定向井井场优选与井身轨迹优化分析

崔登云

（大庆钻探工程公司国际事业部，黑龙江 大庆 163411）

1 实施定向井钻井的背景

国内东部油田都是处在平原地区，人口密集，村庄林立，农田、林地、果园、养殖基地、经济作物及永久性设施多，地面环境复杂，赔偿数额较大，给新井选井场带来相当大的困难。本着节约土地资源，减少赔偿征地费用支出，合理避开永久性建筑物、果园、村庄，又能满足于开发建产的钻井需求，定向井、丛式井逐年增多，地面管理带来诸多便利[1]。但随着所辖区域内工农业发展，工农关系日益复杂，井口选择难度大，大多数井井位踏勘达到几次甚至十几次，造成上钻进度缓慢。井场位置直接关系到井身轨迹设计及后续开发等问题，因此合理选择井场是井身轨迹优化的第一步工作。

1.1 定向井技术优势

随着斜井钻井技术的日趋成熟和与其相配套的采油工艺技术的发展，油田开发中定向井普遍得到采用，其主要优势概括起来有以下几点[2-3]：

（1）占用耕地少，减少征用土地费用，利用土地资源少，符合国家发展战略。

（2）合理避开林地、果园、养殖场、鱼塘、经济农作物等减少赔偿。

（3）合理避让环境风险，远离油库、工厂、村庄、电力设施及永久性建筑设施，增大安全距离，降低环境风险。

（4）合理避开村界、乡界、县界，简化工农关系，有利于占地和征地，利于工作开展。

（5）沿储层钻进（水平井），增加泄油面积，提高单井产量和最终采收率。

（6）断层根部，油层高部位定向钻进，提高油层钻遇率、单井产量、最终采收率。

（7）合理避开障碍物，使勘探评价开发建产，认识和开发油藏得以实现。

1.2 定向井带来挑战和问题

随着油井总数的增加及定向井的增加，维护性检泵作业井次逐年递增，据有关资料统计杆断、管漏、泵漏造成的检泵井次占到了检泵总数的90.2%（表1）。尽管采取了积极的防偏磨措施，抽油机生产杆管偏磨、漏失问题得到了遏制，见到了明显的好转，但没有从根本上扭转局面。

表1 某油田影响油井检泵的原因统计表

2 定向井井场优选

地面井场优选是井身轨迹设计的首要工作，目前优选井场主要采用“多梯次”新井踏勘方法，通过井位意向阶段、井位确定阶段、井位批准后三个阶段多梯次组织相关部门参加井位踏勘，并且利于工农部门提前介入，在满足地质要求的前提下，充分考虑地面联系难度，适当调整井口位置，优选丛式井组，加快滚动勘探开发速度，提高上钻率[4]。双线同时进行，大大缩短钻前时间。

2.1 井位意向

根据井位设计人员了解初步井位设计数据情况及地理位置。在满足钻探目的和中靶要求，在一定的靶前距情况下，对于单靶点可以在一个面上选取井口位置，但是对于双靶井一般只在BA靶联线延长线端选取井口位置（目的是为了避免扭转方位，避免井身轨迹复杂不利于后期测试及开采）。大斜度井钻井轨迹如图1所示。

图1 大斜度井钻井轨迹图

结合土地协调工作人员了解附近征地情况和地面环境（依据华北钻井井控实施细则）综合做出初步可行性分析，对可实现的井在满足地质任务前提下利用手持GPS 初步确定井口位置并做好记录，对于不可实现的井及时与井位设计人员反馈信息，提供附近可实现位置看是否做出井位调整。对可实现的井利用定向井设计软件绘制轨迹图看主力油层段是否满足地质任务要求，复杂轨迹要结合钻研院工作人员制作轨迹，再结合钻井公司工程技术人员是否能实现钻探。丛式井要考虑到整拖方向及已钻井和后续井轨迹防碰问题。得出结论后把具体情况反映到土地协调科为精确踏勘做好相关人员协调准备工作。

2.2 井位确定

在初次踏勘可行前提下，有计划组织土地协调科、当地支油办、钻井公司等相关人员进行精确踏勘。结合地面环境、征地的具体情况、占地面积，丛式井还需考虑到整拖方向以确定井口位置并做好标记并且确定搬家路线。由于有了初次踏勘考虑全面和准备充分，一般精确踏勘时各方工作基本按程序顺利进行，出现特别情况及时进行调整以实现地质任务前提下地面配合地下开展工作。并利用手持GPS 记录井口坐标，再利用定向井软件设计并优选满足地质任务和钻井施工的轨迹。根据邻井试油及测井资料利用地层压力评估软件对本井地层压力估算并成图，再结合地面环境进行整体风险评估把具体情况汇报开发部用以选择适合的钻井施工队伍。与此同时工农及时办理占地及征地协议和手续，为上钻做好准备工作。

式中，ηjk为第j个拥塞评价指标归入第k类客流拥塞风险水平的聚类权；θjk为第j个拥塞评价指标属于第k类客流拥塞风险水平的白化值；n为聚类拥塞评价指标个数，本文中取3.

