涪陵页岩气田三维水平井轨道优化设计方法探讨

为了降低涪陵页岩气田三维水平井的施工难度,保障三维水平井安全高效钻进,提出了三维水平井轨道为"直井段—增斜段—稳斜段—稳斜扭方位段—稳斜段—增斜段—水平段"七段式的优化设计方法。首先根据井眼轨道的水平投影和垂直剖面建立轨道设计模型,再预设稳斜角和造斜方位角求解轨道设计模型,最后以轨道总长度最短为目标优选轨道。该方法将常规三维五段式轨道中增斜扭方位的第二个圆弧井段分为稳斜扭方位井段与铅垂面上的增斜井段进行设计,即先扭方位对准靶点方位再增斜中靶,以避免在极为关键的中靶阶段同时进行增斜与扭方位作业,降低中靶难度。采用该方法对已完钻井焦页14-3HF井重新进行轨道设计,并将设计结果与原设计轨道及实钻轨迹进行了对比,发现新设计的轨道与实钻轨迹更贴近,该井实钻时为降低施工难度就是先扭方位对准靶点方位再增斜中靶的,这表明该三维水平井轨道优化设计方法更适用于涪陵页岩气田三维水平井的轨道设计与现场施工。      

基于多目标约束三维水平井轨道优化设计研究

三维水平井轨道设计由于轨道剖面复杂,利用常规设计方法难以在满足工程约束下实现轨道精确入靶,增加了设计难度。针对这一难题,提出了满足一定入靶精度的"直-增-稳-增扭-稳-水平段"五段制井眼轨道优化设计方法,以入靶精度和最短井深作为双优化目标,以造斜段造斜率和扭方位段全角变化率作为约束条件,建立了多目标约束的三维水平井轨道优化设计模型,并采用宽容分层法对模型进行求解。通过实例验证,结果表明提出的模型不仅满足设计井深最短,而且保证了入靶前扭方位段狗腿度较小,实现了三维水平井井眼轨道优化设计,降低了作业难度。     

涪陵页岩气田三维水平井大井眼导向钻井技术

涪陵页岩气田三维水平井二开斜井段井眼尺寸大,稳斜段长,砂泥岩地层交互频繁,存在井眼轨迹方位调整幅度大、钻具组合造斜率低且不稳定、机械钻速低等问题,为此,进行了三维水平井大井眼导向钻井技术研究。利用地层的自然造斜能力,对井眼轨道进行优化设计,降低造斜率,缩短稳斜段长度,减少井眼轨迹调整量,降低井眼轨迹控制难度;将“单弯双稳”钻具组合优化为“单弯单稳”钻具组合,并对钻压进行优化,以提高稳斜段复合钻进进尺,降低摩阻扭矩;应用水力振荡器降低扭方位井段的摩阻扭矩,以实现提高机械钻速的目的。该导向钻井技术在涪陵页岩气田焦石坝区块34口水平井进行了应用,二开斜井段平均定向钻进时间15.30 d,较同区块已完钻井缩短37.63%,平均钻井周期58.45 d,较同区块已完钻井缩短21.01%,井身质量合格率100%。应用效果表明,三维水平井大井眼导向钻井技术可以有效提高涪陵页岩气田大尺寸斜井段的机械钻速,缩短钻井周期。      

长庆油田三维水平井钻井技术获突破性进展

<正>自2012年开展"大偏移距三维水平井钻完井技术攻关"以来,理论研究与现场试验均获得突破性进展,创造了多项三维水平井钻井技术指标。截至2014年4月18日,该公司完钻三维水平井127口,完成丛式水平井组21个,节约土地面积28余公顷。常规的二维水平井由于无偏移距,钻井过程中只增井斜,方位不变,设计与施工难度相对较低;三维水平井由于存在较大的偏移距,不但要增井斜,还要扭方位,主要存在三维井身剖面设计方法不成熟、井壁易塌易漏、钻井摩阻扭矩大、井身结构设计影响因素复杂、实钻轨迹控制难度大等一系列瓶颈技术。该公司油气工艺研究院技术人员通过开展理论计算、工具优选及室内综合评价     

