定向井大井眼轨迹控制技术与应用研究
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摘要：随着石油勘探与开发力度的不断加大，面对由于地面遮挡物而影响钻井开采正常进行的情况或者是由于出现钻井事故而必须进行侧钻，面对这些复杂的油气勘探开发，一般采取定向井，以使储层裸露面积得到增加，来达到提高石油采收率、减少钻井成本的目的。定向井井眼轨迹控制十分困难，必须对井眼轨迹控制技术进行优化，针对不同井段，也要应用不同的定向井钻井轨迹控制技术。
关键词：石油勘探；定向井钻；井眼轨迹；控制技术；采收率
在定向井钻井施工中，我们只有对其钻井轨迹确定，才能为钻井工作的开展奠定坚实的基础。但是在实际钻井施工中，难免会遇到钻井轨迹不合理的情况，这就会导致施工受到巨大的影响，带来的结果是生产效率下降和生产成本变高。所以加强定向井钻井轨迹控制工作的开展就显得尤为必要。加上我国不同地区在地形地貌和地质条件上不同，给定向井钻井施工也带来巨大挑战，在钻井轨迹精度要求上更高。所以不管从那个方面来看，加强对其的控制就显得尤为重要。
1定向井井眼轨迹设计
定向井钻井轨迹控制工艺技术中，前期的井眼轨迹剖面优化设计是基础，井眼轨迹设计的合理性和准确性是定向井施工成功的保证。
1.1定向井井眼轨迹设计原则
一般来说定向井井眼轨迹设计要遵循以下三个原则：一是以实现地质目的作为轨迹设计的根本原则，目前实施定向钻井的情况主要有避免地面条件限制、穿越多储层、增大目的层泄油面积、避开复杂层段等，形成这些情况的根本原因是地质提出的要求，因此定向井井眼轨迹设计要以实现地质目的作为根本原则。二是要有利于钻井施工，以提质增效、安全保障为目标，设计过程中造斜点位置的优化最为重要，在选择造斜点时，一定要充分了解地层情况，对所钻遇地层有充分了解，避开易缩颈、易漏失和坍塌的复杂层位，优选岩性软硬适中、压力系统稳定的层位作为造斜点；井斜角的设计在满足地质要求的前提下尽量控制在15度到45度之间，因为井斜小于15度会使方位难以控制，超过45度会大幅度增加施工难度，增大发生井下复杂事故概率；造斜率的设计要权衡地层条件和现场工具造斜性能，为实现提高钻进速度的目的，尽量选择较小的造斜率。三是要充分考虑采油工程需求，随着各类封隔器和大直径抽油泵等井下工具的不断发展，采油工程对井筒曲率和质量的要求越来越高，同时较低的井眼曲率可减少油管与抽油杆的偏磨，延长检泵周期，因此在实现地质目的和顺利施工的前提下，井眼轨迹设计要尽量降低井眼曲率。
1.2定向井井眼轨道类型设计
定向井技术发展至今，为满足不同地质要求，形成了多样化的井眼轨道类型，但现场实际应用中常用的只有三种：第一种为“直井段-造斜段-稳斜段”三段制的剖面轨道类型，这种轨道类型在施工比较简单，一般应用于目的层明确的情况，造斜井段相对较短，施工难度大幅度降低，因此在地质没有特殊要求的情况下，该轨道类型为定向井首选；第二种为“直井段-增斜段-稳斜段-降斜段”四段制的剖面轨道类型，该类型一般不被应用，主要原因是这种类型轨道容易形成岩屑床，增大起下钻摩阻，有时甚至形成卡钻等事故，造成施工安全风险提升；第三种为“直井段-增斜段-稳斜段-降斜段-直井段” 五段制的剖面轨道类型，多应用于地质不确定性因素较多的情况，这种类型轨道施工虽然较为复杂，但十分有利于后期的采油作业，原因是目的层处于垂直井段，有利于封隔器、采油泵或修井工具的下入，因此该类型井眼轨道应用也较多。
2项目简介
研究区块提供钻井、轨迹控制和 LWD 以及钻头、泥浆、录井、电缆测井、下套管、射孔、试油、轨迹控制、LWD 仪器和钻头服务。合同工作量为 20 口井，分布在油田 E、F、C 三个井场上，属于丛式井作业，井口间距约 10 m，井型大部分是定向井，有一口3D 水平井。
