对接水平井及其井间导航轨道控制技术(李子丰).doc

对接水平井及其井间导航轨道控制技术 李子丰 （燕山大学石油工程研究所 秦皇岛 066004） 摘要：对接水平井是一口水平井与其它井在地下相交，并连通的井组。对接水平井主要用于盐矿开采、煤层地下气化开采、石油和天然气开采、煤层气开采、地热开采、管道和隧道河底穿越等领域，潜在的应用领域为天然气水合物和铀矿的开发等。用对接水平井开采盐矿、煤层气、地热、以及煤层地下气化等可以提高矿藏的开采速度、提高采收率和降低成本；用对接水平井开采稠油效果会更好；对接水平井可能成为开发天然气水合物的重要手段。针对对接水平井对接精度很低的问题，提出井间导航轨道控制技术。井间导航轨道控制是指从已钻井内接收在钻井的信息或从在钻井接收已钻井的信息，确定两井间的相对位置，引导在钻井井眼轨道与已钻井轨道精确对接的技术。主要研究对接水平井的井眼轨道设计技术、井下雷达钻头定位技术、待钻井眼轨道设计技术、井眼轨道的预测与控制技术和井底误差分析技术；其中，井下雷达钻头定位技术是关键。 关键词：对接；水平井；轨道；井间；导航  1 对接水平井及其井间导航轨道控制的定义 水平井是最大井斜角大于或等于86°,并保持这种角度钻完一定长度的水平段的定向井。水平延伸的长度要大于矿层厚度的六倍[1]。在本文中，水平井除包含上述严格意义下的水平井外，还扩展到大斜度井。 对接水平井是一口水平井与其它井在地下相交，并连通的井组。 井间导航轨道控制是指通过从已钻井内接收在钻井的信息或从在钻井接收已钻井的信息，确定两井间的相对位置，引导在钻井轨道与已钻井轨道精确对接的技术。 2 对接水平井的应用现状与应用前景 目前对接水平井主要用于盐矿开采[2]、煤层地下气化开采[3-4]、石油和天然气开采和煤层气开采[5]、地热开采[6]、管道和隧道河底穿越等领域，潜在的应用领域为天然气水合物[7]和铀矿的开发等。 实践证明，用对接水平井开采盐矿、煤层气、地热、以及煤层地下气化等可以提高矿藏的开采速度、提高采收率和降低成本；用对接水平井开采稠油效果可能会更好；对接水平井可能成为开发天然气水合物的重要手段；管道和隧道的河底穿越则必须采用对接水平井技术或类似技术。 3 对接水平井的对接形式 地下对接水平井按井眼轨道形式可以分为三种：相交、相切和井底相切(图1)。 （1）相交。两口井在井下简单相交。井眼轨道在相交处连续，但不光滑，相交处不一定是井底。 （2）相切。一口井的井眼轨道与另一口井的井眼轨道钻进方向相对，井眼轨道相切。井眼轨道在相交处连续、光滑，相交处不一定是井底。 （3）井底相切。一口井的井眼轨道与另一口井的井眼轨道在井底对顶相切。井眼轨道在相交处连续、光滑，相交处一定是井底。 从井眼轨道控制来讲，相交容易、相切居中、井底相切最难。 4 现有对接水平井的对接方法与有效性 到目前为止，还没有稳定的水平井轨道对接方法，即使有的井偶尔实现比较精确的对接，也是撞上的。为此，当前的对接指的是两口井在井下的流道的贯通。不同的应用领域对贯通方式有不同的要求。同一个应用领域采用不同的贯通方式的效果不同、成本也不同。例如，开拓气化通道的费用，在整个气化工艺的总成本中，约占20～30％（包括打钻费用）。因此，在技术上可能的、在经济上合理的各种通道的开拓方法就成为最重要的工程研究项目之一。各种贯通方法的经济指标比较见表1。在煤层气化的工业试验中发现，仅有反向燃烧（火力渗透法的一种），定向钻进两种方法是有效的[3]。 表1贯通方法的技术经济指标比较 指标 贯通方法 贯通速度 m/d 电耗量 Kw/m 鼓风耗量 m3/m 适用项目 优 点 存 在 问 题 火力渗透 0.6～0.8 1500 1400 煤层气化、稠油等 方法简单，容易掌握，设备不复杂 贯通速度慢，电耗大，不适用于烟煤层，方向性较差 高压火力渗透 2.0～3.0 600～900 5000 煤层气化、稠油等 贯通速度较快，电耗较小 设备较复杂，容易损耗围岩，钻孔底部容易自燃，方向性较差 电力贯通 2.0～5.0 800 --- 煤层气化、稠油等 贯通速度较快，电耗较小，由于电热作用，采收率高 设备较复杂，操作不够简单，方向性差 水力压裂 4～10 500 --- 煤层气化、油气藏、盐矿等 贯通速度快，电耗小 设备复杂，操作不简单，液流不易控制 定向钻进 10 83 --- 全部 贯通速度快，电耗小，通道面规整，采收率高，方向性强 操作复杂，成本高，单独应用精度不够，一般与其它方法联合应用，但有发展前景 5 对接水平井的关键技术 从表1中可以看出，采用定向钻进贯通方法具有速度快、成本低、适用面广、采收率高等一系列优点。从纯理论上讲，应用现有的钻井技术，就应该能够实现井下的精确对接；但由于轨道测量仪器具