定向井井眼轨迹控制技术
2009-02-21 08:22阅读：
定向井是目前所钻采油井的主要井型之一。井眼轨迹的各项技术指标是影响后续测井、试油、修井、采油等作业的重要技术指标。
井眼轨迹控制技术是定向井全井施工中的技术关键。它是一项使实钻井眼沿着预先设计的轴线钻达目标靶区的综合性技术。
井眼轨迹控制技术的主要内容包括：优化钻具结构；优选钻井参数；井眼轨迹的检测及预测；利用地层对井眼轨迹的影响规律等。
定向井井眼轨迹一般设计为“直—增—稳”三段制剖面。井眼轨迹控制技术就是指直井段防斜打直、造斜段定向、斜井段井眼轨迹控制、井眼轨迹的及时调整等技术。
一、直井段防斜打直
根据直井段长度和井眼尺寸合理选择钻具结构及钻井参数，严格控制井斜，是直井段钻井的重中之重。控制直井段井斜主要是1）防止两井相碰；2）便于定向造斜施工；3）便于斜井段井眼轨迹控制。目前直井段防斜效果好的钻具结构主要有满眼钻具（加2~3个扶正器）；塔式钻具 （加1柱7″钻铤）；钟摆钻具（加单扶正器）。通过大量的钻井实践证明，满眼钻具、钟摆钻具和塔式钻具是直井段防斜打直的三种较为合理的钻具结构。钟摆钻具的特点是结构简单，但只有纠斜力，没有防斜力。因此，钟摆钻具在直井段防斜钻井要保证足够的钻铤长度，根据地层特性，优选钻井参数。塔式钻具是较为理想的一种防斜钻具，其随大尺寸钻铤长度的增加，防斜效果越好，并可适当加大钻压快速钻井，提高钻井速度。由于现场多为Ф165mm 无磁钻铤，无磁钻铤与钻头距离相对较远，不能适时检测，当测点
井斜接近3°时，井底井斜可能大于3°,必须引起重视，可通过改变钻井参数轻压吊打严格控制井斜，使直井段井斜不超过规定标准。使用塔式钻具结构的目的是以控制井斜为主，通过测斜而获取井眼轨迹参数，计算实际井眼剖面。满眼钻具是最好的防斜钻具，可加大钻压快速钻进，提高钻进速度。
环河、华池组不易产生井斜，钻井参数可适当放宽，采用全压、高转速钻进；洛河、宜君组地层较厚，容易产生井斜，是全井防斜、防碰的重点层段，特别是华池与洛河、洛河与安定组的两交界面最易产生大井斜的井段，要把钻压控制在
100～120千牛，转速在90转／分为宜。
直井段井斜对后续定向造斜和井眼轨迹控制产生极其重要的影响。因此，直井段井斜要控制在规定范围内。
现场常用的防斜钻具结构：
1．满眼钻具结构：φ222.2BJ22+φ214螺旋扶正器（挡板）+φ165无磁钻铤1根+φ214螺旋扶正器+φ159钻铤（DC）1根+φ214螺旋扶正器+φ159钻铤（DC）16根+φ127钻杆(DP)
2．塔式钻具结构：φ222.2BJ22+φ177.8钻铤1柱+φ165无磁钻铤1根+φ159钻铤（DC）17根+φ127钻杆(DP)
3．钟摆钻具结构：φ216.9J22+430×410（挡板）+φ165无磁钻铤1根+φ159钻铤（DC）1根+φ214螺旋扶正器+φ159钻铤（DC）16根+φ127钻杆(DP)
二、造斜点的确定
造斜点是根据目标靶区的垂直井深，井眼水平位移，设计的剖面类型，增斜钻具的增斜率，丛式井井口数目等综合来确定。
1．目标点的垂深愈深，造向点相对较深。
2.水平位移愈大，造斜点相对较浅。
3.井眼剖面类型。“直—增—稳”剖面类型是满足我油田钻井目的的最理想的一种剖面，
其最大井斜角在15°～45°的最佳井斜角范围之内。大量的实践证明，
