轨迹控制技术材料.docx
《轨迹控制技术材料.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《轨迹控制技术材料.docx（16页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
轨迹控制技术材料
优化定向井剖面设计与施工技术
编写：
审核：
二OOO年十二月三十日
提高定向井井身质量钻井工艺技术
摘要：
2000年，在定向井技术上我们钻井一处取得了较大的技术进步，主要体现在以下方面：
定向井剖面设计进一步优化；直井段防斜打直技术走向成熟；轨迹控制技术形成适应陕北地区地质特征的成熟的配套工艺技术。
这些技术的推广与应用，大幅度提高了定向井井身质量，加快了钻井速度，实现了质量与速度的和谐与统一。
进行了PDC钻头、导向钻井的试验，取得了阶段性成果。
新技术的试验与研究，为今后的可持续发展储备了技术、奠定了基础。
主题词：
定向井井身质量防斜打直防碰绕障剖面设计与施工钻井速度
2000年度与1999年度定向井技术指标同比情况：
内容
完井
口
进尺
米
月速度
米/台月
机械钻速
m/h
钻井周期
d
建井周期
d
直增稳（缓降）
%
直增降
%
定向井一次成功率
平均井深
米
99
188
219865
3513.90
17.06
8.58
11.70
9349.47%
9550.53%
74.88%
1169
00
200
260987
3719
19.69
8.25
11.95
19095%
10
5%
78.8%
1305
对比
+12
+41122
+205.1
+2.63
–0.33
+0.25
+50.93%
–45.53
+3.92%
+136
从表中可以看出:
在平均井深增加136米的同时，2000年度与1999年度比较，钻井口数增加12口，多打进尺41122米；钻机月速度提高205.10米/台月；平均机械钻速提高2.63米/小时，其中216mm井眼机械钻速达到21.46米/小时，165mm井眼机械钻速为13.50米/小时；钻井周期缩短0.33天；剖面合格率100%，其中，直~增、直~增~稳剖面114口，优质剖面占到57%；井身质量合格率100%，定向一次成功率提高5.40%；建井周期延长0.26天。
2000年定向井工艺技术取得了可喜的技术进步。
一、剖面设计的优化是提高井身质量的前提
1、位移垂深比在0.25内小斜井的剖面设计技术
我们根据几年来的实钻经验，对位移垂深比在0.25内小斜井的设计进行了优化，依据其设计位移的大小及其井型的不同，由原来的“直—定向—增斜—稳斜”四段制剖面修改为“直—定向—稳斜”或“直—定向—缓降”的三段制剖面。
如32795队的盘57-27井，其设计位移156.49米，中靶垂深1881米，为评价井（取芯）。
依据四段制剖面设计如下表所示：
施工项目
井深
段长
井斜
直井段
1350
1350
0
造斜段
1400
50
9
增斜段
1709.14
309.14
21.37
稳斜段
1906.11
196.97
21.37
完钻
1961.95
55.84
21.37
而依据三段制剖面设计情形为：
施工项目
井深
段长
井斜
直井段
950
950
0
造斜段
1004.48
54.48
9.82
稳斜段
1894.31
889.83
9.82
完钻
1947.09
52.77
9.82
从表中可以看出：
把造斜点由1350米提高到950米，其最大井斜由原来的21.37度降至9.82度；四段制剖面改为三段制剖面。
这样，减小了全井的最大井斜角、轨迹的平滑性能好；轨迹控制工艺简化，现场便于操作，减少了扭方位风险，减少了起下钻次数。
下表是四口井的不同施工方法的对比情况：
井号
钻机月速度
平均机械钻速
中靶垂深
水平位移
造斜点
剖面类型
W28-07
4650
18.24
1326
118.19
150
定向~稳
W29-07
4074
20.71
1394
221.69
190
定向~稳
W26-013
5556.52
20.14
1345
111.11
875
定向~增
W25-016
2114.71
19.03
1288
240.14
625
增~缓
表中可以反应出：
