多目标防碰绕障水平井井眼轨迹控制技术
水平井井眼轨迹控制关键技术探讨
水平井井眼轨迹控制关键技术探讨【摘要】分析水平井井眼轨迹控制技术，首先从其个性化特征入手，明确概念界定，才能有助于针对性研究的实现。
【关键字】水平井眼轨迹，控制关键技术一．前言从水平井井眼轨迹控制技术的基本界定入手，探讨水平井井眼轨迹控制技术的技术特征，分析技术难点所在，着重着眼于水平井相较干定向井和多目标经的区别，提出具有水平井诸如井深剖面、目的层靶区要求等个性化的相关新概念。
最后对井眼轨迹控制的关键技术组成，包括水平控制技术和着陆控制技术等进行逐一具体而细致的分析研究。
二．水平井井眼轨迹控制技术的特征分析1.了解控制井眼轨迹，无论应用于定向井或是水平井，其最后的意义作用都是在于按照设计要求中靶。
明确目标所在对技术的具体应用无疑具有引路灯式的方向性作用。
2.相较于定向井等的区别认识水平井个性化概念操作。
概括其特征包括如下三方面：（一）相对于一般定向井水平井对于中靶的要求更高。
由于水平井一般是三维靶体．前端为矩形窗口，并呈水平、近似水平的与之接近的几何体，比如柱体、棱台等，或者为长方体。
故而，水平井的井眼轨迹不仅要求进入窗口，更要求避免进入水平井段时由于钻头穿出靶体而导致的脱靶现象。
（二）摆放工具面角难度系数大。
水平井斜井段不断延伸，随之井眼摩阻不断增大，导致钻具在井眼中不易转动。
工具面角的摆放问题尤其表现出难度所在。
（三）控制难度系数大。
因工具造斜能力的模糊性以及地质的不确定性和测量信息缺乏时效性等各种客观因素的制约，致使水平井中的水平井段控制和着陆控制难度大大增加。
3.由于水平井的本身特征所影响，针对于水平井的个性化相关概念特别值得注意：（一）中靶井眼轨迹中靶时进入的平面是个法平面(也称目标窗口，但中靶的靶区不是一个平面，而是个柱状体，因此，不仅要求实钻轨迹点在窗口平面的设计范围内，而且要求点的矢量方向符合设计，使实钻轨迹点在进人目标窗口飞平而后的每个点都处在靶柱所限制的范围内。
也就是说，控制水平井井眼轨迹中靶的要素是实钻轨迹在靶柱内的每一点的位置要到位(即人靶点的井斜角、方位角、垂深和位移在设计要求的范围内)，也就是我们所讲的矢量中靶。
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。
水平井井眼轨迹控制技术
水平井井眼轨迹控制技术（作者:___________单位: ___________邮编: ___________）无论是定向井，还是水平井，控制井眼轨迹的最终目的都是要按设计要求中靶。
但因水平井的井身剖面特点、目的层靶区的要求等与普通定向井和多目标井不同，在井眼轨迹控制方面具有许多与定向井、多目标井不同的新概念，需要建立一套新的概念和理论体系来作为水平井井眼轨迹控制的理论依据和指导思想。
在长、中半径水平井的井眼轨迹控制模式的形成和验证过程中，针对不断出现的轨迹控制问题，建立了适应于水平井轨迹控制特点的几个新概念。
一、水平井的中靶概念地质给出的水平井靶区通常是一个在目的层内以设计的水平井眼轨道为轴线的柱状靶，其横截面多为矩形或圆。
可以把这个柱状靶看成是由无数个相互平行的法面平面组成，因此，控制水平井井眼轨迹中靶，与普通定向井、多目标井是个截然不同的新概念，主要体现是:井眼轨迹中靶时进入的平面是一个法平面（也称目标窗口），但中靶的靶区不是一个平面，而是一个柱状体，因此，不仅要求实钻轨迹点在窗口平面的设计范围内，而且要求点的矢量方向符合设计，使实钻轨迹点在进入目标窗口平面后的每一个点都处于靶柱所限制的范围内。
也就是说，控制水平井井眼轨迹中靶的要素是实钻轨迹在靶柱内的每一点的位置要到位（即入靶点的井斜角、方位角、垂深和位移在设计要求的范围内），也就是我们所讲的矢量中靶。
二、水平井增斜井段井眼轨迹控制的特点及影响因素对一口实钻水平井，从造斜点到目的层入靶点的设计垂深增量和水平位移增量是一定的，如果实钻轨迹点的位置和矢量方向偏离设计轨道，势必改变待钻井眼的垂深增量和位移增量的关系，也直接影响到待钻井眼轨迹的中靶精度。
水平井钻井工程设计中所给定的钻具组合是在一定的理论计算和实践经验的基础上得出的，随着理性认识的深化和实践经验总结，设计的钻具组合钻出实际井眼轨迹与设计轨道曲线的符合程度会不断提高。
但是，由于井下条件的复杂性和多变性，这个符合程度总是相对的。
水平井井眼轨迹控制技术
水平井井眼轨迹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6°／30m之后，尤其在Φ444．5mm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Φ311mm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。
水平井井眼轨迹控制技术.doc
我就水平井井眼轨迹控制技术说一点：1、水平井井身剖面的优化设计（1）、井身剖面设计原则：.1）满足地质要求，实现地质目的；2)保证钻进和起下钻摩阻扭矩尽可能小；3)其形状有利于地质导向工作和现场实际井眼轨迹控制；4)能克服油层深度预测和工具（含地层）造斜率的不确定问题等等。
