定向井鉆井軌跡控制

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(fù)合鉆進(jìn) 直螺桿 小彎角螺桿 概念 從垂直井段的造斜點(diǎn)開(kāi)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(fù)合鉆進(jìn)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 可采用 轉(zhuǎn)盤鉆 穩(wěn)定器組合進(jìn)行增 穩(wěn) 降斜鉆進(jìn) 當(dāng)井斜或 和方位出現(xiàn)偏差時(shí) 用動(dòng)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(shí)增 降斜或扭方位 關(guān)于軌跡控制的幾個(gè)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(gè)這樣的圓平面上最高點(diǎn)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(shí)針旋轉(zhuǎn)到造斜工具面上所轉(zhuǎn)過(guò)的角度 高邊工具面 以高邊為基準(zhǔn) 一般當(dāng)井斜 6 時(shí)使用 重力工具面 磁性工具面 以磁北為基準(zhǔn) 在井斜較小時(shí)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(guān)于軌跡控制的幾個(gè)重要概念 4 反扭矩 在用井底動(dòng)力鉆具鉆進(jìn)時(shí) 都存在一個(gè)與鉆頭轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反的扭矩 該扭矩被稱為反扭矩 5 反扭角 使用井底動(dòng)力鉆具鉆進(jìn)時(shí) 因動(dòng)力鉆具反扭矩的作用 使得井底鉆具外殼向逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度 該角度被稱為反扭角 關(guān)于軌跡控制的幾個(gè)重要概念 裝置角 工具面角 與井斜角方位角的關(guān)系 裝置角 工具面角 與井斜角方位角的關(guān)系 裝置角 工具面角 與井斜角方位角的關(guān)系 裝置角 工具面角 的計(jì)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(zhǎng)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(jìn)軌跡控制 轉(zhuǎn)盤鉆進(jìn)軌跡控制 在轉(zhuǎn)盤鉆進(jìn)的基礎(chǔ)上 利用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(shí)現(xiàn)增斜 穩(wěn)斜和降斜 BHA BottomHoleAssembly 鉆頭之上約40 50m長(zhǎng)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(jìn)軌跡控制 增斜組合 杠桿原理 分為強(qiáng) 中 弱三種增斜組合 鉆壓越大 增斜能力越大 L1越長(zhǎng) 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(jìn)軌跡控制 穩(wěn)斜組合 剛性滿眼鉆具原理 分為強(qiáng) 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 可使用雙穩(wěn)定器串聯(lián)代替近鉆頭穩(wěn)定器增強(qiáng)穩(wěn)斜效果 轉(zhuǎn)盤鉆進(jìn)軌跡控制 降斜組合 鐘擺原理 分為強(qiáng) 弱兩種降斜組合 使用時(shí)注意保持小鉆壓 對(duì)于強(qiáng)降斜組合 L1越長(zhǎng) 降斜能力強(qiáng) 但不能與井壁有新的接觸點(diǎn) 復(fù)合鉆進(jìn)軌跡控制 根據(jù)鉆井一公司 雙驅(qū)復(fù)合鉆井軌跡控制技術(shù)研究 1 結(jié)構(gòu)彎角對(duì)造斜能力的影晌2 上穩(wěn)定器尺寸及位置對(duì)造斜能力的影響3 雙驅(qū)鉆井井眼軌跡控制現(xiàn)場(chǎng)施工技術(shù) 1 結(jié)構(gòu)彎角對(duì)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(jìn)50 80m沒(méi)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 其增 降斜率0 75 根 增斜率與設(shè)計(jì)增斜率4 30m相差太大 降斜率雖達(dá)到設(shè)計(jì)要求 但定向滑動(dòng)鉆速比轉(zhuǎn)盤慢 在定向增斜時(shí)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(yàn)中 定向造斜率適中 一般為12 14 100m 雙驅(qū)復(fù)合鉆進(jìn)時(shí)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(fù)合鉆進(jìn)試驗(yàn)情況 1 結(jié)構(gòu)彎角對(duì)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(biāo) 啟動(dòng)轉(zhuǎn)盤 在鉆進(jìn)過(guò)程中當(dāng)井斜達(dá)到10 以上 其穩(wěn)方位 微降斜效果相當(dāng)明顯 正常情況下降斜0 5 2 5 100m 方位變化很小 1 結(jié)構(gòu)彎角對(duì)造斜能力的影晌 1 雙扶單彎螺桿在穩(wěn)斜段的應(yīng)用分析 1 結(jié)構(gòu)彎角對(duì)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(dòng)轉(zhuǎn)盤進(jìn)行復(fù)合鉆進(jìn) 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(yàn)統(tǒng)計(jì)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(fù)合鉆進(jìn)時(shí)螺桿芯子受交變應(yīng)力大 很易斷芯子 到2005年初 中原油田使用的1 25 的螺桿進(jìn)行復(fù)合鉆進(jìn) 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(shí)盡量避免啟動(dòng)轉(zhuǎn)盤 1 結(jié)構(gòu)彎角對(duì)造斜能力的影晌 2 上穩(wěn)定器尺寸及位置對(duì)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33 159井復(fù)合鉆進(jìn)數(shù)據(jù)變化情況 文72 