油田定向鉆井設(shè)備設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)研究

董云飛

（中石化華東石油工程公司江蘇鉆井公司，江蘇揚州 225261）

0 引言

當前，經(jīng)濟高速發(fā)展，對石油的需求也是不斷增加，現(xiàn)有的石油開采技術(shù)已經(jīng)不能滿足社會對石油的需求。因此，增加石油的開采產(chǎn)量與開采質(zhì)量成為現(xiàn)階段石油生產(chǎn)企業(yè)著重要研究的課題。油田定向鉆井技術(shù)是近幾年來引進的新型技術(shù)，開采效率高，受到越來越多石油生產(chǎn)企業(yè)的青睞，但是與發(fā)達國家油田開采設(shè)備相比，我國在開采過程中相關(guān)的鉆井設(shè)備仍然存在些許不足，發(fā)展相對緩慢。

1 油田定向鉆井設(shè)備發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 鉆井設(shè)備落后

在油田定向鉆井技術(shù)研究方面已經(jīng)達到國際先進水平，但是在定向鉆井設(shè)備的研發(fā)卻相對落后。油田定向鉆井設(shè)備在自動調(diào)節(jié)鉆頭壓力、自動鉆井、鉆井數(shù)據(jù)實時反饋方面已經(jīng)實現(xiàn)，但是在實際的油田定向鉆井過程中，定向井屬于帶有小角度偏斜的油井，一般來說偏斜度在20°～50°，對于鉆頭軌跡的控制還不能由計算機完全自動控制，還需要人工進行相應(yīng)的調(diào)整。因此油田定向鉆井設(shè)備的停滯發(fā)展已經(jīng)大大制約油田開采事業(yè)的發(fā)展。

1.2 鉆井設(shè)備穩(wěn)定性差

油田定向鉆井設(shè)備的穩(wěn)定性與鉆井效率有著密切的關(guān)系。我國的油田定向鉆井設(shè)備在工作中穩(wěn)定差，從而浪費企業(yè)的生產(chǎn)時間，降低生產(chǎn)效率。發(fā)達國家的油田定向鉆井設(shè)備穩(wěn)定性強，自動化程度高，在開采階段僅需要一個月至一個半月就能完成油田的鉆井工作，而且在鉆井成本上也相對于較低，這不僅提高企業(yè)的生效率，也增加油田開采企業(yè)的生產(chǎn)利潤。

1.3 鉆井設(shè)備壽命短

油田定向鉆井裝備在工作時，常常會遇到質(zhì)地較硬的土壤環(huán)境，由于我國生產(chǎn)研發(fā)的鉆井裝備的額定功率和實際功率都比較小，因此在遇到此種情況時，往往會造成鉆井裝備中的動力系統(tǒng)的瞬時功率過高，在工作的過程中也會出現(xiàn)極大的噪聲。長時間大功率的運轉(zhuǎn)工作會嚴重縮短油田定向鉆井設(shè)備的使用壽命，同時當噪聲的頻率與鉆井裝備的固有頻率相近時，會使鉆井裝備產(chǎn)生共振，從而使其產(chǎn)生振動，同樣影響鉆井裝備的使用壽命。振動篩是鉆井裝備上一個避免或減少設(shè)備本身振動的器件，但是由于我國生產(chǎn)的振動篩質(zhì)量較差，大約10 h 左右就需要進行更換，這也大大降低企業(yè)的生產(chǎn)效率。

2 油田定向鉆井設(shè)備設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)

2.1 定向鉆井設(shè)備軌道設(shè)計

油田定向鉆井工作顧名思義就是確定鉆井的方向后根據(jù)規(guī)劃角度進行鉆井作業(yè)，根據(jù)規(guī)劃井道的傾斜角度可以主要分為：小傾斜、中傾斜和大傾斜3 種。當對不同傾斜角度進行作業(yè)時，定向鉆井設(shè)備的運動軌跡是不同的。為保證在油田定向鉆井作業(yè)能夠快速、高效地進行，對鉆井設(shè)備的軌道進行優(yōu)化是非常有必要的。在實際的工作過程中，油田生產(chǎn)企業(yè)首先要對所要開采的油田的地質(zhì)結(jié)構(gòu)和自然環(huán)境進行充分勘測，并根據(jù)自身所具有的鉆井裝備制定出相應(yīng)的施工方案。在對不同傾斜角的井眼進行作業(yè)前，首先要對所要開采的井眼進行分析和規(guī)劃，確定不同種類的定向開采，并根據(jù)不同傾向角度、開采深度、寬度進行充分計算，確定大致的開采軌道；其次，要確定出鉆井裝備的軌道偏差，在作業(yè)之前，計算出鉆井設(shè)備偏差量的具體值以及確定鉆井設(shè)備在工作過程中由于外界因素或是設(shè)備本身的存在的振動所產(chǎn)生的偏差估計值，根據(jù)以上2 個數(shù)據(jù)對定向鉆井設(shè)備的軌道進行大致的估計，并將所得結(jié)果進行相應(yīng)的修正，確保定向鉆井設(shè)備軌道的精度。

