大斜度及水平井轨迹设计
P179-X3大斜度井井眼轨迹控制技术
154Y油田的P油层是产油的主要油层，经过多年的勘探开发，已经进入开发中后期，但是在油田的边缘由于地面为沼泽地，一直未进行钻探。
为了最低限度地开发沼泽地下面的油层，探明油水分布情况，Y油田沼泽地附近部署了4口井的丛式定向井，这P4口井中，以P179-X3井井斜最大，位移最长，因此存在一定的施工难度。
1 设计情况1.1 井身结构设计在进行P179-X3井井身结构设计时，根据所测得的该地区的地层三项压力情况，决定采用2层套管的井身结构。
表层采用374.7mm钻头钻至井深165m，下入273.1套管固井，封固上部第四系不稳定地层，并保护地表水不受到污染。
二开采用215.9mm钻头完钻，下入139.7mm套管进行固井。
1.2 井眼轨迹设计在定向井井眼轨迹设计中，目前主要有直-增-稳形式、直-增-稳-降形式和直-增-稳-降-直形式，几种井眼轨迹设计形式各有优缺点，根据P179-X3井的目的层深度、水平位移长度，以及现场钻井施工的难易程度，最终选取井眼轨迹剖面最简单的直-增-稳轨迹剖面，造斜点在350m处，最大造斜率5°/30m，井眼轨迹剖面如表1所示。
P179-X3大斜度井井眼轨迹控制技术张根大庆钻探钻井三公司第三项目部15160钻井队 黑龙江 大庆 163453摘要：在介绍P179-X3井设计情况的基础上，对P179-X3井的井眼轨迹控制技术进行了深入分析。
关键词：设计情况 井眼轨迹 控制技术Study on borehole trajectory control technology of P179-X3 high-angle deviated wellsZhang GenNo.3 Project Department of No.3 Drilling Company of Daqing Drilling and Exploration Company ，Daqing 163453，China Abstract：Based on the introduction of P179-X3 well design，this paper gives a detailed analysis on the borehole trajectory control technology of P179-X3 wells.Keywords：design；borehole trajectory；control technology 表1 井眼轨迹剖面表项目井深/m 井斜/（°）方位/（°）垂深/m 水平位移/m 造斜率/〔（°）·30m）-1〕造斜点350086.3435000造斜完764.2769.0486.34671.04220.825靶点2052.0369.0486.341131.61423.410井底2344.6969.0486.341236.271696.712 井眼轨迹控制技术2.1 直井段轨迹控制对于大斜度定向井施工来说，直井段轨迹控制是基础井段，直井段轨迹控制的好坏，直接关系到造斜段的施工，在该井的直井段施工中，防斜打直，做好井眼防碰工作是施工的重中之重。
大斜度井水平井井下作业工艺
大斜度井水平井井下作业工艺大斜度井的作业工艺是指在地下以一定倾斜角度钻探井眼，并进行相应的井下作业。
这种作业方式常用于开发深层、复杂地层的石油井，能够有效地提高勘探和开采效果。
以下是大斜度井平井井下作业工艺的简要描述：1. 设计和规划：在进行大斜度井井下作业之前，需要进行详细的设计和规划。
根据井区地质特征和目标层位的位置，确定井径、井眼倾角、井眼方位等参数，并制定相应的施工方案。
2. 井下钻井：首先进行垂直段的钻井作业，直至达到设计好的目标井深。
然后，在井底进行方向控制操作，借助测斜仪和方位工具，调整钻头的方向，使井眼逐渐倾斜。
3. 钻井工具和液体的选择：为了适应大斜度井的钻井要求，需要选择合适的钻井工具和液体。