（2）、井身剖面类型的选择水平井井身剖面根据地质目标、油层情况、地质要求、靶前位移，选择不同的剖面类型。
油田施工的水平井，从曲率半径来分，选择长曲率半径水平井和中曲率半径水平井。
剖面选用了具有两个稳斜井段的直－增－稳－增－稳（探油顶）－增（着陆段）－水平段三增剖面、直－增－稳（探油顶）－增（着陆段）－水平段双增剖面、直－增－水平段单增剖面。
设计造斜率选为2～10o/30m。
（3）水平井防碰绕障技术受地面条件限制，油田多为丛式定向井，防碰绕障问题突出，水平井又需要一定的靶前位移，许多井往往从一个平台打到另一个平台下面，即要考虑本平台邻井的防碰，又要考虑下部斜井段和水平段的防碰，通过现场水平井钻井实践，形成了油田特有的水平井防碰绕障技术：1）、井身剖面的优化设计。
在设计时，充分考虑邻井情况，通过剖面类型、造斜点、造斜率等的优化设计，尽量避开老井，必要时进行绕障设计。
2）、利用软件进行防碰扫描和防碰距离计算。
3）、现场井眼轨迹的监控和防碰绕障施工。
4）、地质导向技术在防碰绕障中的应用。
2、井眼轨迹控制技术随着水平井在不同区块的施工，不同区块每口井的地质情况不同，井眼轨迹控制过程中遇到的问题也不一样。
突出表现在以下几个方面：(1)、实钻地质情况复杂多变，油层深度与设计变化较大，井眼轨迹需要随地质情况变化进行调整。
(2) 、水平段油层深度在横向上变化不一，有从低部位到高部位的，也有从高部位到低部位的，还有先从低部位到高部位再下降的。
(3) 、不同区块工具造斜能力和地层对井眼轨迹的影响不同。
(4) 、测量数据的相对滞后对地质导向和井眼轨迹的预测和调整带来困难。
水平井井眼轨迹控制
水平井井眼轨迹控制第一章水平井的分类及特点 (2)第二章水平井设计 (4)第三章水平井井眼轨迹控制基础 (8)第四章水平井井眼轨迹控制要点 (13)第五章水平井井眼轨迹施工步骤 (21)第一章水平井的分类及特点水平井的概念：是最大井斜角保持在90°左右（大于86°），并在目的层中维持一定长度的水平井段的特殊井（通常大于油层厚度的6倍）。
一、水平井分类二、各类水平井工艺特点及优缺点三、水平井的优点和应用1、开发薄油藏油田，提高单井产量。
2、开发低渗透油藏，提高采收率。
3、开发重油稠油油藏，有利于热线均匀推进。
4、开发以垂直裂缝为主的油藏，钻遇垂直裂缝多。
5、开发底水和气顶活跃油藏，减缓水锥、气锥推进速度。
6、利用老井侧钻采出残余油，节约费用。
7、用丛式井扩大控制面积。
8、用水平井注水注气有利于水线气线的均匀推进。
9、可钻穿多层陡峭的产层。
10、有利于更好的了解目的层性质。
11、有利于环境保护。
第二章水平井设计一、设计思路和基本方法：简而言之，就是“先地下后地面，自下而上，综合考虑，反复寻优”的过程。
二、水平井靶区参数设计与定向井不同，水平井的靶区一般是一个包含水平段井眼轨道的长方体或拟柱体。
靶区参数主要包括水平段的井径、方位、长度、水平段井斜角、水平段在油藏中的垂向位置、靶区形状和尺寸。
1、水平段长度设计设计方法：根据油井产量要求，按照所期望的产量比值（即水平井日产量是临近直井日产量的几倍），来求解满足钻井工艺方面的约束条件的最佳水平段长度值。
约束条件主要有钻柱摩阻、扭矩，钻机提升能力，井眼稳定周期，油层污染状况等。
2、水平段井斜角的确定应综合考虑地层倾角、地层走向、油层厚度以及具体的勘探开发要求。
βα±︒=90H ，β为地层真倾角当地层倾角较大而水平段斜穿油层时，则应考虑地层视倾角的影响，[])cos(90HH d tg arctg Φ-Φ-︒=βα， d Φ为地层下倾方位角，H Φ为水平段设计方位角 3、水平段垂向位置确定油藏性质决定了水平段的设计位置。
古平2井薄油层防碰绕障水平井井眼轨迹控制技术
传统综合录井仪传感器系统安装需用时约４个小时，ＨＮＭ－１综合录井 仪 传 感 器 系 统 安 装 需 用 时 ２．５个 小 时 ， 大 大 减 轻 了 现 场 人 员 的 工 作 量。综合录井仪ｉＣＡＮ现场总线接口系统只需使用６～８个ｉＣＡＮ模块， 相对于传统ＣＡＮ总线多达２０多个节点更简洁、更经济。ｉＣＡＮ现场总 线信号稳定性好，抗干扰能力强。在南阳油田两年１１口井的录井过程 中，信号传输上未出现任何故障。
（１）采用负压波与流量相结合的方法监测输油管道的泄漏是有统 的反应速度，能够实现全自动的泄漏监测报警与定位。
（３）在油田输油管道安装管道泄漏监测系统能够确保管道安全
术及工具、仪器，尽可能地缩短测点距钻头的距离。 （２）水平段施工要选择合适的钻具组合，准确计算底部钻具的
（３）数据采集分辨率高。ｉＣＡＮ模块采用１６位ＡＤ转换，分辨率 高，相同的１－５Ｖ的输入信号，ＨＮＭ－１综合录井仪采用ｉＣＡＮ模块分辨 率达到了０．０８ｍｖ，采用传统Ａ／Ｄ转换的综合录井仪为１２位，分辨率为 １．２２ｍｖ，ＨＮＭ－１综合录井仪与之相比分辨率提高了１６倍之多。
４ 结论
