论文部分内容阅读
[摘 要]浅层热采水平井具有短期内上产快和采油效率高的特点，越来越受油田的重视，近几年在胜利油田得到了飞速发展。尽管水平井钻井技术日趋成熟，但高成本、高风险仍是本行业的特点，安全、优质、快速钻井是业内同仁共同的追求目标，为此对水平井现场井身轨迹进行探讨。
[关键词]胜利油田、水平井、轨迹
中图分类号：TE432.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）14-0018-01
胜利油田有许多浅层稠油油藏，该类油藏一般属于薄层油藏，薄层油藏单砂体厚度较薄，差异性大，且砂体分布零星，叠合程度低，若采用直井开发动用，开发层系单一，单井控制储量规模小，经济上不可行；且许多油藏由于储层物性较差，油层变薄，直井钻遇砂体的风险性也较大；直井吞吐开发油藏波及系数低，吞吐效果差，且某些区块地面条件复杂，不宜打直井。利用水平井泄油面积大、生产压差小、产量高、投入产出比低、采收率高的特点，以及目前日益成熟的水平井钻、投、采技术的低风险性，采用水平井技术开发动用薄层油藏效果显著，该技术在胜利油田得到了广泛的应用。
一、水平井轨迹控制特点
（一）质量要求高.普通定向井的目标区是一个靶圆，井眼只要穿过此靶圆即为合格。水平井的目标区则是一个扁平的立方体，不仅要求井眼准确进入窗口，而且要求井眼的方位与靶区轴线一致，俗称“矢量中靶”。（二）施工难度大.在轨迹控制过程中存在“两个不确定性因素”。轨迹控制的精度稍差，就有可能脱靶。所谓“两个不确定性因素”，一是目标垂深的不确定性，即地质部门对目标层垂深的预测有一定的误差；二是造斜工具的造斜率的不确定性。这两个不确定性的存在，对直井和普通定向井来说，不会有很大的影响，但对水平井来说，则可能导致脱靶。
二、轨迹控制原理
水平井轨迹控制实际上就是对井斜和方位的控制，使得实钻井眼轨迹沿着设计井眼轨道前进。利用MWD测斜仪得到动力钻具的工具面角，通过调整工具面角来控制动力钻具的装置方向线的方向，进而控制钻头的走向。
三、现场施工各阶段注意事项
（一）设备入井前的准备
设备包括井下动力钻具螺杆和MWD测量仪器。首先要对井下动力钻具螺杆进行筛选，现场一般所选的螺杆钻具的造斜率K应当比井身设计造斜率K高出10%～20%，这样不但可以满足施工需要，同时可以提高趟钻成功率，缩短建井周期。其次是MWD测量仪器地面的检查、连接及检测与设定，以及相应的一些配件的筛选。在地面监控系统中，一定要注意的是仪器系统角差和螺杆钻具与定向接头角差设定正确。
（二）直井段井身质量
直井段井身质量的好坏对于水平井轨迹控制影响较大，所以许多情況下要求轻压吊打，避免直井段出现严重偏移，现场可参考钻井工程设计。如果直井段视位移为负，相当于靶前位移增加，对于遇到靶窗调整问题，会有很大的调整余地，如果是正常情况则相当于提前中靶；如果直井段视位移为正，则相当于靶前位移缩短，要求开始阶段造斜率相对较低，入靶前造斜率较高，这样才可以实现合理的中靶位置和中靶井斜角。
（三）造斜段控制
造斜段控制要注意以下几个方面：（1）井斜角不大于10°一定要将方位摆正，否则会造成后续轨迹控制相当的被动。以S3-P111水平井为例说明：S3-P111水平井开始定向施工过程中，在下钻和钻进过程中，钻具振动比较厉害，造成脉冲一处扣松动，导致测量工具面比实际工具面大了30°左右；由于滞后距的存在，造成现场工程人员判断也相应发生滞后；当井斜角达到8°左右时工程人员发觉不对，果断提钻检查仪器，仪器经过再次调试，一切正常后方才入井继续钻进。之前的实钻轨迹方位比设计方位大了30°左右，因此需要先进行全力扭方位，牺牲了井斜的增加，从而增加了后续控制的难度。