川西浅层水平井轨迹控制技术

摘要： 浅层水平井井眼轨迹控制技术是浅层水平井施工的关键环节之一，针对浅层水平井的钻井特点和影响井眼轨迹控制的因素，对现有钻具组合造斜率预测方法进行分析；针对浅层水平井井眼轨迹控制工艺和工具设计提出了一些技术措施，并结合川西浅层水平井钻井情况，总结了浅层水平井井眼轨迹控制工艺技术，得出了浅层水平井井眼轨迹控制几点建议，为今后在川西浅层施工的长水平段水平井积累实钻经验。

关键词： 川西浅层；水平井；位垂比；轨迹控制；钻具组合中图分类号：TE2文献标识码：A文章编号：1006-4311（2012）08-0023-02

0引言

水平井技术可有效增加油气产量、提高油气采收率和降低油气开发成本，是实现中浅层稳产的主要途径。国内外的成功经验已经证明，长水平段水平井是改善低孔、低渗等低效油气田开发效果的理想技术手段。由于浅层水平井具有造斜点浅、造斜井段短、造斜率较高（一般在8°/30m）、大斜度井段和水平井段施加钻压困难、靶窗小等特点，钻井施工中的井眼轨迹控制问题成了浅层水平井井眼轨迹控制的一项关键技术。如何利用现有的井下工具和仪器实现对浅层水平井井眼轨迹的精确控制，是浅层水平井钻井需要解决的主要技术难题。结合川西浅层开发特点，轨迹控制工艺和钻具组合，从而完善川西浅层水平井配套技术。

1技术难点

①由于直井段短，造斜井段的地层较松软，工具实际造斜率难于确定，要求井身剖面调整性强，能够对垂深误差进行一定的调整，从而使井眼轨迹控制难度进一步增大。②造斜点浅直井段钻柱重量轻，水平位移相对较大，大斜度井段和水平段施加钻压困难；要求井眼轨迹控制平滑，水平段波动幅度尽可能小。③测量点距离井底相对滞后（15m左右），施工时如何准确判断着陆点、井下动力钻具组合造斜率预测问题。④影响轨迹控制因素分析，储层不确定、不规律、不稳定，设计目的层垂深与实际钻遇地层情况存在差异，使整个水平段在储层中延伸难度增加。⑤在大斜度井段、水平井段钻进中，钻具平躺在下井壁，钻具与井壁的接触面积增大，施工过程中摩阻升高、扭矩增大，起下钻阻力大；致使施工中工具面摆放困难；钻进中托压导致滑动钻进时加不上钻压，钻速低。⑥浅层水平井对钻井液各项性能要求更高，不但要求钻井液具有良好的携岩性能，还要综合考虑钻井液的性、井壁稳定性等方面。从而保障井下安全，避免粘附卡钻、沉砂卡钻井下事故的发生。⑦水平段长，位垂比大，随着水平段的延伸，起下钻摩阻也相应增大，特别是水平段钻遇泥岩段后摩阻增加。

2技术措施及施工工艺

油层顶部垂深误差，加大了浅层水平井轨迹控制的难度，误差越大控制难度就越高。浅层水平井轨迹控制首先选择井下动力钻具、测量仪器、轨迹监控软件；以轨迹控制操作过程和方法，以及着陆控制和水平段控制过程。

2.1 动力钻具及钻具组合施工中排量由小到大逐步增加，减少对上部疏松地层的冲蚀，保证造斜率。

组合1：钻头+螺杆钻具+回压阀+无磁钻铤+MWD+加重钻杆+斜坡钻杆。

组合2：钻头+螺杆钻具+回压阀+无磁承压钻杆+MWD+斜坡钻杆+加重钻杆+西坡钻杆。

井斜角在40°左右时采用倒装钻具组合。

2.2 造斜率选择和控制目前设计平均造斜率控制在18°～24°/100m。马蓬75-1H选用1.5°单弯螺杆设计造斜率18°/100m，实际18.9°/100m，保证了顺利中A靶。孝蓬101-1H选用1.5°单弯螺杆设计造斜率°/100m，实际°/100m，均满足了造斜的需要。马蓬75-1H、孝蓬101-1H井2口井水平段施工均选用1.25°单弯螺杆水平段平均全角变化率5.35°/100m。

2.3 着陆控制技术矢量中靶就是不仅要控制钻头与靶窗平面的交点位置，还要控制钻头进靶的方向。为了在水平段内能有效控制井眼轨迹，就要按矢量进靶的要求控制好着陆点位置和方位，以免进入水平井段后被迫调整井斜和方位，从而影响井身质量和钻进效率。

