現(xiàn)代導(dǎo)向鉆井技術(shù)的新進(jìn)展及發(fā)展方向研究

張春陽(yáng)

摘要：隨著現(xiàn)代導(dǎo)向鉆井技術(shù)在油氣勘探領(lǐng)域中的廣泛應(yīng)用，有必要探索研究該技術(shù)的最新進(jìn)展及發(fā)展方向。本文首先概述了導(dǎo)向鉆井技術(shù)，其次分析了現(xiàn)代導(dǎo)向鉆井技術(shù)的最新進(jìn)展，最后指出了現(xiàn)代導(dǎo)向鉆井技術(shù)的發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：現(xiàn)代導(dǎo)向鉆井技術(shù)；新進(jìn)展；發(fā)展方向

當(dāng)前，隨著現(xiàn)代導(dǎo)向鉆井技術(shù)的不斷發(fā)展，其已經(jīng)成為了油氣勘探過(guò)程中不可或缺的重要工具，通過(guò)對(duì)現(xiàn)代導(dǎo)向鉆井技術(shù)的新進(jìn)展及其發(fā)展方向進(jìn)行研究，現(xiàn)實(shí)意義巨大，相關(guān)人員必須予以高度重視，將現(xiàn)代導(dǎo)向鉆井技術(shù)運(yùn)用到實(shí)踐中去。

1導(dǎo)向鉆井技術(shù)

導(dǎo)向鉆井主要涵蓋了效能較高的鉆頭、導(dǎo)向動(dòng)力鉆具、隨鉆測(cè)量，同時(shí)配備了計(jì)算機(jī)軟件，共同構(gòu)成導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)，在石油鉆井領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用，能對(duì)定向與開(kāi)轉(zhuǎn)盤(pán)兩種工況進(jìn)行適時(shí)變更，不間斷地進(jìn)行定向造斜、增斜、穩(wěn)斜、降斜等作業(yè)，有效克服了過(guò)去需要起鉆變更鉆具組合的問(wèn)題，不僅作業(yè)效率快，而且還實(shí)現(xiàn)了高品質(zhì)的井身軌跡。

導(dǎo)向鉆井技術(shù)的階段有：（一）從導(dǎo)向工具角度上看，包括滑動(dòng)導(dǎo)向鉆井與旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井。其中，滑動(dòng)導(dǎo)向鉆井工具運(yùn)行過(guò)程中，鉆柱隨著鉆頭的轉(zhuǎn)動(dòng)向前滑動(dòng)推進(jìn)?；瑒?dòng)導(dǎo)向鉆井工具的缺陷是：鉆柱存在較大的扭矩和摩阻，井眼清洗不凈，鉆井速率慢。旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井過(guò)程中，鉆柱跟鉆頭一起轉(zhuǎn)動(dòng)。井眼清洗全面，不過(guò)鉆頭扭矩會(huì)使下部鉆柱發(fā)生扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，且成本費(fèi)用高。（二）從導(dǎo)向方式角度上看，包括幾何導(dǎo)向鉆井與地質(zhì)導(dǎo)向鉆井。其中，幾何導(dǎo)向鉆井主要在井下隨鉆測(cè)量?jī)x器對(duì)存在的幾何參數(shù)進(jìn)行測(cè)量，將井斜、工具面的數(shù)值輸送到控制系統(tǒng)中，由控制系統(tǒng)對(duì)井身軌跡進(jìn)行調(diào)控。地質(zhì)導(dǎo)向鉆井不僅具備了幾何導(dǎo)向作用，還隨鉆測(cè)井測(cè)量得出準(zhǔn)確的地質(zhì)參數(shù)，對(duì)井身軌跡進(jìn)行實(shí)施調(diào)控，確保鉆頭順利向前。

2現(xiàn)代導(dǎo)向鉆井技術(shù)的新進(jìn)展

2.1旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)

旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)適用于一些結(jié)構(gòu)繁復(fù)的油井開(kāi)采工作如水平井、多分支井等，在油井鉆探作業(yè)中采用旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)，不僅保證了井體軌跡的平滑性，而且鉆探作業(yè)效率非常可觀，無(wú)需花費(fèi)太高的成本費(fèi)用；不僅防止了大位移帶來(lái)的較大摩阻與扭矩，而且有效處理了垂直鉆井、超薄油藏水平鉆井問(wèn)題。旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)的鉆探深度可以實(shí)現(xiàn)十五千米左右，可謂是所有鉆井技術(shù)中的“餃佼者”，所以旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)受到了廣泛歡迎。目前，探索研究旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)的優(yōu)越性和先進(jìn)性已經(jīng)成為了重點(diǎn)課題之一。

2.2滑動(dòng)導(dǎo)向鉆井技術(shù)

