摘 要：本文从水平井井眼轨迹控制技术分析出发，结合鄂北工区地质构造和井身结构特点，探讨了水平井井眼轨迹控制技术在鄂北杭锦旗区块的应用。

关键词：水平井 井眼轨迹 控制 井身结构 造斜率

1、鄂北工区地质构造及井身结构特点：

1.1地质构造特点：

鄂北工区位于鄂爾多斯盆地伊陕斜坡北部。该工区主井眼的完钻层位通常为石盒子组，主要为河流-三角洲沉积，发育多套不等厚互层的砂泥岩组合，以砂岩沉积为主，砂岩主要为灰白色、浅灰色细砾岩、含砾粗砂岩及中砂岩，粒序层理、板状交错层理、平行层理发育，底部常见冲刷构造。总体表现为向上粒度变细、岩屑含量高。杭锦旗锦58井区整体刘家沟地层表现漏失严重，下部地层石千峰组、石盒子组易出现垮塌。

1.2井深结构特点：

以JPH-426为例，其导眼轨道类型为：直-增-稳-降，导靶是半径为30米的圆靶，主井眼轨道类型：直-增-平，A靶为靶半高：1m，靶半宽：10m的矩形靶。

2、轨迹控制的影响因素分析

2.1实钻轨迹点的位置和井斜大小对轨迹控制的影响

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，必将欠位移入靶;为了保证中靶，应根据实钻井斜情况，调整造斜率，使得轨迹点位置适中，若此时井斜角大小也适中，是实钻轨迹与设计轨道符合的理想状态。如果井斜角大小超设计过多，往往需要放垂深;如果轨迹点的位置滞后，相当于加长靶前位移。此时若实钻井斜角偏低，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。

2.2水平井井身剖面特点

大斜度导眼井中使用的剖面设计常为变曲率切线剖面，即由两个（或两个以上）造斜率不相等的造斜段组成，例如增-稳-降，这种剖面设计，按照理论，需要使用到增斜钻具、稳斜钻具和降斜钻具。但在实际的生产中，为了减少起下钻次数，提高经济效益，常常在保证中靶的前提下，开始造斜并以较高的造斜率将井斜增致一个合适井斜后，起钻换降斜钻具组合，复合监测井斜，快速中靶。

在水平井主井眼中使用的剖面类型为单圆弧增斜剖面，它从造斜点开始，以不变的造斜率钻达目标。这种剖面要求靶区范围足够宽，以满足钻具造斜率偏差的要求。在实际生产中，保证造斜率不变是需要花较大的工作量随时调整和控制造斜率的，不利于提速提效。实践中往往是采用多造斜率剖面（或分段造斜剖面），即造斜曲线由两个以上不同造斜率的造斜段组成，是一种比较复杂的井身剖面。这种剖面曲线可以通过compass预测软件实现随时预测随时设计，通过适时调整造斜率和段长，弥补钻具造斜能力的偏差。杭锦旗工区主井眼的靶点通常为靶半高：1m，靶半宽：10m的矩形靶。经过多年的施工积累，采用compass预测软件结合使用1.5度扶正器直径为212mm螺杆并能准确地控制钻具的造斜性能，顺利入窗。

根据鄂北区块地层倾角和工程设计，使用1度螺杆配合150mm扶正器的微降钻具组合，可满足施工要求。

2.3轨迹入窗前的临时轨迹调整

在入靶前的大井斜角井段增加一稳斜调整段，既可调整垂深精度，又有助于及时辨别地质标准层，以便及时准确地确定目的层入靶点的相对位置。如图1所示，靶区允许纵向误差范围△Hm（△Hm=2△h），也就是允许在垂深H1和H2之间入靶并使造斜终点的井斜角等于水平段井斜角αm，若求出V2>Am这时井眼轨迹在入靶窗口平面的垂深H=Hm+h（h<0），我们要校核是否满足│h│<△h，否则要调整Rv重新设计。

3、井眼轨迹控制模式

（1）直井段充分利用成功的高压喷射和防斜打直技术，严格将造斜点前的直井段井眼轨迹控制在允许范围之内，快速优质地钻完该井段。

（2）造斜段的施工以1.5度弯壳体动力钻具为主要钻进方式，以一套钻具组合在一至二趟钻内钻完0～90°造斜段。

4、不同井段实钻轨迹控制

4.1直井段实钻轨迹控制：

4.1.1直井段井斜的的危害及影响因素

（1）如果实钻直井段不直，产生井斜，如果大于3°，则影响直井段质量评定，同时，上部井段的井斜造成的位移势必影响下一步的井身轨迹控制。选择好钻具组合及钻进参数，监测好井斜，若发现井斜偏大，应采取吊打或者减小钻压的措施，以防斜打直为原则，保证直井段的施工质量，为后期斜井段的施工做好铺垫。

（2）影响因素：地层因素：倾角、走向、软硬变化、软地层中的井眼扩大等;钻具因素：扶正器尺寸的磨损，特别是近钻头扶正器的磨损;钻进参数：钻压和不对称的水力冲蚀。

4.1.2直井段轨迹控制措施

（1）常用钻具组合：

Φ222.3mmPDC+Φ172mm螺杆+变径接头+Φ216mm扶正器+变径接头+Φ172mm无磁DC*1根+mwd短节+变径接头+Φ165.1mmDC*4柱+变径接头（托盘）+Φ127mm无磁