这样的施工方法不影响全井的机械钻速，相反在施工参数合理施加、轨迹控制得当的情形下可以提高机械钻速。
同时，这类施工方法为定向井取芯工作十分有利。
年度这类施工方法实际施工16口井（包括取芯斜井）。
其推广使用的施工原则为：
位移垂深比≤0.25。
这样，我们通过优化小位移井的剖面设计，缩小了全井段的最大井斜角，提高了定向一次成功率，降低了井斜不足所带来的施工隐患，减小了扭方位风险；简化了施工工艺，为全井段加快钻井速度创造了条件，也为后续施工奠定了基础。
2、中靶垂深为700~1300m浅井的剖面设计技术
中靶垂深为700~1300m的浅井，其轨迹控制段较短，便于直~增或直~增~稳剖面的实施。
其剖面设计为直~增~稳剖面类型，实际施工可以为直~增或直~增~稳剖面。
由于井浅控制断短，井斜角的控制是施工关键。
因此定向时须取较大的井斜初始角。
下表是不同位移情况下宜取的初始井斜角、方位超前角：
位移m
内容
≤200m
200~300m
≥300m
初始井斜角（0）
8~10
10~12
12~16
方位超前角（0）
0~10
3、中靶垂深≥1300m的深井，以直~增~稳剖面设计，施工中可以施工为二种剖面类型：
直~增~稳或直~增~稳~缓降。
其井深控制段长，在定向施工时宜取较大的方位超前角。
下表是不同位移情况下宜取的初始井斜角、方位超前角：
位移m
内容
≤300
300~400
≥400
井斜初始角（0）
8~10
10~12
12~16
方位超前角（0）
10~18
二、直井段的防斜打直技术
在直井段，塔式加钟摆钻具组合，其钻具结构为：
A:
钻头+178mmDC*2根+稳定器+NDC+其它
防碰井段使用常规钻具结构：
B:
钻头+165mmNDC+165mmDC+稳定器+其它
A钻具结构，由于非磁钻铤远离钻头，测斜数据与所钻井深存在滞后现象，因此使用在直井、井组第一口井、不须防碰的其它定向井中；B钻具结构使用在有防碰需要的定向井中。
塔式钻具结构的推广与使用，配合参数调整，有力地克服了直井段井斜超标问题；同时，也为丛式井的防碰工作提供了有利条件。
下表是3口井塔式钻具使用效果：
塔式钻具组合
王25-014
王26-014
王25-013
测深
（m）
井斜
（°）
方位
（°）
测深
（m）
井斜
（°）
方位
（°）
测深
（m）
井斜
（°）
方位
（°）
33
0.2
120
35
0.3
82
18
1
305
85
0.6
85
72
0.6
41
102
0.2
330
112
0.5
0.2
121
1
355
125
0.6
260
136
0.8
225
158
0.3
10
166
0.2
230
172
0.9
250
231
0.5
345
212
0.5
320
223
0.2
265
279
0.9
305
258
0.6
255
305
0.7
215
317
1
310
315
1.5
250
363
1
215
365
1.1
316
354
1.3
255
411
1.1
230
412
0.8
315
402
1.5
245
468
0.5
275
461
0.4
315
450
1.2
225
515
1
210
499
0.2
56
488
1
240
611
0.8
220
547
0.5
350
524
1
260
677
1
210
585
0.5
350
699
0.9
310
623
0.2
288
662
0.5
290
钻压/转速：
50~100kn/134n/min
钻压/转速：
70kn/134n/min
钻压/转速：
50~100kn/134n/min
178mm钻铤的使用，增大了下部钻具刚度，结构的钟摆力增大，配合施加参数调整，有效地遏止了直井段井斜超标问题。
下表是99年度、2000年度直井段井斜超标情况统计表：
内容
定向井完井口数
直井段井斜≥3度
1999
188
37口19.68%
2000
197
13口6.60%
三、216mm井眼的定向井轨迹控制技术
丛式定向井施工，是依据特殊的钻具组合所形成的结构特点，克服地质因素而向预设的轨迹方向发展，且形成相应的剖面类型。
为了满足甲方的钻井质量要求，我们在总结分析的基础上，钻具组合由多元化、井队各自为政向模式化、系列化发展。
1、增斜段钻具组合
在原来增斜的多种钻具结构中，优选双稳定器钻具结构进行增斜段作业。