2.2 定向鉆井設(shè)備鉆頭軌跡控制

在對油田定向鉆井過程中，鉆頭由于受到不同地質(zhì)環(huán)境或自然條件在作業(yè)中會出現(xiàn)較大偏移，當偏移量過大時，不僅對井身的傾斜角度產(chǎn)生影響從而使開采效率大大降低，也會使鉆頭在作業(yè)過程中產(chǎn)生極大的側(cè)壓力從而使鉆頭折斷，因此非常有必要對油田定向鉆井設(shè)備鉆頭的軌跡進行控制。在進行鉆井作業(yè)前，①要對鉆頭的安裝誤差和間隙進行相關(guān)統(tǒng)計，確定鉆頭的擺動大小；②要對所要開采的井眼的的定位進行精準標定，確保在鉆頭對井眼位置進行精準的打入，由于鉆頭只是在軸向方向的進行伸縮進給，也要對鉆頭在工作過程中的進給量進行相應(yīng)的計算，確保定向鉆井設(shè)備的鉆頭軌跡的控制；③鉆頭在工作過程中要預(yù)留出一定的調(diào)整余量，目的是當鉆頭在作業(yè)過程中出現(xiàn)較大偏移或是軌跡出現(xiàn)偏差時，有一定的空間去調(diào)整。

3 油田定向鉆井設(shè)備的發(fā)展趨勢

3.1 發(fā)展先進鉆井設(shè)備

目前，油田定向鉆井設(shè)備在研發(fā)、生產(chǎn)和制造方面相對落后，要積極吸收發(fā)達國家在定向鉆井設(shè)備方面的先進經(jīng)驗，并根據(jù)油田的自然環(huán)境和地質(zhì)環(huán)境研發(fā)出適合油田環(huán)境的定向鉆井設(shè)備。而且油田定向鉆井設(shè)備的自動化、智能化程度不高，控制系統(tǒng)主要以人工作業(yè)進行操控，這樣大大降低油田開采企業(yè)的生產(chǎn)效率，人工作業(yè)較多同時也增加企業(yè)的運營成本，從而使整個的油田開采成本大大提高，不利于我國油田開采事業(yè)的發(fā)展，因此大力發(fā)展先進的鉆進設(shè)備非常有必要。

3.2 引進不同種類的鉆井設(shè)備

面對幅員遼闊、復(fù)雜的地理環(huán)境，從東到西主要有大慶油田、渤海油田、克拉瑪依油田以及塔里木油條等，這些油田分布較為廣泛，且位于不同自然環(huán)境中，因此，對于油田定向設(shè)備的引進和研發(fā)過程中要根據(jù)不同的環(huán)境條件下進行，應(yīng)該使引進的定向鉆井設(shè)備多元化，相關(guān)的研發(fā)人員和設(shè)備生產(chǎn)人員要根據(jù)國情進行相應(yīng)的改造，從而使定向油田鉆井設(shè)備滿足油田開采事業(yè)發(fā)展的需要。

4 結(jié)束語

分析現(xiàn)階段在石油鉆井設(shè)備上存在著技術(shù)落后、穩(wěn)定性差、設(shè)備使用壽命短的情況，對油田定向鉆井設(shè)備設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)進行研究，在定向鉆井設(shè)備軌道設(shè)計和鉆頭軌跡控制3 方面進行充分地分析，從自身要求不斷發(fā)展先進技術(shù)，在后續(xù)的研究工作中，要繼續(xù)去鉆研在油田定向鉆井設(shè)備發(fā)展上的問題，為后續(xù)的油田定向鉆井設(shè)備的發(fā)展提供更好地經(jīng)驗，同時促進我國油田開采工作的持續(xù)、穩(wěn)定和健康的發(fā)展。