考虑方位漂移的水平井井眼轨道设计

徐树栋 吕昌帅 杨兰兰 荆向龙 王睿 石伟

摘要：现阶段，在进行深层页岩气水平井钻进过程中，方位漂移问题十分常见，其会对井眼轨迹的控制产生负面影响，可能导致水平井无法准确中靶。对于这个问题，现阶段比较常见的做法，是在开展定向造斜的过程中，预估方位超前叫，但是在实践中不确定性和误差較大。本文就考虑方位漂移的水平井井眼轨道设计进行了研究和探讨，希望能够为技术人员提供一些参考。

关键词：方位漂移;水平井;井眼轨道;设计

前言：在不断的发展过程中，油井开采技术不断取得突破创新，水平井逐渐得到普及。而水平井钻井环节，受各种因素的影响，无论是采用稳斜、增斜还是降斜的组合，都可能引发井斜方位漂移的问题，如果不能对该问题进行解决，水平井井眼轨迹的控制难度会大大增加，甚至会对水平井的准确中靶产生影响。在这种情况下，水平井井眼轨道设计中，应该充分考虑方位漂移问题。

1 方位漂移产生的原因

结合实践经验，导致方位漂移的原因大致有两种，一是地层因素。通常情况下，不同方向的地层有着不同的可钻性，同时体现出各向异性的特征，而因为地层本身的倾斜，水平井井眼很容易出现方位漂移。而钻头钻进的方向一般都是朝着垂直地层层面的方向偏斜，换言之，地层如果存在有朝地层上倾方位偏离的趋势，便容易引发井斜问题。在进行水平井钻井过程中，井身多是倾斜存在，井眼方位与地层倾斜方向存在一定夹角，会导致钻头朝着垂直于地层的方向前进，引发井眼方位漂移;二是钻具因素。导致井眼方位漂移的另一个因素是钻柱的旋转方向，钻进过程中，因为重力的作用，圆柱体会压向井壁的下侧，对其产生压力，而钻柱旋转运动下，其本身与井壁下侧之间的摩擦阻力在方向上与旋转的方向相反，而考虑钻柱本身顺时针转动的特性，摩擦力的方向始终“朝右”。受摩擦阻力的影响，钻头会偏离原本的井眼轴线，朝井壁右侧钻进，导致井壁右侧的持续切削，继而引发井眼方位向右漂移。

通常情况下，会采用方位漂移率来对方位漂移的规律进行表示，而从井眼轨迹控制的角度，当井眼方位向右漂移时，方位漂移率为正数，反之当井眼方位向左漂移时，方位漂移率为负数。在没有发生方位漂移的情况下，方位漂移率为零。必须明确，即便是同一区域，方位漂移率也并非规定不变，其会在地层非均质性、产状以及井斜等的影响下不断变化，而不同井段有着不同的方位漂移率，技术人员需要对方位漂移的规律进行深入分析，做好水平井井眼轨迹的有效控制。

2 考虑方位漂移的水平井井眼轨道设计

在充分考虑方位漂移的情况下，水平井井眼轨道的设计需要将原本设计轨道依照造斜段、稳斜段以及水平段进行合理划分，对区域内方位漂移的规律进行研究，得到不同地层及井段上的方位漂移率。

图2为相似法轨道设计的示意图。

相似法轨道设计大体可以分为几个步骤：

一是将原本的设计轨道划分为造斜段、稳斜段以及水平段，就井眼轨道各个井段的参数如水平位移、平移方位角、井深等进行收集整理，这里假定原设计轨道闭合方位角为θ1，闭合距为C1;二是在原设计轨道上选择一点，依照该点所处井段位置的地层方位漂移率以及分段长度，计算出该井段的方位漂移量，计算公式如下：

公式中， 表示第i段方位漂移量， 表示第i段分段长度， 表示第i段地层方位漂移率。考虑方位漂移的情况下，需要将方位漂移量加在原设计轨道上，保证各点设计方位的合理性。

三是依照上述计算结果，得到方位漂移后的轨道以及各点新的水平位移以及平移方位角，假定此时轨道井底p点的闭合方位角为θp，闭合距为Cp;四是针对方位漂移后的轨道进行相似处理，在尽量不改变漂移后轨道形状的情况下，通过平移，令p点和t点重合。在这个过程中，漂移后的轨道上，点的水平位移为Ci，乘以系数K，则存在K=Ct/Cp。将平移方位角θi减去△θ，则存在△θ=Cp-Ct。五是对考虑方位漂移的井眼轨道设计水平坐标进行计算，存在Ni=Cicosθi，Ei=Cisinθi，公式中的Ni表示i点的北坐标，Ei表示i点的东坐标;六是对每一个测点的井深、方位角以及井斜角进行计算，确保垂深Di不变。

以某水平井右飘为例，就其井眼轨道的设计进行简单分析。该水平井水平段垂深3500m，待钻点的坐标X为10000，Y为10000，东坐标增量1500m，北坐标增量1500m，方位漂移率1°/100m，初始方位角45°，将已知数据输入后，经过计算的结果如图3所示。

图中的红线表示考虑方位漂移的水平段井眼轨道，蓝线表示全复合钻进井眼轨迹。

3 结语

总而言之，在水平井井眼轨道设计中，方位漂移非常关键，如果将其忽略，会导致井眼轨道设计不合理，存在较大误差。当前，在深层页岩气水平井钻井过程中，存在较为严重的方位漂移问题，借助方位漂移规律进行井眼轨道设计，能够有效减少井眼轨迹调整的频率，降低起下钻的次数，对钻井成本进行控制。本文在考虑方位漂移的情况下，就水平井井眼轨道进行了设计，并结合实例进行了验证，表明了方法的可行性和有效性。

参考文献：

[1]豆旺.深层小井眼侧钻水平井钻井技术研究与实践[J].石化技术，2019，26（05）：42-43.

[2]杜征鸿，李林，黄贵生，胡生科.川西海相难钻破碎地层超深水平井轨道设计[J].石油钻采工艺，2019，（7）：1-7.

[3]王新刚.大位移水平井井眼轨道设计与应用[J].现代制造技术与装备，2018（12）：20-22，24.

作者简介：

徐树栋，男，1986年1月2日出生，汉，山东省昌乐县，在渤海钻探工程有限公司定向井技术服务分公司从事定向井工程师工作