钻头和钻具需要具备较强的耐磨性和稳定性，以应对高强度的岩石破碎和井眼稳定的需求。
钻井液需要具有足够的密度和黏度，以防止井眼坍塌。
4. 井壁稳定：在大斜度井钻井过程中，井眼的稳定是一个重要的问题。
使用钻井液来冲刷井眼，清除岩屑，并形成一层薄薄的泥浆膜来维持井壁的稳定。
此外，还可以采用固井材料来加固井眼。
5. 测斜测井：在井下作业过程中，需要经常进行测斜和测井操作，以确保井眼的正确位置和方向。
通过测斜仪和测井工具，可以获取井眼倾角、井眼方位和目标层位的信息，为后续作业提供准确的导向。
6. 井下作业：完成大斜度井的钻井后，可以进行其他井下作业，包括套管运送、油管装设、水泥固井、采油和注水等。
这些作业需要根据具体的井下条件和要求进行，以完成井眼的有效开发和管理。
总结而言，大斜度井井下作业的工艺较为复杂，需要精确的规划和执行。
通过合理的设计、优质的钻井工具和液体，以及准确的测斜和测井操作，可以实现大斜度井的安全钻井和有效开发。
这一技术的应用能够提高原油产量和石油资源的利用率，对于石油工业的发展具有重要意义。
大斜度井的作业工艺是油田开发中的重要一环。
它通过井眼的倾斜和方向控制，能够更好地应对复杂地质条件和开采需求，提高油田的生产效益。
侧钻井-大斜度井和水平井测井技术
（三）钻杆（油管）输送水平井测井工艺的应用
3、郭斜11井是国内首次采用水平位移方法，立足陆
地向海底延伸的重点探井，也是我国施工难度最大 的一口斜井，表层套管205米，出套管井斜就已达六 十多度且全裸眼井段稳斜，井底位移达1626米，垂 深与位移的比例为1：1.16，远高于当时1：1.02的 全国记录，采用湿接头工艺，在井下反复对接十余 次，取全取准了全部资料。 4、临盘地区临2-平1井，是我国第1口双水平井段阶 梯式水平井，该井包含两个水平段，最大井斜97° ，累计穿越油层达423.9米,由于方法得当，测井一次 成功。
侧钻水平井技术是侧钻井技术和水平井技术相结 合的结晶,不仅使老井重钻焕发青春,而且可以大幅度
提高单井产量和采收率。
分支水平井也称多底水平井,即在一口主井眼中钻
出两个或多个井眼，可以更大地增加泄油面积,提高油
藏的采收率,也有利于充分利用施工占地,减少环境污 染,对降低原油生产成本有相当好的结果。
一、水平井测井技术
大位移水平井能够钻穿更长的油层井段,可以较大 范围地探明和控制含油面积,大幅度地提高单井产量.
目前世界上水平位移超过万米的大位移水平 井已有三口,最大水平位移已达10728米(英国
WytchFarm油田的M-16spz井).
与国外相比,我国的大位移水平井技术还存在较大 差距,第一口试验井埕北21-平1井井深4837.4米,井底水 平位移3167.9米,是我国目前陆上水平位移最大的一口 大位移水平井。
一、水平井测井技术
随着定向井钻井技术水平的不断提 高，大斜度定向井、开窗侧钻井、水平 井等数量迅速增多，采用水平井测井工 艺的次数也在不断增加，推动了早期水 平井测井工艺的发展和完善，以至形成 了目前多种水平井测井工艺互相依存互 相促进互为补充的局面，为我们进行各 种不同类型的大斜度定向井、水平井、 复杂井等的测井提供了强有力的保障。
井眼轨迹设计与控制方法
水平位移增量Δ Sh (m):
f Δ Shab =R1(1-cos α 水平位移Sh(m):
m
)=206.03
R2
αe
h
αm o2
αe
Sho Sh
Shb = Δ Shab = 206.03 g e
t She 段长Δ l(m): Δ lab= R1α
m
/57.3=607.65
井深Dw(m) :
Dwb = Dwa + Δ lab =1007.65
o Dkop a R1 αm o1