综合录井仪ｉＣＡＮ现场总线系统是ｉＣＡＮ协议在石油勘探中的新用 法，已获得实用新型专利，其突出的性能、较低的价格使之具有较好 的推广应用前景。
（７）加强录井检测和观察，并根据录井结果和地质要求及 ＬＷＤ测量情况，随时微调井斜，确保整个水平段全在砂层里穿行。
３ 井井眼轨迹控制技术
（１）增斜段绕障施工（１４３～５４５ｍ）本井增斜段采用单弯动力钻具 ＋ＬＷＤ钻井技术，采取滑动钻进与复合钻相结合的方法控制井眼轨 迹。钻具组合如下Φ２４４．５ｍｍ钻头＋１．７５°单弯＋ＬＷＤ＋加重钻杆＋斜坡 钻杆。开始定向时就将方位对准４７．６４°进行防碰绕障，钻至３２３ｍ 时，井斜增至４３°，开始调整方位对准４９．０３°进行防碰绕障，与临 井古５１２２０井最近距离为９ｍ。绕障成功后开始微调方位至５１．８７°进行 全增井斜，与古５１２２２井和古５１２２１井最近距离为１０．１ｍ和１０．５１ｍ，在 这三口井的绕障过程中，磁场强度均没有受到影响，属于安全范围。 从而圆满的完成了绕障工作，并准确入靶。在井斜达到５０°以后，采 取短起下、倒装钻具、钻井液调整逐步为聚合物混油防塌润滑体系， 并定期大排量清洗井眼 保证了井眼畅通和井壁稳定。同时，滑动钻
水平井井眼轨迹控制技术探讨
３结语
对 矢量 中靶 系数 精确 计算 ； 第二 ， 要 是 出现 设计轨 道 与实 际轨 总之， 水平井 井 眼轨 迹控制 技术对 水平井 的钻井 成功率 具 点的位置 及方 向发 生偏 差现象时 ， 可以通过 增加斜 井段 的方法 有非 常 重要 的影 响 。为保证 水 平井 井 眼轨 迹控 制 技术 的稳 定 进 行解决 ； 第三， 因为水 平井通 常根据井 身剖面 的中 、 长半 径 曲 性及 可实施性 ， 就 要对 影响其 中靶及轨 迹的 各项 因素 进行全 面 线 特征来 考虑水平 井的 井眼轨迹 ， 所 以要注意 井身 不同剖 面其 掌握 ， 注 意其关键 技术 的要点 ， 通过 对钻井 环境 的实时考 察 ， 保
关键词 ： 水平井 ； 井眼轨 迹 ； 控制技术 ； 研 究探讨
关 于水平井 井 眼轨 迹控制技 术的研 究分析 ， 首 先要从 其技 时动 态监控 的手 段 ， 但 与着 陆控制不 同的是水 平控制 采用 的是 术特 点入手 ， 通过 对水平 井井 眼轨 迹控 制的技术 特征进 行分析 稳 斜钻 进 的方式 ， 同时 要采 用加 强对 复合 钻进 工具 的使 用 ， 保 和探 讨 ， 再 通过 与多 目标 井 、 定 向井 的比较分 析 ， 从而指 出其影 证 钻井 速度 的转 速 ， 还要 注 意垂 向控 制的 富余 量 ， 避 免钻头 在 响水平 井井 眼轨迹控 制技术 的关键 因素 ， 实现关 于水平 井井 眼 调 整过 程 出现脱 靶现象 。 轨迹控制技 术探讨 的 目的。
致 了水平井在其 着陆控制以 及水 平段控制上难 度大大加深 。
闭 合方位 控制 以及 稳斜 探顶 、 工具 造斜 率 、 动 态监控 和 矢量 进
从而做 好水平 井井 眼轨 迹控制 的技 术 在水 平井 井 眼轨迹 控制 技 术上要 对 以下 三个 方面 重点 落 靶这些 因素对 其的影 响 ， 实： 第一 ， 水平井通 常会预 先设计 以轨道 为轴呈柱 形的靶 ， 因此 工 作 。 在 中靶上也 有 区别于定 向井以及 多 目标井 的难 度系数 ， 因此要
防碰井眼轨迹控制技术的应用
防碰井眼轨迹控制技术的应用本文对防碰井眼轨迹控制技术进行了系统、详细的论述，并结合现场实际说明侧斜修井技术在一些技术难点及瓶颈技术上的探索和突破及侧斜修井技术总体水平的发展与提高等。
标签：侧斜修井；防碰；井眼；应用1 前言侧斜修井技术是在大庆油田开发后期，随着套损井的日益增多、区块治理难度不断加大并严重影响产能建设的情况下开发出的一种新型修井技术。
在最近2年的时间里，侧斜修井在技术水平、施工规模和综合效益等各方面都有了很大提高，主要得益于许多新技术、新工艺在侧斜井中的广泛应用，使工艺不断得到优化，技术日臻成熟。
因此，进一步缩短了侧斜井修复周期，提高了修复率，成为油水井修复和油田治理的一种重要手段。
本文从技术发展的角度，介绍了防碰井眼轨迹控制技术的应用及发展情况。
2 防碰井眼轨迹控制的目的侧斜井利用了原井的一段井眼，井身质量指标与直井相同，这就决定了新老井眼螺旋线是在同一柱形空间，因此，侧斜井的防碰主要是防止与原井眼的碰撞。
另一方面，由于侧斜井方位相对稳定，在设计方位上形成一定水平位移，这就涉及到与周边邻井防碰的问题。
防碰井眼轨迹控制技术的应用在保证实钻井眼符合设计要求的同时满足了防碰的要求。
防碰井眼轨迹控制技术综合考虑了工程、地质等影响实钻井眼井斜、方位变化的相关因素。
3 防碰井眼轨迹控制方法防碰井眼轨迹控制包括方位设计和实钻井眼轨迹控制。
3.1 防碰井眼轨迹方位设计防碰井眼轨迹方位设计遵循以下原则：一要优先考虑与原井及周边邻井的防碰问题；其次是地层自然造斜规律的影响。
在同井场有多口井存在时，首先绘制同井场原井水平位移图，设计方位线及其变化区域与各井的水平位移线不能相交，并尽量选择范围大的区域以提高安全系数。
