AT9-11H井轨迹控制技术
水平井钻井施工过程轨迹控制技术
40目前，我国大多数油气田均进入了开采后期，钻探过程十分复杂，而水平井技术可以提高油气井的开采效率，因此，水平井钻探逐渐成为最为流行的钻探技术。
但是在水平井钻探技术的应用过程中也暴露出众多的问题，其中轨迹控制困难最为突出。
在钻井过程中，对轨迹进行精确的控制，不但可以提高油气资源的开采效率，还可以防止发生各种油气开采事故，对于水平井钻探过程而言十分重要[1]。
1 水平井钻井概述水平井钻探过程所面对的对象不仅有直井段，也需要对地下的斜井段进行钻探，因此技术实施难度较大。
在水平井钻探过程中，对轨迹进行精确的控制，可以防止发生井眼倾斜，才能满足实际开采的需求。
在实际的水平井施工过程中，要达到轨迹控制的目的，也需要对钻具进行优选，在一定条件下，可以采用多种钻具相组合的措施，针对不同的地质条件和不同的井段，所采用的钻具组合方式各不相同[2]。
在另一方面，要做到轨迹控制，必须提高钻头的转速，这种情况下，若钻具选择不合理，可能会导致卡钻事故，从而影响钻探轨迹，一般情况下，针对直井段采用小直径的钻头效果更佳。
通过此分析发现，钻具的选择为轨迹控制带来了极大的难度。
2 水平井钻井轨迹控制特点水平井钻井过程中的轨迹控制包括导向靶进入井内到完井的各个过程，导向靶进入井内之后将直接和地层的缝隙系统相接触，导向靶的精确控制是轨迹控制的基础，因此，水平井钻井过程中的轨迹控制具有两大特点：（1）轨迹控制受主客观因素影响严重水平井钻井轨迹控制过程中的影响因素分为两个方面，分别是主观因素和客观因素。
主观因素主要包括地下地质状况、钻探井的结构、钻井轨迹、钻井所采用相关设备的参数以及现场的事故条件；客观因素主要包括油气储层的特征及井下摩阻。
轨迹控制虽然也受客观因素影响，但是实际的轨迹控制筹划都是根据主观因素来完成，从而保障钻井过程的顺利进行[3]。
（2）沿油气储层进行轨迹控制的质量十分重要本文中所提出的沿油气储层进行轨迹控制指的是根据油气走向和倾角变化进行轨迹控制，从而使整个井下轨迹保持平整，同时也可以使轨迹沿储层方向延伸。
塔河油田AT井区丛式井钻井方案设计及应用
塔河油田AT井区丛式井钻井方案设计及应用周伟;李文飞;刘晓民;陶林【摘要】塔河油田AT井区属于碎屑岩油藏,储量丰富,但由于地表环境属国家级自然保护区,环境保护等级要求很高,增加了钻井开发的难度.如果利用常规钻井技术方案进行施工,不仅油藏动用程度低,开发成本高,而且极易造成环境破坏.根据油藏地质特征及地面环境要求,在丛式井钻井开发工艺技术研究分析的基础上,优化设计了针对AT井区特殊环境要求的丛式井钻井开发方案.实践应用结果表明,丛式井组优化设计方案能够有效控制油藏储量96万吨,井场数由9个减为1个,避免了对自然环境破坏的同时,降低了产能建设投入成本,进而提高了整个油气田的经济效益.【期刊名称】《内蒙古石油化工》【年(卷),期】2013(000)018【总页数】3页(P37-39)【关键词】塔河油田;丛式井;钻井;优化设计;分析【作者】周伟;李文飞;刘晓民;陶林【作者单位】中石化西北油田分公司工程技术研究院,新疆乌鲁木齐830011;中石化胜利石油工程有限公司钻井工艺研究院,山东东营257017;中石化西北油田分公司工程技术研究院,新疆乌鲁木齐830011;中石化胜利石油工程有限公司钻井工艺研究院,山东东营257017【正文语种】中文【中图分类】TE22塔河油田AT井区属于碎屑岩油藏，油气资源储量丰富，由于地表处于塔里木河流域，胡杨林茂盛，属国家级自然保护区，井场选址受到限制，油气资源一直未得到有效开发。
丛式井技术具有利用一个井场或平台完成多口井施工的技术优势[1］，结合AT井区的地质目的和地面环境条件，开展丛式井钻井优化设计分析及应用研究，以其对新疆特殊环境地区油气藏的高效开发提供借鉴和指导。