在开始阶段，垂深的增长率大于水平位移的增长率，因此决定了实钻轨迹的水平投影不会迅速靠向设计方位线。随着井斜角的增加，靠拢速度会越来越快，通过工具面的微调，慢慢地靠上去。（2）井斜角在45°之前，要组织有效的增垂深措施。随着井斜角的增加，垂深的增长率变小，因此要想增加垂深，且不影响后续需求的造斜率和入靶井斜角，如果螺杆造斜能力大于设计造斜率，需要通过导向钻进降低井斜变化率从而增加垂深的话，最有效的办法是在45°以前组织合适的导向钻进。由于在造斜段完钻后有几次通井，下套管固井后末端井斜角会降低2°～3°。（3）当井斜角达到70°左右时要做好入靶分析，一般此时已经钻开油气层。地质工作人员通过相关分析，有可能要修改靶窗垂深，所以定向工作人员要及时和地质工作人员保持联系，及时调整轨迹控制方案。
（四）水平段控制
水平段一般为稳斜段，现场上基本是通过导向钻进完成，钻速比较快，控制也相对比较简单。水平段开始阶段钻进方式的选择有一定的讲究，选择错误会影响后面的轨迹控制。根据中靶情况来确定开始阶段的施工方案是要选择导向钻进还是滑动钻进。在水平段的开始阶段必须选择好钻进方式。整个水平段钻进最佳的钻进方式是导向钻进，尽可能不选择滑动钻进，尤其是不选择用180°的工具面进行滑动钻进。从钻具受力的角度来看：降斜井段会增加井眼的摩阻，引起更多的复杂情况。增斜井段的钻具轴向拉力的径向分力与重力在轴向的分力方向相反，有助于减小钻具与井壁的摩擦阻力。应尽可能不采用180°的工具面进行滑动钻进，而选择小钻压导向钻进，如果是迫不得已的情况，则要求在滑动钻进后进行反复导向划眼，对其进行扩眼，而且不宜长井段采用180°的工具面进行滑动钻进。
四、其他要求
（一）钻具组合
一般无磁钻铤和普通钻铤具有很好地提供钻压和承压能力，但使用钻铤时钻柱的旋转扭矩大、摩擦阻力大以及高密度钻井液引起的粘附卡钻几率增加，为了减少钻柱的旋转扭矩、摩擦阻力以及高密度钻井液引起的粘附卡钻，一般采用钻杆加重钻杆和斜坡钻杆来代替钻铤施加钻压和承压。而加重钻杆和斜坡钻杆相比加重钻杆提供钻压效果好，而斜坡钻杆降摩阻效果好。由于造斜段开始阶段钻具轻，使用加重钻杆可以尽快增加钻具重量，从而保障钻压；而水平段中由于摩阻比较大，斜坡钻杆放在底部可以有效地降低摩阻，而且上面的加重钻杆可以保障钻压。一般情况下，胜利油田浅层稠油水平井造斜段和水平段钻具组合如下。造斜段钻具组合：Φ311.2mm-HJ517G钻头+Φ197mm单弯螺杆1.75°+MWD接头+Φ127mm无磁钻杆十Φ127mm加重钻杆+Φ127mm斜坡钻杆+方钻杆。水平段钻具组合：Φ311.2mm-HJ517G钻头+Φ197mm单弯螺杆1.25°+FEWD接头+Φ127mm无磁钻杆十Φ127mm斜坡钻杆+Φ127mm加重钻杆十Φ127mm斜坡钻杆+方钻杆。
（二）钻井液性能
水平井钻井对钻井液要求更高，不但要求能保障井况安全和设备安全，同时还要求其具有优良的悬浮和携岩能力，防止岩屑床的沉降，有效清除岩屑床，防止阻卡；且所形成的泥饼具有薄而韧的特性，降低摩阻，有效传递钻压，尽可能避免污染油藏。在胜利油田，造斜段一般使用聚合物钻井液体系，水平段使用聚磺钻井液体系。
五、结语
1）采用水平井技术开发动用薄层油藏在胜利油田已得到了广泛的应用。2）水平井是一项高投入高回报的工程，同时又是高风险工程，现场工作人员必须深刻理解水平井方面的基础知识和掌握这方面的基本技能才能胜任。
参考文献
[1] 王慕玮，范海燕.井眼轨道设计及监控软件的开发[J].甘肃科技，2008，24（12）：18220.
