定向井軌道設(shè)計及其軌跡控制技術(shù)

王安廣

摘要：定向井是根據(jù)預(yù)先設(shè)計的對目標(biāo)層的傾斜度和方向進行鉆井的方法。通常用于油田埋藏在山區(qū)、古森林、城鎮(zhèn)、海洋、河流、湖泊、沼澤等地貌復(fù)雜的地方?；蛘弋?dāng)井場設(shè)置搬家安裝困難時，以及提高泄油面積和單井產(chǎn)量，通常在井場周圍鉆定向井。

關(guān)鍵詞：定向井；軌道設(shè)計；軌跡控制；

正是定向井適用地形地貌復(fù)雜多變的特征決定了定向井的軌道設(shè)計和軌跡控制精確性的要求，并且具有非常重要的意義。很多專家學(xué)者以及油氣田現(xiàn)場施工人員都對此進行了大量的研究，得出了很多具有參考價值的理論和成果。但現(xiàn)有的研究大多傾向于一種具體的計算方法或者特定的油田，缺乏對于定向井井眼軌道設(shè)計及井眼軌跡控制的整體性描述和認(rèn)識。

一、定向井軌道設(shè)計概述

常規(guī)定向井是指水平位移在1km以內(nèi)、垂深不超過3km的定向井。它是最常見的定向井類型，并且軌道的設(shè)計種類較多。一般造斜點應(yīng)選在地層比較穩(wěn)定的區(qū)域，盡量避免選擇流砂層、漏失地層、巖石破碎帶等比較復(fù)雜的或者容易坍塌的地層。另外，還要設(shè)置合理的井斜角，如果井斜角過大，測井和完井作業(yè)施工的難度和起下鉆的載荷都會隨著增加，致使轉(zhuǎn)盤扭矩大，扭方位困難產(chǎn)生井壁坍塌等鉆井事故。反之，容易發(fā)生方位漂移。實踐經(jīng)驗表明：常規(guī)五段制定向井穩(wěn)斜井段井斜角應(yīng)為15°-25°、常規(guī)三段制定向井井斜角應(yīng)為15°-35°。大位移井軌道設(shè)計時應(yīng)選用懸鏈曲線軌道。（懸鏈曲線是指圓在直線上滾動時，圓周上任意一點所形成的運動軌跡）。高穩(wěn)斜角以及較低的造斜率是大位移井軌道設(shè)計的最佳選擇。水平井大致分為兩種軌道類型：（1）雙增軌道：由“直一增一穩(wěn)一增一平”五段組成，兩次增斜段都是呈圓弧形，多在地質(zhì)不確定性較高的情況下使用；（2）單增軌道：由“直一增一平”三段組成，增斜段分為變曲率的懸鏈線以及恒曲率圓弧形兩種形狀，多在目造斜率和標(biāo)層

二、定向井經(jīng)驗軌跡優(yōu)化設(shè)計技術(shù)

對于定向井井眼軌跡剖面優(yōu)化的設(shè)計而言，需本著相應(yīng)的原則給予執(zhí)行。應(yīng)當(dāng)將完成定向井鉆井地質(zhì)目標(biāo)作為原則，定向井鉆井具有諸多地質(zhì)目標(biāo)，包含了跨過諸多含油地層提升勘探研發(fā)成效、規(guī)避地層內(nèi)的斷層等地質(zhì)結(jié)構(gòu)，從而有效開采地下剩余油氣儲層、完成油井井眼軌跡大面積在油氣儲層的目的層內(nèi)延伸，從而加大油氣藏的外漏面積，并且，由于鉆井或油氣開采時產(chǎn)生事故而令油井無法被正常開采，或具有地面障礙物不能正常鉆井的范圍，也能夠透過定向井完成鉆井開采，為了節(jié)省鉆井成本，還能夠透過叢式平臺定向井開發(fā)的方法節(jié)約井場的占地面積。需要通過安全、高效、優(yōu)質(zhì)的鉆井施工當(dāng)做現(xiàn)場施工的目標(biāo)，在執(zhí)行定向井井眼軌跡剖面設(shè)計中，融合所處范圍的地質(zhì)特點給予設(shè)計，挑選地層穩(wěn)定、松軟適宜之地進行造斜，造斜點盡可能規(guī)避較易縮徑、塌陷、漏失乃至壓力有異的地層層位給予執(zhí)行，需把造斜段的井斜角掌控于15°至45°區(qū)間，由于井斜角過大則會加大施工的難度，并且容易造成鉆井事故的發(fā)生，反之則會令鉆井方位出現(xiàn)不穩(wěn)定性，加大了調(diào)整的數(shù)量，并且在選擇造斜率方面，需綜合考量油井所在地層的地質(zhì)情況與鉆井工具的真實造斜能力，在符合定向井鉆井的目標(biāo)下，盡可能降低造斜率并將造斜段長度縮短，達(dá)成迅速鉆井的目的。需盡可能符合后期采油與完井工藝進行的標(biāo)準(zhǔn)，在符合定向井鉆井的標(biāo)準(zhǔn)下，盡可能降低井眼的曲率，有利于后續(xù)抽油桿與油層套管的下井，并且降低兩者間的偏磨，有利于后續(xù)改進安全采油泵等井下作業(yè)的施工。

