关键词：定向井；直井段偏移；轨道设计；钻具组合；控制施工
定向井施工可分为3个阶段实施，即直井段控制、定向轨迹控制和完井施工。定向轨迹控制井段的起始点为造斜点，造斜过程就是从造斜点开始强制钻头偏离原来方向向设计方位增斜钻进的过程，直井段的井身质量和偏移情况是后期定向作业的基础，是影响定向待钻轨迹设计和控制的关键因素，将会对后续定向轨迹控制施工和井下安全产生重要的影响。通过对近年完成的水平井、定向井直井段偏移情况总结统计，直井段偏移情况较为普
遍，有必要对直井段偏移对后期作业影响进行分析研究。
1直井段偏移分析
钻井工程设计中直井段设计轨道为一条铅垂线，而实际钻井施工中直井段轨迹存在井斜、方位的变化，与设计轨道有偏差，势必会出现直井段的偏移。
1.1直井段偏移影响
直井段实际施工中必然会出现井斜产生水平位移，当直井段较短或水平位移较小时，影响不明显。但当直井段较长或水平位移较大时，将有很大的影响，实际轨迹控制过程中以设计轨道作为参考，制定“待钻轨迹”并不按照设计轨道去钻进，若造斜点处有一定量的井斜角，且偏移较大时必然给后期轨迹控制带来更大的难度。定向井、水平井直井段偏移对后期作业影响主要表现在以下几个方面：（1）定向施工井段的增长，增加了定向作业时间，增加斜井段定向钻井周期和钻井成本；（2）实钻过程中为了满足设计轨道要求，势必会出现部分井段的“狗腿”度高于设计值，选择大角度导向工具组合，增大钻具入井风险；（3）影响后续井段的通井、完井施工和完井管柱的下入；（4）增大了造斜段、水平段提速、着陆、中靶和安全钻进的风险，对整体钻井提速造成了不利。
1.2直井段偏移情况分类
由于定向井、水平井造斜点位置的偏差，根据偏移方向和设计方位之间的关系（参见图1），将直井段偏移分为两类，分别为：正位移、负位移。即如果造斜点在水平投影图上的投影方向与设计方向一致时为正位移，如果相反即为负位移。直井段偏移情况与设计轨道方位φ、造斜点位置的关系如表1所示，造斜点位置是以网格北（Ｙ轴）为参考，造斜点闭合方位所在的象限位置。
注：当造斜点闭合方位与设计轨道方位相差90°时，视位移为0，此时的偏移量是造斜点的闭合距。
1.3偏移情况统计分析
通过对近年来油田不同区块深定向井、水平井进行统计，得出结果：直井段偏移在40～60ｍ之间的占比15.2％；直井段偏移大于60ｍ的占9.8％。其中，正位移情况占52％，负位移情况占48％。
1.4定向井井眼轨迹控制分析
1.4.1定向井段计算
井眼中某一点的井斜角、方位角与设计值有偏差时，定向井段需要进行增斜扭方位施工，此时需要对定向井段和扭方位井段计算。当二维轨迹变成三维轨迹时，需要增斜扭方位钻进，此时的“狗腿”度γ增大，即定向施工井段增长。
1.4.2造斜率与靶前位移的关系
靶前位移Ｓ，曲率半径Ｒ，定向井段长度ΔＬ，目标井斜角α，造斜率Ｋ， 可以看出，在靶前位移Ｓ与造斜率Ｋ成反比关系。当靶前位移缩短时，需要更大的造斜率来达到设计要求。
2 直井段偏移分析
直井钻井过程中影响直井段井斜的因素可概括分为：地质因素、钻具因素和井眼扩大。地质因素是指由地层可钻性的各种不均匀性和地层倾斜引起的井斜；钻具原因导致井斜主要是钻具的弯曲和倾斜，使钻头在井底不对称切削和侧向切削；井眼扩大造成钻头轴线与井眼轴线不重合，导致井斜。由于地质因素为客观存在的，是无法改变的。所以直井段井斜主要从后两个影响因素进行控制，目前除了满眼钻具组合、钟摆钻具防斜办法，有很多新的防斜工具和工艺技术，如垂钻、“螺杆＋ＭＷＤ”组合等防斜打快技术。
