水平井井眼轨迹控制技术探讨

张光生，张红丽，朱秀兰，杨日丽

（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）

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，给水平井入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。但位于无磁钻铤内的MWD，距离钻头位置较远（一般为14～16 m），造成井底的测斜数据不能即时反映井底的实际情况，进而会给入窗着陆控制及轨迹预测的准确性带来困难。

1.3 地质导向误差

受迟到时间的影响，捞取地层的砂样不能实时反映地层情况；气测值也不能及时反映出井底的实际情况，找油循环、汇报、等停等非生产时效延长。

1.4 工具造斜率误差

因受区块地质作用、操作方法（如工具面偏摆过大、滑动托压）以及理论计算误差的影响，设计轨迹和造斜工具的造斜率存在差异性，易造成实钻轨迹不能和设计轨道一致，井斜不够或井斜偏大。

1.5 靶体偏差

受地层构造限制，油层存在上倾或下倾的走向，入窗控制不当，造成着陆后第一靶点滑动调整过多，轨迹不平滑，入窗前需对井斜加以精细化调整控制。

2 靶前距和偏移距的消除

在水平井施工过程中，经常出现水平井钻机就位后，由于地理条件限制导致部分井靶前距过大或者过小，偏移距较大的问题。严重影响了造斜段施工，增大了施工难度。勉强施工将造成井眼曲率过大，后期钻进脱压严重，甚至造成套管无法下入等问题。可在直井段适当增加井斜角的方式，在直井完成对靶前距、偏移距的调整，大大降低了斜井段及水平段的施工难度，确保水平井施工顺利。

2.1 消除偏移距、调整靶前距方法

2.1.1 消除偏移距

通过计算会发现偏移距有时为正数，有时为负数。偏移距为正数时，直井段将方位控制在设计靶区方位加上90°左右；反之，偏移距为负数时，直井段将方位控制在设计靶区方位减去90°左右；井斜大小依据偏移距的大小、直井段长度和规定最大井斜角确定，可有效在造斜点前消除偏移距。

2.1.2 调整靶前距

在偏移距为0和偏移距较小的情况下，第一靶点的闭合位移即为该井靶前距。根据目前使用的钻具组合造斜率，靶前距在300～320 m 比较理想。通过直井段钻向负位移的方法增大靶前距。钻离表套引鞋后，扭方位施工，将方位调整至设计靶区方位加上180°位置，根据实际的靶前距和需要走的负位移大小决定井斜大小；确保在造斜点前将靶前距调整到预期范围。

如果出现靶前距过大的情况，只需要在直井段控制方位在设计靶区方位，根据需要消除的靶前距控制井斜，在直井段钻相应的位移即可。

2.1.3 调整靶前距和消除偏移距

施工中也可能出现需要在调整靶前距的同时消除偏移距的情况，这种情况下首先需要计算出偏移距和增大靶前距需要的负位移。

2.1.4 消除偏移距及调整靶前距操作中需要注意的问题

1）在偏移距较小，靶前距不影响施工时不要使用此方法。该方案仅适用于偏移距过大或靶前距过小，斜井段施工困难的情况；

2）施工前必须与甲方项目组就直井段井斜要求达成一致，防止由此引起不必要麻烦；

3）该方法会导致直井段磨阻较大，会在一定程度上影响后期施工。施工中注意加强泥浆润滑性能；

4）尽可能做到井眼平滑，减小井眼曲率，方便后期施工；

5）因为井段越长，所需要的井斜越小，所以该方案对直井段较长的的水平井效果较好，且对后期施工影响较小。

3 井眼轨迹设计

设计到位后，在水平井程序中计算，靶前距过小的井要在直井段走负位移，即增加靶前距，同时尽可能调整缩小偏移距。直井段完钻后，利用直井段的测斜数据预测待钻井眼设计方案。在程序中输入实钻过程测点，进行轨迹预算，测算至入窗点。

3.1 轨迹的预算和监控

由于井下情况的复杂性和未知性，实钻井眼轨迹点的位置相对于设计轨道总会出现滞后、适中、提前，而测点参数误差会导致造斜点至靶点设计的垂深增量和平移增量的变化，直接影响最终的中靶精度[3]。具体影响规律如下：

1）实钻轨迹点的位置滞后，即当前井斜角小于预算轨迹井斜，相当于下降了垂深。此时需锁住转盘，滑动定向，以增大待钻井眼井斜角。若轨迹滞后过多，则需用较高的造斜率而提前入靶。

2）实钻轨迹点的位置适中，即当前井斜角也适中，实钻轨迹与设计轨道相符合，是钻进过程中的理想状态。

3）实钻轨迹点的位置超前，即当前井斜角大于预算轨迹井斜，相当于提高了垂深。井斜角偏大，会使钻至着陆时的轨迹点的位置处于目标窗口A点上方。为达到入靶要求，调整入窗时井斜偏小；若增斜率不够，则易在窗口处脱靶。轨迹超前或井斜大于预算轨迹时要复合钻进。

