定向井鉆井軌跡控制

1、軌跡控制方法,定向鉆井技術(shù),第七節(jié) 定向井軌跡控制技術(shù),軌跡控制,直井段(防斜打直),轉(zhuǎn)盤鉆+防斜鉆具組合復合鉆進(直螺桿/小彎角螺桿),概念:從垂直井段的造斜點開始,使井眼沿一 定的方位 偏斜的作業(yè),沿一定方位造斜至一定角度,用增斜組合增斜至要求的井斜角,方法,直螺桿+彎接頭,彎螺桿+直接頭,定向造斜,沿一定方位造斜至一定角度,復合鉆進增斜至要求的井斜角,跟蹤控制,從造斜結(jié)束,到鉆完全井,都屬于跟蹤控制階段?？刹捎棉D(zhuǎn)盤鉆+穩(wěn)定器組合進行增、穩(wěn)、降斜鉆進,當井斜或/和方位出現(xiàn)偏差時,用動力鉆具增/降斜或扭方位；彎螺桿+直接頭+MWD,發(fā)現(xiàn)井斜或方位偏差,隨時增/降斜或扭方位。,關于軌跡控制的幾

2、個重要概念,1、高邊：有斜度的井段其井眼的橫斷面是呈傾斜狀態(tài)的圓平面，若干個這樣的圓平面上最高點的連線稱為高邊。,定向井的井斜與方位控制,水平面,工具面,井底平面,2、工具面：造斜工具彎曲方向的平面。 3、裝置角(重力工具面角)： 從井眼高邊方向線順時針旋轉(zhuǎn)到造斜工具面上所轉(zhuǎn)過的角度。 高邊工具面：以高邊為基準，一般當井斜6時使用（重力工具面） 磁性工具面：以磁北為基準，在井斜較小時使用，數(shù)值上等于井斜方位角加裝置角。,工具面角,=90 ,=0 ,=270 ,=180 ,關于軌跡控制的幾個重要概念,4、反扭矩：在用井底動力鉆具鉆進時，都存在一個與鉆頭轉(zhuǎn)動方向相反的扭矩，該扭矩被稱為反扭矩。 5

3、、反扭角：使用井底動力鉆具鉆進時，因動力鉆具反扭矩的作用，使得井底鉆具外殼向逆時針方向轉(zhuǎn)動一個角度，該角度被稱為反扭角。,關于軌跡控制的幾個重要概念,裝置角(工具面角)與井斜角方位角的關系,裝置角(工具面角)與井斜角方位角的關系,裝置角(工具面角)與井斜角方位角的關系,裝置角(工具面角)的計算,例題1：已知1=15，K=10/100m ，= 22，要求扭完方位以后的井斜角為18。試求裝置角和扭方位的井段長度Dm。 解：由解析式可得：,如=-22，其它不變，？ Dm？,= 6.88，=-75.19=284.19，Dm= 68.8m。,轉(zhuǎn)盤鉆進軌跡控制,轉(zhuǎn)盤鉆進軌跡控制: 在轉(zhuǎn)盤鉆進的基礎上,利用

4、靠近鉆頭的鉆鋌部分,合理的使用扶正器,得到各種性能的鉆具組合,實現(xiàn)增斜、穩(wěn)斜和降斜。,BHA（Bottom Hole Assembly）:鉆頭之上約40- 50m長的鉆柱稱為“下部鉆柱”。在下部鉆柱 上安置某種鉆具, 構(gòu)成“下部鉆具組合”,也稱 為底部鉆具組合。,轉(zhuǎn)盤鉆進軌跡控制,增斜組合(杠桿原理),分為強、中、弱三種增斜組合。鉆壓越大,增斜能力越大;L1越長,增斜能力越弱。近鉆頭穩(wěn)定器直徑減小,增斜能力也減小。,轉(zhuǎn)盤鉆進軌跡控制,穩(wěn)斜組合(剛性滿眼鉆具原理),分為強、中、弱三種穩(wěn)斜組合。使用中要注意保持正常鉆壓和較高轉(zhuǎn)速?？墒褂秒p穩(wěn)定器串聯(lián)代替近鉆頭穩(wěn)定器增強穩(wěn)斜效果。,轉(zhuǎn)盤鉆進軌跡控制,

5、降斜組合(鐘擺原理),分為強、弱兩種降斜組合。使用時注意保持小鉆壓。對于強降斜組合,L1越長,降斜能力強,但不能與井壁有新的接觸點。,復合鉆進軌跡控制,根據(jù)鉆井一公司: 雙驅(qū)復合鉆井軌跡控制技術(shù)研究,1、結(jié)構(gòu)彎角對造斜能力的影晌 2、上穩(wěn)定器尺寸及位置對造斜能力的影響 3、雙驅(qū)鉆井井眼軌跡控制現(xiàn)場施工技術(shù),1、結(jié)構(gòu)彎角對造斜能力的影晌, 0.5單彎螺桿鉆具組合 0.5雙扶和0.5單扶單彎螺桿鉆具組合在文33-152井、新衛(wèi)222井使用，鉆進50-80m沒有增斜效果。, 0.75單彎螺桿鉆具組合 0.75雙扶單彎螺桿鉆具在胡5-200、衛(wèi)360、胡7-282、文33-152、胡5-197等井使用