井斜角小于15°，方位不稳定，容易漂移；井斜角大于45°，测井和完井作业施工难度较大，扭方位困难，转盘扭矩大，并易发生井壁坍塌等现象。
4.增斜钻具的增斜率。定向井的大多数井段是靠转盘带动钻具完成的。增斜钻具增斜率的大小、增斜井段的长度是确定造斜点位置的参考依据。增斜钻具的增斜率愈大，增斜段相对愈短，造斜点则较深；增斜钻具的增斜率小，增斜段相对较长，造斜点则较浅。
5.丛式井井口数目。丛式井中两口相邻定向井的造斜点深度要相互错开，错开距离应不小于30米，钻井顺序应先钻水平位移大，造斜点浅的井；后钻水平位移小，造斜点深的井。这样既有利于定向造斜时防止磁性测斜仪受邻井套管的影响，又有利于定向和井眼轨迹控制，同时，还有利于防止造斜点附近井眼串通或相碰。
造斜点一般选择在洛河组、安定组中下部、直罗组上部等井段。在选择造斜点时应尽可能使斜井段避开方位自然漂移大的地层或利用井眼方位漂移的规律钻达目标点。
三、定向造斜
定向一次成功率取决与直井段的井斜角，直井段(造斜点)的偏移距，增斜段地层的自然方位漂移规律，增斜钻具的增斜率和增斜段长度，反扭角确定的准确度等。
1.直井段的井斜角，特别是定向造斜前50~100米直井段的井斜角，是影响定向一次成功的关键。直井段要严格控制井斜，才能保证定向一次成功。在不同井斜范围内定向施工的方法如下。
①当造斜点井斜很小（≤2°）。无论井眼实际方位如何，均容易定向施工，即可以直接定向。
②当造斜点井斜较大（3°～6°）。若方位差在半个象限角左右，并且井斜偏小时可边造斜边扭方位；若井斜较大时可先集中力量扭方位再定向造斜。
若方位差在一个半象限角左右，井斜小时可集中扭方位再造斜；井斜较大且允许变动设计时，可下钟摆钻具将井眼吊直再定向施工。
③当井斜过大（7°～8°），又不能采取吊打措施时，在综合考虑井深，造斜后裸眼长度等情况后，将决定是否填井重钻。
2.地层方位自然漂移。定向造斜后，用增斜钻具增斜钻井，井斜增加越快；设计最大井斜角越大；增斜段越长；地层自然左漂移量就越大；定向时方位超前角取值较大。一般取值为：4°～8°／100米。
3.造斜点的偏移距。实钻垂直井段总是有一定的井斜和方位变化，在水平投影图上实际造斜点位置会有不同程度偏离设计造斜点。在垂直井段施工质量良好的情况下，其偏移距一般很小（1米或几米），定向时仍按原设计方位定向。但偏移距较大时（如几十米），需计算出施工方位代替设计方位以指导定向施工。
4.反扭角的确定。定向或扭方位时反扭角的确定，是根据螺杆的类型、长度、新旧程度及井深等条件综合考虑的，定向后通过测斜来及时修正，以获取较为准确值。一般取值为：5°～7°／100米。
四、增斜段钻井
增斜钻具结构是根据油田地质特点和预防钻具事故，减少井下阻卡来设计，我局多采用单扶正器的增斜钻具。常用扶正器的类型有：公母刚性扶正器；双母刚性扶正器；液力变径扶正器三类。其中，公母刚性扶正器用配合接头与钻头相连，增斜率较小；双母刚性扶正器直接与钻头相连，增斜率较大；但刚性扶正器的缺点是在井下易造成阻卡现象。液力变径扶正器用配合接头与钻头相连，由于其结构的优越性，不但增斜率较大，而且减少了井下阻卡现象，克服了刚性扶正器的不足。目前现场应用较广泛。
