定向井技術(shù)西南石油工程公司的應(yīng)用

【摘要】定向井技術(shù)是當(dāng)今世界石油勘探開發(fā)領(lǐng)域最先進(jìn)的鉆井技術(shù)之一，它是由特殊井下工具、測(cè)量?jī)x器和工藝技術(shù)有效控制井眼軌跡，使鉆頭沿著特定方向鉆達(dá)地下預(yù)定目標(biāo)的鉆井工藝技術(shù)。采用定向井技術(shù)可以使地面和地下條件受到限制的油氣資源得到經(jīng)濟(jì)、有效的開發(fā)，能夠大幅度提高油氣產(chǎn)量和降低鉆井成本，有利于保護(hù)自然環(huán)境。西南石油工程臨盤鉆井分公司多年采用定向井技術(shù)，收到了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。本文主要總結(jié)了西南石油工程公司打定向井時(shí)的一些要點(diǎn)等知識(shí)。

【關(guān)鍵詞】概念軌跡控制防斜打非常規(guī)

1、定向井的基本應(yīng)用

油田埋藏在高山、城鎮(zhèn)、森林、沼澤海洋、湖泊、河流等地貌復(fù)雜的地下，或井場(chǎng)設(shè)置和搬家安裝碰到障礙時(shí)，通常在他們附近鉆定向井。用直井難以穿過(guò)的復(fù)雜層、鹽丘和斷層等，常采用定向井。鉆井技術(shù)需要：遇到井下事故無(wú)法處理或不易處理時(shí)，常采用定向井技術(shù)。如：掉鉆頭、斷鉆具、卡鉆等。經(jīng)濟(jì)有效的勘探開發(fā)油氣藏的需要：原井鉆探落空，或鉆通油水邊界和氣頂時(shí)，可在原井眼內(nèi)側(cè)鉆定向井；遇多層系或斷層斷開的油氣藏，可用一口定向井鉆穿多組油氣層；對(duì)于裂縫性油氣藏可鉆水平井穿遇更多裂縫、低滲透性地層、薄油層都可鉆水平井，提高單井產(chǎn)量和采收率；在高寒、沙漠、海洋等地區(qū)，可用叢式井開采油氣。

2、定向井的基本概念

2.1 井斜角：過(guò)井眼的軸線上某測(cè)點(diǎn)做井眼軸線的切線，該切線向井眼前進(jìn)方向延伸的部分稱為井眼方向線。井眼方向線與重力線之間的夾角就是井斜角。井斜角表示了井眼軌跡在該測(cè)點(diǎn)處傾斜的大小。

2.2 方位角：某測(cè)點(diǎn)處的井眼方向線投影到水平面上，稱為井眼方位線，或井斜方位線。以正北方位線為始邊，順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)到井眼方位線上所轉(zhuǎn)過(guò)的角度，即井眼方位角。

2.3 磁偏角：目前廣泛使用的磁性測(cè)斜儀是以地球磁北方位為基準(zhǔn)的。磁北方位與正北方位并不重合而是有個(gè)夾角，稱為磁偏角。

2.4 水平位移：簡(jiǎn)稱平移，指軌跡上某點(diǎn)至井口所在鉛垂線的距離，或指軌跡上某點(diǎn)至井口的距離在水平面上的投影。此投影線稱為平移方位線。水平位移常以字母S表示。

2.5 井眼曲率：指井眼軌跡曲線的曲率。井眼彎曲的程度：井段長(zhǎng)度不變，狗腿角越大，則井眼前進(jìn)方向變化的越快，井眼彎曲越厲害，井眼曲率越大。幾種叫法：井眼曲率也稱為全角變化率，又稱狗腿嚴(yán)重度（簡(jiǎn)稱為狗腿度），都是同一個(gè)概念，是指單位長(zhǎng)度井段內(nèi)狗腿角的大小。

3、定向井軌跡控制方法

3.1 定向前準(zhǔn)備。要了解作業(yè)區(qū)域和地理位置。調(diào)研該地區(qū)已完井的鉆井作業(yè)資料，了解地層情況及方位漂移規(guī)律，根據(jù)地理位置，了解有關(guān)地層壓力、地溫梯度、地層傾角、走向、巖性、斷層，可能遇到的復(fù)雜情況，以及油藏特殊要求等。了解鉆井隊(duì)情況，如鉆井泵性能，井下鉆具組合各組件的基本情況等。應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)的井身剖面類型、井身結(jié)構(gòu)、鉆井液類型、完井方法等進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，以利于安全、優(yōu)質(zhì)、快速鉆井。

3.2 階段井眼軌跡控制。軌跡控制貫穿鉆井作業(yè)的全過(guò)程，它是使實(shí)鉆井眼沿著設(shè)計(jì)軌道鉆達(dá)靶區(qū)的綜合性技術(shù)，也是定向井施工中的關(guān)鍵技術(shù)之一。井眼軌跡控制的內(nèi)容包括：優(yōu)化鉆具組合、優(yōu)選鉆井參數(shù)、采用先進(jìn)的井下工具和儀器、利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行井眼軌跡的檢測(cè)預(yù)測(cè)、利用地層的方位漂移規(guī)律、避免井下復(fù)雜情況等等。井眼軌跡控制技術(shù)按照定向井的工藝過(guò)程，可分為直井段、造斜段、增斜段、穩(wěn)斜段、降斜段、扭方位井段和水平段的控制技術(shù)。