井段：b—c 最大井斜角:40.51 ° 方位角: 30° 垂直井深增量Δ D(m): Δ Dbc=De - Dkop - Δ Dab - Δ Dcd =1156.76 垂直井深D(m): c Dc = Db+ Δ Dbc =2115.07 水平位移增量Δ Sh (m): f R2 αe Δ Shbc = Δ Dbc tgα m=988.32 水平位移Sh(m): Shc = Shb + Δ Shbc = 1194.35
第三章 井眼轨道设计与控制
井眼轨道
直井：设计井眼轴线为一铅垂线，其井斜角、井底水平位移和全角变化率均 在限定范围。 定向井：沿着预先设计的井眼轨道，按既定方向偏离井口垂线一定距离，钻 达一定目标的井
普通定向井：一个井场内仅有1口最大井斜角小于60°的定向井。
斜直井：用斜直钻机或斜井架完成，自井口开始井眼轨道一直是一段斜井段的定向 井。
k
De
D Do j i
b αm
h
αm o2
αe
Sho Sh
g
e
t She
段长Δ l(m): Δ lbc= Δ Shbc /sin α
大斜度水平井固井技术-郭老师
和窄边的流体的流动速度是不一致的。一般的会认为窄边的流速比宽边的要大，实际上 并不完全是这样的。
在试验中可见，宽边的液体先流动，窄边的后流动，而随着两者比例的增大，宽边的液
体甚至已呈紊流流态而窄边的液体还没有流动。
因为液体总是会向着所受阻力最小的方向即间隙最宽的部分流动。
21
一、大斜度井段固井的特点和技术关键
地层纵向下塌应力，故要求水泥环要具备良好的支撑作用。一般说，大
斜度井段对固井作业有以下要求：
封隔注水泥井段内各组渗透性岩层或产层，防止层间窜通； 形成连续且坚固的水泥环以支撑和保护套管柱； 支撑并巩固易垮塌的砂岩层等； 为射孔提供均匀的环空间隙及填充良好的中间介质； 控制地层压力等。
一、大斜度井段固井的特点和技术关键
套管的下入、居中与套管附件的选用
在大斜度井中，特别是轨迹较为复杂的大斜度井中扶正套管，并使套管顺利下到井底是 较困难的。 弯曲裸眼井段的摩擦角大，其摩擦系数也较大，套管下入时在井壁上有较大的摩擦阻力， 在55度以上的井斜角时，套管柱将不可能靠自身重量而下行，需要加上一定压力才能克 服阻力下滑。
良好的井眼条件和井眼清洁度；
套管柱居中度；
井眼处理和适合固井的钻井液性能调整； 前置液的用量及紊流接触时间；
合理的替浆技术；
活动套管柱等其它的工艺措施。
在大斜度井段的套管固井作业中，光滑且规则的增斜、稳斜和降斜等井
段，能较好的保证套管下入和居中，并能提高水泥浆的顶替效率。在井眼轨迹
双弓弹性扶正器 套管居中度与所选用的扶正器类型和安放的间隔有关。刚性扶
正器的扶正效果最好。对于弹性扶正器，恢复力越高的扶正器，扶正效果越好。
因此， 在大斜度井中，具有较高恢复力的双弓弹性扶正器也大量使用。
三维大斜度定向井实践(上)
三维大斜度定向井实践（上）摘要油气勘探开发的需求，推动着井型的演变与发展，随着定向井、丛式井和水平井技术的日益完善，定向井专用工具、仪器等硬件技术取得了很大进步，硬件技术的进步又促进了钻井工艺水平的发展。
港10—66井具有造斜点浅、位移大、大斜度稳斜角大、变方位角的双目标等特点。
本井为评价井，对钻井液的维护要求高，工艺技术复杂，体现了目前各个方面的最先进的钻井技术。
南于实钻地层与设计地质地层不符，提前完钻。
本文介绍了三维绕障大斜度定向井港10一66定向井工艺实施过程。
关键词定向井专用工具钻井工艺大斜度稳斜角三维绕障大斜度定向井为了评价港中油田港32井区明三、四油组油层(图1)，由于受地面条件限制(周围有道路、学校及住宅小区)，专家们认为优化多目标和优化井眼方位是评价此油层组的关键问题，为了优化目标和井眼方位，需要在水平面大幅度纠方位。
随着定向井技术的日趋完善及定向井公司提供可靠的导向钻井系统支持，使油公司增强了信心，通过论证认为确实能钻成这种井身结构的井，所以选用这种三维大斜度多目标井身剖面——亦称设计师井。
