胡春陽(中石化江漢石油工程有限公司鉆井二公司，湖北 武漢 430040)

0 引言

涪陵頁巖氣田地處山地丘陵地帶。為了減少井場數(shù)量，減少單井占地面積，節(jié)約和提高整體工程成本，不斷提高頁巖氣開發(fā)效率，頁巖氣開發(fā)過程中主要采用叢式水平井。為了提高開發(fā)效率，有必要將目標(biāo)定位在最大主應(yīng)力的垂直方向。井口和入窗點(diǎn)閉合方位和水平靶體方位沒在一條直線，因此在涪陵頁巖氣田中主要是利用三維水平井。對比常規(guī)的水平井，三維水平井井眼軌道設(shè)計(jì)工作非常復(fù)雜，具有較大的摩阻扭矩，井眼軌跡控制難度比較大，鉆井工作也具有較大的難度。當(dāng)前我國已經(jīng)發(fā)展了三維水平井配套鉆井技術(shù)，并且可以提高整體工作效率，但是在今后發(fā)展過程中，需要進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)井眼軌道，有效考控制井眼軌跡。

1 概述三維井眼定向鉆井技術(shù)的難點(diǎn)

1.1 原井眼軌道設(shè)計(jì)的影響

在涪陵地區(qū)頁巖氣田三維水平井軌道設(shè)計(jì)過程中，采用與二維水平井軌道設(shè)計(jì)極為相似的雙增量井軌道設(shè)計(jì)方法，對部分水平井進(jìn)行了設(shè)計(jì)。具有較長的穩(wěn)斜段，長度通常在1000m以上，在施工中利用旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆鉆井，具有較高的工作成本，例如常規(guī)定向鉆具鉆進(jìn)機(jī)械，雖然整體轉(zhuǎn)速比較高，但是穩(wěn)斜段比較長，不利于提高常規(guī)定向鉆具的速度。靶前位移通常在900m 以上，再加上工作人員選擇過于靠上的造斜點(diǎn)，這些特點(diǎn)都無法落實(shí)三維水平井優(yōu)快定向鉆井，在長穩(wěn)斜段施工過程中，很難利用單彎雙穩(wěn)螺桿，工作人員需要及時調(diào)整滑動鉆，在實(shí)際工作中很難調(diào)整三維井段雙穩(wěn)鉆井組合定向工具面，滑動鉆進(jìn)效果因此受到影響，此外鉆具組合具有很強(qiáng)的剛性，利用雙驅(qū)復(fù)合鉆的過程中，在井下可能會發(fā)生蹩鉆問題。如果在過于靠上的位置選擇造斜點(diǎn)，定向段長因此增加，定向鉆井工作周期因此延長[1]。

1.2 三維井眼軌跡控制難度較大

涪陵頁巖氣田三維水平井側(cè)向位移比較大，通常會達(dá)到600m以上，如果提前扭方位，實(shí)際偏移距離無法滿足設(shè)計(jì)要求，入窗難度因此增加。如果產(chǎn)生滯后扭方位，實(shí)際偏移距可以滿足設(shè)計(jì)要求，但是靶前位移無法滿足定向工具造斜工作的要求，在增斜階段，工作人員需要同時控制方位變化，如果井斜較大，也會增加方位調(diào)整的難度。為了順利完成相關(guān)工作，在三維井眼控制工作中，工作人員可以結(jié)合偏移距離變化和靶前位移變化，控制難度比較大。

1.3 三維眼井摩阻扭矩較大

在三維水平井斜井段，需要適當(dāng)?shù)脑鲂焙团し轿唬谙裸@和滑動鉆鉆進(jìn)過程中，鉆具很容易發(fā)生屈曲問題，鉆具接觸井壁之后會產(chǎn)生較大的摩阻扭矩，產(chǎn)生嚴(yán)重的托壓問題，不利于向鉆頭傳遞鉆壓，降低了鉆井速度，延長了定向鉆的周期。由于上孔的扭轉(zhuǎn)方向增加了全角度變化率和摩擦扭矩，定向工具面無法放置在正確位置，在同一位置反復(fù)升降鉆具，增加了定向鉆進(jìn)的難度，延長了定向鉆進(jìn)的鉆進(jìn)周期[1]。

