水平井井眼轨迹控制技术.doc

水平井井眼轨道控制技术水平井钻井的技术关键是确立一个既能经济、安全钻成水平井，又能高精度控制井眼轨迹的水平井钻井模式，形成适应不同钻井方式的水平井钻井工艺技术。不同类型的水平井，其井身结构和设计轨道不同，所选择的钻井方式不同。而水平井钻井方式的确立又要受到钻井设备、钻井工具的装备情况，钻井工艺技术水平，测量仪器装备等诸多因素的制约。水平井钻井基本上为两种方式：一是与常规定向井比较接近的以转盘钻为主的水平井井眼轨迹控制方式和钻井模式。二是与导向钻井系统比较接近的以动力钻具为主的水平井井眼轨迹控制方式和钻井模式。一、以转盘钻为主的水平井井眼轨迹控制采用与常规定向井比较接近的以转盘钻为主的水平井钻井模式，在长半径水平井中通过调整钻具组合和钻井参数，可以有效地实现对强增斜、微增斜、水平段稳平钻进的井眼轨迹进行控制，但在大斜度井段和水平段必须利用水平井的摩阻计算程序进行钻具组合的倒装设计；通过使用高聚物水包油钻井液体系和正电胶钻井液体系，配合强化的四级钻井液净化系统，采用大排量循环、交叉接力式短起下钻等技术措施，可以满足水平井安全钻井的需要。对中半径水平井，在增斜率大于630m之后，尤其在4445mm大尺寸井眼中，用柔性的转盘钻钻具组合来实现比较稳定的增斜率是比较困难的，而且不利于井下安全。因此，这种模式在中半径水平井中的应用是有条件的，一般适用于中半径水平井的造斜率低限，并采用动力钻具组合进行造斜能力和井段的调整。1、以转盘钻为主的水平井井眼轨迹控制主要思路采用两层技术套管的井身结构，虽然有利于井下安全，但是不经济。通过总结实践经验，逐渐认识到：采用这种井眼轨迹控制模式应当简化井身结构，整个增斜井段采用单一的311mm井眼尺寸。在此基础上，将这种模式定型为：（1）充分利用成功的高压喷射和防斜打直技术，严格的将造斜点前的直井段井眼轨迹控制在允许范围之内，快速优质地钻完该井段。（2）定向造斜段的施工用常规动力钻具、弯接头或弯套动力钻具的方式进行。应选择合适的弯接头或弯壳体度数，使实际造斜率尽可能地接近设计造斜率。井斜角应达到1015换转盘钻进，以利于待钻井段增斜和方位的稳定。（3）根据设计增斜率选择合适的转盘增斜钻具组合增斜钻进，并根据实际增斜率及时调整钻井参数或更换钻具组合，必要时用动力钻具进行井斜角和方位角的修正，使之满足轨迹点的位置和矢量方向的综合控制。（4）在转盘钻钻具组合的钻进过程中，要经常短起下钻和交叉接力循环，以铲除岩屑床和修理井壁，长半径水平井更应如此。（5）长半径水平井的水平段相对较短，可以转盘钻具组合为主要钻进方式，但必须进行摩阻计算，钻具组合设计为倒装钻具，并采用大排量来提高携岩能力。备用一套DTU导向钻具或者1左右的单弯动力钻具，以弥补转盘钻钻具组合的意外失控。用这种方式钻中半径水平井的水平段，由于摩阻和扭矩都比长半径水平井小，可以更为安全地钻出更长的水平段。2、以转盘钻为主钻增斜井段的井眼轨迹控制工艺技术以转盘钻为主进行增斜井段的井眼轨迹控制，其方法与普通定向井相似。对于长半径水平井而言，其造斜率是可以用常规定向井的工具和工艺来实现的，但井斜角大于70井段的井眼轨迹控制是普通定向井尚未涉及的新领域。对于中半径水平井而言，研究以转盘钻具组合实现高造斜率的技术手段和途径是钻增斜井段的技术关键。因此，以转盘钻为主钻增斜井段的井眼轨迹控制的主要技术难点是在大井斜或高造斜率条件下，如何通过调整钻具组合与钻井参数，在保证井下安全的情况下实现井眼轨迹的有效控制。长半径水平井使用常规定向井工具，用转盘钻方式进行增斜井段的井眼轨迹控制，通过精心设计钻具组合，合理调整钻井参数，可以实现有控制的强增斜、微增斜以及比较稳定的增斜率，调整钻井参数的核心是钻压。