七段制恒工具面角三维水平井轨道设计方法

为降低页岩油气田三维水平井的施工难度,提出了七段制恒工具面角轨道设计模型。根据工程设计需求,将设计参数归为3类18种求解组合。由于参数约束方程为多元非线性方程组,难以解析求解,为此探索了数值求解方法。首先求解对应的三维圆弧轨道模型,将其结果作为恒工具面角轨道模型的初值,进而采用拟牛顿法进行求解。基于三维圆弧轨道模型及其解析公式,设计了恒工具面角轨道模型常用求解组合算法流程,解决了三维恒工具面角设计模型求解难题。算例研究表明,模型求解方法简单、有效,计算精度高,易于编程实现,可以为三维水平井轨道设计以及页岩油气田三维丛式水平井优快钻井提供新选择以及相应的技术支持。     

定向井方位漂移轨道设计问题的数值算法

方位漂移是实际钻井过程中普遍存在的现象,常规的轨道设计方法没有考虑方位漂移的影响,增加了钻井施工过程中的井眼轨迹控制的难度。考虑方位漂移影响的轨道设计方法采用井段的自然曲线模型,能够较好地反映地层自然造斜和方位漂移规律。所产生的约束方程组为三元非线性方程组,通常使用的数值迭代方法不易给定迭代初始值、迭代收敛性能差、收敛速度慢。推导出了用稳斜井段井斜角来表示的初始方位角和稳斜段长的解析公式,将三元方程组的求解问题归结为以稳斜井段井斜角为未知数的一元非线性方程方程的求解问题,并给出了求解该一元非线性方程的数值迭代算法。理论分析和大量实际算例表明,文中新算法具有收敛速度快、迭代初值相关性小、全局范围收敛等良好性质。     

目标垂深不确定条件下的水平井轨道设计

目标垂深不确定在水平井钻井中是普遍存在的情况,这使得水平井井眼准确进入目标窗口的难度大大增加,甚至导致脱靶。文中提出了解决目标垂深不确定时水平井轨道设计问题的基本思路和方法。采用双增型水平井轨道设计出中间稳斜段的最佳稳斜角,在钻进过程中及时发现标志层或油层顶界面等方法,可以解决目标垂深不确定的问题。在前人基础上,同时考虑标志层倾角和储层倾角不平行的情况,对最优稳斜角的计算公式进行了推导,最后采用2个算例进行了验证。     

川西海相难钻破碎地层超深水平井轨道设计

川西海相气藏平均埋深超6 000 m,增斜段钻遇的须二段—小塘子组地层属铁质胶结,岩石致密,可钻性级值大于8,机械钻速仅1.19 m/h;储层雷口坡组层理发育,局部区域破碎严重,井壁易失稳。针对后期大规模开发以大斜度定向井和水平井为主的现状,提出了一种基于川西海相工程地质特征,以造斜点优选、造斜率分层设计为核心的四增剖面设计思路:以降低难钻地层须家河组—小塘子组的造斜率或进尺作为造斜点优选原则;第一增斜段造斜率降至10~15 (°)/100 m,以提高定向效率;第二增斜段钻遇地层马鞍塘二段可钻性相对较好,以快速增斜、扭方位为主;第三增斜段钻遇地层马鞍塘一段,为提高机械钻速降低造斜率;第四增斜段钻遇地层马鞍塘一段底部至目的层雷口坡组,在保证矢量入靶要求下尽量设计低造斜率。该设计方案可以提高定向效率并降低安全钻井风险,对下一步川西海相超深水平井安全快速钻井具有借鉴意义。     

川西地区中浅层水平井高低井斜扭方位研究

在“十二五”川西地区中浅层水平井规模开发下,因工区工农业发达、人口稠密、耕地紧张以及储层非 均质性强等条件限制,使得部分水平井存在着井口-A靶-B靶三点连线不在同一方位问题,同时因参与川西地区各施工队伍技术水平差异化,使得对井眼轨迹优化设计和造斜井段扭方位施工等系列问题存在认识差异,影响着川西地区中浅层的开发进程。为此,从水平井轨迹设计入手,根据川西工区气藏埋深等特点,通过开展不同扭方位井眼轨迹工程因素评价,结合工区水平井定向及测井技术水平等特点,提出该类水平井宜采用低井斜扭方位轨迹设计和轨迹控制技术措施,有利于提高川西地区水平井设计及钻井施工水平。     