270井鉆進(jìn)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(duì)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16 改變了雙扶降斜的認(rèn)識(shí) 劉側(cè)20 2井穩(wěn)斜段鉆進(jìn)數(shù)據(jù)情況 2 上穩(wěn)定器尺寸及位置對(duì)造斜能力的影響 2 上穩(wěn)定器尺寸及位置對(duì)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(zhǎng)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(zhǎng)度約為6 5m 增長(zhǎng)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8 P265MF 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 min 排量26l s 泵壓12 16MPa 2 上穩(wěn)定器尺寸及位置對(duì)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(chǎng)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(shè)計(jì)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(duì)于雙靶及多靶定向井 靶區(qū)目標(biāo)點(diǎn)的給定限制了井口位置 必須在靶心連線的延長(zhǎng)線上或延長(zhǎng)線附近 而井口與第I靶位移的大小是一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題 位移過(guò)大或過(guò)小都會(huì)造成施工難度增大 最大井斜與I靶所需位移的關(guān)系 井身剖面優(yōu)化 雙驅(qū)鉆井井眼軌跡控制現(xiàn)場(chǎng)施工技術(shù) 剖面優(yōu)化設(shè)計(jì)的原則是 根據(jù)上部直井段軌跡 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(shè)計(jì) 定向至10 15 對(duì)井斜50 以上的定向井定向至20 以上 以3 6 100m設(shè)計(jì) 到I靶附近 井斜達(dá)設(shè)計(jì)最大 位移不超標(biāo)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(jì)算 直接采用動(dòng)力鉆具造斜至最大井斜 然后穩(wěn)斜鉆進(jìn)中靶 雙驅(qū)鉆井井眼軌跡控制現(xiàn)場(chǎng)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(dòng)力鉆具雙驅(qū)鉆進(jìn) 1 8 井眼中 館陶底距造斜點(diǎn)500m以上 館陶底井斜較大 且方位與設(shè)計(jì)方位偏差較大 直井段自然造斜方位與設(shè)計(jì)方位不一致時(shí) 選擇直螺桿 鉆具組合為 8 PDC鉆頭 5LZ165直螺桿 6 NDC 1根 214扶正器 6 DC 鉆至造斜點(diǎn) 以控制造斜點(diǎn)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(kāi)直井段長(zhǎng)達(dá)1262m 選用此鉆具組合至造斜點(diǎn) 2 館陶底方位與設(shè)計(jì)方位基本一致 且第一靶位移較大時(shí) 選用雙扶單彎螺桿且上扶正器選用小直徑 減少造斜點(diǎn)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(diǎn)井斜4 方位與設(shè)計(jì)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(chǎng)施工技術(shù) 3 8 井眼館陶底井斜不大 且距造斜點(diǎn)較近 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(dāng)設(shè)計(jì)最大井斜較小時(shí) 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(shè)計(jì)進(jìn)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(chǎng)施工技術(shù) 4 上部直井段井斜 位移均偏大 繼續(xù)鉆進(jìn)其側(cè)向位移可能造成造斜點(diǎn)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(dá)4 方位與設(shè)計(jì)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(diǎn) 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(chǎng)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(cè) 組合1 8 PDC 165單彎單扶螺桿 159NDC 1根 159DC 6根 127HWDP 12根 127DP 當(dāng)設(shè)計(jì)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(dòng)轉(zhuǎn)盤復(fù)合鉆進(jìn)自然增斜 當(dāng)設(shè)計(jì)最大井斜在20 以內(nèi)或者由于 靶位移的限制 需定向至設(shè)計(jì)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(fù)合鉆進(jìn)穩(wěn)斜中靶 組合2 8 PDC 165雙扶單彎螺桿 159NDC 1根 159DC 6根 127HWDP 12根 127DP 鉆進(jìn)參數(shù) 鉆壓20 80KN 復(fù)合鉆進(jìn)時(shí)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(chǎng)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(shè)計(jì)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(shè)計(jì)方位為反向 增斜率為0 45 0 6 30m 若地層傾向與設(shè)計(jì)方位側(cè)向時(shí) 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(shí)要充分考慮地層傾向傾角與設(shè)計(jì)方位之間的關(guān)系 對(duì)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(yán)重的定向井中采取上移上扶正器