丛式三维水平井施工难点分析

摘要：中石化华北分公司在东胜气田由于井场受征地限制，布井时一个井场布置2-3口水平井，井间距一般5米左右，为确保井与井之间水平段距离大于600米，因此需要进行三维轨道设计，为实现三维水平井快速成井，摸索合理可行的三维水平井施工技术及控制方法是关键。

关键词：三维水平井;偏移距;偏移比;偏垂比;综合难度系数

1丛式三维水平井的设计特点

三维水平井指的是井口到入窗点的闭合方位与水平段靶体方位不在同一条直线上的井，丛式三维水平井井组是指井组井数大于等于两口，且至少有一口井身轨迹为三维设计的水平井的丛式井组。

由于水平井的靶体要求矢量中靶，入靶方位角必须和设计方位一致，而三维水平井由于井口与入窗靶点存在偏移距，这就需要在入靶前提前调整，在合适的井段从三维扭方位段变为目标垂面内的二维轨迹，提高现场轨迹控制的精确性。

2丛式三维水平井的施工难点分析

2.1井间距小（5m左右）

直井段既要考虑与邻井的防碰，又要考虑三维增斜扭方位井段减小施工难度，防碰压力大。

2.2直井段控制难度较普通水平井增大

由于三维水平井存在偏移距的特点，并且要考虑与邻井的防碰，需要从直井段以预定的方位角增井斜产生位移以避开邻井，若满足防碰要求的预定方位与设计方位不一致，又会增加下部扭方位的工作量。

2.3井下更易产生复杂情况

三维水平井在施工过程中井内岩屑的携带会更加困难，在三维井段，如果狗腿度偏大，在下钻过程中更易遇阻，若需进行划眼作业，则更易划出新井眼，因此在施工过程中也更容易出现井下复杂情况。

2.4岩屑携带更困难，容易形成岩屑床

由于三维水平井扭方位段一般设计在井斜30-70度井段，在增斜的同时方位不断变化，岩屑在井眼内运移更加复杂、困难，导致岩屑比二维水平井携带更困难，更容易形成岩屑床。

2.5大井斜井段扭方位工作量大，滑动钻进井段长，施工效率低

三维井段在增斜的同时要扭方位，矢量中靶的难度增大，想要达到设计要求的增斜率和方位变化率，使用同样弯度的动力钻具必须增加滑动钻进井段，这样就导致平均机械钻速慢，钻井周期增长。杭锦旗区块施工的三维水平井在扭方位增井斜井段，每单根平均需要滑动6-8米，而普通二维水平井在斜井段每单根只需滑动3-5米即可满足设计要求。若使用高度数动力钻具，会造成滑动井段井眼曲率较高，影响加压、起下钻及岩屑的携带，容易造成井下复杂。

2.6三维井滑动井段长、钻时高，后期作业困难

由于岩屑携带困难、岩屑床难清除、钻具在三维井眼受力复杂，造成钻具容易自锁、钻压加不到钻头上，导致滑动钻进困难，滑动钻时高。在JPH-429井石千峰地层扭方位井段钻时最慢达到120分钟/米，JPH-420井钻时也达到70分钟/米，JPH-420井扭方位初期设计方位变化率10.5°/30m，使用1.5度单弯螺杆滑动钻进8米只能调整2度方位，更换1.75度螺杆后仍然需要滑动7米以上才能达到设计要求，施工效率低下。

3三维水平井难度分析

3.1偏移比

偏移距与靶前距的比值，数值越大，消除偏移距的工作量越大，有限的井段需要大幅度扭方位才能确保准确入窗，造成摩阻扭矩增加;

3.2偏垂比

偏移距与有效垂深（靶点垂深-造斜点垂深）的比值，偏垂比大，表明在有限的垂深下既要完成扭方位，又要增井斜确保准确入窗;

3.3综合难度系数=1+偏移比+偏垂比

在靶前距一定的情況下，三维水平井的偏移距越大，偏移比和偏垂比越大，施工难度也越大。

4采取的技术措施

4.1直井段在考虑邻井防碰安全、设计允许范围内，以一定的井斜按设计初始方位打出一定的位移来减小斜井段需要的偏移距，这样就可以在相对较小的井斜提前扭方位，以减小扭方位施工难度。

4.2选用1.75°低弯点的高效单弯螺杆来完成大斜度井段的增斜扭方位施工，低弯点单弯螺杆由于弯点下移，偏移值比原1.5°单弯螺杆还要小，因此既能满足增斜扭方位的要求，又可以复合钻进，且复合钻进增斜率较高，可以很大程度上减少滑动井段，提高施工效率。

4.3选择倒装钻具组合，可有效解决大斜度井段、水平段钻进时传递钻压的困难，提高钻井效率。

4.4优化钻井液性能，提高抑制性，稳定井壁;改善流形，保证井眼清洁;增强润滑性，实现三维扭方位井段安全钻进。

5几点建议

5.1根据偏移距的大小，考虑利用直井段长的优势，选择合适的造斜点，以小井斜（7-10度）稳斜一定长度的井段减小偏移距。

5.2利用适当长度的稳斜、扭方位井段，在20-40度井斜之前将方位调整到位，将20-40度以后井段由三维变成二维，以降低大井斜井段施工难度，提高施工效率。

5.3利用直井段长的优势，选择适当的造斜点以小井斜（10-15度）稳斜井段完全消除偏移距，然后降斜至2度以内，把着陆控制段由三维彻底变成二维。

6结论

6.1可在直井段消除或减小偏移距，降低三维水平井的施工难度，根据收集到的资料，该技术已在长庆苏里格气田和涪陵焦石坝等油气田得到普遍应用。

6.2增斜扭方位井段是三维水平井施工的关键井段，且地层多为砂泥岩等厚互层，钻头易泥包，滑动钻时过长容易造成大肚子或糖葫芦井眼，合理的泥浆性能，良好的携岩性能和润滑性，提高泥浆的抑制护壁性能尤其为重要。

6.3强化防碰意识，优化防碰轨迹设计，尽量保证与邻井防碰扫描分离系数>3，确保防碰施工安全。

6.4引入旋转导向或高效导向螺杆、水力振荡器等新工具、新工艺，加强地质认识，优化轨迹控制，减小施工难度，降低施工成本。

参考文献：

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[3]翟文涛，赵林军.丛式三维水平井轨迹优化控制技术浅析[J].内蒙古石油化工，2012，（3）：118～120.

[4]何树山，刘修善. 三维水平井轨道设计[J]. 石油钻采工艺，2001，23（4）：16-20.

作者简介：

魏红利（1966-），男，中石化华北石油工程有限公司五普钻井分公司，研究方向：钻井技术研究。