徐樹棟 呂昌帥 楊蘭蘭 荊向龍 王睿 石偉

摘要：現(xiàn)階段，在進(jìn)行深層頁巖氣水平井鉆進(jìn)過程中，方位漂移問題十分常見，其會(huì)對井眼軌跡的控制產(chǎn)生負(fù)面影響，可能導(dǎo)致水平井無法準(zhǔn)確中靶。對于這個(gè)問題，現(xiàn)階段比較常見的做法，是在開展定向造斜的過程中，預(yù)估方位超前叫，但是在實(shí)踐中不確定性和誤差較大。本文就考慮方位漂移的水平井井眼軌道設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究和探討，希望能夠?yàn)榧夹g(shù)人員提供一些參考。

關(guān)鍵詞：方位漂移;水平井;井眼軌道;設(shè)計(jì)

前言：在不斷的發(fā)展過程中，油井開采技術(shù)不斷取得突破創(chuàng)新，水平井逐漸得到普及。而水平井鉆井環(huán)節(jié)，受各種因素的影響，無論是采用穩(wěn)斜、增斜還是降斜的組合，都可能引發(fā)井斜方位漂移的問題，如果不能對該問題進(jìn)行解決，水平井井眼軌跡的控制難度會(huì)大大增加，甚至?xí)λ骄臏?zhǔn)確中靶產(chǎn)生影響。在這種情況下，水平井井眼軌道設(shè)計(jì)中，應(yīng)該充分考慮方位漂移問題。

1 方位漂移產(chǎn)生的原因

結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，導(dǎo)致方位漂移的原因大致有兩種，一是地層因素。通常情況下，不同方向的地層有著不同的可鉆性，同時(shí)體現(xiàn)出各向異性的特征，而因?yàn)榈貙颖旧淼膬A斜，水平井井眼很容易出現(xiàn)方位漂移。而鉆頭鉆進(jìn)的方向一般都是朝著垂直地層層面的方向偏斜，換言之，地層如果存在有朝地層上傾方位偏離的趨勢，便容易引發(fā)井斜問題。在進(jìn)行水平井鉆井過程中，井身多是傾斜存在，井眼方位與地層傾斜方向存在一定夾角，會(huì)導(dǎo)致鉆頭朝著垂直于地層的方向前進(jìn)，引發(fā)井眼方位漂移;二是鉆具因素。導(dǎo)致井眼方位漂移的另一個(gè)因素是鉆柱的旋轉(zhuǎn)方向，鉆進(jìn)過程中，因?yàn)橹亓Φ淖饔?，圓柱體會(huì)壓向井壁的下側(cè)，對其產(chǎn)生壓力，而鉆柱旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)下，其本身與井壁下側(cè)之間的摩擦阻力在方向上與旋轉(zhuǎn)的方向相反，而考慮鉆柱本身順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)的特性，摩擦力的方向始終“朝右”。受摩擦阻力的影響，鉆頭會(huì)偏離原本的井眼軸線，朝井壁右側(cè)鉆進(jìn)，導(dǎo)致井壁右側(cè)的持續(xù)切削，繼而引發(fā)井眼方位向右漂移。

通常情況下，會(huì)采用方位漂移率來對方位漂移的規(guī)律進(jìn)行表示，而從井眼軌跡控制的角度，當(dāng)井眼方位向右漂移時(shí)，方位漂移率為正數(shù)，反之當(dāng)井眼方位向左漂移時(shí)，方位漂移率為負(fù)數(shù)。在沒有發(fā)生方位漂移的情況下，方位漂移率為零。必須明確，即便是同一區(qū)域，方位漂移率也并非規(guī)定不變，其會(huì)在地層非均質(zhì)性、產(chǎn)狀以及井斜等的影響下不斷變化，而不同井段有著不同的方位漂移率，技術(shù)人員需要對方位漂移的規(guī)律進(jìn)行深入分析，做好水平井井眼軌跡的有效控制。

2 考慮方位漂移的水平井井眼軌道設(shè)計(jì)

