較大的控制難度。

1.2鉆具組合應(yīng)用困難

由于地層的巖性存在不確定性，不同的鉆具在應(yīng)用過程中會產(chǎn)生不同的困難，例如，單牙輪、三牙輪和組裝多牙輪鉆頭使用最為廣泛，能夠適應(yīng)從軟到硬的多種地層，但該類型鉆頭成本高昂，使用周期相對短暫，而聚晶金剛石復(fù)合片負(fù)復(fù)合鉆頭在應(yīng)用過程中容易經(jīng)受鉆壓干擾，繼而產(chǎn)生不穩(wěn)定情況。金屬螺桿具有不同的頭，因此產(chǎn)生的造斜率并不相同，其造斜能力對鉆進尺度能夠產(chǎn)生直接影響，以此，在遇到不同鉆井情況時，不能使用統(tǒng)一彎度螺桿設(shè)備[1]。

1.3鉆井液現(xiàn)場配置與調(diào)整困難

鉆井液性能要達到設(shè)計要求規(guī)定的配置范圍，保證有良好的高粘切效果，擁有出色的攜砂能力，能夠循環(huán)沖洗凈化井眼。在鉆井液調(diào)整過程中，對于比例的應(yīng)用需要結(jié)合井眼的實際潤滑效果，需要保證鉆井安全，減少托壓。

1.4變方位繞障施工難度較大

三維水平井鉆井施工過程中，往往井眼密集、低下井眼軌跡縱橫交錯，造成實際井口和入窗點，在閉合方位和靶題方位上明顯不一致，后期加密井防碰及安全施工的難度顯著增加，方位控制環(huán)節(jié)難度加大。為了破解井眼碰撞難題，需要針對鉆井防碰撞關(guān)鍵技術(shù)進行研究和應(yīng)用，確保后期安全鉆井[2]。

二、三維井眼軌道設(shè)計及軌跡控制技術(shù)

2.1三維井眼軌道設(shè)計技術(shù)

首先，提出三維井眼軌道設(shè)計模型，明確變方位及入窗時機;其次，利用靶前距位移優(yōu)勢，盡量下調(diào)造斜點，假如第一增寫段造斜率明顯小于設(shè)計造斜率，可以適當(dāng)縮短穩(wěn)斜段的長度，增加第一增斜段長度，縮短鉆井周期;在此，要盡量降低工具面角及其對井斜方位的影響，減小大井斜時斜面、柱面扭方位工作量;最后，要控制井眼軌跡的全角變化，以此減少摩擦阻力和扭矩，針對井眼生產(chǎn)工作面做不斷優(yōu)化，在此環(huán)節(jié)需要注意對各個環(huán)節(jié)的技術(shù)控制，通過對井眼軌跡進行分段設(shè)計，能夠形成十分良好的控制效果[3]。

2.2三維井眼軌跡控制技術(shù)

2.2.1直井段軌跡控制技術(shù)

直井段軌跡控制的關(guān)鍵在于繞障及保持軌跡平滑。直井段需要在軌跡控制過程中依據(jù)防止碰撞設(shè)計要求做微增斜鉆進，在定向滑動后產(chǎn)生增斜趨勢時，采取復(fù)合鉆進，進而測量數(shù)據(jù)并及時調(diào)整。計算井間實鉆軌跡最近距離，將此距離增大到安全范圍后，將方位進行調(diào)整，保持與增斜段初始方位角度相同。為了保證直井段軌跡光滑，需要沿著初始方位角度方向做微增斜鉆進，主要目的在于縮小偏移距，減小實鉆工作量[4]。

2.2.2增斜段軌跡控制技術(shù)

沿初始方位角度進行增斜鉆進，增斜段垂深、偏移距保持固定，是鉆過程中調(diào)整定向鉆進、復(fù)合鉆進占比，保證增斜段井斜角、垂深及偏移距成正比例增加。

2.2.3增斜扭方位段軌跡控制技術(shù)