1 AT井区地面及地质条件塔河油田AT井区位于塔里木河冲积平原，地势较为平坦，平均海拔为940m，地表胡杨林茂盛，属国家级自然保护区。
该井区位于塔里木河流域，地面工程一般需要修筑防洪堤坝，防止雨季洪峰。
因此，受环境保护和防洪的特殊要求，井场选址受到诸多限制。
钻井工程：第五章 井眼轨道设计与轨迹控制说课讲解
钻井工程：第五章井眼轨道设计与轨迹控制第五章井眼轨道设计与轨迹控制1．井眼轨迹的基本参数有哪些？为什么将它们称为基本参数？08答：井眼轨迹基本参数包括：井深、井斜角、井斜方位角。
这三个参数足够表明井眼中一个测点的具体位置，所以将他们称为基本参数。
2．方位与方向的区别何在？请举例说明。
井斜方位角有哪两种表示方法？二者之间如何换算？答：方位都在某个水平面上，而方向则是在三维空间内（当然也可能在水平面上）。
方位角表示方法：真方位角、象限角。
3．水平投影长度与水平位移有何区别？视平移与水平位移有何区别?答：水平投影长度是指井眼轨迹上某点至井口的长度在水平面上的投影，即井深在水平面上的投影长度。
水平位移是指轨迹上某点至井口所在铅垂线的距离，或指轨迹上某点至井口的距离在水平面上的投影。
在实钻井眼轨迹上，二者有明显区别，水平长度一般为曲线段，而水平位移为直线段。
视平移是水平位移在设计方位上的投影长度。
4．狗腿角、狗腿度、狗腿严重度三者的概念有何不同？答：狗腿角是指测段上、下二测点处的井眼方向线之间的夹角（注意是在空间的夹角）。
狗腿严重度是指井眼曲率，是井眼轨迹曲线的曲率。
5．垂直投影图与垂直剖面图有何区别？答：垂直投影图相当于机械制造图中的侧视图，即将井眼轨迹投影到铅垂平面上；垂直剖面图是经过井眼轨迹上的每一点做铅垂线所组成的曲面，将此曲面展开就是垂直剖面图。
6．为什么要规定一个测段内方位角变化的绝对值不得超过180 ？实际资料中如果超过了怎么办？答：7．测斜计算，对一个测段来说，要计算那些参数？对一个测点来说，需要计算哪些参数？测段计算与测点计算有什么关系？答：测斜时，对一个测段来说，需要计算的参数有五个：垂增、平增、N坐标增量、E坐标增量和井眼曲率；对一个测点来说，需要计算的参数有七个：五个直角坐标值（垂深、水平长度、N坐标、E坐标、视平移）和两个极坐标（水平位移、平移方位角）。
轨迹计算时，必须首先算出每个测段的坐标增量，然后才能求得测点的坐标值。
第三节--定向井轨迹控制技术
第三节--定向井轨迹控制技术井眼轨迹控制的内容包括：优化钻具组合、优选钻井参数、采用先进的井下工具和仪器、利用计算机进行井眼轨迹的检测预测、利用地层的方位漂移规律、避免井下复杂情况等等。
轨迹控制贯穿钻井作业的全过程，它是使实钻井眼沿着设计轨道钻达靶区的综合性技术，也是定向井施工中的关键技术之一。
井眼轨迹控制技术按照定向井的工艺过程，可分为直井段、造斜段、增斜段、稳斜段、降斜段和扭方位井段等控制技术，其中直井段的控制技术见第七章第四节。
一．定向选斜井段初始造斜方法有五类，即井下马达和弯接头定向、喷射法、造斜器法、弯曲导管定向、倾斜钻机定向。
目前，我国海洋定向井一般采用第一种方式，常用造斜钻具组合为：钻头十井下马达十弯接头十非磁钻铤十普通钻铤（0～30米）十挠性接头十震击器十加重钻杆。
这种造斜钻具组合是利用弯接头使下部钻具产生一个弹性力矩，迫使井下动力钻具驱动钻头侧向切削，使钻出的新井眼偏离原井眼轴线，达到定向造斜或扭方位的目的。
造斜钻具的造斜能力主要与弯接头的弯角和动力钻具的长度有关。
弯接头的弯角越大，动力钻具长度越短，造斜率也越高。
弯接头的弯角应根据井眼大小、井下动力钻具的规格和要求造斜率的大小选择。
现场常用弯接头的弯角为1.5～2.25度，一般不大于2.5度。