4、使用新型鉆具防斜打技術(shù)

一般情況下，對(duì)井斜的控制是依據(jù)地層特性和井斜控制的具體要求，采用的常規(guī)防斜打直鉆具組合有鐘擺鉆具、塔式鉆具、等幾種。直井的下部鉆具組合是滿眼鉆具和鐘擺鉆具。塔式鉆具是鉆上部地層時(shí)常用的一種鉆具組合。

4.1 滿眼鉆具。滿眼鉆具一般由3～5個(gè)外徑與鉆頭直徑較接近的穩(wěn)定器和大尺寸鉆鋌組成。主要優(yōu)點(diǎn)是使地層因素對(duì)井斜的影響減小，能有效地控制井斜變化率而避免出現(xiàn)嚴(yán)重狗腿；另外鉆壓的影響也小得多。可以采用更大的鉆壓，鉆頭工作穩(wěn)定性好，對(duì)提高鉆速是十分有利的。井眼穩(wěn)定、規(guī)則是保證滿眼鉆具使用效果的重要條件。如果在鉆進(jìn)過(guò)程中造成井徑擴(kuò)大，使穩(wěn)定器失去有效支撐將導(dǎo)致滿眼組合的失敗，從而引起井斜的急劇變化。由于穩(wěn)定器數(shù)量多，打撈更加困難。使用滿眼鉆具時(shí)，在一般情況下，井斜總是呈穩(wěn)定或緩慢上升的趨勢(shì)，因而不能用這種組合來(lái)降斜或控制井斜角的變化。應(yīng)充分考慮以上幾個(gè)方面的特性，根據(jù)實(shí)際需要與條件確定是否使用滿眼鉆具。

4.2 鐘擺鉆具。鐘擺法糾斜是利用“鐘擺”原理糾斜的一種方法，其實(shí)質(zhì)是通過(guò)使用專用的防斜鉆具組合及相應(yīng)的技術(shù)措施來(lái)增大鐘擺減斜力，以平衡和克服地層造斜力。鐘擺鉆具有著廣泛的應(yīng)用范圍，是一種重要而簡(jiǎn)單的下部鉆具組合。應(yīng)當(dāng)特別指出，地層因素對(duì)鐘擺鉆具防斜效果的影響十分突出。如果實(shí)際的地層特性參數(shù)與預(yù)計(jì)的不一致，井斜趨勢(shì)可能與計(jì)劃完全相反。鐘擺鉆具組合對(duì)鉆壓特別敏感。鉆壓加大，增斜力增大，鐘擺力減小。鉆壓再增大，扶正器以下的鉆柱出現(xiàn)新的接觸點(diǎn)，從而完全失去鐘擺組合的作用。

4.3 塔式鉆具。塔式鉆具是在鉆柱下部使用變直徑的鉆鋌，自下而上其直徑逐漸減小，形如塔狀，故稱塔式鉆具。塔式鉆具是比較廣泛使用的一種防斜鉆具。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期實(shí)踐，一些油田認(rèn)為塔式鉆具施工的井眼規(guī)則，井斜變化率不大。這種鉆具對(duì)于井徑易擴(kuò)大的地層（如松軟地層、巖鹽層等）特別有效。

5、非常規(guī)防斜打直技術(shù)的應(yīng)用

很多情況下，常規(guī)的防斜打直技術(shù)，在一些特殊地區(qū)、區(qū)塊和井段無(wú)法實(shí)現(xiàn)防斜打直的目的，還會(huì)嚴(yán)重影響鉆井速度。這就要采用一些特別的手段、工具、工藝和技術(shù)。

5.1 復(fù)合防斜打快技術(shù)。隨著定向技術(shù)的發(fā)展，以螺桿和隨鉆為主的導(dǎo)向鉆井技術(shù)應(yīng)用于防斜糾斜，在很大程度上解決了井斜問(wèn)題。其鉆井的機(jī)理是利用井下動(dòng)力鉆具結(jié)合轉(zhuǎn)盤鉆進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)井段的井斜、方位的控制，不需要起鉆倒換鉆具組合。

5.2 自動(dòng)垂直鉆井技術(shù)。在高陡構(gòu)造、大傾角地層，防斜打直一直是鉆井技術(shù)的前沿課題，近年來(lái)，最新的防斜打直技術(shù)自動(dòng)垂直鉆井系統(tǒng)得到了較好的應(yīng)用。自動(dòng)垂直鉆井系統(tǒng)是一種帶有井下閉環(huán)控制的系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)井下主動(dòng)糾斜，保持井眼垂直，具有極高技術(shù)含量的機(jī)、電、液一體化的鉆井工具。其防斜打直的效果不受鉆壓等參數(shù)的影響，有利于大幅提高機(jī)械鉆速。