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钻井系统 | 定向井轨迹控制的基本方法

2023.11.06
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二维定向井的设计轨道一般由四种井段组成:垂直井段、增斜井段、稳斜井段和降斜井段。使用导向钻井系统时,井眼轨迹控制方法相对简单,可以随时调整钻井方式(滑动导向钻井系统)或钻井指令(旋转导向钻井系统),实现对井眼轨迹的连续控制,不仅可降低井眼轨迹控制难度,而且可大大提高井眼轨迹控制质量和效率。不使用导向钻井系统时,井眼轨迹控制方法相对复杂,在不同井段应使用不同的钻井工具,并有不同的井眼轨迹控制方法。

此处按不使用导向钻井系统来介绍井眼轨迹控制方法。总的来说,一口定向井的井眼轨迹控制过程可分为以下三个阶段。

1. 打好垂直井段

要求垂直井段的实钻井眼轨迹尽可能接近铅垂线,也就是要求井斜角尽可能小。定向井的垂直井段可以按照打垂直井的方法进行轨迹控制,而且*,因为定向井垂直井段的施工质量是以后轨迹控制的基础。关于垂直井的轨迹控制问题,已在本章第三节中论述过。

2. 把好定向造斜关

这是增斜井段的一部分,但它是从垂直井段开始增斜的。由于垂直井段井斜角等于零,所以称为造斜;由于垂直井段没有井斜方位角,所以开始造斜时需要定向。如果定向造斜段的井斜方位角有偏差,则会给以后的井眼轨迹控制造成巨大困难。所以,定向造斜是关键,一定要把好这一关。

现代的定向造斜除套管开窗侧钻还使用变向器外,几乎全都使用动力钻具造斜工具。

造斜井段的长度一般是以井斜角达到可以使用转盘钻的扶正器钻具组合继续增斜为准,这个井斜角一般为8°~10°。

3. 跟踪控制到靶点

从造斜段结束,至钻完全井,都属于跟踪控制阶段。人们常说的轨迹控制实际上多指这一阶段。这一阶段的任务是在实钻过程中不断了解井眼轨迹的变化发展情况,不断使用各种造斜工具或钻具组合使实钻井眼轨迹偏离设计井眼轨道“不要太远”。“不要太远”一词的意义在于,一方面如果太远就可能造成脱靶,使井成为不合格井;另一方面如果始终要求实钻轨迹与设计轨道误差很小,势必要非常频繁地测斜和更换造斜工具,这将大大地增加钻井时间和钻井成本,而且还有可能造成井下复杂情况,得不偿失。所以这里的原则就是:既要*中靶,又要加快钻速。

跟踪控制阶段还有一个原则,就是尽可能使用转盘钻的扶正器钻具组合来进行控制。

这是因为转盘钻的钻速*。所以在造斜段结束之后,一般都换用转盘钻继续增斜,并在需要稳斜和降斜时仍然使用转盘钻来完成。只有在下列两种情况下,才使用动力钻具进行控制:

(1)使用转盘钻扶正器组合已难以完成增斜或降斜要求时,改用动力钻具造斜工具进行强增斜或降斜。

(2)转盘钻扶正器组合不能控制方位,在钻进中常常出现方位偏差。当井眼方位有较大偏差,有可能造成脱靶时,须使用动力钻具造斜工具来完成扭方位。

可见,在跟踪控制阶段井斜角的控制比较容易,可用的工具也较多,但井斜方位角的控制则比较难,还涉及许多复杂的计算问题,特别是在扭方位的同时还要求改变井斜角,其计算就更为复杂。


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