连通水平井轨道对接控制技术

[摘 要]本文以煤层气开发为载体，从水平井轨迹末端对接控制的角度介绍了精确连通井的定位方法、轨迹控制技术和双井末端精确连通技术。介绍了具体的施工措施，探索适合国情的双井精确连通技术和方法，以应对国内煤层气和芒硝矿等资源的开发。这些技术措施的应用不仅避免和降低了井下事故的发生，且实现了优质快速高效开发，同时对开发非石油矿藏具有很好的借鉴意义。

[关键词]煤层气；连通井；轨迹控制；RMRS；磁定位；精确连通；双井

中图分类号：TE21 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）14-0096-01

1 前言

双井连通水平井的最终目标是有效钻穿目的层，而且与目标直井（造穴井）实现精确连通，因而末端精确连通是轨迹控制技术关键之中的关键，是检验双井精确连通成败的标准。连通水平井的井眼轨道控制技术重点在以下三个方面：一是临井（排采井）的井眼轨道防斜打直控制技术；二是水平井（工程井）着陆前井眼轨迹控制技术，利用地质导向技术钻出数据准确、轨迹圆滑、入靶姿态良好的水平井是连通的基础；三是水平段穿越目的层，提高目的层穿透率井眼轨道控制技术；四是精确连通仪器的选择和使用，确保能精确掌握待连通两井相对位置与距离，实现两井精确顺利连通。

2 双井连通水平井分段轨迹控制技术

2.1 水平井（工程井）着陆前的井眼轨道控制技术

工程井造斜段的施工是工程井成功的基础，和其它水平井一样，轨迹控制的原则是选择合适的造斜工具，钻出规则平滑的井眼轨迹，最终形成准确的、可控的入靶姿态，有利于水平段施工。针对煤层气工区施工的特点，井身轨迹控制还要注意以下几点：

a、要选择适中造斜率的动力钻具。由于煤层基岩以下成岩性强，经常发生卡钻事故，所以选择无扶正块或较小扶正块的单弯动力钻具更安全；

b、地层可能钻遇含大块砾石的砾石层，尽管层较薄（一般2-5m），容易造成卡钻，而且工具造斜率明显下降，因此要制定相应的应对措施；

c、目的层提前或滞后时的应对措施。由于地质勘探资料少等多种原因，目标层垂深有时经常变化，最多时超过15m，因而在控制轨迹过程中要有一定的思想和技术准备。

2.2 水平段井眼轨道控制技术

通常施工的煤层气井水平段井眼设计采用直径为∮152.4mm的井眼，所要开采的目的煤层为厚度不足6.5m、最薄的甚至不足2.3m的超薄煤层，精度要求很高，同时煤层以块煤为主，极易发生井下事故，给水平段轨迹控制提出了更高的要求。水平段施工的技术难点主要有以下几点：

c、小井眼地质导向技术在大段煤层中应用，解决仪器信号的接受和传递也是一个大的挑战；

d、有效处理水平井段滑动钻进的钻压传递问题，是顺利施工需要考虑的重点；

e、测量误差问题。为了最终实现末端对接，水平段施工开始，就需要对测量仪器的测量误差进行分析和校正，调整井眼轨迹，瞄准目标井。

针对上述水平段施工的技术难点，开展了相应的技术研究和探索，采取了必要的技术措施，主要有以下措施：

（1）充分发挥测量仪器的地质导向作用，实时监测伽马数据，及时判断钻头位置，随时调整井眼轨迹，在井斜角合适的情况下，合理分配钻进方式，尽量使滑动钻进和复合钻进交替进行，避免施工中出现大段的定向施工作业，这样可以保证井身轨迹的平滑性及准确性；

（2）合理优化钻进参数，调整钻井液性能。水平段施工中要尽可能加大泥浆泵排量，以便清洗井眼和有效携岩；钻进过程中，采取每钻进一根划眼二遍，达到修理井壁的目的。旋转钻进时，保持稳定参数钻进，及时掌握其造斜规律，充分合理地利用工具和地层造斜规律，满足轨迹控制的要求；