3该区钻井难点分析
研究区块主要以丛式定向井为主，井身结构一般为三开：Φ660.4 mm +Φ444.5 mm +Φ311 mm，施工难度如下：井口间距 10 m，钻进、开采同时进行，要求最小防碰系数为 1.45。
各井段井眼大，排量高，钻具与井眼之间环空大，导致震动剧烈，容易发生钻具事故和仪器故障。稳斜段长，位移大，托压摩阻严重，导致轨迹控制难度大。页岩段易发生坍塌卡钻；油层段易發生压差卡钻，机械钻速快，井下事故风险高。GW-LWD首次在市场投入使用，在高排量、强震动的环境下需要提高 GW-LWD 的抗震性能、稳定性和测量精度。全井段机械钻速低，钻井周期比设计落后。
4攻关方案与措施
4.1 攻关方案
（1）优化剖面设计，解决丛式井防碰问题。（2）定向井大井眼轨迹控制技术的研究。
（3）提高GW-LWD 抗震性能、测量精度技术的研究。（4）优选钻头型号，个性化GW-Bit 的研究。（5）井下安全钻井技术的研究。
4.2 主要措施
（1）优化剖面设计，解决平台丛式井的防碰问题。（2）定向井大井眼轨迹控制技术：①定向钻具组合的优选与优化；②钻具组合实际钻进趋势的研究；③钻具组合与剖面设计的互相优化。（3）改进和提高：①提高 GW-LWD 的抗震性能；②提高测量精度；③降低故障率。（4）优选钻头型号和个性化研究：①邻井钻头资料的收集和整理；②优选钻头型号；③个性化研究与应用；④钻头使用效果分析。（5）安全钻井技术的研究：① φ444.5 mm 井段安全钻井技术的研究；② φ311.2 mm 井段安全钻井技术的研究；③井下工具事故的预防。
5 现场应用效果
研究区通过应用“定向井一体化技术”，取得了显著的成果，从第三轮井开始改变了区块 φ311.2 mm 井段卡钻事故频发的现状。通过工程手段或者技术手段，实现全井零故障的目标，安全高效无故障，受到了甲方监督的表扬，形成了具有区块特色的定向井施工工艺，通过优化轨迹设计解决了井间防碰分离系数过小的问题，根据钻具组合趋势模拟、对比不同地层的造斜率来优化轨迹设计，通过优选钻具组合、优化钻进参数解决了漏失地层造斜率低、全井稳斜段长等难点，在兼顾井下安全技术的前提下，实现复合钻进的最大化与轨迹的精确控制，完成井的靶心距平均为6.35 m，平均滑动百分比为16.26%。定向井一体化技术实施后，研究区块的钻井情况得到了逐步的改善，实现了提高机械钻速，节约钻井周期的目的。10 口井总共节余钻井周期 29.5 天，平均节余 2.95 天，实现安全无事故的目标钻井周期 25 天，创造了小井斜定向井最快的纪录。
6 结束语
通过向储层钻井是目前国内外获取石油及天然气资源最为普遍的方法，该方法具有施工技术难度高、前期投资高、收益大等特点。随着多年来我国石油天然气工业的发展，已经形成了一套成熟的、多元化钻井工艺技术，特别是定向钻井技术的成功应用推广，标志着钻井工艺技术已经实现摆脱复杂地层和地面条件约束[1]。定向钻井工艺是通过对地面起钻位置、钻遇地层状况、目的层深度及储层倾角等因素通过综合分析考虑后，设计钻井的井斜角和方位角，进而实现向目的层的精准定向钻进。定向井钻井施工质量主要受到井眼稳定能力、钻进速度、油气层保护情况和轨迹控制等工艺技术影响[2]，这其中井眼轨迹控制是定向井施工是否能成功的决定性因素，因此对定向井轨迹控制工艺技术的研究具有十分重要的意义。
参考文献
[1]李鑫. 浅谈定向井井眼轨迹控制与造斜段施工技术应用[J]. 化工管理，2018（1）：212-212.
（作者单位：中石化中原石油工程有限公司钻井二公司）
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