浅谈大位移水平井轨迹控制技术
大位移水平井轨迹控制在桩166-平3井应用

3 . 1 、 直井 段 :采用常规 塔 式钻具 组合 , 使用 电子 多点YS S 监 控井 眼轨迹 。 该井 段控 制 较好 ,井深 1 6 6 0 m, 最大 井斜 1 . 2 1 。 ,水 平位 移 8 . 3 7 m。 3 . 2 、 二开 斜井段 : 钻 至井深 1 6 8 6 . 1 4 m时开始定 向造斜 , 按照设 计第一 段造 斜率 1 0 。 /l O O m, 井斜 增 至2 5 。 。 为 了达 到 中3 1 1 . 1 mm井 眼 的造 斜效 果 , 钻 具组 合: 03 l 1 . 1 5 a r m钻头 + 2 0 3 am动力 钻具 ( r 1 . 2 5 7 ) + 2 编号 : 1 0 0 9 —9 1 4 X( 2 0 1 4 ) 1 卜0 3 6 1 — 0 1
1桩 1 6 6 _ _ 平3 井 基本 情 况 桩1 6 6 一 平3 井 是胜 利油 田在桩 西 布置 的一 口海 油 陆采大 位移 水平 井 ,构
造位 置位 于济 阳坳 陷沾化 凹 陷桩 西潜 山披 覆构 造带桩 斜 1 4 6 块 高部 位 。 钻探 目
合 ,体现 出井 身剖 面优 化设 计起 到 的作 用 。 3施 工过 程
成岩 屑床 。 岩 屑上 返过程 中被 磨得很 细 , 很难 从泥浆 中清除 , 造成摩 阻增 大 、 导 致井 隋况复 杂 。 地 层复 杂 , 上 部新生 代纯泥岩 段造浆 严重 , 不易控 制泥浆 性 能
的稳 定 。 馆 陶组 存有 大段 的底 砾岩 , 渗透性 强 , 且 极不 稳定 。
压加 不上 , 极易憋 泵 , 机 械钻速 低 。 斜井段 长 , 岩 屑在 自重作用 下下沉 , 很容 易形
的为 开 发桩斜 1 4 6 块 沙三段 油层 。 桩1 6 6 一 平3 井基 本 设计 数据如 表 1 。
大偏移距水平井轨迹设计方法研究

大偏移距水平井轨迹设计方法研究摘要:随着钻井技术特别是大偏移距水平井的不断发展,钻井的难度也不断增加,对钻井过程中的力学分析和计算要求越来越高。
由于大偏移距水平井需大幅度扭方位作业,加大了轨迹控制的难度,且钻具及套管受力较复杂,摩阻扭矩较大,水平段托压严重,易引发井下事故。
针对大偏移距水平井轨迹设计难点,本文通过对大偏移距水平井的定义进行阐述,分析了该类水平井的轨迹设计方法,对今后钻井工程设计及现场施工有一定的指导意义。
关键字:大偏移距;油田;钻井;水平井;大偏移距水平井的最大特点是水平位移大,裸眼段长,在斜井段的钻探过程中,不仅要增加井斜,还要对方位进行同步调整,极大地增加了钻柱和套管柱在井筒内的摩阻扭矩,严重制约了三维水平井的发展。
基于工厂化平台钻井模式普遍应用,水平井井眼轨迹逐渐往大偏移距方向发展。
一口井井眼轨迹的好坏很大程度上由井眼“狗腿”度决定。
“狗腿”度对摩阻具有很大影响,主要是因为在弯曲井段管柱的刚度效应明显增强,钻柱与井壁间的接触力增大,导致摩阻也随之增大。
一、大偏移距水平井定义三维水平井是指井口不在水平段方位线上的水平井,其井口到水平段方位线的垂直距离称为偏移距。
偏移距大于200m的三维水平井称为大偏移距三维水平井,偏移距介于100~200m的三维水平井成为中偏移距三维水平井,偏移距小于100m的三维水平井称为小偏移距三维水平井。
如图1所示,在水平投影图中,靶点A与靶点B构成的靶体与井口坐标O不共线,OD就是其偏移距。
OA是水平段的靶前位移,是AD实际有效靶前位移,大偏移距三维水平井在现场施工过程中主要参考有效靶前距AD、偏移距OD及垂深对实钻剖面进行优化,φ是水平井的设计方位角,φA、φB分别是靶点A、靶点B的闭合方位,φD为先期定向方位角。