（3）进行了钻具力学性能分析及井下压力检测，同时在钻具组合中加入了随钻震击器，保证了井下安全钻进；

2.3 双井末端精确连通控制技术

双井连通水平井的最终目标是有效钻穿目的层，而且与目标直井（造穴井）实现精确连通，因而末端精确连通是轨迹控制技术关键之中的关键，是检验双井精确连通成败的标准。

（1）双井精确连通导向仪器的工作原理：

精确连通导向仪器工作原理是在正钻工程水平井内下入RMRS专用强磁接头，同时在造穴井内用有线设备下入RMRS仪器，校准井深后，将RMRS仪器探管下至玻璃管套管内，作为接收端，RMRS会不断检测强磁接头的磁参数，通过解码分析后，形成磁接头相对RMRS仪器的位置和方向数据，数据通过无线信号发射到安装在工程井仪器房内的接收器上，定向工程师根据这些数据不断修正待钻井眼轨迹，在兼顾地质导向数据确保在煤层中钻进的基础上，通过调整动力钻具的钻进姿态，使井眼轨迹朝造穴井洞穴方向钻进，直到最终连通；

（2）造穴井（直井）连通前的准备：

当准备连通时，在直井井场要提前准备有线设备，组合好RMRS仪器串，重新校正电缆计数器，确保计数准确无误，按甲方提供的直井玻璃钢套管位置，将RMRS平稳下放到洞穴中心，一切就绪后给工程井发准备好信号，等待连通工程师的指令。

（3）工程井末端水平对接施工技术措施：

a、钻具组合：

φ152.4mmPDC钻头+磁接头+φ120mm螺杆+φ120mmMWD +φ120mm无磁钻铤+φ121mm随钻震击器+φ89mm钻杆+φ89mm加重钻杆+φ89mm钻杆。本趟钻具的特殊点是加入了一个强磁接头，因而下钻过程中，要求司钻操作平稳，严防严禁猛刹、猛放；

b、处理直井测量数据。按照甲方提供的造穴井多点数据，重新计算造穴井全井井身轨迹，计算洞穴处的轨迹数据，作为工程井的目标数据。为了保持数据的一致性，双井采用同一种测量数据计算方法；

c、工程水平井按照工具、仪器的操作规程，末端与造穴井对接；

d、双井连通的判定：

当钻至距离目标井3m左右时，应从直井中将RMRS仪器提离井底，远离洞穴，避免RMRS在连通时被钻头损坏。若目标井中有水返出，或者正钻水平井泵压突然下降，则表明两井连通成功。

3 认识与总结

（1）磁定位方法的选择，直接影响到双井连通的精确程度。定位方法是基础，而关键是要建立精确导向系统，借助专用的精确导向系统，才可以实现精确连通。

（2）工程井造斜施工是工程井成功的基础，和其它水平井一样，轨迹控制的原则是选择合适的造斜工具，钻出规则平滑的井眼轨迹，最终形成准确的、可控的入靶姿态，有利于水平段施工，所以在水平井施工中应该优选钻具参数，优化井身轨道剖面设计，以适应施工地区的不同的地层、地质要求。

（3）RMRS仪器是放置在目标井中，提供的是钻头相对于靶点的相对空间数据。不能提供给我们实钻轨迹的井斜角、方位角等数据，因此要进行轨迹控制还需要MWD仪器提供井眼轨迹数据，在较薄的煤层中钻进时为保证不钻出煤层的顶底界还需要配合地质参数钻进。

（4）工程水平井的最终目标是有效钻穿目的层，而且与目标直井（造穴井）实现精确连通，因而末端精确连通是轨迹控制技术关键之中的关键，是检验双井精确连通成败的标准。

参考文献：

[1] 龚志敏；段乃中. 岚M1-1煤层气多分支水平井充气钻井技术[J].石油钻采工艺，2006，28（1）：15-18.

[2] 闫永维，高德利，吴志永.煤层气连通井引导技术研究[J].石油钻采工艺，2010，32（2）：23-26.