由于滑動(dòng)導(dǎo)向鉆井技術(shù)實(shí)際應(yīng)用中暴露了一些缺陷，雖然能夠進(jìn)一步減少進(jìn)尺費(fèi)用，保證鉆探速率，但是會(huì)發(fā)生馬達(dá)磨損嚴(yán)重等問(wèn)題。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，越來(lái)越多的人開(kāi)始最求資源最大化，由于受到了油氣藏地質(zhì)及環(huán)境等因素的影響，致使鉆探、開(kāi)采工作無(wú)法正常有序開(kāi)展，所以滑動(dòng)導(dǎo)向鉆井技術(shù)現(xiàn)已滿足不了現(xiàn)代導(dǎo)向鉆井的要求。滑動(dòng)導(dǎo)向鉆井過(guò)程中，作業(yè)人員為了實(shí)現(xiàn)控制井身軌跡、降低成本費(fèi)用、提高鉆探速率等目的，將轉(zhuǎn)盤(pán)法與滑動(dòng)導(dǎo)向鉆井有機(jī)結(jié)合，進(jìn)而開(kāi)展交替鉆井。然而即使運(yùn)用了交替鉆井也并未實(shí)現(xiàn)最終目的，并且還降低了鉆探速率，下鉆次數(shù)增多，最終導(dǎo)致井身軌跡平滑度不夠、粘滑、井眼方位頻繁變動(dòng)等問(wèn)題。通過(guò)滑動(dòng)導(dǎo)向鉆井技術(shù)進(jìn)行鉆探作業(yè)時(shí)，當(dāng)鉆井深度高出相鄰井深度四千米左右，將無(wú)法實(shí)現(xiàn)均勻且不間斷的滑動(dòng)任務(wù)，給滑動(dòng)鉆進(jìn)帶來(lái)了極大的難度。如果滑動(dòng)鉆進(jìn)過(guò)程中，鉆柱不斷朝下滑動(dòng)，那么將影響旋轉(zhuǎn)鉆頭功率，使鉆頭達(dá)不到應(yīng)有的鉆壓，提高了摩阻力，最終阻礙了鉆探速率的提升。

2.3垂直鉆井技術(shù)

垂直鉆井技術(shù)涉及四個(gè)方面：（一）偏軸鉆具組合防斜打快技術(shù)。在較大鉆壓情況下，偏軸鉆具組合因其上部設(shè)置了偏軸接頭，因此偏軸接頭部位就形成了極為顯著的彎矩性能，進(jìn)而導(dǎo)致偏軸鉆具組合發(fā)生了彎曲變形情況。鉆柱在轉(zhuǎn)盤(pán)的作用下賦予了偏軸鉆具組合更多的弓形回旋性能。首先，偏軸鉆具組合存在一定的陀螺效應(yīng)，發(fā)揮了穩(wěn)斜作用，有效避免了井斜問(wèn)題。其次，其鉆頭對(duì)井壁周圍進(jìn)行了均勻切削，有效解決了因常規(guī)鐘擺鉆具鉆頭增加上井壁斜度的問(wèn)題。（二）偏心“剛?cè)帷便@具組合防斜打快技術(shù)。查閱有關(guān)研究資料后發(fā)現(xiàn)，偏心“剛?cè)帷便@具雖然能規(guī)避井斜問(wèn)題，保證鉆探效率，但是不具備動(dòng)力學(xué)效應(yīng)。如果將偏心“剛?cè)帷便@具運(yùn)用到一些傾斜度大的地層中開(kāi)展垂直鉆井工作，那么將很難實(shí)現(xiàn)預(yù)期的防斜目的。基于此，通過(guò)合理設(shè)計(jì)偏心控制部位，并在該部位上設(shè)置相應(yīng)的偏心控制器，于是就產(chǎn)生了偏心“剛?cè)帷便@具組合。

3現(xiàn)代導(dǎo)向鉆井技術(shù)的發(fā)展方向

雖然上述的現(xiàn)代導(dǎo)向鉆井技術(shù)帶來(lái)了諸多的便捷性，但也不可避免有一些不足，對(duì)現(xiàn)代導(dǎo)向鉆井技術(shù)的健康發(fā)展造成了不小的影響。所以加強(qiáng)改善現(xiàn)代導(dǎo)向鉆井技術(shù)十分重要和必要。

3.1健全旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井控制理論

我們?cè)诮∪D(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井控制理論過(guò)程中，應(yīng)切實(shí)考慮以下內(nèi)容：第一，通過(guò)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向矢量控制理論對(duì)井身與待鉆探井身間的偏差進(jìn)行有效控制。第二，通過(guò)智能控制理論對(duì)鉆井中出現(xiàn)的各不確定性因素及滯后性情況進(jìn)行有效控制。第三，將控制指令從地面?zhèn)鬟_(dá)到井下，接著通過(guò)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具就能根據(jù)指令順利開(kāi)展作業(yè)。第四，通過(guò)自主制導(dǎo)理論支持自主式旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。第五，加強(qiáng)鉆井領(lǐng)域中的鉆柱力學(xué)理論、模型等研究力度。