其钻具结构为：
钻头+双母稳定器（或配合接头+公母稳定器）+NDC+DC*1根+公母稳定器+其它
其增斜能力、抑制方位能力与近钻头稳定器的外径尺寸有关系。
稳定器外径mm
增斜率deg/100m
方位变化率deg/100m
214
5~7
0~–1
213—214
5~6
0~–2
212--213
3~6
0~–2
210--212
2~5
0~–3
远钻头公母稳定器的外径尺寸应大于210mm。
下表是双稳定器结构与其它结构的使用对比情况：
内容
双稳定器
双母稳定器
单公稳定器
变径稳定器
井斜变化率deg/100m
4~~6
4~~8
3~~5
4~~8
方位变化率deg/100m
0~~–2
1~–3
3~~–3
2~~–4
该种钻具结构同其它结构相比较，具有较强的增斜能力且增斜能力比较稳定，其抑制方位能力更具有吸引力，能有效确保轨迹的平滑性,确保增斜段的增斜率，避免动力钻具强增斜、强扭方位和轨迹失控质量事故；其抑制地质因素作用力强，使各区块间的地质差异缩小到无足轻重。
因此，该钻具结构在各区块都得到大面积推广与应用。
年度增斜段增斜钻具结构使用情况统计
钻具结构
双稳定器口
其它口
井口数
124
52
单公母稳定器、双母稳定器、变径稳定器增斜钻具结构有其独特的作用：
在定向方位超前角取值较大时，可下入单公母稳定器结构调整方位；双母稳定器、变径稳定器其增斜率最高，在上部井斜欠缺的情况下能够迅速增斜，恢复正常生产。
2、稳斜段钻具结构
在原来使用单稳定器钻具结构时所采用的稳斜结构为：
钻头+短钻铤（1.30~2.00米）+稳定器+其它
该钻具结构由于结构特点决定了其克服地质作用能力较差，易引起井斜角、方位角偏离设计范围而扭方位；同时，承受上部井段轨迹现状所形成的作用力能力差，因而易引起井斜、方位的反常变化发生扭方位施工。
以往的扭方位作业大部分是在此间形成的。
双稳定器结构有效地克服了这些缺陷而得到现场的青睐。
双稳定器稳斜钻具结构为：
钻头+双母稳定器（或配合接头+公母稳定器）+NDC+公母稳定器+其它
下表是双稳定器稳斜钻具结构的稳斜稳方位情况：
近钻头稳定器外径mm
井斜变化率deg
方位变化率deg
213~~214
1~~–1
0~~–1
212~~213
0~~–2
0~~–1.5
210~~212
0~~–4
0~~–2
该钻具结构在使用过程中应注意近钻头稳定器外径≥212mm为宜，远钻头稳定器外径≥210mm为宜；双稳定器稳斜钻具结构往往要出现降斜，降斜率在-1~-4间，其降斜率与近钻头稳定器的外径、施加的钻井参数有关系。
因此，在使用时应依据轨迹控制需要留有相应的井斜富裕量、施加合理的钻井参数，亦可作为缓降钻具结构使用（年度使用8口井）。
双稳定器稳斜钻具结构具有较强的控制井斜及方位能力，减少了轨迹的突变现象，大大减少了扭方位几率和提高剖面优质率；同增斜段一样，缩小了区块间的差异，得到大面积的推广应用。
下表是年度稳斜段钻具结构统计情况：
钻具结构
短钻铤+稳定器口
双稳定器口
井口数
17
100
3、缓降段的钻具结构
降斜率在–2~–5（0/100m）范围的井段我们称其为缓降井段，该范
围内所使用的钻具结构称其为缓降钻具结构。
我们常使用的钻具结构为：
短钻铤+公母稳定器+其它
其降斜率与短钻铤的长度、公母稳定器的尺寸关系较大。
常使用的短钻铤长度范围在2.50~4.00m,其稳定器尺寸为≥212mm，降斜率为–2~–5（0/100m）范围内。
双稳定器稳斜钻具结构近钻头稳定器外径在212~209mm的情形下，参数控制得当，其缓降效果比单公母稳定器结构更好。
年度共使用8口井，明年有待于进一步推广。
4、三稳定器钻具结构的使用
在20108队，进行了两口井三稳定器钻具结构在稳斜段的使用尝试，并对其有了轮廓性的认识。
使用区块：
安塞油田王南沟区块；井口数：
2口；使用目的：
稳斜稳方位。
下表是两口井的设计数据：
井号
设计方位
设计位移
中靶垂深
造斜点
最大井斜
中靶半径
贺16-12
142.65
246.47
1092
450
25.8/870
30
贺16-11
207.58
220.12
1092
450
28.66
30
下表是两口井的实际施工数据：
井号
钻具结构
井段
井斜变化
方位变化
钻压*转数
