丛式三维水平井轨迹优化控制技术浅析

丛式三维水平井轨迹优化控制技术浅析

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翟文涛,赵林军,彭学光,李　业

(胜利油田钻井技术公司定向井公司,山东东营　257064)

摘　要:通过分析丛式三维水平井的特点,得出了丛式三维水平井轨迹控制的难点,并针对这些轨迹控制的难点提出了相应的技术措施。特别对丛式三维水平井的防碰问题,扭方位井段轨迹控制等问题进行了分析。同时通过实例分析,总结给出了丛式水平井轨迹优化控制的要点,得出了丛式三维水平井轨迹控制的有关结论,提出了相关的建议。

关键词:丛式井;三维水平井;轨迹控制 中图分类号:T E243+

.1 文献标识码:A 文章编号:1006—7981(2012)03—0118—03 随着胜利油田开发的深入,目前在胜利油田布置的水平井受到井位的限制,多设计为丛式三维水平井井组,三维水平井井组的水平井轨道设计通常在井斜角较大之后扭几十度方位,同时受到靶前位移的限制,水平井的造斜率已经较高,这使得后期的狗腿度偏大,给水平井轨迹的控制带来了很大困难,并导致井下安全的风险。同时由于井组井间距较小,或设计及施工顺序的问题造成防碰形势严峻。本文通过对丛式三维水平井井组施工的分析,给出了该类型水平井井组轨迹优化控制的技术措施,对该类型水平井井组的优质施工具有重要指导意义。1　丛式三维水平井井组的设计特点

丛式三维水平井井组是指井组井口大于等于两口,且至少有一口井身轨迹为三维设计的水平井的丛式井。表1为一丛式三维水平井井组中其中一口井的轨道设计数据:

表1

三维水平井设计数据

井深m 井斜°方位°垂深m 水平位移m 南北m 东西m 狗腿度°/100m 工具面

°靶点0.000.000.00

0.00

0.000.000.000.000.00621.850.00315.00621.850.000.000.000.000.00706.4617.75315.00705.1112.99

9.19

-9.19

20.970.001023.0984.1621.37893.63230.56224.11-54.1735.1353.181053.1490.4621.37895.00255.75252.07-43.2220.970.00A 1300.13

90.46

21.37

893.00484.33

482.0746.78

0.00

0.00

B

该井组各井有关数据如表2所示:

由表1,表2可以看出丛式三维水平井设计时狗

腿度较大,表所列狗腿度最大达到了35°,从

表2可以看出三维水平井的方位角的变化较大。

表2

井组各井有关数据

井号造斜点(m)中靶时方位(°)造斜点方位

(°)方位角变化

(°)草20-平98

621.85

21.3731566.37草20-平100647.7130.0718.4711.60草20-平104608.10

194.86

174

20.86

2　施工难点

丛式三维水平井除了单口水平井具有的井身轨迹控制难点如:目的层埋深的不确定,地层造斜率不稳定,仪器测斜零长大之外,还具有以下施工难点:2.1　全角变化率相对较高

由于目前油田内水平井一般设计造斜率为20～30°/100m,在井斜较大之后,再进行扭方位施工就容易造成全角变化率偏大,设计全角变化率一般超过了20°/100m 。

2.2　后期施工难度大

丛式三维水平井设计时一般在井斜40°以后进行扭方位施工,在井斜较大时,进行扭方位施工的难度较大,既要保证造斜率又要满足轨迹调整要求可能存在施工的困难,矢量中靶的难度增大。2.3　防碰形势严峻

目前胜利油田丛式井的井口间距多在3～5m,这就存在直井段的防碰问题,另外由于丛式井组设计和施工的衔接存在问题,有些丛式井组的施工中存在井眼轨迹的交叉问题,也造成防碰形势的严峻。2.4　井下情况复杂

目前油田内水平井普遍存在造斜段地层一般较

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内蒙古石油化工 2012年第3期　

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收稿日期5

作者简介翟文涛,胜利油田钻井技术公司定向井公司,从事定向井,水平井等特殊工艺井的施工。

1/100m :2011-12-1:

浅,岩性较为疏松,加之狗腿度过大,岩屑携带困难等,在下钻的时候容易遇阻和出现新井眼。对井斜30～70°的岩屑的携带困难井段,如果狗腿度偏大,岩屑携带将更加困难。因此在施工过程中也容易出现复杂的井下情况。

