徐兵

（中油遼河油田分公司淺海石油開(kāi)發(fā)公司遼寧盤(pán)錦124010）

淺談大位移水平井軌跡控制技術(shù)

徐兵

（中油遼河油田分公司淺海石油開(kāi)發(fā)公司遼寧盤(pán)錦124010）

目前，大位移水平井鉆井技術(shù)被廣泛應(yīng)用于石油、天然氣的開(kāi)采施工過(guò)程中，對(duì)其軌跡進(jìn)行控制的關(guān)鍵就是井眼軌跡的設(shè)計(jì)，本文首先對(duì)井眼剖面的主要設(shè)計(jì)原則進(jìn)行了介紹，進(jìn)而針對(duì)軌道參數(shù)的選擇以及參數(shù)優(yōu)化后的結(jié)果進(jìn)行了分析，最后對(duì)摩阻扭矩進(jìn)行了分析，以期能夠?qū)λ骄壽E的有效控制提供一定的技術(shù)依據(jù)。

大位移水平井軌跡控制

對(duì)水平井軌跡進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)是保證大位移水平井順利完成的重要關(guān)鍵，除了要保證井身的剖面不能超過(guò)鉆柱的扭矩極限之外，還要盡可能地降低扭矩摩阻、增加水平延伸的距離。相比于一般的水平井，大位移水平井本身對(duì)于井眼軌跡的設(shè)計(jì)有著特殊的要求，本文就針對(duì)如何具體對(duì)大位移水平井的軌跡進(jìn)行控制以及相關(guān)注意事項(xiàng)進(jìn)行如下分析。

1　井眼剖面的主要設(shè)計(jì)原則

在進(jìn)行大位移水平井的軌跡控制時(shí)，其中一個(gè)非常重要的關(guān)鍵點(diǎn)就是井眼軌跡的設(shè)計(jì)，這其中需要以設(shè)計(jì)方案的可操作性作為主要基礎(chǔ)原則。當(dāng)斜井段較長(zhǎng)的時(shí)候，套管的磨損程度和可能性就會(huì)越高，相應(yīng)的軌道剖面設(shè)計(jì)就很難被實(shí)現(xiàn)。與此同時(shí)，設(shè)計(jì)時(shí)還需要注意保證扭矩、拉力和摩阻處于一個(gè)較小的范圍，因此，可以通過(guò)對(duì)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化來(lái)實(shí)現(xiàn)。

2　軌道參數(shù)的選擇

2.1造斜點(diǎn)參數(shù)

在進(jìn)行造斜點(diǎn)的選擇時(shí)，如果設(shè)計(jì)的造斜點(diǎn)相對(duì)較淺，會(huì)造成斜井段的拉長(zhǎng)，導(dǎo)致拉力和扭矩的進(jìn)一步增大，在進(jìn)行井段的加長(zhǎng)工程中，非常容易產(chǎn)生鍵槽的問(wèn)題，在很大程度上提升了井眼的控制難度。在進(jìn)行穩(wěn)斜角具體參數(shù)的選擇時(shí)，滑動(dòng)鉆進(jìn)摩阻會(huì)隨著造斜點(diǎn)的提高而增大，對(duì)于大位移水平井進(jìn)行軌跡控制時(shí)，設(shè)計(jì)人員需要盡可能地選擇那些相對(duì)科學(xué)的曲線，同時(shí)還需要保證造斜點(diǎn)處于一個(gè)較深的水平，這些都有利于直井段對(duì)于短斜井段的縮短效應(yīng)，為后續(xù)的鉆井下套管作業(yè)提供了方便。

2.2穩(wěn)斜角參數(shù)

隨著穩(wěn)斜角的不斷增大，起下鉆摩阻以及旋轉(zhuǎn)的扭矩會(huì)隨之減小，而滑動(dòng)鉆進(jìn)摩阻則會(huì)隨之增加。因此，為了保證斜穩(wěn)角處于最佳條件應(yīng)當(dāng)將斜井段的長(zhǎng)度控制在最短，這樣相應(yīng)的扭矩和摩阻也就越小。在井斜處于45°-55°這一范圍內(nèi)，存在著一個(gè)受到扭矩的限制而引發(fā)的最小深度值，因此，在進(jìn)行穩(wěn)斜角的設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該盡可能地避開(kāi)這一角度范圍。當(dāng)穩(wěn)斜角的數(shù)值一定時(shí)，扭矩和摩阻會(huì)隨著穩(wěn)斜段的減小而減小。

2.3增斜率參數(shù)

為了保證設(shè)計(jì)出的曲線更加平滑，就需要盡可能的減小增斜率，相應(yīng)的增斜率的變化率、摩阻以及扭矩也會(huì)隨之減小。

3　造斜率參數(shù)的選擇原則

造斜率的設(shè)計(jì)是整個(gè)控制技術(shù)中十分關(guān)鍵的因素，在工程的實(shí)際施工中，如果造斜段的造斜率相比于設(shè)計(jì)的造斜率略低時(shí)，一旦出現(xiàn)突發(fā)情況就會(huì)對(duì)工程的后續(xù)施工造成非常大的影響，使整個(gè)工程處于一個(gè)相對(duì)被動(dòng)的狀態(tài)。因此，一般在進(jìn)行工程施工時(shí)所采用的螺桿鉆具通常會(huì)比設(shè)計(jì)的造斜率高出一定的比例。