长水平段水平井靶区多控制点轨道优化设计方法

试算法设计的多控制点水平井轨道造斜段多、轨迹控制作业难度大,不利于快速钻井。结合水平井"PDC钻头+弯外壳螺杆钻具"复合钻快速钻井特点,提出了长水平段水平井靶区多控制点轨道优化设计方法,即先用直线间隔连接控制点得到控制单元,再通过选择适当曲线连接相邻控制单元形成二维或三维控制单元体。实例计算结果表明,本文提出的优化设计方法设计的靶区多控制点水平井轨道稳斜段总进尺长,三维水平井轨道可在装置角保持不变的情况完成轨迹控制作业,有利于复合钻快速钻井和提高作业效率。     

元坝气田超深水平井随钻测量与控制技术

元坝地区海相气藏埋藏较深,主力储层垂深超过6 500 m。该地区超深水平井钻井过程中存在着高温高压、地层岩性复杂、测量仪器稳定性差以及井眼轨迹控制难度大等难题,对水平井钻井技术提出了更高要求。首先分析了元坝气田的钻井施工技术难点,通过开展直井段防斜打快技术、超深硬地层侧钻施工技术、增斜段和水平段井眼轨迹高效控制技术研究,以及耐高温高压SLBF HT175型随钻测量MWD仪器的研制,形成了元坝气田超深水平井随钻测量与控制技术,大幅提高了元坝气田超深水平井施工能力。SLBF HT175型随钻MWD仪器经在元坝4口超深水平井中应用,MWD耐温性能、抗压性能、测量精度和整体可靠性等经过现场验证,能够满足国内油气田超深水平井的随钻测量需要。     

长靶前位移水平井轨迹控制技术

江苏油田地处水网地区，确定水平井地面井口位置难度较大。受地面条件限制，水平井靶前位移较长，有时达到400-600m左右，为江苏油田水平井常规靶前位移的2～3倍。对于这种长靶前位移水平井，为了减少斜深或为了防碰邻井的需要，常下移造斜点，设计成第一稳斜段较长的双增双稳剖面施工，通过较长的第一稳斜段来弥补靶前位移的过长。主要介绍了长靶前位移水平井的特点、井眼轨迹控制技术及安全钻井技术，并提出了几点认识与体会。所介绍的技术对其它复杂剖面水平井的施工具有一定的参考价值。     

水平井“工厂化”部署与设计优化——以四川威远页岩气藏为例

威远地区位于四川盆地边缘,其页岩气资源丰富,但有机碳含量和含气量偏低,且埋深较大(2 800~4 000 m),地表条件复杂,开发难度较大。为实现四川威远页岩气规模化经济有效开发,通过精细地质研究,落实断层及裂缝分布特征,建立三维地质模型,明确页岩储层的"甜点"区分布及水平井纵向有利靶体;采用平台丛式水平井"工厂化"布井模式,优化钻井及压裂地质设计,现场实施精准地质导向技术进一步保障水平井目标箱体钻遇率。结果表明:水平井"工厂化"开发通过地质—钻井—压裂一体化设计施工,实现了页岩气规模效益开发的目的。     

长庆油田中半径三维水平井环平3井钻井技术

长庆油田受地形地貌影响,经常需要进行三维水平井施工.对于靶前距不长的中半径水平井,较大的偏移距给钻井施工带来风险.为减少这种施工风险,通过对长庆油田环平3水平井的研究,分析三维水平井轨迹控制特征,改变只在斜井段进行轨迹控制的传统模式,在直井段使用适当的钻具结构进行三维轨迹控制,使在井斜角很小时完成部分轨迹控制,避免了在大井斜井段既要增斜又要大范围扭方位的矛盾,降低了水平井施工风险,从而使水平井井眼轨迹更加平滑,井身质量得到可靠保证,钻井速度得到提高.该技术在长庆油田水平井中推广应用取得了较好的效果.     

