水平井钻井轨迹影响因素及控制技术研究

摘要：随着油气勘探开发的不断深入，我国的钻井技术水平也在逐步提升。对于低压、低产且低渗的油藏而言，采用水平井钻井技术可以实现高效开发。然而，由于水平井钻井过程中受到钻井环境、钻井工艺技术等多种因素的影响，水平井钻井轨迹控制难度相对较大。基于此，本文主要对水平井钻井轨迹控制的影响因素进行了深入分析，在此基础上，提出了钻井轨迹控制的技术措施，以期能够为保障水平井钻井作业的顺利进行奠定基础。

关键词：水平井;钻井轨迹;影响因素;控制技术

近年来，随着钻井技术的不断发展，水平井钻井工艺因其具有明显提高单井产量和采收率等优势，在油田开发中得到了广泛应用，取得了较好的效果。然而，由于水平井钻井过程中受到钻井环境、钻井工艺技术等多种因素的影响，水平井钻井轨迹控制难度相对较大。因此，在水平井钻井过程中， 如何精确地控制水平井钻井轨迹是目前相关部门研究的关键问题。笔者结合自身工作经验，对水平井井眼轨迹控制特点及影响因素进行了分析，并提出了钻井轨迹的控制措施，为保障水平井钻井作业高质量的完成奠定基础。

1水平井井眼轨迹控制特点

水平井根据半径划分可以分成短半径水平井、中半径水平井和长半径水平井三种类型。在进行水平井钻井过程中，实钻轨迹往往会 出现超前、适中或滞后等问题。实钻轨迹点的位置超前，相当于缩短了靶前位移。此时若井斜角偏大，会使稳斜钻至目的层所产生的位移接近 甚至超过目标窗口平面的位置，必将延迟入靶， 且往往在窗口处脱靶。轨迹点位置适中，若此时井斜角大小也适中，是实钻轨迹与设计轨迹符合的理想状态。但若井斜角大小超前过多，往往需要加长稳斜段，可能造成延迟入靶，或在窗口处脱靶。 轨迹点的位置滞后，相当于加长靶前位移。此时若井斜角偏低，就需要提高造斜率以改变待钻井眼垂深和位移增量之间的关系，往往要采用较高的造斜率而提前入靶。研究发现，控制轨迹点的位置接近或少量滞后于设计轨道，并保持合适的井斜角，有利于井眼轨迹的控制。轨迹点的井斜角偏大可能导致脱靶或入靶前所需要的造斜率偏高。实际上，水平井造斜段井眼轨迹控制是轨迹点的位置和矢量方向的综合控制。

2水平井轨迹控制影响因素分析

2.1井身设计因素

精确的目标设计是水平井钻井能否钻遇目的层，获取经济效益的关键，其中，目标区块筛选、水平井参数设计，包括水平段长度设计、水平段垂直位置计算、水平段方位设计等，这些因素都会对水平井井身轨迹的精度造成直接的影响。在水平井钻井作业开始之前，需要对井身轨迹进行最优化的设计，通常，普通的定向井钻井目标区是一个靶圆，钻井时井眼能够穿过靶圆就可以满足设计要求，而水平井的钻井目标区是一个扁平的立方体，不仅需要水平井井眼能够准确的进入井口，而且要求靶区轴线与井眼方向必须保持一致，对井眼轨迹的控制要求非常高。另外，由于目标区垂深和造斜率的不确定性，导致井眼轨迹控制难度增大，如果精度不高，容易导致水平井脱靶的风险。

2.2钻进因素

首先，由于水平井井眼的井斜角大，井眼曲率大，使得管柱在井内的运动受到极大的摩擦阻力，导致钻井起钻、下钻、下套管以及钻头加压困难，加大了轨迹控制难度;其次，在水平段钻进过程中，随着水平段井段增长，井内泥浆液柱的激动压力和抽吸压力会持续增大，而地层破裂压力保持不变，极易出现井漏、井塌问题。井漏问题的出现会引发钻井成本增加以及钻探失效等一系列的风险。

最后，由于水平井井眼轨迹是倾斜的，岩屑在上返过程中，将沉向井壁的下侧，堆积起来形成岩屑床，特别是在井斜角为40o-60o的井段更加严重，堆积起来的岩屑床会不断的向井壁下侧滑动，容易导致井眼堵塞事故。

3 水平井钻井轨迹控制技术

3.1 直井段控制技术

直井段是水平井施工中的基础部分，该段井眼轨迹控制技术将直接影响到后续的施工。直井段最重要的任务就是做好防斜，保证打直，具体而言，就是保证井眼轨迹成为一条铅垂线，但是，在实际钻井过程中，并不能实现这一目标，必然会出现井斜角，因此，需要将其控制在一个合理的范围之内，避免对后续的施工造成影响。针对此问题，需要优化钻具组合，防止井斜角过大。如果钻井需要使用钟摆钻具组合，则需要保证鉆具具有足够的钟摆力，防止在钻井作业中出现井斜角，事实上，在直井段钻井作业的过程中，需要尽可能使用钟摆钻具。钻井过程中，若是采用的是PDC钻头，那么钻井参数要尽量保证高转速和低钻压，钻具组合不能发生弯曲，避免打直效果受到影响，为后续的着陆段打好基础。

3.2着陆段控制技术

着陆段的轨迹控制就是根据设计轨迹的标准要求将井斜角从0调整到规定值，到达目的层，进而顺利到达靶点，为了提高着陆段的控制水平，工作人员需要做好以下几方面的工作，首先，要对造斜的工具进行合理的选择，造斜工具要保证略高忽低，并综合参考地层的实际岩性、走向、地温梯度等，选择合适的角度，保证造斜率的稳定，其次，在造斜作业施工的早期阶段，工作人员要坚持先高后低的基本原则，实际钻井作业的造斜率需要尽可能高于设计的造斜率，一方面减低后期造斜率，另一方面可以保证后期造斜率的稳定。最后，在着陆段钻井作业的过程中，工作人员需要时刻关注垂深、位移以及井斜三者之间的关系，尽可能提高造斜作业的质量，在完成造斜以后，需要做好矢量入靶工作，在矢量入靶的过程中，工作人员仍然需要对井斜角和方位角进行精确的控制，以此保障整个施工作业顺利进行。

4结束语

综上所述，由于水平井钻井技术具有提高单井产量和油气采收率等优势，因此，在油田开发中得到了广泛的应用。但是，受到多种因素的影响，水平井钻井轨迹精度控制难度较大，如何提高水平井轨迹控制能力是确保水平井成功实施的关键因素。相关企业在施工前需要做好井眼轨迹优化设计，施工中根据井眼轨迹的实际情况制定轨迹控制对策，从直井段钻井轨迹控制和着陆段钻井轨迹控制两个方面入手，并配合其他合理的工程技术措施，有效地保证井眼轨迹准确中靶。

参考文献：

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[2] 李永军 . 水平井钻井施工过程轨迹控制研究 [J]. 中国石油和化工标准与质量，2017，37（14）：173-174.

[3]李梦刚.水平井井眼轨迹控制关键技术探讨[J]. 西部探矿工程，2009（02）.

作者简介：赵雷（1975-），男，四川彭水人，助理工程师，从事钻井工作。