乔国萌
中石化胜利石油工程有限公司钻井工程技术公司 山东东营 257064
摘 要: 为了提高定向井井眼轨迹的控制精度，减小实钻定向井井眼轨迹误差，从井眼轨迹计算方法、测斜仪器精度、磁干扰三方面进行了探讨。定向井井眼轨迹误差主要来自于施工现场的测量数据误差，提出了可行的减小定向井井眼轨迹误差的现场操作方法，对定向井的现场施工具有一定的指导意义。
关键词: 井眼轨迹 误差 轨迹计算 测斜 方位角 无磁钻铤
1.轨迹计算方法的影响及选择
实际钻出的定向井井眼轨迹是一条空间曲线。由于无法直接知道这条空间曲线的形状，只能使用测斜仪器测量出曲线上某点的测斜数据，即该点的井深、井斜角和井斜方位角，这３项参数是井身轨迹的基本数据。目前的方法是把测段内的井眼轨迹假设为直线、折线、圆柱螺线和斜面圆弧等曲线形式，再把测段内的井眼轨迹假定为一条特定的曲线后，使用相应的数学方法，代入测斜数据进行计算，便可得到对应的井眼轨迹曲线。一般情况下，使用转盘钻出的井眼轨迹趋向于柱面螺旋线，所以使用圆柱螺线法较为合理，而动力钻具钻出的井眼轨迹趋向于斜面圆弧曲线，此时用最小曲率法进行计算比较合适。实际上，一口定向井的不同井段需要采用不同的钻进方式来完成，但并未分段采用不同的轨迹计算方法，而是整口井都使用一种轨迹计算方法。虽然没有一种计算方法能称得上绝对准确，但各方法计算结果的差异并不大。
2.测量误差对井眼轨迹的影响
现场获取实钻井眼轨迹的操作分为两个步骤。第一步是测斜，测出井眼轨迹上足够多个点的测斜数据；第二步是计算，把测斜数据带入轨迹计算的数学模型，计算出井眼轨迹曲线。计算方法导致的轨迹误差前边已作分析，下一步分析在测斜操作中，导致测斜数据出现误差，以至于引起井眼轨迹出现偏差的各种情况。
2.1测斜仪器精度的影响
测斜仪器自身的系统误差是普遍存在且无法被消除的，测斜数据中始终会包含测斜仪器的精度误差。导致此项误差的因素可以是传感器本身的刻度系数误差、装配误差、温度影响误差等，这些因素的综合作用就是测斜仪器最终输出的测量值误差。仪器的测量精度则与仪器制造工艺和仪器工作方式有直接的关系。目前，基于重力加速度计和磁通门传感器的无线随钻测斜仪在国内各油田使用得最广泛。表1对比分析了3类常用测斜仪器的测量精度和性能特点。
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从表1可以看出，由于结构和工作方式不同，各类测斜仪器之间的测量精度和性能特点差别很大，虽然共性是井斜角测量精度都比井斜方位角的测量精度高很多，但事实上，井眼轨迹的不确定性主要还是受井斜角的精度误差的影响。例如，在采用平均角法计算两测点间的井眼轨迹时，测段内的垂直井深、南北位移、东西位移的增量分别为：
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式中:
ΔD——— 测段内垂直井深的变化量，ｍ；
ΔN ——— 测段内南北位移的变化量，ｍ；
ΔE——— 测段内东西位移的变化量，ｍ；
L——— 测段长度，ｍ；
I1、I2——— 测段两端两测点的井斜角（数值中含有仪器精度误差），°；
A1、A2——— 测段两端两测点的井斜方位角（数值中含有仪器精度误差），°。
从平均角法的计算公式可知，用平均角法计算得到的井眼轨迹上某一位置的垂直井深只受井斜角测量误差的影响，而东西位移和南北位移是同时受井斜角和井斜方位角的测量误差共同影响。井斜方位角测量误差造成的井眼轨迹不确定性随井斜角的增加而增大。因此，在大斜度定向井或水平井中尤其要注意测斜仪器的井斜方位角的测量精度问题。同时，仪器的测量误差对井眼轨迹不确定性的影响，是一个随着测点数量增多而叠加的过程，即存在误差的测斜点数量越多，由计算得到的井眼轨迹误差就越大，在井眼轨迹的末端误差最大。
2.2测点深度误差的影响
测斜点的井深作为该点在井眼轨迹上的位置标志是与井斜角、井斜方位角一样重要的。导致测点井深取值出现误差的原因有很多，有可能是钻柱伸缩造成的，也有可能是人为的操作不当造成的。例如在使用随钻测斜仪随钻跟踪测斜时，仪器的探管距钻头有一定的距离，现场将这段距离称之为零长。若钻柱中有动力钻具，零长一般是十几米到二十几米，所以在现场测斜操作时，必须准确计算零长值。测点的对应井深应等于测斜操作时的钻头位置井深减去零长。由定位测点位置的井深出现误差引起的井眼轨迹不确定性，与井段的井眼曲率大小有关。井段内的井斜角和井斜方位角的变化越大，测点井深误差引起的井眼轨迹误差也越大。
2.3 现场磁干扰对测量数据的影响
目前，在国内各油田应用最广泛的测斜仪器还是磁性测斜仪，利用磁通门器件受地球磁场作用的原理测量井眼轨迹上某一点的井斜方位角———磁性方位角。为保证测量数据的准确性，要求仪器测点位置没有磁干扰存在。测斜现场的磁干扰通常来自异常地层（如磁性矿物），钢质钻具组合在地磁场作用下发生磁化，井眼周围有下套管的邻井等。当磁性测量工具在如此环境中工作时，传感器的输出值会受到干扰，测得的井斜方位角的值就会存在很大的误差。现场可根据仪器测得的重力和磁场强度参数来判断仪器是否受到外部磁场干扰。使用无磁钻铤是为了消除钻具对磁性测斜仪器的干扰。定向井施工过程中为了保证磁性测斜仪器测量结果准确，一是保持测斜仪器的探管在无磁钻铤中处于合适位置；二是应根据测量井段的井斜角和方位角的大小来选取无磁钻铤的长度，井斜角大时，就要加长无磁钻铤的长度。
3.认识与建议
①现场导致井眼轨迹位置出现误差的因素还有很多，这些误差因素总是存在于井眼轨迹的测斜与计算过程中。事实上现在还没有办法去获取绝对准确的井眼轨迹曲线。在定向井井眼轨迹的控制过程中，必须考虑到井眼轨迹的不确定性以及轨迹误差的范围。②为了减少钻具磁化对测斜仪器的影响，现场应根据定向井的地理位置、井斜角和井斜方位角来合理选取无磁钻铤的长度，并确定探管在无磁钻铤中的位置。③测斜仪器要定期校验仪器精度并缩短仪器标定周期，以减小仪器的系统误差，确保仪器的测量精度。④计算井斜方位角时必须进行磁偏角和子午线收敛角校正。
参考文献
［1］董本京，高德利，柳贡慧．井眼轨迹不确定性分析方法的探讨［Ｊ］．天然气工业，1999，19(4)：59-63．