常规水平井悬空侧钻井眼轨道设计与应用

针对胜利油田常规水平井钻井过程中的悬空侧钻问题,现场主要凭借经验对侧钻轨道进行设计,但设计精度低、失误率高。采用平面圆弧和斜面圆弧的设计方法,将侧钻井眼轨道设计为：稳斜段+造斜段,同时分别推导出了二维和三维侧钻井眼轨道计算公式,并对关键计算参数进行了说明。通过现场实例证明了此方法设计精度高,能够提高侧钻成功率,为同类水平井悬空侧钻提供一定的技术帮助。     

盐227单元大位移水平井钻井设计与施工

胜利油田盐227单元属于世界上为数不多的砂砾岩体特低渗油藏,内部结构十分复杂,勘探开发难度较大。通过对盐227-1HF井工程设计以及现场施工情况进行综合分析,提出了适用于盐227单元的工程设计方案。采用此方案对盐227-2HF、盐227-6HF 2口大位移长水平段非常规水平井成功完钻。这表明在满足后期完井管柱顺利下入对轨道全角变化率要求的前提下,本区块部署的长水平段大位移水平井推荐使用五段制双增剖面,既满足了压裂对轨道的要求,一定的稳斜段也加大了复合钻的比例,提高了机械钻速;实施套管内分段压裂的水平井,可以适当减少技术套管的下深,从而减小技术套管的下入难度,减轻钻井周期与钻井成本的压力。     

东方1-1气田丛式水平井及大位移井钻井技术

东方1-1气田的丛式水平井及大位移井在采用常规的定向钻井技术的条件下，使用Landmark公司的Compass＆wellplan软件对该项目的所有井进行优化设计，优化底部钻具组合，井眼轨迹、井身结构及钻井顺序方案。使用导向马达＋AGS＋MWD／LWD的组合，解决了大斜度长稳斜裸眼井段的井斜控制问题和摩阻大、滑动送钻困难与井眼轨迹控制和控制方位漂移及提高机械进尺的问题，优快地完成了该项目的所有大位移水平井。     

长水平段水平井钻井技术在ZC1井的应用

ZC1井是一口长水平段水平井,目的层为长6储层。针对长6储层埋深浅、水平段和裸眼井段长、井眼清洁困难以及井壁稳定困难等技术难题,应用胜利油田发展成熟的长水平段水平井钻井关键技术,主要包括长水平段水平井井眼轨道优化设计技术、基于井斜趋势角的钻具组合优选技术、摩阻扭矩实时监测技术、井眼轨迹控制技术、保持井眼清洁和高效润滑的钻井液技术以及地质导向技术,实现了长6储层的有效开发,同时也验证了长水平段水平井钻井技术的可靠性和先进性。该钻井技术的应用为ZB区块油田后期成功开发低渗低孔油气藏提供了宝贵的技术经验。     

双驱复合钻进技术在中原油田的应用

中原油田钻井深度较深，地层复杂，采用双驱复合钻进技术大幅度地提高了机械钻速，缩短了钻井周期，降低了钻井成本。特别适用于φ140套管小井眼开窗侧钻井和φ216井眼的定向、增斜、降斜和稳斜和扭方位。配合高效PDC钻头，合理的钻具组合和钻进参数能达到高效、快速钻进的目的。     

六段制三维水平井轨道优化设计与应用

三维水平井技术有利于解决油气藏地面条件限制,提高井网部署质量,提高油气藏综合开发效率,具有明显的优势。通过对4种常见三维轨道计算模型进行分析,优选出斜面圆弧法作为三维水平井计算模型,并对三维水平井轨道形式进行优化,提出六段制水平井设计方法,以克服油藏垂深和造斜率2个不确定因素。该设计方法在JH17P25井进行了应用,完钻井深2 235 m,偏移距425 m,扭方位井段347 m,扭方位49.30°,现场施工顺利,轨迹符合率高,克服了油藏垂深的不确定性,取得了较好的应用效果,为后续三维水平井设计和施工提供了经验。