6、，其增、降斜率0.75/根。增斜率與設計增斜率4/30m相差太大；降斜率雖達到設計要求，但定向滑動鉆速比轉(zhuǎn)盤慢，在定向增斜時少用或不用。 0.75單扶單彎螺桿鉆具PDC鉆頭，在濮7-147井等6口井試驗中，定向造斜率適中，一般為12-14/100m。雙驅(qū)復合鉆進時增斜率2-8/100m。因此，0.75單彎單扶螺桿比較適合中原油田鉆井的需要。,0.75單扶單彎螺桿鉆具復合鉆進試驗情況,1、結(jié)構(gòu)彎角對造斜能力的影晌, 1單彎螺桿鉆具組合 1雙扶單彎螺桿+PDC，為防止全角變化率超標，啟動轉(zhuǎn)盤，在鉆進過程中當井斜達到10以上，其穩(wěn)方位，微降斜效果相當明顯，正常情況下降斜0.52.5/100m，方位變

7、化很小。,1、結(jié)構(gòu)彎角對造斜能力的影晌,1雙扶單彎螺桿在穩(wěn)斜段的應用分析,1、結(jié)構(gòu)彎角對造斜能力的影晌,在新文72-8、文273-5、新文10-88、新文10-4、文213-15、新濮3-180等井使用1單扶單彎螺桿，采用1單扶單彎螺桿PDC，定向造斜至井斜15后，啟動轉(zhuǎn)盤進行復合鉆進，每100m增斜率3-8，完全滿足了中原油田鉆井的需要。,1單彎單扶螺桿雙驅(qū)試驗統(tǒng)計表, 1.25或1.5單彎螺桿鉆具組合 在大斜度定向井中，使用1.25單彎雙扶螺桿，穩(wěn)斜效果較好。但是，由于1.25或1.5單彎螺桿彎度大，鉆頭偏移量大，雙驅(qū)復合鉆進時螺桿芯子受交變應力大，很易斷芯子。到2005年初，中原油田使用

8、的1.25的螺桿進行復合鉆進，斷螺桿芯子6根，占1.25螺桿使用量的30%。為此，今后使用1.25螺桿時盡量避免啟動轉(zhuǎn)盤。,1、結(jié)構(gòu)彎角對造斜能力的影晌,2、上穩(wěn)定器尺寸及位置對造斜能力的影響,上穩(wěn)正器210mm（或212）,新13井,1的單彎單扶每50米增斜5 1的單彎雙扶每100米降斜5 穩(wěn)斜段的井斜角使用轉(zhuǎn)盤難以控制,上穩(wěn)正器195-200-206-208mm,文33159井復合鉆進數(shù)據(jù)變化情況,文72-270井鉆進數(shù)據(jù)變化情況,上穩(wěn)正器208mm,2、上穩(wěn)定器尺寸及位置對造斜能力的影響,文33-169井使用上扶正器為206mm的單彎雙扶螺桿，井斜從2443m的13微增到井深3120米的

9、16，改變了雙扶降斜的認識。,劉側(cè)20-2井穩(wěn)斜段鉆進數(shù)據(jù)情況,2、上穩(wěn)定器尺寸及位置對造斜能力的影響,2、上穩(wěn)定器尺寸及位置對造斜能力的影響,1單彎雙扶螺桿：上扶正器208mm 扶正器與螺桿間加一根3米長的短鉆鋌 從井深2032m鉆到2485m，井斜從44微增到47，增斜率只有0.6/100m。 螺桿一般7.2m左右，兩扶正器間的長度約為6.5m，增長1/3，即3-4m可大大改變受力狀態(tài)，在斜井段起到穩(wěn)斜的作用。,胡105-2井,文284井 ： 井段1800-2961m下入8P265MF+1單彎單扶+短鉆鋌3.81m+195mm扶正器+158mm鉆鋌6根，鉆壓30-50KN，轉(zhuǎn)速65r/mi

10、n，排量26l/s，泵壓12-16MPa。,2、上穩(wěn)定器尺寸及位置對造斜能力的影響,文284井井斜數(shù)據(jù)情況,3、雙驅(qū)鉆井井眼軌跡控制現(xiàn)場施工技術(shù),井位優(yōu)選技術(shù),根據(jù)區(qū)塊地層傾向，傾角，鄰井資料以及雙驅(qū)鉆井的特性，總結(jié)出地層自然造斜規(guī)律，以此確定地面井口位置，使設計方位滿足地層自然漂移規(guī)律，以降低井眼軌跡控制難度。,對于雙靶及多靶定向井，靶區(qū)目標點的給定限制了井口位置，必須在靶心連線的延長線上或延長線附近，而井口與第I靶位移的大小是一個關鍵問題，位移過大或過小都會造成施工難度增大。,最大井斜與I靶所需位移的關系,井身剖面優(yōu)化,雙驅(qū)鉆井井眼軌跡控制現(xiàn)場施工技術(shù),剖面優(yōu)化設計的原則是：根據(jù)上部直井段