弯接头在不同条件下的造斜率见第四节。
造斜钻具组合使用的井下动力钻具型号应根据造斜井段或扭方位井段的井深选择。
使用井段在2000米以内，一般采用涡轮钻具或普通螺杆钻具，深层走向造斜或扭方位应使用耐高温的多头螺杆钻具。
造斜钻具组合、钻井参数和钻头水眼应根据厂家推荐的钻井参数设计。
由于井下动力钻具的转速高，要求的钻压小［一般为29.4～78.4千牛（3～8吨）］，因此，使用的钻头不宜采用密封轴承钻头，尤其是在浅层，可钻性好的软地层应使用铣齿滚动轴承钻头或合适的PDC钻头。
根据测斜仪器的种类不同，分为四种定向方式：1．单点定向此方法只适用造斜点较浅的情况，通常井深小于1000米。
塔河油田AT11-5H井钻井工艺技术研究
塔河油田AT 11-5H井钻井工艺技术研究刘林刚(1.长江大学,湖北荆州 434020;2.华北石油局西部工程公司,新疆轮台 841600) 摘 要:AT11-5H 井是塔河油田位于塔河南一口开发水平井,该井钻遇地层压力存在较大差异,井身结构与井眼轨迹特殊。
上部井段为直井段,下部为定向水平段。
该井的关键技术是控制好井眼轨迹,提高钻井液的防缩径阻卡、稳定井壁能力和润滑性,通过合理的钻具组合以及MWD 随钻监测来调整钻井参数。
根据实钻情况,实现了井眼畅通,钻井液携岩能力强,井眼稳定无遇阻现象,定向钻井顺利,测井和下套管一次到位,确保了本井安全、快速、优质的完成了施工任务。
关键词:塔河油田;井眼轨迹;定向钻进;钻井液 中图分类号:T E 242 文献标识码:A 文章编号:1006—7981(2012)10—0070—021 概述AT 11-5H 井是塔河AT 11断块三叠系中油组构造上的一口开发水平井,该井为三级井身结构井,井眼轨迹为:直-增-稳,钻遇地层复杂,定向钻进后期带来一系列困难以及后期的测井和下套管作业,给本井带来较大的施工难度,为此对井眼轨迹控制要求严格、钻井液性能要求高。
施工中针对其工程地质特点及难点,采取了有针对性的措施,工程上采取优化钻具组合、MWD 随钻跟踪,通过合理的钻井参数,控制好本井的井眼轨迹,确保井眼圆滑和精确中靶。
2 施工难点分析2.1 钻遇地层复杂、稳定性差上第三系地层泥质含量高,地层造浆严重;康村组的泥岩中含分散状石膏,容易缩径。
二开井段裸眼段长,钻进过程中排量大,地层不 安全靴:为防止脚掌被尖锐物扎伤,必须穿上鞋底有钢板的靴子。
安全套索(高空作业时):不同于一般的安全带,是有两个挂钩、一个缓冲器、穿戴后把人的两腿和腰都捆绑住,能保证人在高空工作时:每时刻都挂于牢固物上、如果坠落时可打开缓冲器以减轻冲击力对人的伤害、坠落时对人冲击力均匀分布于腰和双腿上。
耳塞:在有噪声环境作业时必须佩戴耳塞,因为听力的损伤是不可以恢复的。
定向水平井轨迹控制.课件
–钻头：特殊结构，侧切特性，各向异性 –地层：岩性，可钻性，各向异性，几何产状 –钻头作用力：钻压，侧向力，钻头转角，扭矩 –高压射流作用：清洗碎屑，辅助轴向破岩
2、钻柱及其底部钻具组合（BHA）分析
– 确定钻头对地层的机械作用力：井斜力和方位力 – 确定钻头指向：转角 – 确定钻压及钻头扭矩 – 确定钻柱或BHA任一点内力和挠度
井下动力滑动钻进目前存在的缺点：
✓ 钻柱滑动，受到较大的轴向阻力，不利于施 加钻压及大位移延伸
✓ 受井下马达排量限制，洗井效果不佳 ✓ 没有钻柱旋转，不利于修整井壁 ✓ 在有些情况下，机械钻速较慢
井下马达性能的不断改进 井下动力滑动钻进系统的改进
智能钻井系统的概念
（英国）Inglis T A. ：定向钻井，石油工业出版社，1995
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轨迹控制技术.
