定向井井眼軌跡預(yù)測與控制論述

于肖臣

【摘 要】定向井的施工是石油鉆探開發(fā)過程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。影響井眼軌跡的因素包括地質(zhì)結(jié)構(gòu)、鉆具的類型、井眼的幾何形狀、鉆井工藝的選擇等。為了確保定向井井眼軌跡的準(zhǔn)確，在鉆井的過程中需要對井眼的軌跡做好預(yù)測工作。本文對定向井井眼軌跡的預(yù)測方法進(jìn)行了總結(jié)和分析，并結(jié)合實(shí)際的工作經(jīng)驗(yàn)探究了定向井井眼軌跡預(yù)測的方案。

【關(guān)鍵詞】定向井 井眼 軌跡預(yù)測 控制

1 井眼軌跡預(yù)測的內(nèi)涵

所謂的井眼軌跡預(yù)測就是指根據(jù)井眼當(dāng)前的走向判斷井眼的延伸方向。圖1 描述的是井眼軌跡和軌道示意圖，影響井眼軌跡的因素有很多，包括地質(zhì)特點(diǎn)、地層的傾斜度、巖石的種類和強(qiáng)度等。井眼軌跡的形成是這些因素共同作用的結(jié)果，但當(dāng)前無法根據(jù)這些因素對井眼的軌跡進(jìn)行精確的判斷，只能在施工的過程中不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，并借助一定的數(shù)據(jù)進(jìn)行輔助的判斷。為了確保井眼軌跡的精確度，在實(shí)際鉆井的過程中需要實(shí)時的監(jiān)控和調(diào)整鉆頭的前進(jìn)的方向。井眼的實(shí)際走向在地面上是無法觀察到的，只能在施工的過程中采用專門的儀器進(jìn)行實(shí)時的觀測。

2 井眼軌跡的預(yù)測依據(jù)

從力學(xué)的角度來看，外力的作用是改變物體運(yùn)動軌跡的根本原因。物體的運(yùn)動狀態(tài)包括運(yùn)動的方向、速度兩個方面，反映到鉆井上來就是指鉆速的大小和鉆井的方向。鉆井的過程中會產(chǎn)生井斜角和井斜方位角。根據(jù)實(shí)際的工作經(jīng)驗(yàn)可以知道，在鉆井的過程中，鉆頭的前進(jìn)方向主要由鉆頭的受力情況所決定。而鉆頭的受力狀況又受到鉆具的形狀、鉆具的形變程度、地質(zhì)特性等因素影響。

截至當(dāng)前，對于井眼軌跡的預(yù)測還無法建立數(shù)學(xué)模型進(jìn)行精確的計(jì)算，但通過一定的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和輔助工具，可以制定出一套準(zhǔn)確性較高的預(yù)測方法。

這套預(yù)測方法主要包括三個方面的內(nèi)容。首先是測斜結(jié)果計(jì)算對比分析。在鉆井的過程中需要對鉆頭的狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時的監(jiān)控，并記錄下觀測的測斜結(jié)果，通過繪圖的方式將測斜結(jié)果反映出來，并進(jìn)行分析對比。其次是待鉆地層因素分析。由于地質(zhì)特性會對井眼的軌跡產(chǎn)生一定的影響，應(yīng)當(dāng)在鉆井前對待鉆地層的地質(zhì)特點(diǎn)進(jìn)行深入全面的分析，結(jié)合相關(guān)的數(shù)據(jù)來預(yù)測井眼的軌跡方向。最后是近鉆頭鉆具組合受力分析。這一過程需要從地層結(jié)構(gòu)、井眼軌跡的形狀、鉆頭的組合方式等方面進(jìn)行綜合考慮，構(gòu)建一定的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行井眼的延伸方向預(yù)測。

3 井眼軌跡控制原則

井眼控制就是在鉆井的過程中采用有效的措施和手段確保鉆頭能夠按照預(yù)定的軌跡前進(jìn)，從而確保井眼的軌跡能夠符合要求。在井眼軌跡控制的過程中，控制的主體是鉆頭，被控制的量是井斜角和井斜方位角。這兩個量分別反映出井斜的變化率和井斜方位的變化率。對井眼軌跡產(chǎn)生影響的因素包括地層的狀況、井壁的平整度、巖石的性質(zhì)、巖石的分布特點(diǎn)等。由此可以看出，井眼控制過程中的干擾因素較多，控制難度較大。