[2] 鄢捷年.钻井液工艺学.东营：石油大学出版社，2001.
[关键词]胜利油田、水平井、轨迹
中图分类号：TE432.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）14-0018-01
胜利油田有许多浅层稠油油藏，该类油藏一般属于薄层油藏，薄层油藏单砂体厚度较薄，差异性大，且砂体分布零星，叠合程度低，若采用直井开发动用，开发层系单一，单井控制储量规模小，经济上不可行；且许多油藏由于储层物性较差，油层变薄，直井钻遇砂体的风险性也较大；直井吞吐开发油藏波及系数低，吞吐效果差，且某些区块地面条件复杂，不宜打直井。利用水平井泄油面积大、生产压差小、产量高、投入产出比低、采收率高的特点，以及目前日益成熟的水平井钻、投、采技术的低风险性，采用水平井技术开发动用薄层油藏效果显著，该技术在胜利油田得到了广泛的应用。
一、水平井轨迹控制特点
（一）质量要求高.普通定向井的目标区是一个靶圆，井眼只要穿过此靶圆即为合格。水平井的目标区则是一个扁平的立方体，不仅要求井眼准确进入窗口，而且要求井眼的方位与靶区轴线一致，俗称“矢量中靶”。（二）施工难度大.在轨迹控制过程中存在“两个不确定性因素”。轨迹控制的精度稍差，就有可能脱靶。所谓“两个不确定性因素”，一是目标垂深的不确定性，即地质部门对目标层垂深的预测有一定的误差；二是造斜工具的造斜率的不确定性。这两个不确定性的存在，对直井和普通定向井来说，不会有很大的影响，但对水平井来说，则可能导致脱靶。
二、轨迹控制原理
水平井轨迹控制实际上就是对井斜和方位的控制，使得实钻井眼轨迹沿着设计井眼轨道前进。利用MWD测斜仪得到动力钻具的工具面角，通过调整工具面角来控制动力钻具的装置方向线的方向，进而控制钻头的走向。
三、现场施工各阶段注意事项
（一）设备入井前的准备
设备包括井下动力钻具螺杆和MWD测量仪器。首先要对井下动力钻具螺杆进行筛选，现场一般所选的螺杆钻具的造斜率K应当比井身设计造斜率K高出10%～20%，这样不但可以满足施工需要，同时可以提高趟钻成功率，缩短建井周期。其次是MWD测量仪器地面的检查、连接及检测与设定，以及相应的一些配件的筛选。在地面监控系统中，一定要注意的是仪器系统角差和螺杆钻具与定向接头角差设定正确。
（二）直井段井身质量
直井段井身质量的好坏对于水平井轨迹控制影响较大，所以许多情況下要求轻压吊打，避免直井段出现严重偏移，现场可参考钻井工程设计。如果直井段视位移为负，相当于靶前位移增加，对于遇到靶窗调整问题，会有很大的调整余地，如果是正常情况则相当于提前中靶；如果直井段视位移为正，则相当于靶前位移缩短，要求开始阶段造斜率相对较低，入靶前造斜率较高，这样才可以实现合理的中靶位置和中靶井斜角。
（三）造斜段控制
造斜段控制要注意以下几个方面：（1）井斜角不大于10°一定要将方位摆正，否则会造成后续轨迹控制相当的被动。以S3-P111水平井为例说明：S3-P111水平井开始定向施工过程中，在下钻和钻进过程中，钻具振动比较厉害，造成脉冲一处扣松动，导致测量工具面比实际工具面大了30°左右；由于滞后距的存在，造成现场工程人员判断也相应发生滞后；当井斜角达到8°左右时工程人员发觉不对，果断提钻检查仪器，仪器经过再次调试，一切正常后方才入井继续钻进。之前的实钻轨迹方位比设计方位大了30°左右，因此需要先进行全力扭方位，牺牲了井斜的增加，从而增加了后续控制的难度。在开始阶段，垂深的增长率大于水平位移的增长率，因此决定了实钻轨迹的水平投影不会迅速靠向设计方位线。