2.4 轨迹监控预测对已钻井段进行计算，和设计的轨迹进行偏差认定，对钻具组合的稳斜能力和纠斜能力进行分析和评价，随时分析钻头上、下、左、右四边界距离，并对测量点以下井眼进行预测，根据测量数据对待钻井眼做出是否需要调整井斜（上下）和方位（左右），何时进行调整的判断的决策。这样保证在转折点也不出靶，已留出足够进尺来确定调整时机，实施调控。

在调整中，要对调整段进尺做出精确计算，变换导向方向后还要估计下次调整开始可连续钻进多少进尺；应尽量减少调整次数，以提高机械钻速。

3川西施工实例

3.1 位垂比大、水平段长孝蓬101-1H井是目前西南地区位垂比（1.52:1）最大的浅层水平井，是西南石油局首批浅层水平井先导性试验井，创西南地区位垂比之最，马蓬75-1H井西南浅层创水平段最长。实钻数据见统计表。

3.2 技术指标

3.3 轨迹控制

3.3.1 钻具组合及效能（表3）

3.3.2 井眼质量保证措施①井眼质量控制是浅层水平井的一难题，特别是上部311mm井眼，排量小携沙效果不好，钻速慢；排量大易冲垮地层、形成大肚子井眼，排量应由小到大逐步增加，这一措施是控制浅层水平井井眼质量的重要手段，同时加大钻具活动幅度。②进入大斜度井段坚持划眼措施，以破坏岩屑床的稳定；即每打完1个单根，视钻进速度、阻力大小划眼1-2次，至井眼畅通，坚持短程起下是破坏岩屑床的有效办法。③轨迹控制过程必须24小时值班通过合理的预测，然后对每个单根进行精确控制，及时掌握滑动与复合钻进过程中井斜和方位的变化。④严格按设计轨迹控制，水平井设计垂深与实钻误差要及时调整，轨迹控制在AB界线内。

3.3.3 合理控制水平井探顶及着陆段的精确控制，通过认真研究和实践，已形成浅层水平井的井眼控制技术，并成功实现了不通类型井眼轨迹的精确控制。例如：孝蓬101-1H井A靶纵距0.07m、横距1.27m达到了准确入窗；马蓬75-1H井A靶纵距1.65m、横距0.97m均实现了准确入窗。

3.3.4 合理控制水平段井斜角，提高轨迹精度，通过合理控制实钻水平段井斜角，可以减少水平段波动幅度，为油层套管顺利下入创造条件，目前施工的7口先导性试验井都在窗体内，波动幅度控制在1.5m以内。

3.3.5 及时采用倒装钻具结构，减少造斜段一下钻具重量，保证钻压的有效传递，并有效防止键槽，是浅层水平井成功的关键之一。

3.3.6 针对大斜度井段、水平井段施工中携沙困难、易粘附卡钻、托压的发生；应及时补充防塌、携沙材料，严格控制钻井液失水，特别是控制泥饼摩阻系数＜0.08；强化固控设备的正常运转，严格控制含砂量。根据上提下放阻力，相应加入剂，最大限度地降低摩阻，有效地避免各种井下复杂和事故的发生。

4结论及认识

4.1 浅层水平井确保造斜井段实际造斜率是井眼轨迹控制的关键；合理预测钻具造斜率是选用钻具组合的主要依据；通过优化钻具组合与钻井参数，采用倒装钻具结构，减少造斜段以下钻具重量，保证钻压的有效传递，并有效防止井下复杂情况，是浅层水平井成功的关键。

4.2 摩阻、扭矩的分析计算在井眼轨道优化设计、钻具组合设计和施工中起了非常关键的作用。利用摩阻扭矩计算软件进行实时摩阻扭矩分析，采用短起下钻、分段循环等手段有效清除了岩屑床，保障了井眼畅通和井下安全，合理调整钻井液性能，保障全井井壁稳定，降低了摩阻。

4.3 大井眼施工，为保证井下岩屑的清除以及定向初期，同时考虑工作排量和螺杆钻具允许最大排量之间的关系，如果排量明显大于螺杆钻具的额定排量和最大排量时，应考虑选用中空转子螺杆钻具，可保证施工要求的同时，清洁井底沉砂和保证井下安全。

参考文献：

[1]李绪锋（导师：管志川，都振川）.胜利油田高平1大位移水平井钻井技术[D].硕士学位论文，中国石油大学，2010.

[2]陈德信，陶瑞东.红9-1浅层大位移定向井钻井技术实践[J].石油钻采工艺，1998（3）.

[3]孙兆峰，张晋松.大牛地气田水平井钻井工艺技术与实践[J].民营科技，2010（9）.