11、軌跡，結(jié)合靶區(qū)要求，在I靶位移和中I靶井斜允許的情況下，井斜大于20的定向井造斜按3.6/30m設計，定向至10-15，對井斜50以上的定向井定向至20以上，以3-6/100m設計，到I靶附近，井斜達設計最大，位移不超標為最佳，然后穩(wěn)斜中II靶。井斜小于20的定向井，造斜率以3.5/30m計算，直接采用動力鉆具造斜至最大井斜，然后穩(wěn)斜鉆進中靶。,雙驅(qū)鉆井井眼軌跡控制現(xiàn)場施工技術(shù),直井段井眼軌跡控制,鉆穿館陶組后，除黃河南部分火成巖外，全部使用PDC鉆頭+動力鉆具雙驅(qū)鉆進 ,18井眼中，館陶底距造斜點500m以上，館陶底井斜較大，且方位與設計方位偏差較大，直井段自然造斜方位與設計方位不一致時，選

12、擇直螺桿，鉆具組合為：8PDC鉆頭+5LZ165直螺桿+6NDC1根+214扶正器+6DC，鉆至造斜點，以控制造斜點側(cè)向或反向位移，例如文179-33井，技術(shù)套管封館陶組，三開直井段長達1262m，選用此鉆具組合至造斜點。,2館陶底方位與設計方位基本一致，且第一靶位移較 大時，選用雙扶單彎螺桿且上扶正器選用小直徑， 減少造斜點與第一靶之間的位移，降低定向段和穩(wěn) 斜段難度。 如：文65-165井，館陶底井斜2，方位290，上 扶正器直徑200，鉆至造斜點井斜4，方位與設 計一致，既降低了定向工作量，又避免了定向前起 鉆。,雙驅(qū)鉆井井眼軌跡控制現(xiàn)場施工技術(shù),3 8井眼館陶底井斜不大，且距造斜點較近

13、，直接使用 上下扶正器直徑相同單彎螺桿，其度數(shù)根據(jù)鄰井造斜資料 選擇，當設計最大井斜較小時，可完成直井段、造斜段及 穩(wěn)斜段作業(yè)。例如，文98-21井，出館陶組后，一趟鉆打 完設計進尺，完成了直、增、穩(wěn)三種作業(yè)。,雙驅(qū)鉆井井眼軌跡控制現(xiàn)場施工技術(shù),4上部直井段井斜、位移均偏大，繼續(xù)鉆進其側(cè)向位移可 能造成造斜點與雙靶不一條線，選擇雙扶單彎螺桿糾斜 或扭方位后再鉆直井段。例如：文133-19井，由于上部 井斜達4，方位與設計方位基本垂直，采用雙扶單彎螺 桿在直井段糾斜后鉆至造斜點。,定向段及增斜段的軌跡控制,雙驅(qū)鉆井井眼軌跡控制現(xiàn)場施工技術(shù),采用PDC鉆頭配合單彎螺桿定向造斜，用隨鉆儀器監(jiān)測,組合

14、1： 8PDC+165單彎單扶螺桿+159NDC1 根 +159DC6根+127HWDP12根+127DP,當設計最大井斜大于20的定向井，用0.75度單扶單彎螺桿或1單扶單彎螺桿造斜到15以上，啟動轉(zhuǎn)盤復合鉆進自然增斜。,當設計最大井斜在20以內(nèi)或者由于靶位移的限制，需定向至設計最大井斜的定向井，用1或1.25雙扶單彎螺桿直接造斜到最大井斜后復合鉆進穩(wěn)斜中靶，,組合2： 8PDC+165雙扶單彎螺桿+159NDC1根 +159DC6根+127HWDP12根+127DP,鉆進參數(shù)：鉆壓20-80KN，復合鉆進時轉(zhuǎn)速45-65r/min， 排量28-30l/s，泵壓12-18Mpa。,雙驅(qū)鉆井井眼軌跡控制現(xiàn)場施工技術(shù),穩(wěn)斜段井眼軌跡控制,采用鉆具組合2，用0.75或1雙扶單彎螺桿。 若地層傾向與設計方位為順向，則表現(xiàn)為微降斜，降斜率為0.6-1.2/30m；若地層傾向與設計方位為反向，增斜率為0.45-0.6/30m；若地層傾向與設計方位側(cè)向時，則表現(xiàn)為微降斜，降斜率0.2-0.6/30m 在下入單彎雙扶螺桿鉆具組合時要充分考慮地層傾向傾角與設計方位之間的關系，對下部的增斜率留有余量，以便順利中靶。在穩(wěn)斜段自然降斜嚴重的定向井中采取上移上扶正器2-4m