（2）钻进参数：8-1/2″井眼正常钻进钻压常采用120-140KN，吊打时常采用30-50KN;

4.2增斜井段实钻轨迹控制：

4.2.1影响增斜钻具组合增斜效果的因素：

（1）螺杆扶正块外径磨小，增斜率下降（2）保持低转速，使用小钻铤，大钻压，压弯钻柱，井斜角增大，则增斜力增大（3）地层因素：①在软地层中使用，以泥岩和煤层为例，软地层中钻进，地层因素影响较小;影响增斜率的主要因素是钻具力学因素;软地层水力冲蚀、扶正器和钻头的侧向刮切等作用显著，容易井径扩大，使增斜率下降。②在中硬地层中使用：以粗砂岩为例，地层构造因素影响非常显著;所以要特别注意掌握底层的造斜规律，运用这些规律，控制井眼方向。

4.2.2增斜井段实钻轨迹控制措施：

（1）常用钻具结构为：PDC钻头+1.5°单弯螺杆动力钻具+定向头+无磁钻铤+钻杆。

（2）钻进参数：钻压80～120KN，原则是大钻压钻进，有利于增斜，转速：48rpm+螺杆，排量：30-32L/S

（3）根据工具面稳定情况，结合MWD测斜数据，通过compass软件计算，决定定向米数。

4.3稳斜段实钻轨迹控制

4.3.1影响稳斜段稳斜的因素

（1）钻压对稳斜组合性能的影响是很小的。所以在稳斜钻进中，可以根据稳斜组合性能改变钻压。稳斜组合对井斜角的变化是敏感的。井斜角增大，则负侧向力增大。所以，在井斜较小时显示稳斜的组合，在井斜较大时可能显示为降斜组合（2）保持正常钻压和较高转速有利于稳斜（3）地层因素：倾角、走向、软硬变化、软地层中的井眼扩大等（4）钻具因素：扶正器尺寸的磨损，特别是近钻头扶正器的磨损（5）钻进参数：不对称的水力冲蚀。

4.3.2稳斜井段实钻轨迹控制措施：

在小斜度导眼中使用稳斜钻具，而在大斜度导眼井段，虽然工程设计中有稳斜段，但在实际钻进过程中，考虑经济效益，减少起下钻趟数，常常省去稳斜钻具，直接采用降斜钻具组合，同样可以中靶。稳斜段常采用三合一钻具组合：PDC钻头+1°单弯螺杆动力钻具+短扶正器+无磁钻铤+定向接头+钻杆。

4.4降斜井段实钻轨迹控制

4.4.1影响降斜钻具组合降斜效果的因素：

（1）钻铤直径。钻铤直径越大，重力就越大，所以钟摆力越大，降斜能力越强。（2）软地层。钻头侧向力容易发挥作用，井径也容易扩大，所以地层越软，越容易降斜;反之，地层越硬，越不易降斜;（3）钻进中注意保持较小鉆压，较低转速;降斜组合要注意使用新钻头，保证钻头的侧切能力;在降斜特别困难的井段，在轨道设计时，注意避开降斜。

4.4.2降斜井段实钻轨迹控制

（1）用大钻铤，小钻压，不要压弯钻柱。

（2）在降斜效果不好的情况下，可降低转速

（3）常采用的降斜钻具组合为：222.30mmPDC钻头+直螺杆+172mm无磁DC+悬挂短节+127mmHWDP*1根+127mmDP*89根

5.结论

（1）在鄂北杭锦旗工区，增斜井段常采用1.5°动力钻具就可能获得高造斜率，并采用MWD无线随钻测斜仪严格监控井眼轨迹，通过调整和控制动力钻具的工具面，可以获得较稳定的井眼全角变化率。满足水平井中靶要求，同时提高机械钻速，获得较好的经济效益。

（2）采用动力钻具为主钻模式，能在增斜井段能获得高造斜率，并采用MWD无线随钻测斜仪严格监控井眼轨迹，通过调整和控制动力钻具的工具面，可以获得较稳定的井眼全角变化率，几乎不存在方位漂移的问题。因此，造斜井段井眼轨迹控制工艺技术研究的重点是在不同的井眼条件下，如何选择不同角度的弯套动力钻具来获得需要的造斜率，并研究与之相关因素的影响规律。

（3）井眼轨迹控制的对象是控制稳定的井眼全角变化率，使之得到与设计的井眼轨道相符合的连续的轨迹点位置和矢量方向。从提高水平井钻井速度和效益的角度来讲，针对水平井的井眼轨道设计，合理选择动力钻具的角度及与之配合的钻头、测量工具以及合理的钻进参数和技术措施，使每套钻具组合达到设计的目的，是水平井井眼轨迹控制的关键。

参考文献

[1] 苏义脑.水平井井眼轨迹控制.北京.石油工业出版社.2000

[2] 苏义脑.大斜度井和水平井井眼轨迹控制的几个问题.石油钻采工艺.1992.2：22-26

[3] 韩志勇.关于大位移井轨迹设计问题的思考.石油工程学会大位移井理论研讨会论文集.西安.1997.11

[4] 侯炼，黄志强，吴健，游尧，孙伟.PX11-1HF水平井井眼轨迹控制技术[J].河南科技，2013（9）：29-30.

[5] 苏义脑.水平井井眼轨迹控制.北京.石油工业出版社.2000

作者简介：毛永飞（1987-），性别：男，籍贯：河南省郑州市，职称：助理工程师，研究方向：石油工程钻井工艺技术。