在4445mm井眼中，采用2286mm和2032mm钻铤组成的增斜钻具组合，能够获得 4530 m的比较稳定的增斜率。但若用柔性更强的组合来实现更高的增斜率，其增斜率很难控制稳定，最高增斜率曾达到11330m，而且因转盘扭矩过大，极易造成钻具事故。在311 mm井眼中，用转盘钻具组合能得到 630m的最高稳定增斜率。因此，在311mm井眼中以转盘钻的方式进行长半径水平井的轨迹控制是经济可行的，而用这种方式进行中半径水平井的轨迹控制是比较困难的。水平井段采用何种钻井方式来进行有效的井眼轨迹控制，并能达到经济安全的目的，这对不同长度和不同靶区类型及精度要求的水平井段有不同的选择，也是水平井井眼轨迹控制的技术关键之一。二、以动力钻具为主的水平井井眼轨迹控制实践证明，中半径水平井在钻进过程中的摩阻、扭矩远比长半径水平井小，更有利于安全钻井和钻成更长的水平井段。而且通过提高造斜率、缩短靶前位移、缩短斜井段长度，有利于进一步缩短水平井的钻井周期，降低钻井成本，提高经济效益。使用各种弯套的动力钻具组合可以实现高造斜率的稳定控制。以动力钻具组合钻进为主，以转盘钻具组合进行通井、调整造斜率为辅，既可以克服动力钻具循环排量小的不足，通过通井和大排量循环铲除岩屑床，调整动力钻具造斜率的偏差和调整井眼垂深，又可以加大钻压钻掉可钻性差的地层，是水平井安全钻井的有效措施。这一钻井模式的主要内容是：（1）直井段与转盘钻模式相同，充分利用成功的高压喷射和防斜打直技术，严格将造斜点前的直井段井眼轨迹控制在允许范围之内，快速优质地钻完该井段。（2）对入靶前地层较稳定的水平井，造斜段的施工以弯壳体动力钻具为主要钻进方式，以转盘钻具组合通井铲除岩屑床和修整井眼，并完成稳斜段或造斜率较低的调整段，以二至三套钻具组合在二至三趟钻内钻完090造斜段。（3）对人靶前地层稳定性较差的水平井，造斜段的施工以弯套动力钻具与转盘钻具组合相结合的钻进方式，用动力钻具在易造斜井段按设计先打出高造斜率，再用转盘钻具组合钻掉可钻性差的井段（即后打出低造斜率）。对设计造斜率较低的疏松地层，在采用动力钻具或转盘钻具组合时，都应当使用比正常井段造斜率高一级的钻具组合来完成。（4）对地质设计靶区垂深误差要求在510m、而平面误差大于5m的水平探井和水平开发井，以转盘钻钻具组合为主要钻进方式，可采用大排量来提高携岩能力，以两套转盘钻钻具组合用二至三趟钻钻完500m左右的水平井段。应备用一套DTU导向钻具或1左右的单弯动力钻具，以弥补转盘钻钻具组合的意外失控。（5）对地质设计靶区垂深误差要求在5m之内、而平面误差也小于5m的水平井，采用1左右的单弯动力钻具或DTU导向钻具与转盘钻钻具组合相结合的方式钻水平段。1、以动力钻具为主钻增斜井段的井眼轨迹控制工艺技术采用动力钻具为主钻增斜井段能获得高造斜率，并采用有线随钻测斜仪或MWD无线随钻测斜仪严格监控井眼轨迹，通过调整和控制动力钻具的工具面，可以获得较稳定的井眼全角变化率，几乎不存在出现方位漂移的问题。因此，造斜井段井眼轨迹控制工艺技术研究的重点是在不同的井眼条件下，如何选择不同角度的弯动力钻具来获得需要的造斜率，并研究与之相关因素的影响规律。井眼轨迹控制的对象是控制稳定的井眼全角变化率，使之得到与设计的井眼轨道相符合的连续的轨迹点位置和矢量方向。从提高水平井钻井速度和效益的角度来讲，针对水平井的井眼轨道设计，合理选择动力钻具的角度及与之配合的钻头、测量工具以及合理的钻进参数和技术措施，使每套钻具组合达到设计的目的，是水平井井眼轨迹控制工艺技术所攻关和研究的方向之一。2、以动力钻具为主钻水平井段的井眼轨迹控制工艺技术以动力钻具为主钻水平井段的技术在国外应用较为广泛