2.3 井位批准

在初次和精确踏勘的基础上，井口位置基本确定，此时征地工作基本完成，钻井队可以组织钻前施工，井位批准后，安排复测人员进行井口坐标复测，项目组人员进行钻井地质设计。

3 优化定向井井身轨迹设计与控制

定向井井眼轨迹设计技术是一口定向井施工的基础，只有井眼轨迹设计的准确、合理，才能保证定向井顺利施工，实现地质目标。

3.1 定向井轨迹设计原则

根据钻井场地实际情况，丛式井多，位移较大，以轨迹圆滑、控制最大井斜、降低斜率、下泵深度控制在上直段或稳斜段、减少后期有杆泵生产影响为工作方向。

3.1.1 尽可能减小设计的最大井斜角

按照井斜角的大小，可将定向井分为3 类：井斜角为15°～30°的属于小斜度定向井；井斜角为30°～60°的属于中斜度定向井；井斜角为60°～120°的属于大斜度定向井。3 种斜度定向井的难度相差很大。在可能的条件下，尽量减小最大井斜角，以便减小钻井的难度（但最大井斜角不得小于15°，否则井斜方位不易稳定）。能用小斜度定向井达到目的的，决不设计中斜度定向井；能用中斜度定向井达到目的的，决不设计大斜度定向井。大斜度定向井（包括水平井、大位移井等）仅仅在特殊需要的条件下使用。

3.1.2 要注意选好造斜点

造斜点处的地层要有利于造斜，应该是硬度适中、无坍塌、无缩径，并要避开高压、易漏等复杂情况的地层。为了今后的采油工作顺利开展，减少油管偏磨，造斜点一般选在上直段或者稳斜段，尽量不选在增斜段。

3.1.3 选择合适的井眼曲率

井眼曲率是用来表示井眼前进方向变化的快慢或井眼弯曲程度的指标。一般来说，井眼曲率小，则管柱在井眼内的摩阻摩扭就小，与此有关的井下复杂情况和钻柱事故也就少，但另一方面，井眼曲率也不能太小。对于普通定向井来说，在设计目标点的垂深、位移和造斜点不变的条件下，井眼曲率越小，造斜井段就越长，全井井眼长度就越大。但井眼曲率太小，则稳斜段长度相对较短，会导致轨迹调整的回旋余地变小。所以井眼曲率不能太小，通常增斜率不大于3°/30m，降斜率不大于1.5°/30m

3.2 不同类型井井身轨迹设计

3.2.1 对于靶点较深的小位移井

对于位移较小（500m左右）、靶点较深的井，尽量采用较深部造斜，采用五段制施工。满足老区加密或调整井的合理开发井网，控制住井距；控制全井最大井斜，确保后期的井筒措施治理的需要；下泵避开大斜井段，减少偏磨，消除定向井抽油杆疲劳折断，减小下泵段井斜。

3.2.2 对于靶点较深的大位移井

对于靶点较深的大位移井，控制最大井斜及下泵段井斜，在控制合理开发井网的基础上，采用四段或三段制施工。

3.2.3 对于靶点较浅的小位移井

对位移不大、靶点较浅的井，设计井身轨迹时可选择适当的造斜点，既可减小井斜角，控制住下泵段井斜，保证井身轨迹平滑，又能使泵下在增斜或稳斜段。

3.2.4 合理优化特殊井

优化井身轨迹完成，编写钻井地质设计中，不是简单地设计五段、四段、三段，根据实际情况进行调整。如XXX-1 双靶井：地质设计中明确三段制钻井施工，但该井由于受地面条件限制，靶前距40m，A 靶和B 靶位移相差525m，三段制根本无法实现，只能采取直、增、稳、增、稳“五段”完成施工，轨迹成“勺型”。XXX-1井剖面设计如表2所示。

表2 XXX-1井剖面设计表

总之在井身轨迹设计的时候各种不同类型的井不管采用五段制、四段制、三段制，哪种施工方式，均已控制最大井斜角和减小下泵段井斜为目标，使井眼轨迹光滑，减小狗腿度，增斜降斜均控制在3.0°/30m 以内（定向井井身质量要求不大于4.5°/25m），在满足地质要求，钻井施工可达到的前提下，努力减小井斜及狗腿对后期有杆泵采油的影响。

4 结论

我国虽然幅员辽阔但是实际有效土地面积不多，保护土地资源和环境资源尤为显得重要。近年来，定向钻井成功的实践之后，深刻地体会到了定向钻井给油田企业带来的好处和不可估计的社会效益。定向井钻井方案实施过程中钻井地质设计人员要充分做好与工程设计人员、采油研究院轨迹优化设计人员的结合，确保井身轨迹优化的实施与成果，促进采完钻一体化进程。