丛式三维水平井轨迹优化控制技术.doc

丛式三维水平井轨迹优化控制技术
翟文涛
摘要：通过分析丛式三维水平井的特点，得出了丛式三维水平井轨迹的难点，并针对这些轨迹控制的难点提出了相应的技术措施。特别针对丛式三维水平井的防碰问题，扭方位井段轨迹控制等问题进行了分析。同时通实例分析，给出了丛式水平井轨迹优化控制的要点，最后给出了丛式三维水平井轨迹控制的有关结论及建议。
关键词：丛式井 三维水平井 轨迹控制
随着胜利油田开发的深入，目前在胜利油田的开发中布置的水平井受到井位的限制，很多设计为丛式三维水平井井组，三维水平井井组的水平井轨道设计通常为在井斜角较大之后扭几十度的方位，同时因为受到靶前位移的限制，水平井的造斜率就已经较高，这使得后期的狗腿度偏大，给水平井轨迹的控制和井下安全带来了很大困难和风险。同时由于井组井间距较小，或设计及施工顺序的问题造成防碰形式严峻。本文通过对丛式三维水平井井组施工的分析，给出了该类型水平井井组轨迹优化控制的技术措施，对该类型水平井井组的优质施工具有重要借鉴意义。
1.丛式三维水平井井组的设计特点
丛式三维水平井井组是指井组井口大于等于两口，且至少有一口井身轨迹为三维设计的水平井的丛式井。表1为一丛式三维水平井井组中其中一口井的轨道设计数据：
表1 三维水平井设计数据
井深
m
井斜
°
方位
°
垂深
m
水平位移
m
南北
m
东西
m
狗腿度
°/100m
工具面
°
靶点
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00

621.85
0.00
315.00
621.85
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00

706.46
17.75
315.00
705.11
12.99
9.19
-9.19
20.97
0.00

1023.09
84.16
21.37
893.63
230.56
224.11
-54.17
35.13
53.18

1053.14
90.46
21.37
895.00
255.75
252.07
-43.22
20.97
0.00
A
1300.13
90.46
21.37
893.00
484.33
482.07
46.78
0.00
0.00
B
该井组各井有关数据如表2所示：
表2 井组各井有关数据
井号
造斜点
（m）
中靶时方位
（°）
造斜点方位
（°）
方位角变化
（°）
---
621.85
21.37
315
66.37
---0
647.71
30.07
18.47
11.60
---
608.10
194.86
174
20.86
由表1，表2可以看出丛式三维水平井设计时狗腿度较大，表1所列狗腿度最大达到了35°/100m，从表2可以看出三维水平井的方位角的变化较大。
2.施工难点
丛式三维水平井除了单口水平井的所具有的井身轨迹控制难点如：目的层埋深的不确定，地层造斜率不稳定，仪器测斜零长大之外，还具有以下施工难点：
1.全角变化率相对较高
由于目前油田内水平井一般设计造斜率为20-30°/100m，在井斜较大大之后，再进行扭方位施工就容易造成全角变化率偏大，设计全角变化率一般超过了20°/100m。
2.后期施工难度大
丛式三维水平井设计时一般在井斜40°以后进行扭方位施工，在井斜较大时，进行扭方位施工的难度较大，既要保证造斜率又要满足轨迹调整要求可能存在施工的困难，矢量中靶的难度增大。
3.防碰形式严峻
目前在胜利油田丛式井的井口间距多在5m左右，这就存在直井段的施工，同时由于丛式井组设计和施工的衔接存在问题，有些丛式井组的施工中存在井眼轨迹的交叉问题，也造成防碰形式的严峻。
4.井下情况复杂
目前油田内水平井造斜段地层一般较浅，地层较为疏松，加之狗腿度过大，岩屑携带困难等，在下钻的时候容易遇阻和出现新井眼，同时在30-70°井斜的井段，属于岩屑的携带困难井段，如果狗腿度偏大，岩屑携带将更加困难。因此在施工过程中也容易出现复杂的井下情况。
3 技术措施：
1．严格控制直井段井身质量
水平井直井段的井身质量直接影响丛式井的防碰、斜井段、水平段的轨迹控制及施工速度。由于靶前位移受到限制,直井段防斜打直技术是水平井施工的基础,若正位移偏大,势必造成实际造斜点下移,造斜率提高,严重影响轨迹控制、施工速度和提高入靶点的难度,同时在丛式水平井组中，如位移较大将会使井眼间距变小，增加了防碰的难度，为此,在直井段施工中,加强防斜打直技术措施,确保直井段井身质量。
2．优化井身轨迹设计和防碰预案制定
根据地层造斜规律、工具的造斜能力、下入FEWD后的造斜率要求确定造斜段的造斜率，同时要根据直井段的数据对剖面进行修改。而对于应用FEWD的水平井,其关键技术是下入地质导向仪器前斜井段井眼轨迹的调整,保证下入地质导向仪器后的狗腿度不大于25°/100m 。同时，做好防碰预案的设计，必要时采取提前定向，造侧位移或负位移的方式进行防碰。
3.做好井组的整体设计和施工顺序的安排
按照井组各井的轨迹，做好总体的井组设计，根据各井的靶点数据，合理安排井口，避免出现在斜井段防碰的问题，在设计阶段减小防碰及施工的难度。同时在施工前，合理安排施工的顺序，降低施工的难度。
4．合理选用单弯钻具，严格定向施工措施
在丛式水平井组施工中，要合理选择单弯的度数，在定向施工时，严格施工参数，保证滑动钻井的效果，使井身轨迹能尽可能圆滑。认真分析地层情况，有复杂地层时如增斜效果差的地层时要提前做出调整。
5．保证钻井液性能和严格施工措施
钻井液要维护较高的性能，保证井壁稳定、携岩、润滑等效果，这是保证井下安全最主要的条件。根据井下情况及时进行短起下作业。起下钻时严格按照操作规程进行，避免出现复杂情况。
4实例分析
下面以---和---井三口同台水平井的施工为例进行分析：
4.1优化剖面设计
---原始设计见表2
表2---原始设计数据
井深
m
井斜
°
方位
°
垂深
m
水平位移
m
南北
m
东西
m
狗腿度
°/100m
工具面
°
靶点
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00

