水平井井眼轨迹

水平井井眼轨迹控制技术

水平井井眼轨迹控制工艺技术是水平井钻井中的关键，是将水平井钻井理论、钻井工具仪器和施工作业紧密结合在一起的综合技术，是水平井钻井技术中的难点，原因是影响井眼轨迹因素很多，水平井井眼轨迹的主要难点是：

1．工具造斜能力的不确定性，不同的区块、不同的地层，工具造斜能力相差较大

2．江苏油田为小断块油藏，油层薄，区块小，一方面对靶区要求高，另一方面增加了目的层垂深的不确定性。

3．测量系统信息滞后，井底预测困难。

根据以上技术难点，需要解决三个技术关键：

1、提高工具造斜率的预测精度。

2、必须准确探明油层顶层深度，为入窗和轨迹控制提供可靠依据。

3、做好已钻井眼和待钻井眼的预测，提高井眼轨迹预测精度。

动力钻具选择

一、影响弯壳体动力钻具造斜能力的主要因素

影响弯壳体动力钻具的造斜能力的主要因素有造斜能力钻具结构因素和地层因素及操作因素三大类。其中主要的是结构因素，其次是地层因素。

（一）动力钻具结构因素影响

1．弯壳体角度对工具造斜率的影响

单双弯体弯角是影响造斜工具造斜能力的主要因素。

在井径一定情况下，弯壳体的弯角对造斜率的影响很大，随着弯壳体角度的增大，造斜率呈非线性急剧增大。

2．弯壳体近钻头稳定器对工具造斜率的影响。

弯壳体近钻头稳定器的有无，对工具造斜率影响很大。如Φ165mm1°15′有近钻头稳定器平均造斜率达到30°/100米，无近钻头稳定器平均造斜率仅为20°/100米左右，相差近50%。

如陈3平3井使1°30′Φ172mm不带稳定器单弯螺杆平均造斜率为25°/100米，井身轨迹控制要求，复合钻进后，滑动钻进，造斜率仅为16-20°/100米。

3．改变近钻头稳定器到下弯肘点之距离对工具造斜率的影响

通过移动下稳定器位置可以改变近钻头稳定器至下肘点之距离。上移近钻头稳定器可大大提高工具的造斜能力，并且在井径扩大程度较大的情况下，造斜能力的上升幅度比井径扩大较小时要大。

(二）松散地层对工具造斜率的影响

据分析可知，下部钻具组合的造斜能力主要取决于钻头侧向力，而钻头侧向力来源于近

钻头稳定器和其他支点的支承作用。一般来说，井壁对工具的支承作用增加，工具的造斜能力增加。在胶结松散的地层中钻进时，由于井壁的支承作用减弱，稳定器将会吃入地层，相当于减少了稳定器的外径或增大了井径，从而导致工具造斜能力下降。因此，软地层工具造斜率偏低。

（三）钻井操作时对工具造斜率的影响

1．滑动与转动对工具造斜率。

当井眼轨迹处于连续滑动，由于井眼曲率对工具造斜率的影响，井眼轨迹顺着自然方向前进，因而表现出工具造斜率变大，同理，当井眼轨迹处于连续转动后，滑动钻进，工具造斜率偏低。

当井眼轨迹处于连续滑动后，转动钻进时井眼轨迹会顺着滑动趋势漂移一点。

2．因起钻、下钻（包括短起下钻）和循环时工具造斜率。

起钻、下钻、循环时对工具造斜率影响比较大，其主要原因是起钻、下钻、循环时井眼变大，导致工具造斜能力下降。如陈3平3井在1921.86m处循环短起下钻。短起下钻前工具造斜率为26°/100米，短起下钻后，工具造斜率为21°/100米，由于该井选择的单弯螺杆为不带稳定器工具造斜率基本上一定，下步造斜率要求不低于22°/100米，因此我们提前考虑短起下钻对工具造斜率的影响，从而保证了该井一只钻头一根螺杆钻完造斜井段。

