水平井鉆井軌跡影響因素及控制技術研究

摘要：隨著油氣勘探開發的不斷深入，我國的鉆井技術水平也在逐步提升。對于低壓、低產且低滲的油藏而言，采用水平井鉆井技術可以實現高效開發。然而，由于水平井鉆井過程中受到鉆井環境、鉆井工藝技術等多種因素的影響，水平井鉆井軌跡控制難度相對較大?；诖?，本文主要對水平井鉆井軌跡控制的影響因素進行了深入分析，在此基礎上，提出了鉆井軌跡控制的技術措施，以期能夠為保障水平井鉆井作業的順利進行奠定基礎。

關鍵詞：水平井;鉆井軌跡;影響因素;控制技術

近年來，隨著鉆井技術的不斷發展，水平井鉆井工藝因其具有明顯提高單井產量和采收率等優勢，在油田開發中得到了廣泛應用，取得了較好的效果。然而，由于水平井鉆井過程中受到鉆井環境、鉆井工藝技術等多種因素的影響，水平井鉆井軌跡控制難度相對較大。因此，在水平井鉆井過程中， 如何精確地控制水平井鉆井軌跡是目前相關部門研究的關鍵問題。筆者結合自身工作經驗，對水平井井眼軌跡控制特點及影響因素進行了分析，并提出了鉆井軌跡的控制措施，為保障水平井鉆井作業高質量的完成奠定基礎。

1水平井井眼軌跡控制特點

水平井根據半徑劃分可以分成短半徑水平井、中半徑水平井和長半徑水平井三種類型。在進行水平井鉆井過程中，實鉆軌跡往往會 出現超前、適中或滯后等問題。實鉆軌跡點的位置超前，相當于縮短了靶前位移。此時若井斜角偏大，會使穩斜鉆至目的層所產生的位移接近 甚至超過目標窗口平面的位置，必將延遲入靶， 且往往在窗口處脫靶。軌跡點位置適中，若此時井斜角大小也適中，是實鉆軌跡與設計軌跡符合的理想狀態。但若井斜角大小超前過多，往往需要加長穩斜段，可能造成延遲入靶，或在窗口處脫靶。 軌跡點的位置滯后，相當于加長靶前位移。此時若井斜角偏低，就需要提高造斜率以改變待鉆井眼垂深和位移增量之間的關系，往往要采用較高的造斜率而提前入靶。研究發現，控制軌跡點的位置接近或少量滯后于設計軌道，并保持合適的井斜角，有利于井眼軌跡的控制。軌跡點的井斜角偏大可能導致脫靶或入靶前所需要的造斜率偏高。實際上，水平井造斜段井眼軌跡控制是軌跡點的位置和矢量方向的綜合控制。

2水平井軌跡控制影響因素分析

2.1井身設計因素

精確的目標設計是水平井鉆井能否鉆遇目的層，獲取經濟效益的關鍵，其中，目標區塊篩選、水平井參數設計，包括水平段長度設計、水平段垂直位置計算、水平段方位設計等，這些因素都會對水平井井身軌跡的精度造成直接的影響。在水平井鉆井作業開始之前，需要對井身軌跡進行最優化的設計，通常，普通的定向井鉆井目標區是一個靶圓，鉆井時井眼能夠穿過靶圓就可以滿足設計要求，而水平井的鉆井目標區是一個扁平的立方體，不僅需要水平井井眼能夠準確的進入井口，而且要求靶區軸線與井眼方向必須保持一致，對井眼軌跡的控制要求非常高。另外，由于目標區垂深和造斜率的不確定性，導致井眼軌跡控制難度增大，如果精度不高，容易導致水平井脫靶的風險。