•••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。
米动态井斜轨迹控制法专利
米动态井斜轨迹控制法专利随着石油勘探技术的不断发展，井斜钻井在油田开发中扮演着越来越重要的角色。
井斜钻井技术的优势在于能够增加钻井井段的长度，提高油气生产效率。
然而，井斜钻井过程中存在着一些问题，如井斜率控制、井斜角度控制等，这些问题对于井斜钻井的成功实施至关重要。
为了解决井斜钻井中的轨迹控制问题，我们提出了一种名为“米动态井斜轨迹控制法”的专利技术。
这项技术通过在钻井过程中实时调整钻头的方向和位置，实现对井斜轨迹的精确控制，从而达到预期的钻井效果。
米动态井斜轨迹控制法的核心思想是利用米动态井斜轨迹控制系统，该系统包括传感器、控制器和执行器等多个组件。
传感器用于实时监测井斜角度、井斜率和井深等参数，控制器根据传感器的反馈信号进行数据处理和决策，最终通过执行器对钻头的位置和方向进行调整。
具体来说，米动态井斜轨迹控制法的实施步骤如下：1. 在井斜钻井前，根据地质条件和钻井需求确定目标井斜角度和井斜率。
2. 钻井过程中，通过传感器实时监测井斜角度、井斜率和井深等参数，将数据传输给控制器。
3. 控制器根据传感器的反馈信号，判断当前钻井状态是否符合预期，如果不符合，则根据预设的控制策略进行调整。
4. 控制器通过执行器对钻头的位置和方向进行调整，使其符合预设的井斜角度和井斜率。
5. 不断重复上述步骤，直到达到目标井斜角度和井斜率。
米动态井斜轨迹控制法的优势在于实现了对井斜轨迹的精确控制。
传统的井斜钻井方法往往需要依靠经验和试错来进行调整，效率低下且容易出现误差。
而米动态井斜轨迹控制法通过实时监测和调整，可以在钻井过程中及时发现和纠正问题，提高钻井效率和成功率。
米动态井斜轨迹控制法还具有灵活性和可扩展性。
根据不同的井斜需求和地质条件，可以调整控制器的参数和策略，以适应不同的钻井任务。
同时，该技术还可以与其他钻井技术相结合，进一步提高钻井质量和效率。
“米动态井斜轨迹控制法”是一种新颖的井斜钻井技术，通过实时监测和调整钻头的位置和方向，实现对井斜轨迹的精确控制。
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AT9-11H井轨迹控制技术
摘要：AT9井区丛式井项目是中石化西北分公司首次在塔河油田尝试丛式井组开发技术而布置的两个丛式井平台，其中一号平台共布置5口水平井，二号平台共
布置2口水平井，1口定向井，1口直井。
两个平台相距80m，同台井口彼此间
距8m，平均造斜点在4000m以上，是国内陆上平均造斜点最深的丛式井组。
由
于超长直井段，外加方位漂移的不确定性，使得直井段的防碰成为整个项目施工
的关键。
AT9-11H井是一号平台的第一口水平井，本文通过其施工过程的详述，
探讨了丛式井组钻井技术在该井组应用的难点和重点，对本平台以后井的施工具
有指导意义。
关键字：丛式井；钻井技术；轨迹控制
1.概况
AT9-11H井是中石化西北分公司为了评价落实塔河油田AT9井区三叠系阿四段砂
体展布特性及中油组含油气性，部署基础开发井网而在一号平台布置的第一口水
平井。
该井设计为先打一口井斜67°的斜导眼，探明目的层后回填至井斜50°位置
进行侧钻施工，最终完成一口双台阶水平井。
在该井施工过程中，我们克服了重重困难，各相关单位密切配合，制定了合
理的钻具结构和钻井参数使得本井以最快的速度顺利完钻。
2.设计基本数据
由于本井为丛式井[1]项目的第一口井，按照西北分公司的布置，先打一口斜
导眼，探明目的层，然后再回填至井深4230m，进行侧钻施工，最终完成一口双
台阶水平井。
其设计如下：
表1 斜导眼设计基本数据表
表2 水平井设计基本数据表
3.井眼轨迹控制技术
3.1直井段
由于是丛式井组，任何一口井的位移超标都会对后续井的施工造成影响，因
此直井段防斜和防止位移过大是本井的重点和难点。
3.2增斜段