单扶正器增斜钻具在合理钻井参数的配合下均能获得所要求的增斜率，增斜效果较好，但稳方位能力较差。单扶正器增斜钻具增斜率的大小是通过改变扶正器与钻头之间的配合接头长度来调节。通常情况，增加扶正器与钻头之间配合接头长度，增斜钻具的增斜率减小；减小扶正器与钻头之间配合接头长度，增斜钻具的增斜率增大。但增斜率太大，会给后续井眼轨迹控制增加困难，剖面符合率降低。所以，在实际工作中要选择合适的增斜率，既要保证井斜达到要求，又能使井眼符合设计要求。
增斜钻具的增斜率还可以通过调整钻压和转速来微调。增加钻压，增斜率提高；减小钻压，增斜率降低。高转速增斜率降低，甚至不增斜，这一点要高度重视。
五、稳斜段钻井
从实钻效果看，目前还没有一种较为理想的由单扶正器组成的稳斜钻具，现场往往是在增斜段将井斜控制在设计轴线上限，然后再通过微降斜钻井代替稳斜段的钻井。由于“三段制”剖面的稳斜段大都在延安层，其岩性较稳定，增、降斜均可，而方位右漂移量不大，这为后续井眼轨迹控制提供地质基础。笔者认为，为了打出符合设计剖面的井眼轨迹，应在实验的基础上推荐使用双扶正器的稳斜钻具，双扶正器的稳斜钻具稳斜、稳方位能力均比单扶正器的稳斜钻具较强。
六、井眼轨迹调整
实钻井眼轨迹影响中靶时，必须及时进行调整。当井眼井斜偏大或偏小，可通过调整钻井参数做微调。否则，通过改换钻具结构做调整。当井眼方位偏差较大时，下螺杆钻具扭方位。同时，尽可能利用地层自然方位漂移规律来调节。井斜的调整，现场技术已成熟，再此不多叙述，就扭方位施工谈一些认识，于同行们探讨与实践。
1.扭方位施工计算
①要准确计算测点e 对靶点T
的方位，需扭多大的角度，避免扭方位时多扭或少扭。计算公式如下：
公式：当NT＞Ne时，Φz＝are
tg（ET-Ee)／（NT-Ne）
当NT＜Ne时，Φz＝are
tg（ET-Ee)／（NT-Ne）＋180°
式中：Ne、Ee：测点的坐标。
NT、ET：靶点的坐标。
Φz：测点对准靶点的方位。
②计算测点方位与对准靶点方位之间的偏差值ΔΦz。
ΔΦz＝Φz-Φe
式中：Φe：测点的方位。
③扭方位时，应留有余量，即扭方位后井眼变化趋势的惯性而引起的方位增加值。扭方位井深以不超过1500米为宜，扭方位时下1~2柱钻铤。
2.原井眼曲率对钻具性能的影响
井眼曲率包括井斜变化率和方位变化率。在变化下部钻具组合时，原井眼曲率的影响较大。总的规律是钻头具有保持原井眼变化趋势的“惯性”。
①在降斜井段下增斜钻具时，会有一段继续微降斜或稳斜井段才过渡到增斜；在增斜段下降斜钻具时仍有一过渡段。
②原井眼井斜变化时对新井眼井斜变化率影响很大，而对方位变化率影响小。同样，原井眼方位也主要只影响新井眼方位，而对井斜影响小。上述特性在施工中应特别重视。
七、降斜钻井
降斜钻井是对“直—增—稳”设计剖面实钻井眼轨迹进行调整的一种补救方法，降斜钻井施工要严格控制降斜率不能超过设计标准（2°／30m）。降斜钻具的性能取决于井斜角、钻压和钟摆长度之间的平衡关系。降斜钻具可降斜、增斜或稳斜。
降斜钻具结构：
1．单扶正器降斜钻具结构：φ215.9HJ517+短钻铤×2~4米+φ214螺旋扶正器（挡板）+φ165无磁钻铤1根+φ159钻铤19根+4A11×410+φ127加重钻杆(WDP)6根+φ127(DP)钻
2．光钻铤。
定向井井眼轨迹控制技术是一项复杂的系统工程，影响因素较多，以上只是从工艺技术方面谈了一些个人的观点，不足于以点盖面，它还包括实施技术操作者的技术水平和技术经验、泥浆性能、钻井技术参数等方面。其目的是引起同行们对定向井井眼轨迹控制技术的讨论和关注，不妥之处敬请批评指正。