2.2鉆進因素

首先，由于水平井井眼的井斜角大，井眼曲率大，使得管柱在井內的運動受到極大的摩擦阻力，導致鉆井起鉆、下鉆、下套管以及鉆頭加壓困難，加大了軌跡控制難度;其次，在水平段鉆進過程中，隨著水平段井段增長，井內泥漿液柱的激動壓力和抽吸壓力會持續增大，而地層破裂壓力保持不變，極易出現井漏、井塌問題。井漏問題的出現會引發鉆井成本增加以及鉆探失效等一系列的風險。

最后，由于水平井井眼軌跡是傾斜的，巖屑在上返過程中，將沉向井壁的下側，堆積起來形成巖屑床，特別是在井斜角為40o-60o的井段更加嚴重，堆積起來的巖屑床會不斷的向井壁下側滑動，容易導致井眼堵塞事故。

3 水平井鉆井軌跡控制技術

3.1 直井段控制技術

直井段是水平井施工中的基礎部分，該段井眼軌跡控制技術將直接影響到后續的施工。直井段最重要的任務就是做好防斜，保證打直，具體而言，就是保證井眼軌跡成為一條鉛垂線，但是，在實際鉆井過程中，并不能實現這一目標，必然會出現井斜角，因此，需要將其控制在一個合理的范圍之內，避免對后續的施工造成影響。針對此問題，需要優化鉆具組合，防止井斜角過大。如果鉆井需要使用鐘擺鉆具組合，則需要保證鉆具具有足夠的鐘擺力，防止在鉆井作業中出現井斜角，事實上，在直井段鉆井作業的過程中，需要盡可能使用鐘擺鉆具。鉆井過程中，若是采用的是PDC鉆頭，那么鉆井參數要盡量保證高轉速和低鉆壓，鉆具組合不能發生彎曲，避免打直效果受到影響，為后續的著陸段打好基礎。

3.2著陸段控制技術

著陸段的軌跡控制就是根據設計軌跡的標準要求將井斜角從0調整到規定值，到達目的層，進而順利到達靶點，為了提高著陸段的控制水平，工作人員需要做好以下幾方面的工作，首先，要對造斜的工具進行合理的選擇，造斜工具要保證略高忽低，并綜合參考地層的實際巖性、走向、地溫梯度等，選擇合適的角度，保證造斜率的穩定，其次，在造斜作業施工的早期階段，工作人員要堅持先高后低的基本原則，實際鉆井作業的造斜率需要盡可能高于設計的造斜率，一方面減低后期造斜率，另一方面可以保證后期造斜率的穩定。最后，在著陸段鉆井作業的過程中，工作人員需要時刻關注垂深、位移以及井斜三者之間的關系，盡可能提高造斜作業的質量，在完成造斜以后，需要做好矢量入靶工作，在矢量入靶的過程中，工作人員仍然需要對井斜角和方位角進行精確的控制，以此保障整個施工作業順利進行。

4結束語

綜上所述，由于水平井鉆井技術具有提高單井產量和油氣采收率等優勢，因此，在油田開發中得到了廣泛的應用。但是，受到多種因素的影響，水平井鉆井軌跡精度控制難度較大，如何提高水平井軌跡控制能力是確保水平井成功實施的關鍵因素。相關企業在施工前需要做好井眼軌跡優化設計，施工中根據井眼軌跡的實際情況制定軌跡控制對策，從直井段鉆井軌跡控制和著陸段鉆井軌跡控制兩個方面入手，并配合其他合理的工程技術措施，有效地保證井眼軌跡準確中靶。

參考文獻：

[1]劉潤波 . 大慶外圍薄油層水平井鉆井技術[J]. 石油鉆探技術，2010：38（6）：53-59.

[2] 李永軍 . 水平井鉆井施工過程軌跡控制研究 [J]. 中國石油和化工標準與質量，2017，37（14）：173-174.

[3]李夢剛.水平井井眼軌跡控制關鍵技術探討[J]. 西部探礦工程，2009（02）.

作者簡介：趙雷（1975-），男，四川彭水人，助理工程師，從事鉆井工作。