如图1所示。
当初步选定某一区域后，以邻井位移图上的最内侧点与本井的连线构成防碰临界角α，临界角的平分线即为理论上的设计方位线。
考虑到实际钻进中，钻具的右旋影响井眼方位产生向右漂移的趋势。
综合以上两点，设计方位的选取通常在作图法基础上减少10-15°的方位线上。
渤海油田某水平井防碰轨迹控制技术
本井测深 邻井测深 本井垂深 邻井垂深 最近距离 分离
邻井
／ｍ
／ｍ
／ｍ
／ｍ
／ｍ 系数
Ｚ１井 ２４９０ １６８０．０１ １４７６．９２ １４５６．１１ ４６．８３ １．３３
Ｘ２１井 ２１６０ １６３６．７２ １４７０．２１ １４４６．２１ ４６．１８ １．５８
Ｚ３井 ２３７０ １６９０．３９ １４７６．９２ １４５６．６４ ４５．９５ １．４４
眼密布，再加密井在老井轨迹中间穿插、三维缠绕［１－４］，井眼 防碰问题极为突出，图 １为 Ｘ平台加密前后轨迹对比图。某 Ｙ水平井为第二批实施井中的一口井，表层作业时出现严重 的井眼防碰问题，后进行了回填侧钻，本文将以此井为例，对 井眼防碰轨迹控制技术进行分析。
图 １ Ｘ平台加密前后轨迹对比图
一、工程概况
造斜终点 ／ｍ ２２６６
一 造斜终点垂深 ／ｍ １００７ 二 造斜终点垂深 ／ｍ １４７７
造 斜
造斜率 ／（°·３０ｍ－１）
３
造 斜
造斜率 ／（°·３０ｍ－１）
３
段 终点井斜角 ／° ５６．９７ 段 终点井斜角 ／° ９０
终点方位 ／° ２５５．５７
终点方位 ／° ２１２．６２
表 ２ 某 Ｙ水平井设计轨迹防碰扫描
由于 Ｙ井隔水导管未锤入，故设计四开井身层次，一开 下入 ６０９．６ｍｍ隔水导管 ×１２０ｍ（入泥 ５２ｍ）。井身结构 为：７６２ｍｍ井眼 ×６０９．６ｍｍ隔水导管 ＋４４４．５ｍｍ井眼 ×３３９．７ｍｍ套管 ＋３１１．２ｍｍ井眼 ×２４４．５ｍｍ套管 ＋
收稿日期：２０１８－０８－０２；修回日期：２０１９－０１－１０ 基金项目：国家重点研发计划资助“海洋石油天然气开采事故防控技术研究及工程示范”（编号：２０１７ＹＦＣ０８０４５００）。 作者简介：和鹏飞（１９８７－），高级工程师，硕士，２０１０年毕业于中国石油大学（北京），主要从事海洋石油钻井技术监督及数字化工作。地 址：（３００４６７）天津市滨海新区中心生态城悦馨苑 ４－３０１，电话：１８９０２１９７３７０，Ｅｍａｉｌ：ｈｅｐｆ＠ｃｎｏｏｃ．ｃｏｍ．ｃｎ
海上油田水平井加密钻井中的防碰轨迹控制技术
海上油田水平井加密钻井中的防碰轨迹控制技术摘要：受地质因素、施工条件、施工平台、施工工艺等多方面因素影响，海上油田部分加密水平井在钻井过程中钻井表层轨迹与周围井缠绕、穿插，井眼防碰压力、轨迹控制难度很高，导致海上油田水平井加密开发钻井过程中井眼防碰问题极为突出，严重影响了钻井效益。
为有效实现水平井加密钻井中的防碰轨迹控制，文章以该平台某水平井轨迹控制为例，通过合理槽口选择、井身结构优化、控制井段预留、出现井眼碰撞后的反应操作、侧钻轨迹设计等技术，解决了本井表层出现严重井眼碰撞问题后的钻井问题。
关键词：水平井加密钻井；防碰撞轨迹控制；海上油田1井眼碰撞问题的出现渤海油田AHF-1井与BHF-1为同一批实施井(AHF-1井于BHF-1井之前实施)，AHF-1井为锤入隔水导管，表层批钻结束后，陀螺测量井眼轨迹显示AHF-1井隔水导管偏斜严重，导致其轨迹在132 m时与本井设计轨迹最近距离仅有O.07 m。
2初期应对措施2.1合理确定一开并深针对上述情况，BHF-1井一开作业前决定通过在满足工程条件要求的情况下减少隔水管下入长度(渤海油田要求隔水导管入泥40 m以上)，为后续绕障留够较长井段。
最终本井一开φ762 mm井眼钻进至112.45 m中完，φ609.6mm隔水导管下至112.35 m。
2.2轨迹绕障设计二开φ444.5 mm井眼使用1.75°弯角马达(渤海表层常用1.5°弯角马达)配合牙轮钻头，钻穿隔水管鞋之后便开始绕障，绕障设计见表1。
表1 BHF-1井270°方位防碰绕障轨迹设计3井眼碰撞的现场判断及应对措施二开φ444.5 mm井眼下入如下钻具组合：φ444.5 mm铣齿牙轮钻头+φ244.5 mm泥浆马达(1.75°，φ438mm直翼扶正套)+φ203.2 mm浮阀接头+φ311.2 mm扶正器+φ203.2 mm短元磁钻铤+φ203.2 mm MWD+φ203.2 mm短无磁钻铤+φ203.2 mm定向接头+φ203.2 mm随钻震击器+变扣接头+φ127mm加重钻杆×14根[1]。
水平井井眼轨迹控制技术探讨
甘肃省工业绿色低碳转型升级课题（项目编号：G GLD -2019-038; G G LD >2019_060)。
2020-04-13张光生（1981-)，男，讲师，硕士，安徽天长人，2012年毕业于西安石油大学油气井工程专业，研究方向：油田化学技术。