随着井斜角的增加，靠拢速度会越来越快，通过工具面的微调，慢慢地靠上去。（2）井斜角在45°之前，要组织有效的增垂深措施。随着井斜角的增加，垂深的增长率变小，因此要想增加垂深，且不影响后续需求的造斜率和入靶井斜角，如果螺杆造斜能力大于设计造斜率，需要通过导向钻进降低井斜变化率从而增加垂深的话，最有效的办法是在45°以前组织合适的导向钻进。由于在造斜段完钻后有几次通井，下套管固井后末端井斜角会降低2°～3°。（3）当井斜角达到70°左右时要做好入靶分析，一般此时已经钻开油气层。地质工作人员通过相关分析，有可能要修改靶窗垂深，所以定向工作人员要及时和地质工作人员保持联系，及时调整轨迹控制方案。
（四）水平段控制
水平段一般为稳斜段，现场上基本是通过导向钻进完成，钻速比较快，控制也相对比较简单。水平段开始阶段钻进方式的选择有一定的讲究，选择错误会影响后面的轨迹控制。根据中靶情况来确定开始阶段的施工方案是要选择导向钻进还是滑动钻进。在水平段的开始阶段必须选择好钻进方式。整个水平段钻进最佳的钻进方式是导向钻进，尽可能不选择滑动钻进，尤其是不选择用180°的工具面进行滑动钻进。从钻具受力的角度来看：降斜井段会增加井眼的摩阻，引起更多的复杂情况。增斜井段的钻具轴向拉力的径向分力与重力在轴向的分力方向相反，有助于减小钻具与井壁的摩擦阻力。应尽可能不采用180°的工具面进行滑动钻进，而选择小钻压导向钻进，如果是迫不得已的情况，则要求在滑动钻进后进行反复导向划眼，对其进行扩眼，而且不宜长井段采用180°的工具面进行滑动钻进。
四、其他要求
（一）钻具组合
一般无磁钻铤和普通钻铤具有很好地提供钻压和承压能力，但使用钻铤时钻柱的旋转扭矩大、摩擦阻力大以及高密度钻井液引起的粘附卡钻几率增加，为了减少钻柱的旋转扭矩、摩擦阻力以及高密度钻井液引起的粘附卡钻，一般采用钻杆加重钻杆和斜坡钻杆来代替钻铤施加钻压和承压。而加重钻杆和斜坡钻杆相比加重钻杆提供钻压效果好，而斜坡钻杆降摩阻效果好。由于造斜段开始阶段钻具轻，使用加重钻杆可以尽快增加钻具重量，从而保障钻压；而水平段中由于摩阻比较大，斜坡钻杆放在底部可以有效地降低摩阻，而且上面的加重钻杆可以保障钻压。一般情况下，胜利油田浅层稠油水平井造斜段和水平段钻具组合如下。造斜段钻具组合：Φ311.2mm-HJ517G钻头+Φ197mm单弯螺杆1.75°+MWD接头+Φ127mm无磁钻杆十Φ127mm加重钻杆+Φ127mm斜坡钻杆+方钻杆。水平段钻具组合：Φ311.2mm-HJ517G钻头+Φ197mm单弯螺杆1.25°+FEWD接头+Φ127mm无磁钻杆十Φ127mm斜坡钻杆+Φ127mm加重钻杆十Φ127mm斜坡钻杆+方钻杆。
（二）钻井液性能
水平井钻井对钻井液要求更高，不但要求能保障井况安全和设备安全，同时还要求其具有优良的悬浮和携岩能力，防止岩屑床的沉降，有效清除岩屑床，防止阻卡；且所形成的泥饼具有薄而韧的特性，降低摩阻，有效传递钻压，尽可能避免污染油藏。在胜利油田，造斜段一般使用聚合物钻井液体系，水平段使用聚磺钻井液体系。
五、结语
1）采用水平井技术开发动用薄层油藏在胜利油田已得到了广泛的应用。2）水平井是一项高投入高回报的工程，同时又是高风险工程，现场工作人员必须深刻理解水平井方面的基础知识和掌握这方面的基本技能才能胜任。
参考文献
[1] 王慕玮，范海燕.井眼轨道设计及监控软件的开发[J].甘肃科技，2008，24（12）：18220.
[2] 鄢捷年.钻井液工艺学.东营：石油大学出版社，2001.