国内某深层水平井井眼轨迹设计及控制技术研究

徐晓明

摘要：面对日益紧张的油气资源，深层气藏的开发是现阶段油氣开采的重点工作内容。某油田含有丰富的天然气储备类型，不过受到深层砾岩埋深、成岩作用、凝灰质等因素的影响，导致气藏连通性普遍较差，并且大部分的储层均是低丰度储层，孔隙度≤6%，密度>2.5g/cm3，这种条件造成直井目的层裸露面积相对有限，不利于深层气藏的开采。

在实际工作中需要结合深层水平井直井段长、直井段水平位移控制难度等一系列因素，结合试验成果与实践经验对钻具组合、井眼轨迹进行优化设计，降低深层气藏的开发难度。

关键词：深层气藏;深层水平井;井眼轨迹;设计与控制技术

1.深层水平井井身结构优化

要实现对深层气藏的有效开采，首先需要确保井身结构设计的合理性，这也是后续一系列优化工作的前提与基础。

1.1井身优化设计原则

（1）优化后的井身结构需要满足地质勘探开发需求的同时还可以保护深层气藏，并且满足深层气藏开采所面临的一系列条件，确保井下安全，最大限度上控制钻井成本;

（2）结合深层气藏开采对井身的一系列硬性要求对井身结构进行适当调整，确保套管柱可以顺利地下至设计井深。

1.2深层水平井井身结构优化设计关键

水平井的井身结构基本组成内容包括对钻头与套管尺寸的选择、套管层次与下深。现阶段我国油气生产行业已经形成了标准化的钻头套管尺寸配合规则，因此水平井井身优化的关键是明确套管层次与下深。[1]确定套管层次往往也受到多种因素的影响，其中Φ244.5mm技术套管能否顺利下深是决定井身结构优化的关键因素，主要影响因素为大斜度井段当中的复杂井段。

关于Φ244.5技术套管下深现阶段主要有以下方案：

1.直径段;2.小井斜角井段;3.较大的井斜角井段;4.临近窗口

水平井使用裸眼、衬管完井作为主要方式Φ244.5mm技术套管需要将临近窗口作为主要条件，相应的在Φ244.5mm技术套管当中配备封隔器从而达到封隔产层与上部地层的作用，确保水平井可以长期持续性正常生产。使用套管或、尾管注水泥射孔形成的水平井，Φ244.5mm技术套管在下深时要需要同时兼顾二开、三开裸眼段长度、水平井段、大斜度井段施工难度。[2]其影响因素不仅包括水平段施工，同时还包括大斜度段钻，这些因素直接决定Φ215.9mm裸眼井段的长度、井眼穿过大斜度井段的尺寸。钻进大斜度井段与水平井段，从周期、成本、技术的角度进行分析，均为深层水平井钻井施工的重点内容。

2.钻具组合参数优化

2.1优化钻具组合

为了有效开采深层水平井，需要对钻具组合进行全面优化。精神结构确定以后对钻具组合进行优化设计，钻具优化的目标是确保摩擦阻力、扭矩都打到最小化，并且需要保证钻具组合作业时的强度。

钻具组合优化原则：

（1）最大限度上满足各种钻进工艺;

（2）最大限度上降低摩擦阻力与扭矩;

（3）同时考虑钻具组合使用过程中的经济性、安全性。

2.2柱屈曲模型

一些钻柱等曲率弯曲井眼约束相对较长，这种钻柱在载荷作用下会发生初始弯曲，达到某一临界值时钻柱就会出现正弦屈曲。伴随载荷的进一步增加，钻柱由开始的正弦屈曲开始变化为螺旋屈曲，直至某一临界值钻柱彻底变为螺旋屈曲，最终达到自锁。假设：

1.管柱长度大，端部约束对屈曲造成的影响可以忽略;

2.管柱弯矩与形变的关系可以通过细长梁理论表示;

3.假设曲率半径R为常数，此时r0/R<<1，其中r0表示管柱和井眼之间半径

在井眼约束作用下管柱横向位移如图1所示：

在（5）当中若K>K`成立，倘若K

（2）第二段：合理的钻进参数是确保轨道控制工作得到有效落实的关键，需要适当提升钻井液的润滑性能以此消除滑动钻进过程中存在的托压状况，以此确保钻进工具面的精确性。将滑动、旋转钻进比重控制在合理范围内，可以最大限度上确保合理的造斜率，以此防治出现全角变化率。

结 论

对深层水平井井眼轨迹进行优化设计，结合钻井实际地质需求最终决定使用变曲率多圆弧双增剖面法，在施工过程中并未发生意外情况，有效确保深层水平井钻进的有效进行。选择合适的钻井工具与测量仪实现对目的层的精准判断，在此基础上确保中靶，从根本上缩短了钻井时间并提升产量。

参考文献

[1]王长旭.薄油层水平井连续密闭取心工具的研制与应用[J].石油机械，2021，49（11）：45-49.DOI：10.16082/j.cnki.issn.1001-4578.2021.11.007.

[2]邹亚平，王迪，王能.ZS19-P1井眼轨迹控制技术研究与应用[J].西部探矿工程，2021，33（11）：53-55+57.

[3]罗磊，孙佳才，张孝栋，王定峰. 长北二期水平井钻井提速措施分析[C]//第十七届宁夏青年科学家论坛石油石化专题论坛论文集.，2021：397-399+403. DOI：10.26914/c.cnkihy.2021.033544.