3.2健全旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)

在健全旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)過(guò)程中，應(yīng)做好以下幾點(diǎn)：第一，軟件系統(tǒng)。旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)在鉆井過(guò)程中涉及的軟件有：專門(mén)用于控制旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具的軟件、預(yù)置井身軌跡設(shè)計(jì)軟件、可視化與導(dǎo)向閉環(huán)鉆井系統(tǒng)軟件等。第二，地面監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)在旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)中涉及了智能決策支持系統(tǒng)、傳輸與接收信號(hào)的子系統(tǒng)、地面計(jì)算存儲(chǔ)分析模擬系統(tǒng)。由地面向井下傳達(dá)具體的控制指令，這是地面監(jiān)控系統(tǒng)的核心點(diǎn)，在閉環(huán)信息流基礎(chǔ)上對(duì)井身軌跡進(jìn)行有效調(diào)控和監(jiān)視。第三，井下與地面雙傳輸通訊系統(tǒng)。無(wú)線泥漿脈沖雙向傳輸系統(tǒng)是該系統(tǒng)的關(guān)鍵性技術(shù)，不過(guò)無(wú)線泥漿脈沖雙向傳輸系統(tǒng)還有一些不足和滯后情況。第四，隨鉆實(shí)時(shí)測(cè)量參數(shù)系統(tǒng)。涵蓋了隨鉆工程參數(shù)、隨鉆測(cè)井、隨鉆井身幾何參數(shù)等。當(dāng)前，隨鉆測(cè)井過(guò)程中已經(jīng)采用了多聯(lián)隨鉆測(cè)量?jī)x器，并且普及了隨鉆聲波、隨鉆壓力等測(cè)量手段，還實(shí)現(xiàn)了多元化隨鉆地震技術(shù)。第五，出于在極端井下環(huán)境中正常開(kāi)展鉆進(jìn)工作的考慮，現(xiàn)代旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)正逐步優(yōu)化完善自身的技術(shù)指標(biāo)。

3.3完善現(xiàn)代垂直鉆井技術(shù)

在完善現(xiàn)代垂直鉆井技術(shù)過(guò)程中，應(yīng)考慮以下內(nèi)容：第一，積極研究開(kāi)發(fā)一類能夠有效解放鉆壓，能夠有效防止井斜的垂直鉆井技術(shù)。第二，在定向井與水平鉆井技術(shù)基礎(chǔ)上形成的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù)已經(jīng)成為了垂直鉆井作業(yè)的重要工具。所以我們當(dāng)前應(yīng)重點(diǎn)考慮研究開(kāi)發(fā)用于垂直鉆井的導(dǎo)向工具。

3.4推動(dòng)快速閉環(huán)鉆井技術(shù)

隨鉆測(cè)量和地面可遙控導(dǎo)向鉆井技術(shù)現(xiàn)已成為了鉆井領(lǐng)域的重要工具，快速閉環(huán)鉆井技術(shù)在我國(guó)還處于發(fā)展探索階段，將研究重心放在了自主導(dǎo)向鉆井技術(shù)和全閉環(huán)自動(dòng)導(dǎo)向鉆井技術(shù)層面上。這是現(xiàn)代導(dǎo)向鉆井技術(shù)的重點(diǎn)發(fā)展方向，未來(lái)會(huì)在航空與航海等領(lǐng)域中發(fā)揮作用。與此同時(shí)，幾何導(dǎo)向與地質(zhì)導(dǎo)向也是現(xiàn)代導(dǎo)向鉆井技術(shù)的發(fā)展對(duì)象，成為了現(xiàn)代導(dǎo)向鉆井技術(shù)中不可或缺的構(gòu)成部件，發(fā)展速度較快，實(shí)際工作中，應(yīng)結(jié)合具體的工作要求科學(xué)使用幾何導(dǎo)向技術(shù)與地質(zhì)導(dǎo)向技術(shù)。

4結(jié)論

綜上所述可知，現(xiàn)代導(dǎo)向鉆井技術(shù)在我國(guó)取得了較好的發(fā)展和成效，將其應(yīng)用到油氣勘探、開(kāi)發(fā)領(lǐng)域中，有利于提高作業(yè)質(zhì)量和作業(yè)效率。需要注意的是，現(xiàn)代導(dǎo)向鉆井技術(shù)實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中暴露了一些漏洞問(wèn)題，對(duì)現(xiàn)代導(dǎo)向鉆井技術(shù)的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展造成了不小的阻礙，所以應(yīng)通過(guò)一系列的措施加以完善，以確?，F(xiàn)代導(dǎo)向鉆井技術(shù)整體效用淋漓盡致發(fā)揮，為油氣勘探、開(kāi)采工作做出巨大的貢獻(xiàn)。endprint