二、工具造斜率的计算

由于动力钻具造斜率理论上精确地分析计算十分复杂，且影响弯壳体动力钻具的造斜能力的最主要因素是钻具结构因素，以简单的几何分析方法计算预测工具的造斜能力仍很有实用意义。

几何分析计算单弯动力钻具造斜率方法是先求出单弯动力钻具弯点至其上本体与井壁的切点距离，然后根据三点共圆的原理，选择上切点、下稳定器和钻头三个点作为确定圆弧的三个点。同时考虑稳定器外径大小，从而计算出圆弧曲率。

选上切点，下稳定器和钻头作为确定圆的三个点：

单弯马达造斜率计算图

选上切点为坐标原点，确定上切点、下稳定器及钻头三点的坐标为：

X2=0

y1=0

X2=（L1-L0）Sinr

y2=L2+(L1-L0)Cosr

x3=L1Sinr

y3=L2+L1Cosr

下稳定器是单弯本体上的欠尺寸稳定器，和井壁之间有间隙，为了考虑这个间隙的影响

X2=（L1-L0）Sinr-δCosr

y2=L2+(L1-L0)Cosr+δSinr

根据江苏油田的地层特点优选导向马达如下：

德州产Φ172mm导向马达

Φ172mm×1°45′不带稳定器的马达造斜率为25°-30°/100米，

Φ172mm×1°30′不带稳定器的马达造斜率为20°-25°/100米，

Φ172mm×1°15′不带稳定器的马达造斜率为15°-20°/100米。

大港产Φ172mm导向马达

Φ172mm×1°45′不带稳定器的马达造斜率为20°-25°/100米，

Φ172mm×1°30′不带稳定器的马达造斜率为15°-20°/100米，

Φ172mm×1°15′不带稳定器的马达造斜率为6°-15°/100米。

Φ165mm导向马达

Φ165mm×1°15′带稳定器的马达造斜率初始造斜率为20°-25°/100米

随着井斜的增加，造斜率逐步增大，最高达45°/100米。

Φ165mm×1°30′带稳定器的马达造斜率为25°-30°/100米，

随着井斜的增加，造斜率逐步增大，最高达50°/100米。

稳 斜 探 顶

水平井轨迹总体控制方案实际上就是轨道控制人员在拿到井身剖面设计轨道图之后，综合考虑工具，测量仪器、油层顶部可能误差等多种因素，对井身剖面设计轨迹进行细化、补充、修改和落实后形成的一种实施方案。

水平井轨迹总体控制方案采用应变法控制方案，即以稳斜井段来探测油层顶垂深，然后以设计好的造斜率增斜着陆入窗。

应变法的特点：

1、应变法的造斜率K 值是根据工具造斜能力，油层几何参数确定，一般不作变动，即无论油层顶垂深误差是正是负，只要探知油层顶位置后，接着便以固定的造斜率K 着陆入窗。

2、油层顶位置不确定带来的影响是靠稳斜段补偿和消除。在距离油层顶设计值一定高度即开始稳斜钻进，直至探知油层顶。

水平井应变方案：

1、进入角αc 的确定：

设工具造斜率K ，由于要求在目的层顶界面以下1~2米着陆，其计算公式如下：

2=5730/K （Sin αm -Sin αc ）

2、水平位移提前量的确定：

充分估计油层提前出现的最大垂深误差值△H 1，在此“警戒线”，即规定钻达这一深度时要保证井斜角，达到预定的进入角αc ，然后稳斜钻进探油层顶。

充分估计油层顶滞后出现的最大垂深误差值△H 2，以进入角αc ，稳斜钻进直至探油层顶。

水平位移提前量△S=（△H 1+△H 2）tg αc +K （Cos αc -Cos αm ）

这样保证了靶前位移水平小于设计靶前位移，从而保证水平井水平段段长达到甲方要求根据水平位移提前量和进入角αc ，求造斜井段的造斜率K c 。

S-ΔS=5730/K c （Cos0°-Cos αc ）

K c =S S c Cos ∆--)

1(5730α

水平井油层提前量出现的最大误差垂深一般考虑1~2米，油层滞后出现最大误差垂深为1~2米。