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定向井井眼轨迹控制影响因素分析及对策

作者:未知

  摘 要:定向井井眼轨迹控制技术关系到钻井的成败,定向井技术具备很多优点,既能降低钻井成本,同时又能保证石油的正常开发,是一种按照既定方向进行钻井目标确定的主要方式。影响井眼轨迹的主要因素有地质特性、钻具组合结构、井眼轨迹几何形状、钻井工艺参数等。在钻井过程中,要想实现钻孔的准确性和高效率,就必须要严格的控制定向井井眼轨迹以及其预测的质量,如果没有精确的井眼轨迹参数预测,就不可能实现准确的井眼轨迹控制。
  关键词:定向井;井眼轨迹;影响因素;控制对策
  石油钻探是一项高投入、高风险、高回报、隐蔽性強的行业。它主要是以地质勘探资料为设计依据、以钻井为手段、以效益最大化开发油气资源并获得地质信息为目的的一项系统工程。定向井是石油钻探开发中的重要手段之一,是一种设计目标(靶区)与井口不在一条铅垂线上的井。井眼轨迹控制是钻井施工中至关重要的环节,它关系到能否顺利实现钻井目的。在定向井施工前,要根据钻井目的和地质情况,优化定向井井眼轨迹剖面设计,为定向井施工奠定基础。在定向井施工过程中直井段要防斜打直,造斜井段要把好定向造斜关,稳斜井段要跟踪控制到靶点,在保证中靶的前提下,最大限度的提高机械钻速。只有全面掌握这些关键的施工环节,才能保证定向井施工顺利进行。
  1 定向井井眼轨迹控制影响因素分析
  钻井施工中影响井眼轨迹的主要因素有地质特性(地层可钻性、各向异性、地层的自然倾斜、岩石类型与强度等)、钻具组合结构(钻头类型、稳定器的位置、数量、尺寸、钻具的刚性、倾斜和弯曲等)、井眼轨迹几何形状(井斜角、井斜方位角、井眼直径等)、钻井工艺参数(钻压、转速、泵压等)。井眼轨迹是上述诸因素互相作用的结果。但目前尚无数学力学模型能反映井眼轨迹变化与上述诸因素之间的函数关系来指导施工,现场只能凭经验及外推法施工。再加上工程技术人员层次、经验的差异,这就必然造成实钻井眼轨迹要偏离井眼轨道这一现实。为了提高中靶率,在施工过程中就必须对钻头的前进方向时时进行控制,而实际的井眼轨迹参数,在地面上是无法观测的,必须通过专用仪器监测才能得到。目前的钻井轨迹监测技术的不足是不能实现连续监测、监测仪器的方向参数传感器离钻头有一段距离(一般为4~17m)、测量与显示不同步,致使实钻过程中各钻进监测参数值采集滞后。在施工中需要及时了解当前钻头的方向参数及待钻井眼延伸趋势,目前的监测技术都无法实现,为完成井眼轨迹控制就需工程技术人员进行预测并做出施工决策。
  2 定向井井眼轨迹控制对策
  在钻井施工中,井眼轨迹控制就是在钻井施工过程中通过一定的手段使实钻井眼轨迹尽量能符合设计的井眼轨道最终保证中靶的过程。通过研究表明,钻头前进方向是由钻头受力状态所决定,钻头受力状态又是由近钻头钻具组合结构受力变形、钻井工艺参数、井眼轨迹的几何形状和地层特性决定的。笔者通过研究,归纳总结出一套控制井眼延伸方向的有效方法。
  2.1 既要保证中靶,又要提高钻速
  在实钻过程中,要随时准确地预测井眼轨迹的延伸方向,选择合适的造斜工具或钻具组合,使实钻轨迹偏离设计轨道“不要太远”。所以,何时用更换钻具的方法来控制井眼轨迹,就成了井眼轨迹控制的关键。在待钻井段内,如果因地层因素产生的自然漂移或通过调整工艺参数可使井眼轨迹恢复到设计轨道上,则可通过调整钻井工艺参数继续钻进,否则更换其它钻具组合进行控制。
  2.2 尽可能多的使用转盘钻+近钻头钻具组合来进行轨迹控制
  由于转盘钻的机械钻速比动力钻具钻要高,所以在造斜段结束之后,一般都要换用转盘钻继续增斜、稳斜或降斜。当出现以下两种情况时可以使用动力钻具进行控制:
  ①使用转盘钻扶正器组合已难以完成增斜或降斜要求;
  ②转盘钻扶正器组合不能控制方位,井眼方位有较大偏差或有可能造成脱靶时。
  2.3 尽可能利用地层的自然造斜规律
  钻井工程技术人员应熟知地层特性导致钻头的不对称切削、侧向切削,或引起井斜变化,或引起方位漂移的规律,并根据预测结果尽可能的利用其特性,以减少更换工具进行控制的次数。
  2.4 在条件允许的情况下尽可能使用导向钻具+MWD
  使用导向钻具+MWD+准确的井眼方向预测,在完成一口井的施工时无须因井眼轨迹控制问题而更换钻具组合。即造斜、增斜、降斜、扭方位施工时滑动钻进,稳斜施工时复合钻进。它不但减少了钻进工作间断次数,还避免了因起下钻而引起的井下复杂情况,从而可大大降低钻井成本。
  3 结束语
  综上所述,定向井井眼轨迹控制技术决定着钻井的成功与否,因此在进行定向井眼轨迹控制技术实施的过程中需要对整体操作过程进行全面的控制。目前,钻井施工过程中不能精确的井眼轨迹控制是制约建井周期、钻井成本的关键因素。实践证明,在钻井施工过程中只要能准确预测井眼延伸方向,遵循井眼轨迹控制原则,即可实现不脱靶又可实现经济效益最大化的最终目的。
  参考文献:
  [1]冯定,袁咏心,李汉兴,等.井眼轨迹控制工具发展现状及趋势[J].石油机械,2011(03).
  [2]王礼学,陈卫东,贾昭清,等.井眼轨迹计算新方法[J].天然气工业,2003(S1).
  [3]鲁港,齐兆斌.实钻井眼轨迹监控的自然曲线模型[J].石油地质与工程,2008(04).
  作者简介:
  张继武(1980- ),男,毕业于西南石油大学石油工程专业,工程师,主要从事定向井技术服务工作。
论文来源:《中国化工贸易·下旬刊》 2019年1期
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