楊國輝

摘要：隨著定向井鉆井?dāng)?shù)量的逐漸增多，定向井軌跡設(shè)計與控制逐漸受到重視。文章從定向井軌跡剖面設(shè)計入手，對定向井軌跡控制中的不同階段進行了探討，對提高定向井軌跡控制精度具有積極作用。

關(guān)鍵詞：軌跡控制；剖面設(shè)計；定向井

定向井的井眼軌跡控制技術(shù)是定向井鉆井成套技術(shù)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。定向井施工成敗的關(guān)鍵是能否控制井眼軌跡的變化。

1 軌跡剖面簡介

定向井井身剖面的選擇對于鉆井施工的安全、高效、降低成本起著至關(guān)重要，四段制軌跡剖面易形成鍵槽，巖屑床，起下鉆和鉆井過程中摩阻扭矩大，易卡鉆，給井下安全帶來極大隱患。經(jīng)過理論計算分析，并結(jié)合大慶地質(zhì)情況，三段制或者五段制井眼軌跡剖面成為大慶定向井施工的首選對象，這兩種軌跡剖面具有軌跡短、投資少、效益高、利于井眼軌跡控制等特點。

2 井眼軌跡控制技術(shù)

2.1 直井段軌跡控制

定向井直井段的井眼軌跡控制原則是防斜打直。有人認為常規(guī)定向井（指單口定向井）直井段鉆不直影響不大，通過后續(xù)的調(diào)整最終也可中靶，這種想法是不對的。因為當(dāng)鉆至造斜點，如果直井段不直，造斜點處不僅因為有一定的井斜角而影響定向造斜的順利完成，還會因為這個井斜角形成一定的水平位移而影響下一步鉆進的井眼軌跡控制。所以在直井段施工中，采用塔式鉆具組合或鐘擺鉆具組合，配以合理的鉆進參數(shù)，每鉆進100-120米測斜一次，及時監(jiān)測井斜的變化趨勢，如發(fā)現(xiàn)井斜有增大趨勢，及時調(diào)整鉆井參數(shù)，加密測斜，必要情況下進行螺桿鉆具糾斜。造斜點前100m采取輕壓吊打，嚴(yán)格控制鉆進參數(shù)，保證造斜點處的井斜不超過0.5°。

2.2 造斜段軌跡控制

造斜就是從造斜點開始強制鉆頭偏離垂直方向增斜鉆進的過程。由于大位移水平井直井段多數(shù)存在井斜方位，且方位與新設(shè)計方位不一致，所以必須利用定向井計算軟件計算出直井段各點軌跡參數(shù)，同時根據(jù)最后幾個測點趨勢，預(yù)測出井底的井斜角和方位角，計算出井底水平位移、垂深、閉合方位、視位移、視垂距等參數(shù)。對靶點重新進行修正設(shè)計，計算出各段的造斜率大小。在定向造斜過程中，摸索出螺桿的實際造斜率大小，計算好滑動鉆進與復(fù)合鉆進的比例，盡可能使實鉆軌跡逼近設(shè)計軌道。根據(jù)視位移大小、正負、井斜角大小以及井底閉合方位與設(shè)計方位的偏差，確定采用復(fù)合鉆進、扭方位或定向鉆進來進行施工。

由于無線隨鉆測量儀器測點長度的限制以及螺桿造斜率在深層硬地層造斜能力的不確定性，開始定向鉆進時一般采用連續(xù)定向2個單根，以確定螺桿在該地層的實際造斜率。若已知螺桿的實際造斜率K實，設(shè)計造斜率K設(shè)，單根長度為L，則可用下列公式計算每個單根需要定向長度L定：