621.85
0.00
315.00
621.85
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00

706.46
17.75
315.00
705.11
12.99
9.19
-9.19
20.97
0.00

1023.09
84.16
21.37
893.63
230.56
224.11
-54.17
35.13
53.18

1053.14
90.46
21.37
895.00
255.75
252.07
-43.22
20.97
0.00
A
1300.13
90.46
21.37
893.00
484.33
482.07
46.78
0.00
0.00
B

通过该井的原始设计可以看到 ：在井段706.46-1023.09m时狗腿度达到了35.13°/100m。即不利于施工，狗腿度也严重超过了地质导向仪器要求的范围，因此施工前通过提前造斜的方式修改了设计，修改后的设计狗腿度控制在了25°/100m，修改设计如表3所示：
表3----修改设计
井深
m
井斜
°
方位
°
垂深
m
南北
m
东西
m
狗腿度
°/100m
造斜率
°/100m
靶点
0
0
240
0
0
0
0
0

240
0
240
240
0
0
0
0

273.33
5
240
273.29
-0.73
-1.26
15
15

600
5
240
598.71
-14.96
-25.92
0
0

633.33
0
0
632.01
-15.69
-27.17
15
-15

778.04
36.18
326.1
767.29
20.99
-51.82
25
25

783.23
36.18
326.1
771.48
23.53
-53.53
0
0

1066.22
90.46
21.37
901.5
254.77
-47.81
25
19.18
A
1313.21
90.46
21.37
899.5
484.77
42.19
0
0
B

4.2轨迹控制的要点
该井组井距不到5m，为做好防碰，二开即下随钻测斜仪器对直井段进行监测，保证直井段的质量，保障后续施工。在斜井段施工中，该区块存在玄武岩，对仪器干扰较大，在该地层施工时，通过严格工具面的控制，保证方位的变化。该区块地层较为复杂，施工中根据井下情况，及时进行短起下，保证井下的安全。
5 结论
1.丛式三维水平井井组的施工中，表层要投测多点数据，做好防碰扫描。在施工中通过严格控制直井段的井身质量或通过提前进行定向，造侧位移或负位移的方法进行防碰。
2.三维水平井相对于普通水平井井身轨迹的施工难点在于方位角的变化，特别是丛式三维水平井井组，一般在井斜较大后进行扭方位，可以采取优化剖面，保证防碰安全的前提下，提前调整轨迹，减少后期方位角特别是入油层前方位角的变化。
3.做好井组的整体设计，丛式三维水平井在设计时，要整体考虑该井组的轨迹要求，做到井组轨迹的优化，减少防碰难度。同时要做好施工顺序的安排，来降低不必要的防碰问题，提高施工速度和质量。
4.做好井下安全措施，丛式三维水平井井身轨迹复杂，狗腿度普遍较高，岩屑携带较为困难，施工中要保证钻井液性能，及时进行短起下作业来保证井下的安全。
5.建议在类似丛式井组设计时，适当增加井间距，降低防碰的难度。同时适当增加靶前距，减小三维水平井的狗腿度，降低施工难度。