图1 带靶前位移的大偏移距水平井概念描述图二、大偏移距水平井轨迹模型分析1、大偏移距水平井几何评价模型以往的水平井轨道设计优化及最优控制技术均是建立在数学或力学模型基础上,约束条件多、迭代次数多、计算复杂、无成形软件可供计算,对井眼轨迹实际可优化性及操作性不高。
冀东大位移水平井轨迹精细控制技术

冀东大位移水平井轨迹精细控制技术【摘要】井眼轨迹精细控制技术的应用是满足井身质量符合设计要求的重要手段之一。
针对大位移水平井轨迹控制进行的八个关键因素分析是确定造斜、稳斜、增斜和稳斜等各井段的轨迹精细控制工艺技术措施的重要依据。
该技术在4口水平位移超过3000m 水平井上的应用,取得良好效果。
【关键词】轨迹精细控制关键因素大位移水平井南堡深层大位移水平井主要用于海上、滩海和其他地面条件受到限制的油田,可减少钻前费用,有效降低成本。
冀东油田潜山构造大位移欠平衡水平井主要集中在南堡2号构造,钻井目的为滚动开发南堡2号构造潜山组油藏。
井眼轨迹精细控制技术在4口水平位移超过3000m水平井上的应用,取得良好效果,其中南堡23-平2016井水平位移达4013m,技术水平位于国内先进行列,标志着位移超过4000米的大位移水平井井眼轨迹精细控制技术的日臻成熟,形成了深层大位移水平井钻井关键技术的主要部分,为冀东油田深部潜山储层的勘探开发提供了技术支撑。
1 井身结构设计冀东油田潜山构造大位移欠平衡水平井自上而下主要钻遇地层:平原组、明化镇组、馆陶组、东营组、沙河街组、奥陶系潜山。
井身结构设计为五段制,以南堡23-平2016井为例,井身结构为:φ660.4mm*284m+φ444.5mm*2003m+φ311.1mm*4203m+φ215.9mm*5379m+φ152.4mm*5600m2 井眼轨迹精细控制技术关键因素分析(1)选择工具造斜率。
工具造斜率按照高于理论值10%~20%来选择或设计工具。
(2)不同井段造斜率的优化。
若实钻高于设计造斜率,降斜相对容易。
若实钻造斜率低于设计造斜率,不能确保下一段造斜率增上去。
通常造斜率的选择采取先高后低方法。
(3)垂增的控制。
垂深对井斜有一种误差放大作用,垂增相差很小可能造成滞后或提前进靶着陆。
(4)方位调整。
控制中提前调整方位。
若入靶前进行方位调整,造斜率很难控制在预计范围内。
水平井井眼轨迹控制技术探讨

1 井身轨迹控制常规的水平井都由直井段、增斜段和水平段3部分组成。
由直井段末端的造斜段(kop)到钻至靶窗的增斜井段,这一控制过程为着陆控制;在靶体内钻水平段这一控制过程称为水平控制。
水平井的垂直段与常规直井及定向井的直井段控制没有根本区别。
水平井井眼轨道控制的突出特点集中体现在着陆控制和水平控制,设计到一些新的概念指标和特殊的控制方法。
1.1 水平井井眼轨道控制技术的特点水平井钻井技术是定向井技术的延伸和发展。
水平井的井眼轨道控制技术与定向井相比有类似之处,但也有显著差异,体现了水平井轨道控制的突出技术特征。
1.1.1中靶要求高定向井的靶区为目的层上的一个圆形,通称靶圆,靶圆中心称为靶心。
靶心是井身设计轨道中靶的理论位置,而靶圆是考虑到因误差而造成的实钻轨道中靶的允差范围。
一般来说,定向井的目的层越深,其靶圆半径也越大。
例如一口井垂深为1800-2100m的定向井,其靶圆半径通为30-45m,如上所述,水平井的靶体是一个以矩形靶窗为前端面的呈水平或近似水平放置的长方体或与之接近的几何体(拟柱体,棱台等)。