經(jīng)過上述兩部分的鉆進，井斜角可增大，偏移距可縮小，水平井井眼軌跡成功進入最佳的增斜扭方位段。通過實鉆可以發(fā)現(xiàn)，在地層因素等多重方面的干擾下，不同工具面角對于井斜的變化率和方位的變化率產(chǎn)生分配，通過這一變化可以確定工具面角在后續(xù)實鉆中的擺放范圍，以此確保實鉆的軌跡能夠沿著預(yù)計的經(jīng)驗軌道持續(xù)鉆進[5]。

2.2.4穩(wěn)斜段軌跡控制技術(shù)

在增斜扭方位段其后進行穩(wěn)斜段設(shè)計，設(shè)計結(jié)果表明，一旦產(chǎn)生各層位垂深滯后，則想要提高鉆進速度，就必然要將穩(wěn)斜段長度進行縮減，通過單增模式進行中靶。則此段需要通過不斷調(diào)整鉆具的工具面進行定向鉆進，消減增斜趨勢。

2.2.5水平段軌跡控制技術(shù)

此段采取多靶點的軌道設(shè)計，在實鉆過程中軌跡對應(yīng)采取多靶點控制，通過上文分析及通過不同鉆具組合進行充分驗證，能夠提升鉆具整體剛性、消減螺桿鉆具增斜趨勢、減少定向鉆進比例、保證軌跡光滑、提升機械鉆速的方法為，根據(jù)地層特點，合理確定鉆頭、鉆井參數(shù)和水利參數(shù)，根據(jù)井型優(yōu)選鉆具組合，在確保造斜率的同時減少水平段定向次數(shù)，采用三開一趟鉆施工方案創(chuàng)造穩(wěn)定的井眼環(huán)境[6]。

結(jié)束語：三維水平井可有效緩解井場征地費用高、征地協(xié)調(diào)時間長、環(huán)保壓力大等問題，但是，三維水平井在應(yīng)用鉆井技術(shù)的過程中，存在軌跡控制難度較大、鉆具組合應(yīng)用困難、鉆井液現(xiàn)場配置與調(diào)整困難、變方位繞障施工難度較大等井眼軌道設(shè)計難點文章通過分析技術(shù)難點，在三維井眼軌道設(shè)計及軌跡控制技術(shù)上進行研究，通過對井眼軌跡進行分段設(shè)計，分別實施三維井眼軌跡控制技術(shù)、增斜段軌跡控制技術(shù)、增斜扭方位段軌跡控制技術(shù)、穩(wěn)斜段軌跡控制技術(shù)、水平段軌跡控制技術(shù)，旨在進一步提升技術(shù)應(yīng)用效果，提高施工水準(zhǔn)。

參考文獻：

[1]史配銘，李曉明，倪華峰，石崇東，姜慶波，程華林.蘇里格氣田水平井井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化及鉆井配套技術(shù)[J].石油鉆探技術(shù).2021（06）：29-36.

[2]蔣太平，李果民，姚戰(zhàn)利，丁紅衛(wèi).蘇14-19-34井組水平井軌跡控制技術(shù)研究與應(yīng)用[J].鉆探工程.2021（08）：19-25.

[3]田逢軍，王運功，唐斌，李治君，劉克強.長慶油田隴東地區(qū)頁巖油大偏移距三維水平井鉆井技術(shù)[J].石油鉆探技術(shù).2021（04）：34-38.

[4]胡春陽.涪陵頁巖氣田三維水平井井眼的軌跡控制技術(shù)[J].化工管理.2020（31）：59-60.

[5]何貴松，何希鵬，萬靜雅，高玉巧，張培先.低勘探程度區(qū)頁巖氣水平井地質(zhì)導(dǎo)向方法與應(yīng)用——以渝東南地區(qū)LY1HF井為例[J].科學(xué)技術(shù)與工程.2019（27）：124-133.

[6]孟慶雙.ZP26-P2三維水平井鉆井施工實踐與認(rèn)識[J].石油和化工設(shè)備，2020，23（11）：112-114.