图1 港中油田港32井区明四5底界构造图1 三维大斜度定向井的设计1.1 地面设备的选择根据港中油田港32井区明三、四油组油层埋深浅、地层可钻性好的特点，从经济上考虑合理地选择地面设备，既能满足施工的需要，又能保证施工中各种复杂情况处理措施的有效实施，充分利用现有设备，节省设备投资(表1)。
表 1 钻机诜型及钻井主要设备1.2 三维大斜度定向井剖面选择特殊的航行角和方位可使三维多目标井达到最佳采收率；把造斜率和方位变化率调整到与待钻井眼深度、长度等物理条件相匹配，而不以常规的方式始终对准目标；在选择目标点的同时，使用各种高偏离轨迹容限以便尽可能使井眼轨迹呈流线型；着重考虑井眼摩擦力在允许范围以内、最大限度地避免以定向方式进入目标点钻进(进入目标前设计一段稳斜段)。
最后选择了在12¼″井眼完成初始造斜并用套管封固，既排除因上部地层软而带来的键槽卡钻的可能，又减少了整个井眼的摩擦阻力；在8½″井眼完成稳航(稳航角45°、54.54°)、方位调整(造斜率3.45°／30m)及二次增斜(造斜率3°／30m)作业，从而降低井身剖面的复杂性。
超深大斜度定向井
超深大斜度定向井、水平井技术大湾气藏位于川东断褶带东北段黄金口构造带，介于大巴山推覆带前缘褶断带与川中平缓褶皱带相接之间，整体上是一个近NE向大型鼻状构造。
大湾构造为铁山坡构造向区内延伸的南翼，整体构造格局由南向北逐渐抬升，东西通过大湾东、西两条断层分别于毛坝构造和普光西构造相联系，构造位置相对毛坝场构造低，比普光构造主体构造高。
大湾气藏中部外推地层压力为51.85~61.43MPa，为正常压力系统；井段中部温度109℃，表现为低温系统；流体中H2S平均含量12.13%，CO2平均含量9.91%，属于高含硫气藏。
为提高开发效益，普光分公司在大湾气藏新部署了8口超深水平井（基本参数见表1），目前已全部完钻。
表1 大湾气藏已完成水平井主要技术指标井号完钻井深(m)钻井周期(d)建井周期(d)平均机械钻速(m/h)实际最大井斜(°)实际井底闭合位移(m)中靶情况大湾405-1H 5860 252.2 320 2.25 90.09 1261.5I、II中靶大湾402-2H 6158 357.71 407.33 1.48 88.04 1288.18I、II中靶大湾402-1H 5820 330.84 423.15 1.56 89.3 1094.73I、中靶大湾404-2H 6496 288.42 343.52 2.0 86.5 1713.92I、II中靶大湾405-2H 5837.2 203.92 288.83 2.22 87.7 1524.46I、II中靶大湾403-1H 6270 82.17 133.33 1.86 88.25 1561.17I、II中靶大湾404-1H 6034 275.29 343.69 1.76 92.88 1519.2I、II中靶毛坝503-2H 4750 257.91 354.46 2.25 89.4 1063.31 I、II 中靶从表1可以看出，大湾404-1H井是大湾区块水平井中井斜最大（92.880），大湾404-2H井是大湾区块水平井中井底水平位移最大1713.93米。
水平井轨道设计
水平井轨道设计一．水平井分类：长半径水平井 1～6°/100英尺；中半径水平井 8～20°/100英尺；短半径水平井1～3.5°/1英尺；超短半径水平井 30mm 。
二．水平井轨道类型：A 类水平井轨道：是有一个增斜段达到水平，多用于短半径水平井，常用于侧钻井。
B 类水平井轨道：先用一个增斜段然后用一个稳斜段，在用一个增斜段达到水平。
C 类水平井轨道：用一个增斜段+稳增段+一个增斜段达到水平。
三．水平轨迹设计需要考虑的问题：1．考虑能否取得预期的经济效益，水平井获得经济效益的关键是目标段的设计，包括油藏类型的选择，对油层厚度、性质以及剩余油分布的研究，目标段的走向、倾向、长度、完井方法等。