第49卷第8期 辽 宁化工 Vol .49, No .82020年 8 月 Liaoning Chemical Industry _______________________________August , 2020水平井井眼轨迹控制技术探讨张光生\张红丽2,朱秀兰\杨曰丽1(1.陇东学院能源工程学院，甘肃庆阳745000;2.中国石油川庆钻探长庆钻井总公司第二工程项目部，甘肃庆阳745001 )摘 要：在水平井钻井施工过程中，往往因为地层的不确定、轨迹预测误差、地质导向误差、工具造斜率误差、靶体偏差等因素影响，造成实钻轨迹偏离设计轨道，甚至无法正常施工。
通过对水平并井眼轨迹控制技术的主要影响因素展开讨论，着重探讨水平井耙前距和偏移距的处理、人窗找油的控制、井眼轨迹设计等关键控制技术的影响；简述了水平井轨迹控制的要点，以降低水平井施工困难，缩短建井周期，提高经济效益。
关键词：耙前距；偏移距；负位移；井眼轨迹设计中图分类号：TE355 文献标识码：A 1水平井的施工现状水平井井眼轨迹控制是施工关键技术。
随着水平井广泛开采开发，因区块地质情况的异同，致使水平井在井眼轨迹控制中遇到各种复杂问题。
由于各类因素的影响，水平井的实钻轨迹总会偏离设计轨道[1]，具体原因如下1.1地层的不确定性由于实钻地质情况复杂多变，设计的油层垂深与实际的油层垂深存在误差，给水平井人窗着陆控制造成干扰[2]，因而实钻井眼轨迹需随地质情况变化需及时调整钻进方向、方位，致使轨迹剖面不平滑。
1.2轨迹预测误差滞后的测量数据影响井眼轨迹及地质导向的测量、调整。
在钻进过程中，需根据测得的滑动情况、井斜和方位，预测轨迹控制，并确定是复合钻进还是滑动定向。
专题1：井眼轨迹控制技术(以水平井为例)
扩大泄油面积 增加控制储量 提高油井产能
0.6万吨
直井的5倍以上（L=300m）
水平井技术适合于薄层的开采
用水平井连通有高低差的两孤立油藏
4. 水平井的主要技术问题（技术关键）
合适的油气藏选择 井眼轨迹控制 井壁稳定 油气层保护 固井完井
(1) 目标区的设计
目标区的设计是水平井是否有效益的关键技术 ① 合理井位的选择； ② 完井方法选择； ③ 靶区参数设计：水平段长， 水平段方位、水平段井斜 角、水平段垂向位置和水 平井靶体设计。
水平井合理井位的选择
限制水平段长度的因素
精心设计井身结构和泥浆参数，并减小起下管柱的压力波动。
(4) 泥浆密度窗口小，易出现井漏、井塌
垂直主应力是中间主应力
(4) 泥浆密度窗口小，易出现井漏、井塌
垂直主应力是最大主应力，两个水平主应力相等
(4) 泥浆密度窗口小，易出现井漏、井塌
垂直主应力是最大主应力，两个水平主应力不相等
(4) 泥浆密度窗口小，易出现井漏、井塌
③ 钻柱旋转：钻柱旋转有利于搅动岩屑床，有利于携岩。 ④ 钻柱尺寸：钻柱尺寸大，环空间隙小，相同排量条件下返
速高，有利于携岩。
(6) 保证固井质量难度大
顺利将套管下入井内问题； 套管在井内的居中及顶替效率问题； 井眼高边的自由水通道问题。
提高注水泥质量措施
① 使用扶正器使套管居中：在弯曲段和水平段，至少一根套 管一个扶正器，或两根套管三个扶正器；
垂直主应力是最小主应力。
(4) 泥浆密度窗口小，易出现井漏、井塌
(5) 携带岩屑困难
页岩气井工厂防碰绕障井眼轨迹控制技术
304页岩气产能示范区地处四川盆地和盆边山地过渡地带，主要采用水平井井网模式开发。
随着开发进程的深入，目的层埋藏逐渐变深，直井段长达2000~2500m左右，且钻遇多个复杂地层，对直井段轨迹走向影响较大；部分地层造斜能力强，造斜率高达2~4（°）/100m，导致直井段轨迹防碰难度进一步加大。
同时，由于井网部署密集，不同平台井之间轨迹存在交叉，造斜段和水平段也需要防止轨迹相交或碰套管。
为有效控制井眼轨迹和防碰，钻进中应用了直井段防斜打直技术、防碰预控技术及三维绕障轨道设计和轨迹控制技术用，取得较好的效果，为后续井工厂模式下的安全钻井奠定了良好基础。
1 直井段防斜打直技术页岩气水平井采用塔式钟摆钻具组合进行防斜打直，其纠斜机理是“钟摆效应”，依据钻具遵循垂直方向运动的特性，用侧向力切削井壁，同时通过增强底部钻具的刚性，提升钻具组合的抗弯曲能力，以此进一步加强直井段井斜控制能力[1，2]。
1.1 钟摆钻具组合设计依据影响井眼轨迹的主要可控因素包括：BHA（下部钻具组合）结构、钻井工艺参数 [3]。
井斜控制实质上是对钻头侧向力和钻头倾角的综合控制，针对常规钟摆钻具，可用纵横弯曲法来求解钻头侧向力P α和钻头倾角A t [4]。
计算公式为：11111111311t 111111B Į)(6)(242sin e u Z L M u X Lq A L M L w L e P PD 式中：P B 为钻压，kN；e 1为第一稳定器与井眼直径的半差，m；w 1为钻铤线重量，kg/m；α为井斜角，°；M 1为第一稳定器处内弯矩，m；L 1为第一稳定器以下的钻柱长度，m；q 1为下部钻铤的横向载荷集度，kN/m；E为钢材弹性模量，kN/m 2；I 1为钻铤抗弯刚度，N/m；X （u 1）、Z（u 1）为第一跨梁柱放大因子，1。
对于钟摆钻具来说，钻压P B 增加导致造斜力P α增加，反之造斜力P α减小，因此要控制井斜就必须减少P α，即减小钻压P B 。