3　技术措施

3.1　严格控制直井段井身质量

水平井直井段的井身质量直接影响丛式井的防碰、斜井段和水平段的轨迹控制及施工速度。直井段防斜打直技术是水平井施工的基础,由于靶前位移受到限制,若正位移偏大,势必造成实际造斜点下移,造斜率提高,严重影响轨迹控制、提高入靶的难度,同时在丛式水平井组中,如直井段位移较大将会使井眼间距变小,增加了防碰的难度,为此,在直井段施工中,必须加强防斜打直技术措施,确保直井段井身质量。

3.2　优化井身轨迹设计和防碰预案制定

根据地层造斜规律、工具的造斜能力、FEWD 的要求确定造斜段的造斜率,同时要根据直井段的数据对剖面进行修改。而对于应用FEWD的水平井,其关键技术是下入地质导向仪器前斜井段井眼轨迹的调整,保证下入地质导向仪器后的狗腿度不大于25°/100m。同时,做好防碰预案的设计,必要时采取提前定向,造侧位移或负位移的方式进行防碰。

3.3　做好井组的整体设计和施工顺序的安排

按照井组各井的轨迹,做好总体的井组设计,根据各井的靶点数据,合理安排井口,避免出现在斜井段防碰的问题,在设计阶段减小防碰及施工的难度。同时在施工前,合理安排施工的顺序,降低施工的难度。

3.4　合理选用单弯钻具,严格定向施工措施

在丛式水平井组施工中,要合理选择单弯的度数,在定向施工时,严格施工参数,保证滑动钻进的效果,使井身轨迹尽可能圆滑。认真分析地层情况,有复杂地层,如增斜效果差的地层时要提前做出调整。

3.5　保证钻井液性能和严格施工措施

钻井液要维护较高的性能,保证井壁稳定、携岩、润滑等效果,这是保证井下安全最主要的条件。根据井下情况及时进行短起下作业。起下钻时严格遵守操作规程,避免出现复杂情况。

4　实例分析

下面以草平,草平和草平井三口同台水平井的施工为例进行分析

　优化剖面设计

草平井原始设计见表3。

表3草20-平98井原始设计数据

井深

m

井斜

°

方位

°

垂深

m

水平位移

m

南北

m

东西

m

狗腿度

°/100m

工具面

°

靶点

0.000.000.000.000.000.000.000.000.00

621.850.00315.00621.850.000.000.000.000.00

706.4617.75315.00705.1112.999.19-9.1920.970.00

1023.0984.1621.37893.63230.56224.11-54.1735.1353.18

1053.1490.4621.37895.00255.75252.07-43.2220.970.00A 1300.1390.4621.37893.00484.33482.0746.780.000.00B

通过该井的原始设计可以看到:在井段706.46 -1023.09m时狗腿度达到了35.13°/100m。狗腿度严重超过了地质导向仪器要求的范围,也不利于施工。因此施工前通过提前造斜的方式修改了设计,修改后的设计狗腿度控制在了25°/100m,修改设计如表4所示:

表4草20-平98井修改设计

井深

m

井斜

°

方位

°

垂深

m

南北

m

东西

m

狗腿度

°/100m

造斜率

°/100m

靶点0024000000

24002402400000

273.335240273.29-0.73- 1.261515

6005240598.71-14.96-25.9200

633.3300632.01-15.69-27.1715-15

778.0436.18326.1767.2920.99-51.822525

783.2336.18326.1771.4823.53-53.5300

1066.2290.4621.37901.5254.77-47.812519.18A

1313.2190.4621.37899.5484.77-42.1900B 4.2　轨迹控制的要点

该区块存在玄武岩,对仪器干扰较大,在该地层施工时,通过严格工具面的控制,保证方位的变化效果。对于水平井的施工,早扭方位是基本原则之一,但是对于三维水平井必须在井斜较大时扭方位,针对这个难点,在设计时控制全角变化率,即通过保证后期造斜率较低来避免后期施工中因为扭方位造成造斜率达不到设计要求的问题。该区块地层较为复杂,施工中根据井下情况及时进行短起下,保证井下的安全。

该井组井距不到5m,为做好防碰,二开即下随钻测斜仪器对直井段进行监测,保证直井段的质量,保障后续施工。丛式井组施工的难点之一是防碰问题,而有些防碰问题可以通过整体的安排消除或减少难度。图是该井组三口井与防碰井草平井的水平投影图,图是井口局部的放大图。由图可以看到草平井与草平井轨迹存在交叉,草平井与草平井存在交叉,草

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　2012年第3期 翟文涛等　丛式三维水平井轨迹优化控制技术浅析

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