L定=（K設(shè)*L）/K實

上式僅當(dāng)K實>K設(shè)時成立；若K實

2.3穩(wěn)斜段軌跡控制

這一階段的任務(wù)是在實鉆過程中，不斷了解軌跡的變化發(fā)展情況，不斷地使用各種造斜工具或鉆具組合，使實鉆軌跡離開設(shè)計軌跡“不要太遠”。“ 不要太遠”一詞的意義在于，一方面如果太遠就可能造斜脫靶，成為不合格井；另一方面如果始終要求實鉆軌跡與設(shè)計誤差很小，勢必要求非常頻繁的測斜，頻繁的更好造斜工具，必將大大地拖延時間，增加成本，而且還有可能造成井下復(fù)雜情況，得不嘗失。穩(wěn)斜段主要采用三扶正器剛性穩(wěn)斜鉆具組合或者MWD隨鉆跟蹤，若采用穩(wěn)斜鉆具組合，在下入穩(wěn)斜鉆具組合鉆進50米進行測斜校驗井斜方位數(shù)據(jù)，以后每鉆進100-150米定點測斜一次，并把測斜數(shù)據(jù)輸入定向井計算軟件進行計算分析，保證中靶。

3 井底井斜方位預(yù)測技術(shù)

3.1 力學(xué)預(yù)測

井底預(yù)測的方法很多，可分為兩大類，一類是力學(xué)法。力學(xué)法考慮了鉆具的受力狀態(tài)、鉆頭與地層相互作用等因素，更為真實的反映了井眼軌跡形成過程，從理論上講，力學(xué)法比較準(zhǔn)確。但由于井下是一個復(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)測方法的預(yù)測精度，兼之力學(xué)預(yù)測方法準(zhǔn)備變量多，計算復(fù)雜，現(xiàn)場施工已較少采用。

3.2 幾何預(yù)測

另一類是幾何方法，對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，也能達到相當(dāng)高的精度。幾何預(yù)測方法很多，要嚴(yán)格評價各種井底預(yù)測方法的優(yōu)劣是比較困難的。井底預(yù)測的這些幾何方法主要是依據(jù)各種曲率的變化規(guī)律進行選擇，并且需要緊密結(jié)合鉆井過程的實際工況。使用時，應(yīng)根據(jù)實際的鉆井工況，進行分析判斷和預(yù)測。

從根本上講，要提高井底預(yù)測的精度，應(yīng)從以下兩個方面入手：一是在工藝技術(shù)條件允許的前提下，盡可能縮短測點至井底的距離；二是提高測斜資料的精度。

4 井眼軌跡修正設(shè)計

定向井待鉆井眼設(shè)計是井眼軌跡控制技術(shù)的重要組成部分，他可為現(xiàn)場施工提供最重要的依據(jù)。在進行待鉆設(shè)計時，必須考慮所鉆地層對造斜工具造斜能力的影響。在進行待鉆設(shè)計時，應(yīng)考慮地層傾向、走向及各向異性對井眼軌跡的影響，以保證設(shè)計出的待鉆井眼能充分利用地層的井斜方位作用。在進行待鉆設(shè)計時，應(yīng)首先考慮目前已有的井下工具實際造斜能力，并為施工留有余地。

在實際施工中從造斜點開始直到完鉆的施工中，每鉆完一個根，用單弧剖面進行一次待鉆井眼設(shè)計，選擇合適鉆進參數(shù)，并以此作為下趟鉆選擇鉆具組合的重要依據(jù)。在造斜過程中，每次都以入靶點為目標(biāo)，應(yīng)用可變曲率井眼軌跡設(shè)計技術(shù)優(yōu)化待鉆井眼設(shè)計。

5 結(jié)論

總之，嚴(yán)格按照技術(shù)參數(shù)及措施打好直井段，保證井斜角不超標(biāo)，優(yōu)化軌跡剖面設(shè)計，選用合適的造斜工具，把好定向造斜關(guān)；在穩(wěn)斜段三扶正器剛性穩(wěn)斜鉆具組合，在下入穩(wěn)斜鉆具組合鉆進50米進行測斜校驗井斜方位數(shù)據(jù)，以后每鉆進100-150米定點測斜一次，跟蹤控制到靶點，保證井眼軌跡精確控制。

參考文獻：

[1]王清江 毛建華等 定向鉆井技術(shù) 2009.08