2-水平井轨迹设计和控制技术(课件版)
第二部分水平井轨迹设计和控制技术⏹水平井的井眼轨道的基础知识水平井的基本术语水平井的井眼轨道类型⏹水平井设计的基本内容水平井的设计思路和基本方法水平井轨迹设计的主要内容水平井井眼轨迹设计的原则和有关因素水平井的剖面设计⏹水平井井眼轨迹的控制技术水平井井眼轨迹控制的实现方法水平井井眼轨迹控制工具和定向方法水平井井眼轨迹的控制技术(一)水平井的基本术语井深：又称斜深或测深，指井口至测点的井眼长度；垂深：指轨迹上某点至井口水平面的垂直距离；井斜角：井眼轴线上某测点的井眼方向线（切线）和重力线之间的夹角，称为井斜角；方位角：某测点处井眼方向线投影到水平面上（井眼方位线）与正北方向的夹角（顺时针向），即方位角；水平位移：指轨迹上某点至井口所在铅垂线的距离。
井斜变化率：单位井段内，井斜角的变化值；方位变化率: 单位井段内，井斜方位角的变化值；全角变化率：单位井段内，井眼前进的方向在三维空间内的角度变化。
（也称“狗腿严重度”、“井眼曲率”）磁偏角：在某一地区内，其磁北极方向线与地理北极方向线之间的夹角。
靶区：根据地质和钻井工艺的要求,规定井眼轨迹穿行的区域范围。
(一)水平井的基本术语●入靶点：是指地质设计规定的目标起始点。
●终止点：是指地质设计规定的目标结束点。
●靶前位移：是指入靶点的水平位移。
●水平段长：入靶点与终止点的轨道长度。
●圆柱靶：即沿水平段设计井眼轴线的半径为R 米的圆柱。
●矩形靶：即纵向为a 米,横向为b 的长方体。
(一)水平井的基本术语（二）井眼轨道的类型二维井眼轨道井眼轨道的类型三维井眼轨道◆二维井眼轨道由垂直井段、增斜井段、稳斜井段和降斜井段组合而成。
◆在设计井眼轴线上，既有井斜角变化又有方位角变化的井眼轨道。
◆三维井眼轨道设计用于绕障井和现场待钻修正井眼轨道设计。
二维井眼轨道◆设计的井眼轴线仅在设计方位所在的铅垂平面上变化的井眼轨道。
井身剖面基本类型◆水平井多为长曲率半径和中曲率半径水平井◆根据地质目标、油层情况、地质要求、靶前位移，选择单增、双增、三增等不同的剖面类型KAFSEHO 1R1R2CBI hNO2O3R3三增剖面KA FT S EHJO1O 2R 1R2CBII hN双增剖面KA DS2OR1BS1C单增剖面水平井设计是一个“先地下后地面，自下而上，综合考虑，反复寻优”的过程。
多目标防碰绕障水平井井眼轨迹控制技术
Ｖ０ ＿ Ｎｏ２ ｌ３１ ．
企 业 技 术 开 发
ＴＥＣＨＮ０Ｌ０ＧＩ ＣＡＬ ＤＥＶＥＬ ０ＰＭＥＮＴ ０Ｆ ＥＮＴＥＲＰＲＩ Ｅ Ｓ
２１年 １ ０２ 月
Ｊｎ２ １ ａ ．０ ２
多 目标 防碰 绕 障水 平井井 眼轨迹 控制技 术
刘 伟
（ 中石化华东石油局钻井工程公司 ， 江苏 镇江 ２ ２０ ） １０ ３
间 ：１ ０ｈ 平 均 机械 钻 速 ２ ／。 ５ ： ， ４ ． ｍ ｈ ０ 了保证实钻造斜率不低 于设计造斜率使用 了 １ ５ ． 。的螺 ７ 钻进 参数 ： 钻压 １０ｋ 转 速 ｒｍ， ０ Ｎ， ｐ 排量 ３ ｓ泵 压 杆 。 ２ｌ ， ， 该井段施工中有部分复合钻 ， 是为了调整人窗的井斜 １ ～１ ａ ６ ７ ＭＰ 。 角度。 由于靶 窗的地质任务是钻穿 多层油层 ， 我们入窗后 钻 至 井 深 ２ ２ ． ， 斜 ２ ．８ ， 位 ３７２ 。 ， 基本是要复合 钻进 ， ６４４ 井 ｍ １ 。 方 ６ ２ ．７ 垂 不需调整垂深 ， 只需控制在靶窗 内。
时 间 ： ０： ５ ｈ 平 均 机械 钻 速 １ ／ 。 ５ ３ ， ． ｍｈ ７
２ 主 要井 眼轨 迹 控 制过 程
２１ 第 一趟 钻 （ 陆控 制 ） ． 着 目标 要求 ： 中曲率 增 斜 ７ ／ 。 ３ ｍ。 ０ 钻 具 组 合 ：１． ｍ Ｈ ５７ ２ ５ ｍ Ｊ １Ｇ牙 轮 钻 头 ＋ ． 。 螺 杆 ９ １５ ２ ＋２ ｉ无 磁 钻 杆 ＋７ ｌ Ｍ １９ｍｌ ｌ １２ｍｉ ＷＤ短 节 ＋ ２ ｍ 加 重 钻 １ １７ｍ 杆 × ０ ＋２ｍｎ 杆 。 ３ 根 １ ｔ钻 钻 进 井 段 ： ２ ～ ２ ．４ｍ， 尺 １４４ ３纯 钻 时 ２５ ０ ２６ ４４ 进 ０ ． Ｉ， ４１
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2.1 第一趟钻（着陆控制） 目标要求:中曲率增斜 7°/30 m。 钻具组合：215.9 mmHJ517G 牙轮钻头 +1.25°螺杆
+129 mm 无磁钻杆 +172 mm MWD 短节 +127 mm 加重钻 杆×30 根 +12 mm 钻杆。
钻进井段：2 520~2 624.44 m，进尺 104.44 m，纯钻时 间：51:40 h，平均机械钻速 2.0 m/h。
本次钻具组合使用了 M121（PDC）钻头。由于是在该 地区第一次使用此型号 PDC 钻头，使用工具面 0°左右 钻进 50 m 实验该 PDC 钻头的钻井性能。该钻头使用时工 具面基本能到位，达到使用要求，钻压可加至 5T，大于 5T 时制动螺杆。由于受到钻压较小的影响，钻时平均为 35 min/m。途中控制造斜率以及实验复合钻的性能，复合进 20 m，钻时平均 15 min/m。 2.3 第三趟钻（着陆控制）