靶窗的高度与油层状况有关,宽度一般是高度的5倍,水平井长度则和水平井的增斜段曲率半径类型有关。
例如,对厚油层,其靶窗高度可达20m,但对薄油层,该高度可小到4m甚至更小。
按我国对石油水平井的规定,水平段井斜角应在86°以上,长、中、短半径3类水平井的水平段长度一般分别不得小于500m,300m,60m 。
很显然,水平井的目标(靶体)比定向井的目标(靶圆)要求苛刻,前者是立体(三维),后者是平面(二维),因此中靶要求更高。
对于水平井来说,井眼轨道进入目标窗口(靶窗)还不够,还要防止在钻水平段的过程中钻头穿出靶体造成脱靶,而对定向井来说,只要保证钻入靶圆即为成功。
1.1.2控制难度大由于上述定向井和水平井的目标性质与要求对比可知,水平井轨道控制难度大于定向井。
而且,由于常规定向井的最大井斜角一般在60°以内,不存在因目的层的地质误差造成脱靶的问题。
超浅层大位移水平井钻完井技术及应用

预斜,同时为规避底水,预斜角度需尽量大,设计预斜狗腿至少4.5°/30 m。
此外,受到邻井表层套管偏斜的影响,防碰严重,通过对相关邻井表层轨迹复测,充分落实周边井表层连续轨迹,通过对桩管以下每5 m的轨迹投影,确定预斜过程中设计轨迹与老井套管相对关系。
在此基础上,优化定向井轨迹,作业过程中采用陀螺测斜,并应用国内先进的防碰监测系统,最大程度降低了防碰风险。
2.2 导眼钻进与新型扩眼一体化钻井技术考虑到常规大尺寸井眼不利于防碰及预斜,项目组确定先钻9-7/8″领眼防碰绕障并预斜,后使用17-1/2″扩眼器进行扩眼。
项目组自行设计三级固定翼扩眼器即:9-7/8″×13-3/4″×17-1/2″,具体如图1所示。
使扩眼器更易进入老井眼,增加扩眼器的稳定性。
通过合理的水眼布置,改善携岩,减少了对井壁的冲刷;合理的水力配置,减少了扩眼器泥包几率,使用球0 引言超浅层水平井(主要目的层顶海拔垂深550 m),在国内外可查文献中海洋钻井尚无先例,属技术空白,在这样的情况下进行钻完井作业会遇到较多以前未曾遇到的技术难题。
如:地层疏松,连续造斜率可行性(6°/30 m);连续大狗腿(6°/30 m)、高水垂比(2.7)及长稳斜段9-5/8″技术套管的下入及套管安全问题;疏松地层的井壁稳定与合理的低密度兼顾问题;储层保护问题;地层绝对压力低,如何安全顺利诱喷返排;两井长稳斜段,存在钻井液体系的抑制性、流变性及润滑性以及如何降低水力磨阻等难题,同样还存在易形成岩屑床等技术难题。
1 构建思路及创新性技术针对特殊超浅层地层开展的超浅地层井壁稳定性研究,得出了松软地层坍塌压力与破裂压力曲线,预测钻井安全密度窗口,推荐稳斜段及储层井段采用合适的钻井液密度。
通过这些有效的科研数据和实验结果,为作业实施奠定了理论基础。
解决了钻完井技术难题,同时也创造了海洋实施最浅大位移井记录,并摸索出一套超浅层大位移井钻完井理论与技术。
浅层大位移水平井钻井关键技术及应用

2821 前期实践通过现场调研东方气田已钻井水平井,典型的井眼轨迹设计是:造斜段—稳斜段—着陆段—水平段地质导向;井身结构是:打桩锤入φ609.60mm桩管(泥面以下60-70m)+φ444.50mm井眼×φ339.73mm套管(1200m左右造斜段或稳斜段)+ φ311.15mm井眼×φ244.48mm套管(着陆储层)+ φ215.90mm井眼×φ139.70mm筛管(水平段)。
东方气田早期开发项目为井深3000m左右常规水平井,储层压力系数1.01-1.03,上部地层起下钻困难、中途循环往往返出大量泥团,常有井漏、卡钻、卡套管事故发生,作业时效很低。