2 涪陵頁巖氣田三維水平井井眼軌跡控制技術(shù)思路

采用原有的井眼軌跡設(shè)計(jì)模式，不利于實(shí)現(xiàn)三維水平井優(yōu)化和快速定向鉆井。其工作目標(biāo)是使摩擦力矩最小。在實(shí)際工作中，有必要對原始井眼軌跡類型進(jìn)行優(yōu)化，改進(jìn)軌跡參數(shù)，優(yōu)化三維井眼軌跡設(shè)計(jì)技術(shù)，以提高定向鉆井速度。因?yàn)槿S井眼軌跡控制工作具有較大的難度，為了保障鉆井的安全性，提高現(xiàn)場定向施工的便利性，需要利用精細(xì)控制措施，嚴(yán)格控制井段井眼軌跡，優(yōu)化涪陵頁巖氣田三維水平井井眼軌跡控制技術(shù)，降低整體施工難度。面臨三維井眼摩阻扭矩較大的問題，工作人員可以利用降摩減扭工具，避免發(fā)生托壓問題，利用三維井眼降摩減阻技術(shù)，高效控制三維井眼軌跡。

要想優(yōu)化三維井眼軌道，工作人員需要合理選擇三維井眼軌道，把握入窗時機(jī)，提高施工現(xiàn)場的操作性。利用預(yù)目標(biāo)位移，盡可能調(diào)整傾斜點(diǎn)，縮短穩(wěn)定段長度，有效縮短鉆進(jìn)周期。為了降低整體工作量，要在穩(wěn)斜段改變方位。結(jié)合降摩減扭的工作理念，優(yōu)化軌道全角的變化率，控制穩(wěn)斜段的井斜角[3]。

在實(shí)際應(yīng)用中，將三維水平井軌跡分為六段。在糾偏井段的井眼內(nèi)設(shè)置二維增斜段，以保證增斜效果。在穩(wěn)斜邊變方位井段，施工人員需要全力扭方位，有效減少工作量。在邊增斜邊調(diào)整方位井段，應(yīng)合理調(diào)整調(diào)整工具面，合理調(diào)整方位角。在著陸段利用增斜入窗，合理調(diào)整參數(shù)。

3 涪陵頁巖氣田三維水平井井眼軌跡控制關(guān)鍵技術(shù)

三維水平井偏移距比較大，同時也會增加變方位工作量，在大斜度井段調(diào)整方位難度較大，定向鉆工作周期比較長，井眼軌跡缺乏圓滑性，將會影響到后續(xù)井下作業(yè)的安全性。采用分段精細(xì)控制方法，保證節(jié)點(diǎn)控制效果，有效控制井眼軌跡。

(1)糾偏井段：在糾偏井段要注重減小偏移距，工作人員要結(jié)合中靶要求，同時要控制下部井段扭方位工作量，因此需要合理選擇糾偏方位。因?yàn)樵摼蔚木鄢叽?，需要利用大尺寸、剛性?qiáng)的鉆具，但是在實(shí)際鉆進(jìn)階段會增大摩阻扭矩，很難掌握工作面，降低了定向效率，工作人員需要優(yōu)選鉆具組合，嚴(yán)格控制鉆井的各項(xiàng)參數(shù)。選擇糾偏方位的過程中，需要模擬計(jì)算偏移距，同時需要考慮摩阻扭矩，保障糾偏方位的合理性。如果糾偏方位比較大，可以及時消除偏移距，同時會產(chǎn)生較小的摩阻和扭矩。校正目標(biāo)的方位角為垂直角，可以及時消除偏移，但后續(xù)方位扭轉(zhuǎn)的工作量也會增加，扭矩也會增加。為了提高施工的便利性，需要對糾偏位置進(jìn)行控制[4]。

(2)穩(wěn)斜變方位井段：以井眼軌道設(shè)計(jì)方案為基礎(chǔ)，在三維變方位井段設(shè)置穩(wěn)斜變方位井段，井段經(jīng)過糾偏處理之后，控制井斜角在40°以上，有效減小偏移距。保障井眼軌跡可以進(jìn)入到變方位窗口中。在該井段反復(fù)實(shí)施變方位工作，因此降低后續(xù)工作量。

