添加虚拟靶区优化三维水平井井眼轨道

2015-06-15陶丽杰

断块油气田 2015年2期

陶丽杰

（中国石油大庆油田有限责任公司采油工程研究院，黑龙江大庆163453）

为了实现规模化钻井，降低钻井成本，大庆油田在龙26 区块、齐平2 区块及垣平1 区块开展了“工厂化”钻井施工项目，共涉及7 个钻井平台20 口水平井。“工厂化”平台水平井的水平段较长（1 400～2 040 m），而且井眼轨迹是三维的。为了便于控制井眼轨迹［1-3］，方便现场施工，要在井斜角70°之前完成扭方位工作。因为进入探油顶段后，既造斜又要扭方位，井眼轨迹会很难控制，很可能会偏出油层，达不到油层穿遇率；而如果在井斜角到达70°之前就完成扭方位工作，进入探油顶段时就可以通过微调井斜来控制井眼轨迹，不但能够很好地发现油层，使轨迹在油层中通过，也会降低现场施工的难度：因此，决定把在井斜角70°之前完成扭方位，作为三维平台水平井轨道设计的约束条件。

1 常规设计井眼轨道

采用水平井轨道设计软件Navigator，以龙26 区块1#平台龙26-平2 井为例，根据常规剖面类型 “直—增—稳—增—增”设计的轨道数据如表1所示［4-6］。造斜点在1 300.00 m，最大狗腿度5.00°/30 m。在井斜角达到87°时完成增斜、扭方位，这样既增加了定向施工的难度，又给矢量中靶带来风险，因此要对设计轨道剖面类型进行优选［7-9］。

2 添加虚拟靶区

如何优选设计剖面是讨论的重点。要在进入探油顶段之前或井斜角比较小时（最好是65°之前）完成三维轨道的扭方位，所以，在进行井眼轨道设计时，需要在地质给定的靶区之前虚拟一个10 m 间隔的靶区，在设置的虚拟靶区之前完成扭方位。设置虚拟靶区的具体方法如下：已知钻达地质给定的靶点B 时井斜角达到87°，假定要在井斜角68°时已完成扭方位，由于采用的造斜率是4.68°/30 m，所以虚拟的一个靶点与靶点B 之间的弧长应该为122 m。虚拟靶区和靶点B的空间位置剖面如图1所示。

计算过程为，（87°-68°）÷（4.68°/30 m）=122 m，所以虚拟靶点的大概位置为靶点B 的测深2 029.33 m减去122 m，约为1 907 m。将该虚拟靶区的位置，添加到井眼轨道数据中，经过微调，得出优化的设计轨道数据（见表1），满足了设计前设定的约束条件。

图1 虚拟靶区和靶点B 的空间位置剖面

表1 龙26-平2 井常规、优化设计轨道数据对比

3 优化后轨道剖面

由表1中的优化轨道数据可以看出，优选后的剖面为“直—增—稳—增—稳—增”。采用该剖面类型，在井斜角68°时完成扭方位，距离探油顶还有134.12 m。在这段轨道上只有井斜角的变化，不仅有利于现场施工，而且便于井眼轨迹的控制，有利于及时发现、找准油层。

图2为龙26-平2 井的三维立体设计轨道。从图2a可以看出，此时设计井的井眼轨道从2 口邻井中间穿过，而且在水平段与邻井最近距离只有8.27 m，钻进时邻井套管会对随钻测井工具造成磁干扰，影响测井结果，引起与邻井相碰的事故发生。但是通过添加虚拟靶区，实现了井眼轨道提前扭方位，如图2b所示。设计井的井眼轨道从2 口邻井的同一侧穿过，而且最近距离达到17.65 m。这样不但优化了井眼轨道，降低了施工难度，有利于找准油层，而且顺利避开了与邻井相碰的风险［10-11］。

图2 龙26-平2 井轨道剖面

4 实钻分析

龙26-平2 井造斜段的钻具组合为：φ215.9 mm PDC钻头（M1656RS）+φ172.0 mm 单弯螺杆钻具（1.5°/210 mm 螺旋扶正器）+φ172.0 mm 单流阀+哈里LWD+φ127.0 mm 无磁钻杆×1根+φ127.0 mm 加重钻杆×9根+φ127.0 mm 钻杆（18°斜坡）+φ127.0 mm 加重钻杆×21 根+φ127.0 mm 钻杆（18°斜坡）。

本井采用PDC 钻头施工，造斜率能达到设计要求，钻速相对较快；井斜角达到68°时扭方位，需要立即起钻更换牙轮钻头。牙轮钻头在扭方位时工具面较稳，方位变化率能满足设计要求［12-15］，滑动定向的进尺相对不需要很多。

甲方地质导向要求尽量少损失水平段进尺，通过优化设计以后，增加虚拟靶点，斜深2 040 m 进入靶点B，造斜率在4.7°左右，能满足甲方地质导向的要求。

龙26-平2 井通过钻井设计优化及现场井眼轨迹精确控制与施工，取得了良好的效果，目的层砂岩钻遇率达82%。由于后期钻进过程中岩性为干砂岩，该井提前完钻。从设计轨道与实钻轨迹的对比可以看出，实钻轨迹与设计轨道吻合非常好，满足了地质开发要求（见表2、图3）。