贺16-11
Star+3.05DC+star+NDC+star
770~1182
22~23
208~203
170*134
贺16-12
Star+3.05DC+star+NDC+star
790~1186
25~24
142~142
160*134
从表中可以看出，三稳定器钻具结构具有很强稳斜稳方位能力，尤其是稳斜能力。
两口井均稳斜接近400米，井斜变化幅度较小接近于0，相比于双稳定器结构更具优势（双稳定器结构在稳斜250米后会出现降斜，降斜率在2~5度/100米）。
这对深井丛式定向井无疑是一个福音，有希望解决深井长控制段的钻具结构选用课题。
2001年我们将会在顺宁区块予以使用。
在216mm井眼丛式定向井施工中，我们大面积的推广使用了双稳定器结构，大幅度提高了定向一次成功率和剖面优质率；杜绝了轨迹失控质量事故（1999年因轨迹失控填井侧钻两口）。
下表是2000年、1999年剖面优质率、定向一次成功率的对比情况：
内容
剖面优质率%
定向一次成功率%
2000年
57%
78.8%
1999年
31.38%
74.88%
同比
+25.62%
+3.92%
其中，2000年优质剖面率提高25.62%，定向一次成功率提高3.92%。
2000年度，丛式井的钻具结构使用上，从以往的单母稳定器、双稳定器、变径稳定器等多种组合中优选出双稳定器钻具结构；从以往的井队对钻具结构的选用各自为政中规范为使用成熟的双稳定器钻具结构；基本上满足了增斜、稳斜的施工要求。
优化钻具组合的实施，直井段井身质量明显提高；斜井段动力钻具强增斜、强扭方位情况基本消失，优质剖面符合率大幅度提高，实现了全年无一起井身轨迹质量事故；三稳定器钻具结构有望解决深井的定向井施工难题。
四、165mm小井眼定向井的钻具组合
1、增斜段钻具结构
在增斜段普遍采用的增斜钻具结构为单稳定器钻具结构：
钻头+配合接头+公母稳定器+其它
其使用情况如下表所示：
井号
井段m
钻具结构
增斜率deg/100m
方位变化率deg/100m
塞35~9
500—755
SH22R+0.29m+Ø161mm稳
3~~0
–5~~–8
碾9~11
325—439
SH22R+0.40m+Ø163mm稳
4~~6
–3~~–6
439—586
SH22R+0.29m+Ø162mm稳
4~~6
–1~~–3
碾10~12
232—536
SH22R+0.40m+Ø163mm稳
3~~8
–3~~–10
谭13~13
309—577
SH22R+0.30m+Ø163mm稳
3~~5
–3~~–8
谭14~14
296--482
SH22R+0.40m+Ø163mm稳
3~~5
–3~~–8
该表可以看出：
A该钻具结构有较强的增斜能力，增斜率在4~6（0/100m）间；方位左飘速度较快，一般在–3deg/100m~~–8deg/100m间。
因此方位超前角应取值较大。
下表是小井眼定向井定向的初始井斜及方位超前角：
设计位移m
≤100
100~~200
≥200
初始井斜deg
9~~10
10~~12
12~~15
方位超前角deg
3~~10
12~~20
15~~25
B稳定器的尺寸与增斜率关系密切。
例如塞35—9井，采用较小尺寸的稳定器在增斜段后出现稳斜，顺利一次性完钻。
足尺寸稳定器是保证增斜率的关键因素。
C一般情况下，随着钻压的增加，增斜率增大；转速愈高，方位左飘能力减弱。
但当钻压大于100KN时增斜率下降，大于120KN不增斜。
在增斜结构中，还有双母稳定器、增斜PDC钻头两种结构，其增斜能力、方位变化率如下表所示：
钻具结构
增斜率deg/100m
方位变化率deg/100m
双母稳定器
2~~~6
–3~~~-6
PDC钻头
3~~~6
–3~~~-6
这两种钻具结构同单公稳定器结构相比较，配合接头+公母稳定器有较强的增斜能力，增斜率相对比较稳定，方位漂移易于控制，现场中以该结构为主。
2、稳斜段钻具结构
稳斜段常采用以下钻具结构：
A、钻头+配合接头（0.30~1.00m）+165mm公母稳定器+NDC+欠尺寸稳定器
B、钻头+165mm双母稳定器+NDC+欠尺寸稳定器
下表是这两种结构的使用情况：
井号
井段m
结构
井斜变化deg
方位变化deg
N12-13
649—1047
163mm稳+NDC+159mm稳