实践表明，控制轨迹点的位置接近或略高于设计轨道，并保持适中的井斜角，有利于井眼轨迹的控制。井斜角过大导致入靶前的造斜率偏高，从而造成钻井阻力大；过小则易造成脱靶。造斜段井眼轨迹的控制就是对井斜和方位的综合控制，对于没有稳斜段的井身剖面影响更大[4]。轨迹预测结论表明：若造斜工具的造斜率超预算，应加大井下动力钻具一次造斜能力，以便增加增斜段长度，减少起下钻次数，提高定向工作效率。

3.2 提高造斜段滑动施工效率

3.2.1 摆工具面的方法

随着井深的增加，反扭角反而越小。测斜后预先将工具面转至钻进所需的工具面，上下活动钻具后静置，检测工具面是否就位，然后将钻柱下放至井底不加压，待转盘转至反扭角位置，缓慢加压即可实现钻进工具面就位。通过旋转效果查看工具面的到位情况，适当微调转盘来调整反扭值（每次小于30°）。

3.2.2 滑动调整扶钻时注意事项

司钻的扶钻经验对钻进滑动影响较大，在定向调整时，因测量仪器的滞后性，影响司钻的操作判断，致使工具面难以有效控制。在现场操作控制时，应由专业技术员辅助，司钻在扶钻加压时应注意均匀送钻。由于指重表只反映当前施加压力，不能及时反应井底钻头的承压情况，尤其在入窗前，定向钻进时需结合加压前后的泵压变化，泵压增量才能反映钻头吃压的实际情况，随时注意观察无线随钻、指重表和泵压的变化。

3.2.3 滑动调整粘阻处理办法

当工具面长时间在同一位置，且钻压不回压，要及时上下活动钻具，防止粘吸卡钻。若无效时，则在转盘上做好标记，复合钻进0.5 m 停钻，转至标记位置，待工具面到位后继续加压滑动调整；若泵压上升过大则停止加压，否则易造成反扭角超过正常加压反扭角的3～5倍，影响井眼轨迹控制。如果工具面长时间未就位，可上下活动钻具重新加压，需把握上下活动的时机，应待仪器测完后再活动钻具。

4 入窗着陆模型

水平井靶区范围一般为横向±20 m、纵向±2 m的长方体，靶前距为±20 m。入窗时的方位对偏移距影响不大，但需控井斜稳方位保证入窗角度。

由图1可看出：在造斜率相同情况下，探油顶的井斜角ɑ对垂深H产生影响。入窗井斜越小，垂深越大，易造成打穿油层甚至脱靶；入窗井斜角ɑ越大，垂深H越小，造成水平段距离探油顶越近，对采油有利。

图1 入窗剖面图

探油顶井斜角不变情况下，工具造斜率不同导致垂深H差距较大。工具造斜率越高，垂深H值越小，在保证井眼圆滑条件下，选用造斜率高的工具。

探油顶井斜角ɑ对水平位移L产生较大影响。入窗井斜角ɑ越大，水平位移L越大，油层下移，水平段损失增大。实际施工钻进时存在钻具复合增斜的过程，应将井斜控制在85°～86°稳斜或微增找油，即满足复合钻进找油时不断增加垂深，又保证了遇到油后能及时增斜至水平[5]。

根据油层测量数据结合岩屑分析录井，及时了解地层特性变化，快速辨识油层，精确探油顶和入靶，使井眼轨迹顺利钻入目的层[6]。

5 水平井轨迹控制要点

1）预算入窗井斜不能过小，设计预算时以88°～89°入窗，由于造斜率等原因则实际入窗井斜则在85°～86°左右，提前预算井底井斜。

2）将稳斜段的滑动增斜率考虑到后期预算中，综合考虑增斜率是否能跟上。

3）测点输入后及时观察靶点上、下偏离程度，不符合应重新预算。

4）水平井关键处井斜跟不上，不能继续再打下去。

5）稳斜段尽量控制在30°～40°井段处，稳斜段越小越好。

6）滑动后复合增斜率应考虑大一些。

7）连续滑动，增斜率一根比一根大。

8）入窗后，如果导向不做要求井斜尽量控制在89°～90°左右，水平段控制在89°～91°，复合一根0.2°～0.3°，预算井底超过91°，扣上几米，保持在89°～91°之间，增加复合时间。

6 结 论

在水平井钻进施工过程中，只要把握好靶前距和偏移距的处理、入窗找油的控制、井眼轨迹设计等这些关键点，注意好其中的细节问题，以进一步减少水平井施工难度。