在實(shí)際工作中需要確定變方位安全窗口，如果靶體方位為0°，在穩(wěn)斜段的井斜角為65°，如果偏移距發(fā)生了變化，工作人員可以進(jìn)行模擬計(jì)算，確定井眼軌跡后續(xù)全角變化率，明確方位實(shí)際變化情況。如果剩余偏移距占據(jù)總偏移距的50%以上，可以降低后續(xù)井眼軌跡全角的變化率，如果扭方位過早發(fā)生，將會導(dǎo)致方位扭過頭。當(dāng)剩余偏移距為30%時，后續(xù)井眼軌跡會產(chǎn)生較大的全角度變化率，增加了斜井方位角變化的難度。因?yàn)楣ぷ魅藛T需要控制剩余偏距比例在35%～45%范圍內(nèi)，因此設(shè)置變方位安全窗口，這是最佳的扭方位時機(jī)。工作人員需要合理選擇鉆具和工具參數(shù)，合理簡化鉆具組合，將鉆鋌去除，倒裝加重鉆桿，減少鉆具與井壁接觸面積，這樣有利于工作人員控制定向工具面，使定向效果因此提高[5]。

(1)增斜變方位井段：通過增斜鉆進(jìn)，實(shí)現(xiàn)扭方位效果，為著陸井段提供良好的基礎(chǔ)，避免了測量盲區(qū)對井眼軌跡控制工作的影響。根據(jù)定向工作面變化情況，合理估計(jì)井眼軌跡參數(shù)，準(zhǔn)確預(yù)測盲區(qū)數(shù)據(jù)，確保施工過程中造斜率符合要求。準(zhǔn)確預(yù)測三維井眼軌跡，合理調(diào)整滑動鉆進(jìn)和復(fù)合鉆進(jìn)，提高井眼軌跡平滑性，避免事故風(fēng)險。

(2)著陸井段：控制著陸井段的井眼軌跡，確定矢量入靶的角度。在著陸之前，可以結(jié)合油藏建模思路，綜合鉆進(jìn)和測井等資料構(gòu)建隨鉆前導(dǎo)模型，把握目的層走向以及傾角等，并且要緊密結(jié)合現(xiàn)場地質(zhì)人員以及地質(zhì)導(dǎo)向人員，保障著陸的準(zhǔn)確性[6]。

確定入靶角度的過程中，如果目的層產(chǎn)狀上傾，工作人員需要在靶前20m 左右控制井眼軌跡，在目的層頂部位置控制垂深，進(jìn)入到目的層之后，在入靶之前需要合理調(diào)整最大井斜角，在距層頂1m 范圍內(nèi)控制井眼軌跡。

目的層產(chǎn)狀下傾，可使靶前位移提前，并可適當(dāng)減小探井頂部傾角。井眼軌跡可控制在目標(biāo)點(diǎn)前20m 以上，入井角度應(yīng)小于最大偏差角的3°。進(jìn)入目標(biāo)層后，井眼軌跡可在目標(biāo)層前的地層上進(jìn)行控制。

4 三維井眼降摩減阻技術(shù)

因?yàn)槿S井眼具有變方位井段，在定向鉆進(jìn)過程中，會快速增加滑動摩阻，產(chǎn)生托壓問題。解決了定向托壓問題以后，可提高定向施工效率。工作人員可以利用降摩減阻扶正器，利用水力振蕩器，利用周期性振蕩鉆柱，減少在滑動鉆進(jìn)過程中，井壁和鉆桿之間接觸產(chǎn)生摩擦，改善鉆壓傳遞效果，使滑動鉆進(jìn)能不斷提高。水利振蕩器可以明顯改善定向托壓問題，提高機(jī)械鉆速，提高定向施工效率[7]。

在直井段鉆進(jìn)過程中，每鉆進(jìn)30m 需要實(shí)施測斜工作，并且對待測鉆跡實(shí)施防碰掃描，采用隨鉆儀器進(jìn)行隨鉆監(jiān)測，預(yù)測有防碰風(fēng)險可下入定向鉆具組合的過程中進(jìn)行繞障施工，確保井間安全距離。

5 結(jié)語

本文論述了涪陵頁巖氣田三維水平井井眼軌跡控制技術(shù)，可以達(dá)到顯著的提速效果，在實(shí)際應(yīng)用過程中需要不斷完善井眼軌跡控制技術(shù)，優(yōu)化經(jīng)驗(yàn)軌跡控制規(guī)程，對現(xiàn)場定向鉆井提供指導(dǎo)作用。