在鉆井的過程中，現(xiàn)場操作人員需要根據(jù)鉆井的狀況進(jìn)行實(shí)時的調(diào)整。在進(jìn)行鉆井前，操作人員需要考慮鉆具的組合形式，控制井眼的工藝，鉆具導(dǎo)向的工具等。由于當(dāng)前還無法建立有效的數(shù)學(xué)模型對井眼的軌跡進(jìn)行精確的計(jì)算，操作人員只能根據(jù)鉆井前的預(yù)測，并根據(jù)鉆井過程中的實(shí)際情況進(jìn)行判斷。在不斷的實(shí)踐過程中，有一些固有的原則應(yīng)當(dāng)遵守。

3.1既要保證中靶，又要提高鉆速

在實(shí)際鉆井的過程中，要盡量準(zhǔn)確的判斷井眼的軌跡趨勢，不能使井眼的軌跡偏離預(yù)定的軌道太遠(yuǎn)。但由于無法對軌道作出精確的判斷，在鉆井的過程中出現(xiàn)誤差是無法避免的。只要保證能夠中靶，就沒有必要頻繁的進(jìn)行測斜或更換鉆井工具。這樣不僅會降低鉆井的效率，導(dǎo)致施工成本的增加，多次的反復(fù)加工還會對地層造成不必要的破壞。因此，操作人員在實(shí)際鉆井的過程中應(yīng)當(dāng)準(zhǔn)確把握更換鉆具的時機(jī)。

當(dāng)前工具的造斜率：

繼續(xù)預(yù)測待鉆井眼所需造斜率為：

如果Kz =K 時，可以繼續(xù)鉆進(jìn)，反之則需要對鉆具進(jìn)行更換，并選擇其它控制方法。

3.2盡可能多的使用轉(zhuǎn)盤鉆和近鉆頭組合鉆具進(jìn)行軌跡控制

轉(zhuǎn)盤鉆的鉆速要高于動力鉆具，在一個階段的鉆井作業(yè)結(jié)束后，通常會更換轉(zhuǎn)盤鉆來增加鉆井的速度。動力鉆只在兩種情況下才會得以使用。第一種情況是使用轉(zhuǎn)盤鉆無法達(dá)到增斜或降斜的要求時。第二種情況是轉(zhuǎn)盤鉆無法良好的控制方向時。在這兩種情況下，再使用轉(zhuǎn)盤鉆來鉆井可能會導(dǎo)致井眼的軌跡產(chǎn)生較大的偏差，甚至出現(xiàn)脫靶的問題。

3.3盡可能利用地層的自然造斜規(guī)律

在鉆井的過程中，很多客觀因素都會對井眼的走向產(chǎn)生影響，如地層特點(diǎn)、鉆頭形狀、側(cè)向切削等。為了減少這些因素對井眼軌跡判斷產(chǎn)生影響，應(yīng)當(dāng)盡可能的利用地層自然造斜規(guī)律進(jìn)行鉆井，從而減少鉆井工具的更換次數(shù)。

3.4盡量使用導(dǎo)向鉆具

在使用導(dǎo)向鉆具時，不僅可以提高井眼預(yù)測的精確度，還能在一個井眼的鉆探完成后，不更換鉆具就進(jìn)行下一個井眼的鉆探。采用導(dǎo)向鉆具還能將造斜、增斜、降斜的過程有機(jī)的結(jié)合起來，提高鉆井的效率和穩(wěn)定性，減少鉆井過程中的中斷次數(shù)，避免頻繁起下鉆而對井下的環(huán)境產(chǎn)生影響，因而還可以有效的降低鉆井的成本。

3.5加強(qiáng)鉆具的檢查，防止鉆具事故的發(fā)生

在對一些井斜較大的油井進(jìn)行鉆進(jìn)時，鉆具容易受到較大的損壞。在每一次的鉆井工作完成后，都需要對鉆具進(jìn)行一定的保養(yǎng)，并仔細(xì)檢查鉆具是否存在一定的磨損或損壞的情況。一旦發(fā)現(xiàn)鉆具中存在問題，一定要進(jìn)行及時的檢修或更換。在使用鉆具前，還要對鉆具再次進(jìn)行檢查，從而有效的杜絕鉆具事故的發(fā)生。

4 結(jié)語

當(dāng)前，我國的石油鉆探過程中，對井眼的預(yù)測仍沒有找到良好、精確度高的預(yù)測方法，但通過對工作經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)和合理鉆進(jìn)方式選擇，可以總結(jié)出有效的控制原則，做到既不脫靶，又能確保鉆井的效率，實(shí)現(xiàn)石油鉆探的經(jīng)濟(jì)效益最大化。