3 直井段偏移对后期施工的影响
3.1负位移情况
从近年油田所钻井来看，直井段偏移为负位移的情况占比达到48％。直井段负位移出现相当于增大了造斜点至Ａ靶的位移，定向施工井段比设计增加，延长作业井段和作业时间。其中区块某水平井直井段负位移达到95ｍ，风南区块某水平井直井段最大井斜7.2°，负位移达到了62ｍ。
负位移对后期施工的影响和风险：（1）造斜井段的影响：在造斜点和靶前位移不变的情况下，造斜点至Ａ靶点的井段增长。（2）对井眼曲率的影响：为了达到设计要求，施工中需要选用比设计值更大的“狗腿”度；或者造斜点上移，延长造斜段的长度，降低“狗腿”度。（3）对ＬＷＤ等入井工具的影响：对地质导向井，过高的井眼曲率如果超过ＬＷＤ工具的使用极限，将导致无法下入ＬＷＤ工具或存在工具裂扣的风险。（4）对摩阻的影响：定向井段增长将会增加斜井段的钻柱摩阻，影响后期水平段钻进钻压传递和完井管柱的下入。（5）钻井周期的影响：造斜施工井段的增加，延长了定向施工周期、增加了钻井成本。
3.2正位移情况
直井段偏移为正位移情况占比达52％。在设计靶点不变的情况下，出现正位移减少了靶前位移，对后期定向“狗腿”度影响较大，实际定向作业过程中需要更换造斜工具来满足设计造斜率要求。正位移对后期施工影响和风险：（1）造斜施工井段影响：造斜施工井段比设计减小。（2）对井眼曲率的影响：由式（2）可以得出，正位移情况下为满足设计要求，上部井段需较低的造斜率，下部井段需超设计的高造斜率。（3）对入井工具的影响：下部井段“狗腿”度高，可能超过ＬＷＤ等特殊工具的使用极限。（4）增大后期通井、下完井管柱的施工风险。（5）若目的层提前，存在穿出靶窗的风险。
3.3靶前位移不变，偏移距较大的情况
除了正负位移情况，还有一种可能是直井段视位移很小或者为0，靶前位移未受影响，而闭合距较大的情况。此类情况与一般的正负位移有所不同。从近年完成井来看，直井段偏移出现此类情况较多，并且对轨迹控制难度和完井施工影响较大。此类情况轨迹控制中增加了扭方位，为空间圆弧轨迹，由式（1）知，“狗腿”度增大，在工具造斜率不变的情况下必然导致扭方位井段增加，加大了定向施工周期及施工难度。靶前位移不变、偏移距较大对后期施工的影响和风险：（1）造斜施工井段：由式（1）得出，造斜段轨迹由二维变为三维，定向施工井段增长，并且扭方位井段长度由方位差值的大小决定，当需要扭方位的角度越大，需要定向的井段就越长。（2）对“狗腿”度的影响：在满足设计造斜率的情况下，造斜井段需要扭方位增斜作业，需要更大的“狗腿”度。（3）对摩阻、钻柱受力的影响：造斜段扭方位作业，增大下部井段定向过程的摩阻和扭矩，同时影响通井作业和完井管柱的下入。（4）井身质量的影响：扭方位作业对井身质量和轨迹圆滑影响较大。（5）钻井周期的影响：造斜施工井段的增加，延长了定向钻进时间，增加了定向施工周期。
参考文献
［1］丁红，宋朝晖，袁鑫伟，等．哈拉哈塘超深定向井钻井技术［Ｊ］．石油钻探技术，2018，46（4）：30－35．
论文作者:王庆峰
论文发表刊物:《科学与技术》2019年13期
论文发表时间:2019/12/5
标签：位移论文; 定向井论文; 轨迹论文; 作业论文; 方位论文; 情况论文; 斜率论文; 《科学与技术》2019年13期论文;