在充分考慮方位漂移的情況下，水平井井眼軌道的設(shè)計(jì)需要將原本設(shè)計(jì)軌道依照造斜段、穩(wěn)斜段以及水平段進(jìn)行合理劃分，對區(qū)域內(nèi)方位漂移的規(guī)律進(jìn)行研究，得到不同地層及井段上的方位漂移率。

圖2為相似法軌道設(shè)計(jì)的示意圖。

相似法軌道設(shè)計(jì)大體可以分為幾個(gè)步驟：

一是將原本的設(shè)計(jì)軌道劃分為造斜段、穩(wěn)斜段以及水平段，就井眼軌道各個(gè)井段的參數(shù)如水平位移、平移方位角、井深等進(jìn)行收集整理，這里假定原設(shè)計(jì)軌道閉合方位角為θ1，閉合距為C1;二是在原設(shè)計(jì)軌道上選擇一點(diǎn)，依照該點(diǎn)所處井段位置的地層方位漂移率以及分段長度，計(jì)算出該井段的方位漂移量，計(jì)算公式如下：

公式中， 表示第i段方位漂移量， 表示第i段分段長度， 表示第i段地層方位漂移率?？紤]方位漂移的情況下，需要將方位漂移量加在原設(shè)計(jì)軌道上，保證各點(diǎn)設(shè)計(jì)方位的合理性。

三是依照上述計(jì)算結(jié)果，得到方位漂移后的軌道以及各點(diǎn)新的水平位移以及平移方位角，假定此時(shí)軌道井底p點(diǎn)的閉合方位角為θp，閉合距為Cp;四是針對方位漂移后的軌道進(jìn)行相似處理，在盡量不改變漂移后軌道形狀的情況下，通過平移，令p點(diǎn)和t點(diǎn)重合。在這個(gè)過程中，漂移后的軌道上，點(diǎn)的水平位移為Ci，乘以系數(shù)K，則存在K=Ct/Cp。將平移方位角θi減去△θ，則存在△θ=Cp-Ct。五是對考慮方位漂移的井眼軌道設(shè)計(jì)水平坐標(biāo)進(jìn)行計(jì)算，存在Ni=Cicosθi，Ei=Cisinθi，公式中的Ni表示i點(diǎn)的北坐標(biāo)，Ei表示i點(diǎn)的東坐標(biāo);六是對每一個(gè)測點(diǎn)的井深、方位角以及井斜角進(jìn)行計(jì)算，確保垂深Di不變。

以某水平井右飄為例，就其井眼軌道的設(shè)計(jì)進(jìn)行簡單分析。該水平井水平段垂深3500m，待鉆點(diǎn)的坐標(biāo)X為10000，Y為10000，東坐標(biāo)增量1500m，北坐標(biāo)增量1500m，方位漂移率1°/100m，初始方位角45°，將已知數(shù)據(jù)輸入后，經(jīng)過計(jì)算的結(jié)果如圖3所示。

圖中的紅線表示考慮方位漂移的水平段井眼軌道，藍(lán)線表示全復(fù)合鉆進(jìn)井眼軌跡。

3 結(jié)語

總而言之，在水平井井眼軌道設(shè)計(jì)中，方位漂移非常關(guān)鍵，如果將其忽略，會(huì)導(dǎo)致井眼軌道設(shè)計(jì)不合理，存在較大誤差。當(dāng)前，在深層頁巖氣水平井鉆井過程中，存在較為嚴(yán)重的方位漂移問題，借助方位漂移規(guī)律進(jìn)行井眼軌道設(shè)計(jì)，能夠有效減少井眼軌跡調(diào)整的頻率，降低起下鉆的次數(shù)，對鉆井成本進(jìn)行控制。本文在考慮方位漂移的情況下，就水平井井眼軌道進(jìn)行了設(shè)計(jì)，并結(jié)合實(shí)例進(jìn)行了驗(yàn)證，表明了方法的可行性和有效性。

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作者簡介：

徐樹棟，男，1986年1月2日出生，漢，山東省昌樂縣，在渤海鉆探工程有限公司定向井技術(shù)服務(wù)分公司從事定向井工程師工作