定向井轨迹控制技术探讨

田振刚

摘要：定向井的井眼轨迹控制技术是定向井钻井成套技术中的关键环节。文章介绍了轨迹剖面优化设计，对直井段、增斜段、稳斜段轨迹控制技术进行了详细的阐述，同时对轨迹预测方法和轨迹修正设计技术进行了论述，对现场施工具有一定的指导作用。

关键词：轨迹控制;轨迹预测;剖面设计;定向井

定向井的井眼轨迹控制技术是定向井钻井成套技术中的关键环节。定向井施工成败的关键是能否控制井眼轨迹的变化。

1 井眼轨迹控制技术

1.1 直井段轨迹控制

定向井直井段的井眼轨迹控制原则是防斜打直。有人认为常规定向井（指单口定向井）直井段钻不直影响不大，通过后续的调整最终也可中靶，这种想法是不对的。因为当钻至造斜点，如果直井段不直，造斜点处不仅因为有一定的井斜角而影响定向造斜的顺利完成，还会因为这个井斜角形成一定的水平位移而影响下一步钻进的井眼轨迹控制。所以在直井段施工中，采用塔式钻具组合或钟摆钻具组合，配以合理的钻进参数，每钻进100-120米测斜一次，及时监测井斜的变化趋势，如发现井斜有增大趋势，及时调整钻井参数，加密测斜，必要情况下进行螺杆钻具纠斜。造斜点前100m采取轻压吊打，严格控制钻进参数，保证造斜点处的井斜不超过0.5°。

1.2 造斜段轨迹控制

造斜就是从造斜点开始强制钻头偏离垂直方向增斜钻进的过程。由于大位移水平井直井段多数存在井斜方位，且方位与新设计方位不一致，所以必须利用定向井计算软件计算出直井段各点轨迹参数，同时根据最后几个测点趋势，预测出井底的井斜角和方位角，计算出井底水平位移、垂深、闭合方位、视位移、视垂距等参数。对靶点重新进行修正设计，计算出各段的造斜率大小。在定向造斜过程中，摸索出螺杆的实际造斜率大小，计算好滑动钻进与复合钻进的比例，尽可能使实钻轨迹逼近设计轨道。根据视位移大小、正负、井斜角大小以及井底闭合方位与设计方位的偏差，确定采用复合钻进、扭方位或定向鉆进来进行施工。

由于无线随钻测量仪器测点长度的限制以及螺杆造斜率在深层硬地层造斜能力的不确定性，开始定向钻进时一般采用连续定向2个单根，以确定螺杆在该地层的实际造斜率。若已知螺杆的实际造斜率K实，设计造斜率K设，单根长度为L，则可用下列公式计算每个单根需要定向长度L定：

L定=（K设*L）/K实

上式仅当K实>K设时成立;若K实

1.3稳斜段轨迹控制

这一阶段的任务是在实钻过程中，不断了解轨迹的变化发展情况，不断地使用各种造斜工具或钻具组合，使实钻轨迹离开设计轨迹“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斜脱靶，成为不合格井;另一方面如果始终要求实钻轨迹与设计误差很小，势必要求非常频繁的测斜，频繁的更好造斜工具，必将大大地拖延时间，增加成本，而且还有可能造成井下复杂情况，得不尝失。稳斜段主要采用三扶正器刚性稳斜钻具组合或者MWD随钻跟踪，若采用稳斜钻具组合，在下入稳斜钻具组合钻进50米进行测斜校验井斜方位数据，以后每钻进100-150米定点测斜一次，并把测斜数据输入定向井计算软件进行计算分析，保证中靶。

2 井底井斜方位预测技术

井底预测技术是实现井眼轨迹定量预测与控制的基础。由于测量仪器距井底有一段距离，如果预测不准井底处井斜方位，则易造成大的施工误差，因此对大位移水平井而言，井底预测显得更为重要。

2.1 力学预测

井底预测的方法很多，可分为两大类，一类是力学法。力学法考虑了钻具的受力状态、钻头与地层相互作用等因素，更为真实的反映了井眼轨迹形成过程，从理论上讲，力学法比较准确。但由于井下是一个复杂的多元系统，而系统中某些参数（如地层性质等）又不易掌握，这一定程度上影响了力学预测方法的预测精度，兼之力学预测方法准备变量多，计算复杂，现场施工已较少采用。

2.2 几何预测

另一类是几何方法，对于给定的钻具组合和钻井参数，由于在一定的井段范围内地层岩石的性质变化不大，所以井眼轨迹往往呈现出特定的变化规律。因此采用几何方法预测，也能达到相当高的精度。几何预测方法很多，要严格评价各种井底预测方法的优劣是比较困难的。井底预测的这些几何方法主要是依据各种曲率的变化规律进行选择，并且需要紧密结合钻井过程的实际工况。使用时，应根据实际的钻井工况，进行分析判断和预测。

从根本上讲，要提高井底预测的精度，应从以下两个方面入手：一是在工艺技术条件允许的前提下，尽可能缩短测点至井底的距离;二是提高测斜资料的精度。

3 井眼轨迹修正设计

定向井待钻井眼设计是井眼轨迹控制技术的重要组成部分，他可为现场施工提供最重要的依据。在进行待钻设计时，必须考虑所钻地层对造斜工具造斜能力的影响。在进行待钻设计时，应考虑地层倾向、走向及各向异性对井眼轨迹的影响，以保证设计出的待钻井眼能充分利用地层的井斜方位作用。在进行待钻设计时，应首先考虑目前已有的井下工具实际造斜能力，并为施工留有余地。

在实际施工中从造斜点开始直到完钻的施工中，每钻完一个根，用单弧剖面进行一次待钻井眼设计，选择合适钻进参数，并以此作为下趟钻选择钻具组合的重要依据。在造斜过程中，每次都以入靶点为目标，应用可变曲率井眼轨迹设计技术优化待钻井眼设计。

4 结论

总之，严格按照技术参数及措施打好直井段，保证井斜角不超标，优化轨迹剖面设计，选用合适的造斜工具，把好定向造斜关;在稳斜段三扶正器刚性稳斜钻具组合，在下入稳斜钻具组合钻进50米进行测斜校验井斜方位数据，以后每钻进100-150米定点测斜一次，跟踪控制到靶点，保证井眼轨迹精确控制。

参考文献：

[1]王清江 毛建华等 定向钻井技术 2009.08