4　井眼剖面優(yōu)化分析

在進(jìn)行大位移水平井設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員可以采用多種類型的曲線來(lái)對(duì)軌跡的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行設(shè)計(jì)，這包括：懸鏈線軌跡、雙圓弧型的軌跡、圓弧形軌跡、恒變降曲率的曲線軌跡以及準(zhǔn)懸鏈線型的軌跡等。

如果設(shè)計(jì)的水平井靶前位移處于一個(gè)相對(duì)較小的范圍時(shí)，就不太適合采用懸鏈線軌跡等會(huì)對(duì)摩阻產(chǎn)生降低效應(yīng)的設(shè)計(jì)方法，這主要是因?yàn)檫@些設(shè)計(jì)方案都需要建立在充足靶前位移基礎(chǔ)上才能實(shí)現(xiàn)的。因此，在對(duì)這一類水平井進(jìn)行剖面的設(shè)計(jì)時(shí)往往會(huì)選擇單圓弧型的剖面，相比于其他類型的剖面軌跡更加簡(jiǎn)單，這在很大程度上就會(huì)使井眼的設(shè)計(jì)軌跡更加平滑，與此同時(shí)還減少了井壁和鉆柱彼此之間的接觸面積、降斜井段以及局部的增斜，通過(guò)這種設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)扭矩和全井摩阻的有效降低。通過(guò)這種設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)出的井眼剖面的施工造斜率為0.35°/m。

通過(guò)這種設(shè)計(jì)方式的水平井剖面再進(jìn)入到水平段之前，其復(fù)合鉆的進(jìn)尺相對(duì)較少，這就為可供施工調(diào)整的空間提供了很大的便利，同時(shí)，穩(wěn)斜段也很好地避免了45°-55°這一范圍，具有很強(qiáng)的操作性。因此，在進(jìn)行大位移水平井的實(shí)際施工時(shí)，施工人員往往都會(huì)采用這種剖面來(lái)作為整個(gè)工程施工的指導(dǎo)方法來(lái)進(jìn)行軌跡的控制。

5　摩阻扭矩的分析

5.1鉆井前摩阻扭矩的分析

施工前需要對(duì)摩阻扭矩進(jìn)行分析，保證設(shè)計(jì)出的三軸應(yīng)力、抗壓、抗拉強(qiáng)度以及剖面?zhèn)认蛄Φ葏?shù)都滿足安全系數(shù)的要求，同時(shí)還要保證施工所用的鉆具在不同工況下都能夠保證不屈曲。套管也能夠按照設(shè)計(jì)的要求進(jìn)行下入。

5.2實(shí)鉆時(shí)摩阻扭矩的分析

在實(shí)際鉆井的過(guò)程中，井下的摩阻扭矩通常要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)設(shè)計(jì)時(shí)的數(shù)據(jù)，這一方面是受到井眼軌跡的影響，另一方面主要是受到井壁不規(guī)則以及固相的含量偏高等原因造成的落雁摩阻系數(shù)偏高所引發(fā)的。在鉆井完成后，還需要對(duì)通井以及大排量的循環(huán)進(jìn)行多次的模擬，通過(guò)這些模擬可以發(fā)現(xiàn)起下鉆摩阻基本都存在下降的情況。

5.3產(chǎn)生高摩阻的原因

（1）由于鉆井的速度非?？?，循環(huán)的時(shí)間非常短，這就會(huì)造成被研磨的非常細(xì)的破碎巖屑不容易從鉆井液里面去除，進(jìn)而導(dǎo)致了固相含量的進(jìn)一步上升，最終使得摩阻系數(shù)偏大。

（2）如果油基鉆井液的攜砂能力較差，再加之井底的溫度過(guò)高時(shí)，都會(huì)使油基鉆井液進(jìn)一步稀釋，進(jìn)而造成洗井的效果不好。

（3）井斜角的進(jìn)一步增大會(huì)使得鉆柱作用在井壁上的荷載增加，進(jìn)而導(dǎo)致鉆柱的運(yùn)動(dòng)阻力增加。

（4）井眼的清潔難度以及巖屑運(yùn)移阻力都會(huì)隨水平段延伸而不斷增大，這會(huì)導(dǎo)致鉆井液本身的攜砂能力受到很大程度的限制，最終導(dǎo)致巖屑床問(wèn)題嚴(yán)重。

6　結(jié)語(yǔ)

綜上所述，對(duì)水平井井眼軌跡進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)整個(gè)大位移水平井軌跡控制的重要措施，對(duì)此，設(shè)計(jì)時(shí)不僅要對(duì)鉆井的具體參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，同時(shí)還要保證井眼軌跡的平滑度，另一方面，為了保證井下作業(yè)的安全，設(shè)計(jì)人員還需要盡可能地減少摩阻，強(qiáng)化井壁的穩(wěn)定性，這對(duì)于保證大位移水平井的順利完成具有重要的意義。

TE[文獻(xiàn)碼]B

1000-405X（2015）-7-416-1

徐兵（1975～），男，畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)資源勘查專業(yè)，工程師，研究方向?yàn)殂@井管理。

[1]李夢(mèng)剛.水平井井眼軌跡控制關(guān)鍵技術(shù)探討[J].西部探礦工程，2009(02).

[2]杜青云,壽翔,袁小平.大位移水平井軌道優(yōu)化設(shè)計(jì)研究[J].中國(guó)石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量.2013(09).