2 765.85
8.85 2 784.02 2 763.20
对于草 34 井的防碰要求来说，直井段的位移加大了 绕障的难度。由于直井段是正位移，提高了防碰点的垂 深，这种井的防碰运用到了三维防碰技术，需要控制方位
角度的变化。 草平 4 井实钻绕障根据直井段实钻情况重新做了优
化轨迹设计，优化轨迹过程中发现 2 802 m 处距草 34 井 轨迹有碰撞危险，如果方位调整至设计方位线上，2 802 m 的防碰距离只有 4 m。我们根据靶窗设计实钻轨迹线在 靶的右边，过 2 802 m 后再调至靶窗中心线，这样防碰安 全距离可放大至 7.08 m。
钻进井段：3 004.39~3 270 m，进尺 265.61 m，纯钻时 间：146∶15 h，平均机械钻速 1.82 m/h。
钻进参数：钻压 120 kN，转速 50 rpm,排量 30 l/s，泵
162
企业技术开发
2012 年 1 月
压 18 MPa。 该井段分别使用了 1°、0.75°、1.25°的 Φ174 mm
④建立完善的政府监管体系，加强行业监管。目前政 府在对燃气企业实践监管中, 还存在多头管理和盲目管 理的现象,特别是对国有资产监管的责权不明确,政府相 关职能部门对燃气企业的监管对象和监管方法的问题还 需随着政府相关职能部门职能的转变进一步解决。政府 在大力推进城市燃气市场化的进程中, 对燃气行业的管 理要摆脱传统的观念和方式，必须按照政企分开、产权明 晰、责权明确的现代企业管理制度，解决好城市燃气行业 监管中“谁来管”、“管什么”和“如何管”的问题。
关键词：草平 4 井；井眼轨迹控制；防碰
中图分类号：TE243
文献标识码：A
文章编号：1006-8937（2012）02-0161-02
草平 4 井是华东钻井工程公司在江苏草舍油田施工 的一口多目标防碰绕障水平井，该井首次使用了英国产 Geolink- LWD 地质导向随钻测量仪。
草平 4 井于 2010 年 5 月 6 日一开，6 月 22 日完钻。 钻 井 施 工 周 期 48 d， 完 钻 斜 深 3270.00 m， 完 钻 垂 深 2904.81 m，水平段长 270.29 m。
该井段起钻原因是牙轮钻头使用到时间，并且牙轮 钻头的机械钻速较慢，准备换入 PDC 钻头。 2.2 第二趟钻（着陆控制）
目标要求：继续中曲率增斜，可以控制以适当的较低 造斜率钻进。
钻具组合：215.9 mmM121 （PDC） 钻头 +1.25°螺杆 +129 mm 无磁钻杆 +172 mmMWD 短节 +127 mm 加重钻 杆×30 根 +127 mm 钻杆。
目标要求：水平段控制，实钻线控制在高 4 m×宽 20 m×长 250.54 m 的靶窗内，提前调整，留有余地。尽量提 高机械钻速。
钻具组合：215.9 mm 钻头 +174 mm 螺杆 +182 mm 电 阻率 +129 mm 无磁钻杆 +172 mmLWD 短节 +127 mm 加 重 钻 杆 ×3+127 mm 钻 杆 ×48+127 mm 加 重 钻 杆 × 52+127 mm 钻杆。
3 防碰绕障控制
草平 4 井共绕障 4 口井，分别运用了二维绕障和三 维绕障井技术。对于草 12 井、草 15 井、草 21 井，属于二 维绕障井，控制垂深在草 15 井的上方，在草 13 井、草 21 井的下方通过（表 1）。
表 1 草平 4 井设计绕障最近点列表
井号
草平 4 井测深 草平 4 井垂深 中心距 防碰井测深 防碰井垂深
第 31 卷第 2 期 Vol.31 No.2
企业技术开发 TECHNOPRISE
2012 年 1 月 Jan.2012
多目标防碰绕障水平井井眼轨迹控制技术
刘伟
（中石化华东石油局钻井工程公司，江苏 镇江 212003）
摘 要：文章介绍了江苏草舍草平 4 井水平井的施工工艺，及针对 4 口防碰井做出的防碰技术措施。
目标要求：继续第二增斜段导向钻进，中曲率，控制 井眼变化率在 8°/30 m，进靶着陆，调整入窗井斜角度。
钻 具 组 合 ：215.9 mm HJ517G 钻 头 +1.75° 174 mm 螺杆 +182 mm 电阻率 +129 mm 无磁钻杆 +172 mmMWD 短节 +127 mm 加重钻杆×2+127 mm 钻杆×27+127 mm 加重钻杆×53+127 mm 钻杆。
钻进参数：钻压 100 kN，转速 rpm,排量 32 l/s，泵压 16~17 MPa。
钻至井深 2624.4m,井斜 21.68°，方位 327.27°，垂 深 2 620.52 m，视平移 52.43 m。此点的设计井斜 24.37°， 方位 334.12°，垂深 2 621.32 m，视平移 21.87 m。对比可 见实钻视平移超前设计 30.56 m。
参考文献：
[1] 李松梅.燃气生产运行综合管理信息系统的设计与开发 [D].大庆:东北石油大学,2010.