东方气田调整井水平井长度增加到3500~4000m,储层的压力系数会缓慢降低至0.57~0.86,经过钻井方案调整和优化,但是效果未取得改善,卡钻、卡套管事故井占总井数比例仍高达50%,其中,有两口大位移水平井因发生储层恶性井漏而不得不提前完钻,加上井下复杂等情况两口井超计划工期50多天。
对于日费超过150万元的海洋钻井工程而言,东方气田钻井技术亟待进一步完善和提高。
2 钻井难点2.1 桩管鞋至海底易窜漏前期开发项目 φ762.00mm隔水管采用锤入方式安装,不固井,入泥约60~70m,槽中心距仅2000mm,漏失发生在大多数井钻出桩管鞋后。
X 1-A 9井 φ444.5mm井段,从359m到1105m钻进过程中,在井口处一直是失返状态,期间多次短起下验证为桩管鞋至海底串通,被迫在井口无返出情况下钻进、起下钻、下套管和固井。
2.2 轨迹控制难度高表层 φ444.50mm井段乐东组造斜段大段泥岩极软、粘性强,0-2T钻压下机械钻速高达150-300m/h,旋转钻进降斜5~6°/30m;乐东组底部至莺歌海组两段泥岩突变为旋转钻进微增斜。
莺歌海组泥岩在φ311.15mm井段稳斜和着陆段表现出的是软、粘的特征,方位的偏移左右不定。
水平井井眼轨迹控制技术(1)

水平井井眼轨迹控制技术无论是定向井,还是水平井,控制井眼轨迹的最终目的都是要按设计要求中靶。
但因水平井的井身剖面特点、目的层靶区的要求等与普通定向井和多目标井不同,在井眼轨迹控制方面具有许多与定向井、多目标井不同的新概念,需要建立一套新的概念和理论体系来作为水平井井眼轨迹控制的理论依据和指导思想。
在长、中半径水平井的井眼轨迹控制模式的形成和验证过程中,针对不断出现的轨迹控制问题,建立了适应于水平井轨迹控制特点的几个新概念。
一、水平井的中靶概念地质给出的水平井靶区通常是一个在目的层内以设计的水平井眼轨道为轴线的柱状靶,其横截面多为矩形或圆。
可以把这个柱状靶看成是由无数个相互平行的法面平面组成,因此,控制水平井井眼轨迹中靶,与普通定向井、多目标井是个截然不同的新概念,主要体现是:井眼轨迹中靶时进入的平面是一个法平面(也称目标窗口),但中靶的靶区不是一个平面,而是一个柱状体,因此,不仅要求实钻轨迹点在窗口平面的设计范围内,而且要求点的矢量方向符合设计,使实钻轨迹点在进入目标窗口平面后的每一个点都处于靶柱所限制的范围内。
也就是说,控制水平井井眼轨迹中靶的要素是实钻轨迹在靶柱内的每一点的位置要到位(即入靶点的井斜角、方位角、垂深和位移在设计要求的范围内),也就是我们所讲的矢量中靶。
二、水平井增斜井段井眼轨迹控制的特点及影响因素对一口实钻水平井,从造斜点到目的层入靶点的设计垂深增量和水平位移增量是一定的,如果实钻轨迹点的位置和矢量方向偏离设计轨道,势必改变待钻井眼的垂深增量和位移增量的关系,也直接影响到待钻井眼轨迹的中靶精度。
水平井钻井工程设计中所给定的钻具组合是在一定的理论计算和实践经验的基础上得出的,随着理性认识的深化和实践经验总结,设计的钻具组合钻出实际井眼轨迹与设计轨道曲线的符合程度会不断提高。
但是,由于井下条件的复杂性和多变性,这个符合程度总是相对的。
实钻井眼轨迹点的位置相对于设计轨道曲线总是会提前、或适中、或滞后,点的井斜角大小也可能是超前、适中或滞后。
水平井水平段轨迹控制课件

应用范围扩大
随着技术的进步和应用的不断扩 大,水平井的应用范围越来越广 泛,已经成为石油、天然气和矿 产开发中的重要技术手段之一。
02 水平井轨迹控制技术
CHAPTER
水平井轨迹控制的基本原理
01
水平井轨迹控制的基本原理是通 过钻具组合的设计和钻进参数的 优化,实现对井眼轨迹的精确控 制。
产数据等。
控制优化
03
根据预测模型,优化控制参数如水平段位置、钻井液排量等,
