延长油田水平井井身轨迹控制技术研究

延长油田水平井井身轨迹控制技术研究

作者：陈昱兴

来源：《中国化工贸易·上旬刊》2018年第11期

摘要：水平井已经成为提高油气田开发效益的重要手段。通过分析延长油田水平井轨迹控制的难点，从优化钻柱结构着手，提出了轨迹控制的主要措施。

关键词：水平井；井身轨迹；控制；延长油田

改善延长石油“直井开发的井多、低产高成本”局面，探索水平井现场试验，取得较好效益，但水平井开发关键配套技术还不完善，水平井井眼轨迹控制是成功关键。

1 水平井轨迹控制的难点

①受地质不确定性影响，开钻前地质设计的油顶垂深与实际的油顶垂深总存在误差，钻导眼方法来减少水平井钻遇气层落空的风险，一定程度上减少了这种地质误差给着陆控制造成的困难，但延安组油藏地质变化复杂，这种误差依然存在；②钻具实际造斜能力和设计能力存在差异。钻具实际造斜能力受多因素影响，包括动力钻具制造工艺，动力钻具尺寸形状，地层自然造斜规律，钻进参数的选择及操作者操作水平等；③测量信息滞后使轨迹预测误差增大。MWD探管距离钻头尚有一段距离（在12～14m左右），及测量与显示的时间差，造成实钻过程信息滞后。实钻过程中，要根据已测参数值预测当前钻头参数，并进一步预测下一段进尺钻进结果。

2 钻柱优化设计

2.1 钻具整体配置

①钻柱配置原则：选择钻柱组合时，尽量使用现有管材，降低费用。钻水平井段，主要解决加压问题。一般钻铤放在靠近井眼垂直部分提供钻压，称“倒塔式”组合。加重钻杆或抗压钻杆是用在钻铤末端通过增斜或水平段。其接头加厚设计，减少压差卡钻可能性。水平段较短时，加重钻杆是最佳选择。水平段较长，减轻总钻具提升负荷和减少阻力，尽量用最轻的下组件，用普通级别钻杆；②钻柱配置方法：中半径水平井钻柱设计分6个阶段：下部钻具组合包括：钻头、马达、无磁钻铤、MWD；水平载荷传递段，钻杆能传送轴向及旋转载荷而无损坏，并使扭矩及摩阻减至最低程度；下部增斜段（60°～90°）钻杆在此井段，传递钻压和扭转载荷，控制弯应力，钻杆靠自身重量从增斜段底部进入水平井段，通常使用加重钻杆；上部增斜段（0～60°），钻杆经受弯应力，并能抗纵弯，所用钻杆重量主要用于产生钻压，用加重钻杆；重量叠加段，造斜点以上垂直井段钻柱要求产生所需钻压，通常用钻铤或加重钻杆。压耗较大而扭矩及摩阻很小；垂直井段，钻柱在此段承受张力载荷，必须能抗张和抗扭，许可一定限度的过拉力载荷。只要经抗及水力压耗无问题，钻杆类型无特殊要求。

2.2 下部钻具组合研究

根据水平井对动力钻具的要求特点：BHA的理论造斜率应略高于设计造斜率，且满足水平井井身剖面的施工要求：所选BHA的摩阻应尽可能小，确保井下安全；应保证MWD和LWD的安装要求。研究表明：随着稳定器到钻头距离的增加，钻头侧向力逐渐减少，距离增加到6米左右时，钻头侧向力减少到零，变为稳斜钻具；弯曲井眼中随着钻压的增加，钻头侧向力逐渐增加；弯曲井眼中钻压对钻头变方位力的影响不大，随着钻压的增加，钻头变方位力略有减少；随着井斜角的增加，钻头侧向力逐渐增加，钻头变方位力逐渐减少，井斜角继续增大，钻头侧向力增大和钻头变方位力减少的趋势逐渐减弱。

2.3 复合钻进技术

复合钻井指在定向造斜段采用滑动式导向工具进行定向造斜后，与之相邻稳斜井段或微增井段采用转盘钻与井下滑动式导向工具组合钻进。不同弯角单弯螺杆钻具组合：Ф216HJ517钻头+Ф165单弯螺杆（1.0°）+转换接头（0.48）+Ф165NMDC+M WDsub+转换接头（0.36）

+Ф127HWDP45根+Ф127DP；Ф216HJ517钻头+Ф165单弯螺杆（1.25°）+转换接头（0.48）

+Ф165NMDC+MWDsub+转换接头（0.36）+Ф127HWDP3根+Ф127DP9根+Ф127HWDP45根+Ф127DP；Ф216HJ517钻头+Ф165单弯螺（0.75°）+Ф165NMDC+ MWDsub+转换接头

（0.48）+Ф127HWDP45根+Ф127DP。

3 轨迹控制要点

3.1 直井段与增斜段控制

①直井段：一开每50-100m专人用单点测斜，一开完钻测多点。二开为单弯螺杆加钟摆钻具组合，有效控制井斜增长，钻具组合Φ222.2mm牙轮钻头或PDC+Φ172mm单弯螺杆（1度或1.25度）+Φ165mm无磁钻铤+Φ218稳定器+Φ165mm无磁钻铤+Φ127mm 加重钻杆

+Φ127mm 钻杆；②第一增斜段和稳斜段：严格技术措施按设计施工，保证增斜段轨迹与设计相符，确保入窗点指标达到设计要求造斜段下入￠222.3配合1.25度单弯螺杆加三牙轮钻头作业；③第二增斜段：牙轮钻头增斜率良好，定向作业时工具面有很好稳定性，利于造斜段轨迹精确控制；PDC钻头会减少钻头事故的发生，但增斜率低，工具面稳定性差，定向增斜有难度，定向段长增加，不利造斜段进度。

3.2 着陆及水平段控制

①着陆控制，着陆控制技术要坚持：略高勿低、先高后低、寸高必争、早扭方位和动态监控的原则。当油层为上倾方向，水平段井斜角大于90°时，控制井眼轨迹在A点前20～30m，垂深达到设计油顶位置，井斜达到85°～86°进入油层，油层为下倾方向，水平段井斜角小于90°时，控制井眼轨迹在A点前40～50m，垂深达到设计油顶位置，井斜达到82°～84°进入油层；②水平段控制：水平段轨迹控制的技术要点是：钻具平稳、上下调整、多开转盘、注意短

起、动态监控、留有余地和少扭方位。实钻过程中录井与定向应紧密配合，录井应严密监测岩性和油气水显示情况的变化，轨迹一直下行会使钻头钻穿油层底部（进入水层）；轨迹一直上行则会使钻头钻入油层的盖层。录井人员、定向人员应紧密跟踪。

作者简介：

陈昱兴（1987- ），男，汉族，助理工程师，主要从事油气勘探开发工作。