28.5~27~34
75~55
S428
429—802
0.70m+1620m稳+NDC+159mm稳
21~22.5~16~24
296~290
N12-11
750—967
164mm稳+NDC+162mm稳
38~25~20.5
258~255
Z6-8
575—809
0.29m+162mm稳+NDC+159mm稳
25~20
294~280
N10-12
546—654
0.82m+163mm稳+NDC+161.5mm稳
26~26.4
185~185
T13-13
557—705
0.60m+163mm稳+NDC+161mm稳
23~24.7
134~134
T14-14
482—827
0.99m+163mm稳+NDC+162mm稳
24.9~24
10~5~19
S34-21
435--606
0.60m+162mm稳+NDC+162mm稳
29~26.5
175~169
从表中可以看出：
钻具结构A的稳斜稳方位能力优于钻具结构B；钻具结构A，当配合接头在0.50~1.00m范围内，近钻头稳定器外径≥163mm，远钻头稳定器外径≥161mm，稳斜稳方位能力最强。
3、165mmPDC钻头的应用
针对小井眼钻井机械钻速低的问题，我们在99年直井段试验的基础上，
2000年度进行了斜井段的试验。
试验结果表明，PDC钻头能有效的提高机械钻速。
下表是三牙轮钻头与PDC钻头的机械钻速对比情况：
厂家
尺寸
mm
型号
数量
只
进尺
m
纯钻
h
机械钻速m/h
石油大学
165
BM425
3
1022.34
62.25
16.42
川石
165
SH22R
21
6149.33
647.41
9.50
大港
165
FW281
6
2354.35
109.33
21.53
从表中可以看出：
PDC钻头相比于三牙轮钻头，能大幅度的提高机械钻速，其中，大港PDC优于石油大学PDC钻头。
总之，小井眼定向井相对于216mm井眼有其特殊性，其
钻具刚度小，柔性大，抑制方位能力差，因此，在施工时也有其特殊性：
定向时井斜初始角和方位超前角取值较大；≤0.50m配合接头+≥162mm稳定器钻具结构完成增斜段；（0.50m—1.00m）配合接头+≥162mm稳定器+NDC+欠尺寸稳定器的稳斜钻具结构完成稳斜段作业；尝试使用增斜PDC钻头，并有了一定认识。
小井眼定向井逐步走向成熟和规范。
五、2000年度分队定向井技术指标对比分析
2000年各队定向井技术指标统计对比
井队
井口数
总进尺
钻井周期
机械钻速
钻机月速
中靶半径
直增（稳）剖面
剖面优质率
定向一次成功率
1302
13
12520
16.21
11.56
2109
8.39
7
53.8%
8/13（61.54）
1303
11
9804
14.21
12.49
2384
9.10
8
72.7%
9/11（81.82）
1530
10
9991
11.21
20.18
3051
12.65
9
90%
11/12（90.00）
20108
31
35674
7.58
27.42
5172
13.30
22
70.9%
28/31（90.32）
20127
18
26832
11.75
19.67
4153
13.63
10
0.55
14/18（77.78）
20137
23
29509
10.00
22.61
4295
13.86
10
43.7%
16/23（69.57）
20141
22
28780
10.13
19.26
4168
13.08
15
68.2%
13/22（59.10）
32645
18
26046
12.67
18.71
3757
17.98
12
67.6%
16/18（88.89）
32795
11
16372
15.87
19.75
3308
11.82
2
18.8%
8/11（72.73）
32796
12
22418
19.67
20.51
3442
10.33
3
25%
9/12（75）
32797
2
2682
39.29
10.60
1083
32887
5
5658
12.17
20.06
3233
14.41
3
60%
5/5（100）
32890
1
1047
23.63
17.75
2172
32910
20
31086
9
升级会员 