实现水平段轨迹的精确控制。
基于优化算法的智能控制策略
优化算法控制策略
利用遗传算法、粒子群算法等优 化算法,寻找最优的控制参数组
合。
遗传算法
通过模拟生物进化过程,寻找最优 解。在水平井轨迹控制中,可应用 于寻找最优的钻井液排量、水平段 位置等参数组合。
基于人工智能的自适应控制的水平井轨迹控制实例
基于人工智能的自适应控制是一种新兴的控制方法,通过机器学习等技术对系统进行学习和 自适应。在水平井轨迹控制中,可以使用人工智能技术对地下井眼模型进行学习和自适应, 并制定相应的控制策略。
基于人工智能的自适应控制的优势在于能够自适应地处理复杂的非线性系统,并具有较好的 泛化性能。此外,人工智能技术可以处理大量的数据,并通过数据挖掘等技术提取出有用的 信息。
要点三
测量与导向系统
测量与导向系统是实现水平井轨迹控 制的关键技术之一。目前,该领域仍 存在一些技术瓶颈,如测量精度不高 、导向稳定性不足等。这些问题的解 决需要进一步研究和改进测量与导向 系统技术。
06 结论与展望
CHAPTER
主要结论
水平井水平段轨迹控制技术的发 展趋势是高效、精准、智能化。
• 水平井轨迹控制需要解决防斜打直问题,确保井眼 轨迹的垂直性和稳定性。
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浅谈大位移水平井轨迹控制技术
目前,大位移水平井钻井技术被广泛应用于石油、天然气的开采施工过程中,对其轨迹进行控制的关键就是井眼轨迹的设计,本文首先对井眼剖面的主要设计原则进行了介绍,进而针对轨道参数的选择以及参数优化后的结果进行了分析,最后对摩阻扭矩进行了分析,以期能够对水平井轨迹的有效控制提供一定的技术依据。
标签:大位移水平井轨迹控制
对水平井轨迹进行合理的设计是保证大位移水平井顺利完成的重要关键,除了要保证井身的剖面不能超过钻柱的扭矩极限之外,还要尽可能地降低扭矩摩阻、增加水平延伸的距离。
相比于一般的水平井,大位移水平井本身对于井眼轨迹的设计有着特殊的要求,本文就针对如何具体对大位移水平井的轨迹进行控制以及相关注意事项进行如下分析。
1井眼剖面的主要设计原则
在进行大位移水平井的轨迹控制时,其中一个非常重要的关键点就是井眼轨迹的设计,这其中需要以设计方案的可操作性作为主要基础原则。
当斜井段较长的时候,套管的磨损程度和可能性就会越高,相应的轨道剖面设计就很难被实现。
与此同时,设计时还需要注意保证扭矩、拉力和摩阻处于一个较小的范围,因此,可以通过对相关参数进行优化来实现。
2轨道参数的选择
2.1造斜点参数
在进行造斜点的选择时,如果设计的造斜点相对较浅,会造成斜井段的拉长,导致拉力和扭矩的进一步增大,在进行井段的加长工程中,非常容易产生键槽的问题,在很大程度上提升了井眼的控制难度。
在进行稳斜角具体参数的选择时,滑动钻进摩阻会随着造斜点的提高而增大,对于大位移水平井进行轨迹控制时,设计人员需要尽可能地选择那些相对科学的曲线,同时还需要保证造斜点处于一个较深的水平,这些都有利于直井段对于短斜井段的缩短效应,为后续的钻井下套管作业提供了方便。
2.2稳斜角参数
随着稳斜角的不断增大,起下钻摩阻以及旋转的扭矩会随之减小,而滑动钻进摩阻则会随之增加。
因此,为了保证斜稳角处于最佳条件应当将斜井段的长度控制在最短,这样相应的扭矩和摩阻也就越小。
在井斜处于45°-55°这一范围内,存在着一个受到扭矩的限制而引发的最小深度值,因此,在进行稳斜角的设计时应该尽可能地避开这一角度范围。
当稳斜角的数值一定时,扭矩和摩阻会随着稳
斜段的减小而减小。
2.3增斜率参数