[2] 王秋珍.基于 X 燃气公司对我国城市燃气安全运营管理 模式的研究[D].北京:北京化工大学,2007.
[3] 刘亚文，姜忠基.兰州市城市燃气管理存在的问题及对策 [J].城市燃气,2010,(4).
草 13 井 2 722.60
2 700.87
14.68 2 729.78 2 693.94
草 15 井 2 805.08
2 760.83
23.55 2 809.43 2 771.46
草 21 井 3 189.43
2 889.19
38.55 2 924.65 2 875.92
草 34 井 2 811.97
作者简介：刘伟（1982- ），男，大学本科，江苏人，主要从事定 向 井、水平井现场技术服务工作。
钻进井段：2624.53- 2769.10 m，进尺 144.57 m，纯钻 时间：41∶35 h，平均机械钻速 3.5 m/h。
钻进参数：钻压 80 kN，转速（复合 50 rpm），排量 32 l/s，泵压 16 MPa。
螺杆螺杆。在钻进过程中尽量多的采用了复合钻的形式， 3 种度数的螺杆均是增井斜趋势。在调整井斜过程中受 到仪器长度的影响，精确计算调整井段进尺，周密考虑提 前量，减少调整次数，提高机械钻速，降低钻井成本。施工 工程中特别注意短起，一半 60 m 左右短起一次，一保证 井壁质量，减少摩阻，避免井下复杂情况。
[2] （俄）B.B.库里奇茨基著.鄢泰宁等译.定向斜井与水平井钻 井的地质导向技术[M].北京:石油工业出版社,2003.
[3] 韩志勇.定向钻井设计与计算[M].北京:石油工业出版社, 2007.
（上接第 159 页） 的 支 持 ， 燃 气 企 业 就 可 以 实 行 “ 监 控—— —调度”的生产运行管理模式，提高事故的遇见性和 生产调度的效率，为企业创造实效。
③加快城市燃气相关方面的立法、确实维护城市燃 气企业的利益。一方面，要合理确立城市燃气管理法律主 体，以有利于燃气安全管理。虽然许多地区设立城市燃气 管理处作为城市燃气的具体行政管理部门，但由于受到 管理权限、人员编制、经费等方面的限制，造成在实施城 市燃气行政管理、行政处罚时的力度、广度、深度不够，对 城市燃气各环节的管理很难全面、系统。所以政府应进一 步突出城市燃气管理的重要性，统筹建立城市燃气管理 的专职行政部门，明确职责，扩大管理权限，加大经费投 入，以便集中精力做好城市燃气各环节的管理，确保城市 燃气安全、稳定供气。另一方面，建立城市燃气专职执法 队伍，加大执法力度，保证城市燃气的安全供应。建立专 职的燃气执法队伍，第一要建立并不断健全执法的运行 机制并保持长久良好的运转；第二加强燃气执法队伍的 建设，人员专业化、技术化，责任心和事业心要强，执法设
②建立产权明晰、以资产管理为重点的城市燃气管 理体制。城市燃气管网及相关设施的投资及其资产的运 营管理方式是形燃气市场形成的前提条件。它不仅是建 立价格体系的重要依据, 而且也决定了企业经营管理机 制的确立。如何建立以市场为导向的竞争机制和以资产 运营为中心的现代企业管理、运营模式，已成为城市燃气 事业走向市场化进程中要面对的首要问题和需完成的重 要任务。
钻进井段：2 916.87~3 004.39 m，进尺 87.52 m，纯钻 时间：50∶35 h，平均机械钻速 1.7 m/h。
钻进参数：钻压 140 kN，转速 rpm,排量 30 l/s，泵压 18 MPa。
本井段调整井斜从 62.4°增至 79.1°。该井段施工 主要是进行造陆控制主要的指导思想是“略高勿低”。为 了保证实钻造斜率不低于设计造斜率使用了 1.75°的螺 杆。该井段施工中有部分复合钻，是为了调整入窗的井斜 角度。由于靶窗的地质任务是钻穿多层油层，我们入窗后 基 本 是 要 复 合 钻 进 ，不 需 调 整 垂 深 ，只 需 控 制 在 靶 窗 内 。 根据施工经验入窗选择使用最小的井斜角在设计线的下 方入窗，通过复合钻增井斜，这样在水平段内能最大限度 的复合钻进，减少摩阻，破坏岩屑床，提高井眼质量。 2.4 第四趟钻（水平段控制）