井眼轨迹是一口井实际钻成后的井眼轴线形状。谈到井眼轨迹,你的第一印象是什么呢?你是否认为井眼轨迹就是一条直直的通道呢?你是否认为井眼轨迹会按照我们预想的那样钻进?其实不然。19世纪末旋转钻井诞生,初期都是打的直井,因此人们认为旋转钻井的井眼轨迹和顿钻一样,是一条铅垂直线。直到20世纪20年代末,钻井技术人员意外地发现一口新钻井把旁边一口老井的套管钻穿了,还发现相邻两口井的井深不同却钻到了同一油层。于是钻井技术人员意识到井是会斜的,它会因为种种原因偏离我们预计的铅垂方向。后来的定向井钻井更是有目的地控制井眼轨迹使其达到目的层,其井眼轨迹可以是空间任意曲线。
井眼轨迹对钻井工程来说十分重要,一口井在钻井的过程中需要及时了解已钻井眼的轨迹形状,以便判断其发展趋势及时采取技术措施进行轨迹控制。在完成钻井后还需要了解井眼轨迹的形状,以便确定是否打中了预计目标层。通过特定的设备对井眼轨迹进行测量,测量的信息再通过特定的设备(常用无线随钻测量传输装置MWD)传输到地面,钻井工程师根据这些测量的数据进行相关的计算,最后根据计算结果结合测量数据对井眼轨迹进行模拟“还原”。因此,要求做到时刻了解井眼轨迹,钻井过程中在地面可以实时改变井下可控工具的结构参数,实现对井眼轨迹的实时控制,确保其按照预计方向行进。
钻井过程一项重要的工作就是井眼轨迹测量,称作测斜。常用的测斜仪分为单点测斜仪、多点测斜仪和随钻测斜仪三类。单点测斜仪通常是用钢丝或者电缆从钻柱内送入井下,一次下井只测量一个井深处的参数;多点测斜仪在裸眼井中用电缆送到井底,然后在上提过程中,每隔一定长度进行静止测量,一次下井可测量井眼轨迹上多个井深处的参数;随钻测斜仪是随同钻柱一同下入井内,在钻进过程中不断地连续测量,并实时将测量数据传到地面上,可以精确地进行井眼轨迹控制,但其费用较高,一般用于特殊难度井中。一般一口井并不是从地面到井底连续测斜,而是每隔一定长度的井段测一个点,这些井段被称为“测段”,这些点被称为“测点”。测斜仪在每个点上测得的参数主要有井深、井斜角和井斜方位角,这三个参数就是井眼轨迹的基本参数。
井眼轨迹主要参数包括:(1)井斜角,是井眼轴线上某点沿钻进方向的切线与该点重力线之间的夹角;(2)方位角(井斜方位角),是以井眼轴线上某点的正北方位线为始边顺时针旋转到该点井斜方位线所转过的角度(某点的井斜方位线是指井眼轴线上该点沿钻进方向的切线在水平面上的投影线);(3)井眼曲率,是表示井眼轴线弯曲程度的参数,表示方法有两种,即全角变化率和狗腿严重度;(4)造斜点,是定向造斜的起始点;(5)入靶点,是实钻井眼轴线与靶区平面的交点;(6)靶心距,是在靶区平面上,入靶点到靶心的距离。
除了井眼轨迹的基本参数外,还有井眼轨迹计算参数,主要包括垂直深度、水平投影长度、水平位移、平移方位角、N坐标和E坐标、视平移和井眼曲率等。通过井眼轨迹的基本参数和计算参数可描述井眼轨迹的形状和位置,可用于井眼轨迹绘图。
根据信息测量的记录方式测斜仪分为照相底片和电子数字式两种。照相底片测斜仪主要有磁罗盘单点照相测斜仪、磁罗盘多点照相测斜仪和照相陀螺测斜仪等,这些仪器的测量信息由照相机拍摄胶片记录下来;电子数字式测斜仪有电磁类测斜仪和电子陀螺测斜仪等,这些仪器的测量信息转换成电信号进行记录。由于信息测量的记录方式不同,信息传输的方式也有所不同。照相底片记录的信息通过取出仪器来获取;电子数字式记录的信息通过有线或无线的方式传输到地面,有线测斜仪通过电缆来传输信息,无线测斜仪传输信息的方式有四种:正脉波方式、负脉波方式、电磁波方式和连续波方式等。从实用性上来说,电子数字式类的测斜仪更符合要求,但其成本较高,因此照相底片记录式也还在使用。
随着油气资源开采难度的增大,油气井地层也越来越复杂,油气田各种特殊工艺井越来越多,因此,研发了一系列钻井工程与地质参数融合的井眼轨迹测量与控制系统,主要包括无线随钻多参数地质导向系统、近钻头地质导向钻井系统、旋转导向钻井系统、自动垂直钻井系统和电磁波随钻测量系统等,随时调整井眼轨迹参数控制井眼轨迹,从而按设计要求钻达目的层。