由于本井的设计造斜率较高25.33°/100m，因此选择下入牙轮钻头和1.50°螺
杆钻具，增斜施工井段为4006.00～4324.64m，段长为318.64m。
中石化西
北分公司要求施工的实钻轨迹与设计轨迹垂深控制在±0.8m以内，在施工中，根
据本井设计的造斜率选择使用了1.50°的螺杆钻具，并严格执行设计及制定了一系列技术措施，灵活的控制了造斜率，使得井眼轨迹平滑。
为及时准确地掌握所用
螺杆的造斜率和了解井底的数据，在钻进过程中详细记录了钻井参数、泥浆参数、工具面数值和井斜方位的动态值，以加强对井身轨迹的精确控制[2]。
3.3稳斜段
本井的稳斜井段为4324.64～4475m,段长150.36m。
考虑到下1.25°带扶正器
的螺杆，在复合钻过程中自然增斜较快，需要大量的定向滑动钻进来调整井身轨迹，使其符合甲方的要求。
而在定向过程中容易发生粘卡事故，增加井下的不安
全状态。
为了减少定向滑动工作量，减少井下事故发生的概率，我们尝试使用
1.50°无扶螺杆。
在稳斜井段施工中，使用了无扶1.5°的螺杆钻具，通过调整钻进
参数控制井身轨迹，达到了较好的稳斜效果，大大减少了滑动钻进工作量，减少
了井下复杂事故发生的概率，同事为井队节约了建井周期。
斜导眼完钻，完钻井深4475m。
中靶数据如下：
表3 斜导眼靶点数据表
斜导眼实钻轨迹与设计轨迹对比：
图1 斜导眼垂直投影图
图2 斜导眼水平投影图
3.4侧钻段
侧钻井段的施工是本井的一个难点，考虑到后期的设计造斜率很高，侧钻的时候
必须一根侧出去，否则将会对井身轨迹产生较大的影响，为了保证侧钻的成功率，选择使用了1.75°的螺杆钻具进行侧钻。
侧钻技术措施：
1）井深4234m开始控时钻进，前四米钻时控制在3小时打1米，在方钻杆上划
好刻度，每隔两分钟放一小格，大约1厘米。
2）根据观察捞出砂样中水泥和地层岩屑的比例，从第五米开始适当提高钻速，
控制在大概2小时1米。
3）钻进过程中，根据井下情况适当活动钻具，活动钻具之前必须通知定向
工程师，并在方钻杆上做好记号。
上提下放保持平稳，下放至离井底大约5-10cm 位置重新开始控时钻进。
严禁下放钻具时直接到底或者超过原井深。
在保证井下
安全的前提下，尽量少活动钻具。
4）第一个单根打完直接提起接单根，严禁划眼。
接完单根慢速下放，放至离井
底1m位置，按照定向工程师指令继续钻进。
3.5水平段
水平段的施工是本井的一个重点，井段为4381.82～4650m，段长为268.18m，吸
取前面斜导眼稳斜段成功应用无扶螺杆的经验，继续选择使用 1.5°无扶螺杆钻具。
水平段开始时采用加密测量提前判断井斜变化，并适时的进行定向调整，确保轨
迹在油层最佳位置穿行。
水平段90%以上的井段都采用了复合钻进方式钻进，使
得井斜和方位都没有太大的变化，做到了轨迹平滑，这就大大降低了摩阻和扭矩,
保证了井下的安全,另外每钻进完一单根划眼两遍再接单根，使井眼尽量畅通，同
时还及时进行短起下钻作业,这样可以清除岩屑床，使井眼畅通,保证了井下的安全。
水平井钻达B点，顺利完钻，完钻井深4650m。
中靶数据如下：
表4 水平井靶点数据表
图3 水平井垂直投影图
图4水平井水平投影图
4．结论与建议
1）在钻井液方面，其润滑性能尤为重要，在保证钻井液性能的同时，还应注意
泥浆的固相含量，因此，固控设备一定要使用并维护好。
同时要根据井下的实际
情况，及时进行短起下钻作业，消除岩屑床，保证起下钻作业的顺利和通畅。
2）在水平段的施工中存在岩屑携带困难、易形成岩屑床、岩屑细小的问题，除了工程技术配合，固控设备运用外，在各项设备允许的情况下，要尽可能的增
大循环排量，以利于携岩和保障井下安全。
3）在水平段的施工中，选择合适的钻头配合无扶正器螺杆钻具使用能起到较好
的稳斜效果，减少滑动钻进，大大提高钻进速度。
参考文献
[1]席红喜,刘强,刘星光.丛式井钻井技术在陕北油田的应用[J].科技情报开发与经济，2005
[2]陈廷根.管志川.钻井工程理论与技术[M].山东东营：石油大学出版社，2000。