三、定向井軌跡控制技術(shù)分析

1.直井段防斜打直。直井段防斜打直在定向井井眼的軌跡控制的井段中極為重要的基礎(chǔ)，直井段出現(xiàn)井斜是由于地質(zhì)、工程乃至井眼擴大等原因。地質(zhì)原因成為無法控制的方面，所以，若想完成防斜打直，只能夠透過工程因素以及井眼擴大等方面找出解決的方法。對于鉆具組合而言，應(yīng)當(dāng)執(zhí)行下部鉆具組合的方式，在現(xiàn)場施工中，挑選滿眼鉆具組合與鐘擺鉆具組合而執(zhí)行防斜打直。滿眼鉆具組合可以防斜，可是無法糾斜，滿眼鉆具組合中，“滿”尤為重要，指的是需扶正器和井壁相互間的間隙盡量小，從而確保滿的狀況，謹(jǐn)防出現(xiàn)井斜。鐘擺鉆具組合是通過在鐘擺擺過相應(yīng)角度時，會出現(xiàn)回復(fù)力，此回復(fù)力會由于鐘擺擺過的角度加大而增多。當(dāng)鐘擺鉆具組合降低擺動力后，增斜力加大，如此則無法具有防斜及糾斜的效果。在鉆壓過低時，鐘擺鉆具組合才能夠展現(xiàn)出防斜和糾斜的作用，因此在運用當(dāng)中，鐘擺鉆具組合無法令鉆壓徹底開釋，會在某種程度中對機械鉆速的提升具有影響。所以在執(zhí)行防斜打直時，應(yīng)當(dāng)依照狀況的差異挑選相應(yīng)的鉆具組合。

2.將定向造斜關(guān)掌握好。造斜的過程則為由造斜點進行強制鉆頭脫離井口鉛垂線增斜鉆進的歷程，在這一區(qū)間的重要工作則為如何令鉆頭脫離井口鉛垂線，令造斜過程更為順利，所以應(yīng)當(dāng)挑選適宜的造斜工具，確保造斜率。并且即便直井段打造的十分直，可是依舊會在井斜角及方位角中具有一定的偏差，所以在進行定向以前，應(yīng)當(dāng)將直井段測斜數(shù)據(jù)輸入至定向井核計算軟件當(dāng)中，且給予計算分析，之后依照直井段的井斜與位移偏差，綜合原定向井軌跡進行設(shè)計，再次對定向段給予改正設(shè)計，并且核算出定向各段的造斜率，而指引定向造斜施工。在定向造斜當(dāng)中，為了有效掌控造斜工具的造斜率，規(guī)避由于造斜率較高或較低對井身的質(zhì)量具有影響，則應(yīng)當(dāng)在施工中持續(xù)定向2個單根，找尋出螺桿實際造斜率，并且依照井眼曲率的慣性作用，核算出所有定向單根的滑動鉆進與復(fù)合鉆進的比率，令實際施工造斜率盡量靠近設(shè)計軌跡造斜率，從而令井眼更為平滑。

3.穩(wěn)斜段軌跡控制技術(shù)。穩(wěn)斜段施工的最佳方式是選擇無線隨鉆測量設(shè)備給予跟蹤掌控，完成動態(tài)監(jiān)控，發(fā)覺實際井斜角、方位角偏離設(shè)計值及時給予調(diào)整，確保中靶。可是若在不具備無線隨鉆測斜儀器時，則應(yīng)當(dāng)將運用穩(wěn)斜鉆具組合，使用單、多點測斜儀定向測斜，令實鉆軌跡不要脫離設(shè)計軌跡過遠(yuǎn)，不但要確保中靶，還應(yīng)當(dāng)提升機械的鉆速。

總之，定向井屬于開采繁瑣油氣藏的良好方式，能夠?qū)ΤＲ?guī)油井不能開采的油氣藏給予開采，可是想要順利進行，則應(yīng)當(dāng)依照地質(zhì)的特點進行設(shè)計，而且應(yīng)當(dāng)針對井段的差異性選擇相應(yīng)的井眼軌跡控制技術(shù)，以此能夠依照設(shè)計的井眼軌跡進行鉆進，從而提升油氣資源的開采成效。

參考文獻：

[1]魏鑫.定向井軌跡控制關(guān)鍵技術(shù).2017.

[2]張和.淺談井定向井軌道設(shè)計及其軌跡控制技術(shù).2017.