2．考虑两个不确定性问题：其一、目标垂深的不确定性；其二、造斜率的不确定性 （1）考虑施工人员的轨迹控制能力，特别是增斜段的轨迹控制能力，是否具备必要的造斜工具和测量工具测量仪器等。
（2）考虑所选的造斜率，下套管时，套管是否顺利通过。
（3）目标段的长度，还要受到众多因素的影响。
四．水平井目标区的设计：水平井合理井位选择：水平井合理井位的选择是水平井优化是的第一个课题，它是保证水平井取得良好经济效益的重要因素，其关键是油藏筛选的合理性，地质设计的准确性，在研究过程中，结合大港油田实际，形成了水平井合理井径选择的技术及工作流程 水平井：其延伸长度不小于目标层的六倍，井斜角度不小于85°的井。
五．水平井的主要难度之一：井眼轨迹控制要求高：要求高是指轨迹控制的目标区要求高，普通定向井的目标区是一个靶圆，井眼轨迹只要穿过此靶圆即为合格。
水平井的目标区是一个扁平的立方体，不仅要求井眼准确的进入窗口，而且要求井眼方位与靶区轴线一致，俗称“矢量中靶”。
水平井的主要难度之二：难度大是指在井眼轨迹控制过程中存在“两个不确定的因素”。
轨迹控制的精度稍差就有可能脱靶。
所谓“两个不确定因素”，一是目标垂深的不确定性，防止地质部门对目‰标层垂深精度有误差就可能脱靶；二是井眼曲率比普通定向井高的多。
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垂向应力为中间应力时，θ大于60°时，坍塌压力随井斜角的变化 较小。故垂向应力为中间主应力时，大斜度井的最优钻井方向为与最大 水平主应力方向
不同地应力场中井壁稳定规律分析 3.垂向应力为最小主应力（ σH＞σh ＞σv ）
σv ，σH ，σh——分别 为垂直应 力，水平最大主应力，水平最小 主应力。 θ—井眼轨迹轴线与最大主应力 夹角，可理解为方位角。 可理解为方位角。 可理解为方位角 σH
θ=0° θ=0°
σh 大斜度井，水平井轨 迹应与最大主应力平 行，坍塌压力最小， 井眼稳定。
θ大于60°时坍塌压力随井斜角的增大而略微增大。故垂向应力为 最小主应力时，大斜度井，水平井轨迹最优钻井方向为平行于最大水平 主应力方向。
某油田岩样进行岩石力学试验结论
该地区的原地应力状态为σH＞σv＞σh，水平最大地应力接近垂向地应力。 由图1可以看出，随着井斜角 的增加，坍塌压力减小，说明地 层的稳定性变好，适合打斜井和 水平井。 由图2可以看出，随着方位角 和井斜角的增加，坍塌压力减小; 当井斜方位与最大水平卞应力方 位的夹角接近60°时，坍塌压力 最小，说明沿此方位钻进，地层 最不易坍塌。 以上分析结论与前面室内实 验结论类似，垂向应力为中间应 力时可通过计算得出井眼轨迹方 向应与最大水平主应力成30~60° 角，具体角度数值通过油田岩心 室内试验得出。
σv ，σH ，σh——分别 为垂直应 力，水平最大主应力，水平最小 主应力。 θ—井眼轨迹轴线与最大主应力 夹角，可理解为方位角。 可理解为方位角。 可理解为方位角 σH θ=30~45° 大斜度井，水平井轨 迹应与最大主应力成 30~45° ， 坍 塌 压 力 最小，井眼稳定。
σh
θ=30~45°
不同地应力场中井壁稳定规律分析
以下为砂岩、石灰岩、自云岩、页岩、角闪岩 种岩石模拟井眼的破坏实验得 以下为砂岩、石灰岩、自云岩、页岩、角闪岩5种岩石模拟井眼的破坏实验得 出的结论： 出的结论：
1.垂向应力为最大主应力（ σv＞σH＞σh ）
σv ，σH ，σh——分别 为垂直应 力，水平最大主应力，水平最小 主应力。 θ—井眼轨迹轴线与最大主应力 夹角，可理解为方位角。 可理解为方位角。 可理解轨迹 应垂直于最大主应力， 坍塌压力最小，井眼稳 定。
垂向应力为最大主应力时，大斜度井（井斜角大于45°），水平井最优钻 井方向为垂直于最大水平主应力方向，沿此方向钻进，地层最不易坍塌。
不同地应力场中井壁稳定规律分析
2.垂向应力为中间主应力（ σH＞σv＞σh ）