为了保证设计出的曲线更加平滑,就需要尽可能的减小增斜率,相应的增斜率的变化率、摩阻以及扭矩也会随之减小。
3造斜率参数的选择原则
造斜率的设计是整个控制技术中十分关键的因素,在工程的实际施工中,如果造斜段的造斜率相比于设计的造斜率略低时,一旦出现突发情况就会对工程的后续施工造成非常大的影响,使整个工程处于一个相对被动的状态。
因此,一般在进行工程施工时所采用的螺杆钻具通常会比设计的造斜率高出一定的比例。
4井眼剖面优化分析
在进行大位移水平井设计时,设计人员可以采用多种类型的曲线来对轨迹的设计方案进行设计,这包括:悬链线轨迹、双圆弧型的轨迹、圆弧形轨迹、恒变降曲率的曲线轨迹以及准悬链线型的轨迹等。
如果设计的水平井靶前位移处于一个相对较小的范围时,就不太适合采用悬链线轨迹等会对摩阻产生降低效应的设计方法,这主要是因为这些设计方案都需要建立在充足靶前位移基础上才能实现的。
因此,在对这一类水平井进行剖面的设计时往往会选择单圆弧型的剖面,相比于其他类型的剖面轨迹更加简单,这在很大程度上就会使井眼的设计轨迹更加平滑,与此同时还减少了井壁和钻柱彼此之间的接触面积、降斜井段以及局部的增斜,通过这种设计可以实现扭矩和全井摩阻的有效降低。
通过这种设计方案设计出的井眼剖面的施工造斜率为0.35°/m。
通过这种设计方式的水平井剖面再进入到水平段之前,其复合钻的进尺相对较少,这就为可供施工调整的空间提供了很大的便利,同时,稳斜段也很好地避免了45°-55°这一范围,具有很强的操作性。
因此,在进行大位移水平井的实际施工时,施工人员往往都会采用这种剖面来作为整个工程施工的指导方法来进行轨迹的控制。
5摩阻扭矩的分析
5.1钻井前摩阻扭矩的分析
施工前需要对摩阻扭矩进行分析,保证设计出的三轴应力、抗压、抗拉强度以及剖面侧向力等参数都满足安全系数的要求,同时还要保证施工所用的钻具在不同工况下都能够保证不屈曲。
套管也能够按照设计的要求进行下入。
5.2实钻时摩阻扭矩的分析
在实际钻井的过程中,井下的摩阻扭矩通常要远远超过设计时的数据,这一方面是受到井眼轨迹的影响,另一方面主要是受到井壁不规则以及固相的含量偏高等原因造成的落雁摩阻系数偏高所引发的。
在钻井完成后,还需要对通井以及大排量的循环进行多次的模拟,通过这些模拟可以发现起下钻摩阻基本都存在下降的情况。
5.3产生高摩阻的原因
(1)由于钻井的速度非常快,循环的时间非常短,这就会造成被研磨的非常细的破碎岩屑不容易从钻井液里面去除,进而导致了固相含量的进一步上升,最终使得摩阻系数偏大。
(2)如果油基钻井液的携砂能力较差,再加之井底的温度过高时,都会使油基钻井液进一步稀释,进而造成洗井的效果不好。
(3)井斜角的进一步增大会使得钻柱作用在井壁上的荷载增加,进而导致钻柱的运动阻力增加。
(4)井眼的清洁难度以及岩屑运移阻力都会随水平段延伸而不断增大,这会导致钻井液本身的携砂能力受到很大程度的限制,最终导致岩屑床问题严重。
6结语
综上所述,对水平井井眼轨迹进行优化设计是实现整个大位移水平井轨迹控制的重要措施,对此,设计时不仅要对钻井的具体参数进行优化,同时还要保证井眼轨迹的平滑度,另一方面,为了保证井下作业的安全,设计人员还需要尽可能地减少摩阻,强化井壁的稳定性,这对于保证大位移水平井的顺利完成具有重要的意义。
参考文献
[1]李梦刚.水平井井眼轨迹控制关键技术探讨[J]. 西部探矿工程,2009(02).
[2]杜青云,寿翔,袁小平.大位移水平井轨道优化设计研究[J]. 中国石油和化工标准与质量. 2013(09).
[作者简介]徐兵(1975~),男,毕业于中国石油大学资源勘查专业,工程师,研究方向为钻井管理。