石油定向井鉆井軌跡控制技術(shù)探究

殷會(huì)鵬 袁君 喬浩

摘 要：近年來(lái)，我國(guó)發(fā)展十分迅猛，在經(jīng)濟(jì)發(fā)展的激流中石油的重要影響已經(jīng)展露出來(lái)。從石油中不僅可以提煉出用于維持汽車和機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)的汽油和柴油，還可以提煉出作為人們生活及工業(yè)重要燃料的煤氣。因此，對(duì)石油的勘探和開(kāi)采力度逐步加大，而開(kāi)采石油的鉆井技術(shù)也在飛速進(jìn)步。在19世紀(jì)中后期，石油鉆井首次正式應(yīng)用到了定向井鉆井技術(shù)，在施工過(guò)程中，井眼軌跡控制技術(shù)可以稱得上是定向井鉆井的關(guān)鍵技術(shù)，而直井段、造斜段和穩(wěn)斜井段各自采用的井眼軌跡控制技術(shù)又是存在差異的。總的來(lái)說(shuō)，井眼軌跡控制技術(shù)在不斷地改進(jìn)和完善中使定向井鉆井軌跡控制水平的得到了大幅度的提高，在這個(gè)關(guān)鍵技術(shù)的支持下定向井施工才會(huì)有條不紊的進(jìn)行。

關(guān)鍵詞：定向井，關(guān)鍵技術(shù)，石油，井眼軌跡

定向鉆井的含義是是井身保持原先確定好的方位和井斜進(jìn)行施工直到達(dá)到目的層。在石油開(kāi)發(fā)過(guò)程中往往會(huì)遇到不可控的復(fù)雜因素影響施工，而使用定向井鉆井技術(shù)則可以很大程度上解決這些問(wèn)題。定向井鉆井技術(shù)作為石油勘探和開(kāi)采領(lǐng)域在目前世界上最先進(jìn)的鉆井技術(shù)之一，擁有特殊的井下工具、測(cè)量器具和工藝技術(shù)，能夠很好地控制井身的軌跡，控制著鉆頭朝著既定的方向施工，這類技術(shù)的實(shí)用性非常高，能夠使地上或者地下受到條件限制的油田得以開(kāi)發(fā)，而且還能增加石油產(chǎn)量降低開(kāi)發(fā)成本，因此在石油開(kāi)采領(lǐng)域得以廣泛應(yīng)用。但定向井井眼控制技術(shù)也存在實(shí)施上的困難，必須不斷優(yōu)化才能達(dá)到對(duì)井眼軌跡控制的精確控制，而且還要根據(jù)井段的不同制定各有特點(diǎn)的定向井鉆井軌跡控制技術(shù)。

1 定向井鉆井軌跡控制技術(shù)的重要性

可以說(shuō)，明確定向井鉆井施工中所應(yīng)用的鉆井軌跡是整個(gè)鉆井施工計(jì)劃的基礎(chǔ)前提，只有鉆井軌跡確定好了才能夠順利進(jìn)行下一步作業(yè)。如果鉆井軌跡設(shè)計(jì)不合理，那么將會(huì)嚴(yán)重影響到施工的進(jìn)程，大大降低施工效率，增加施工成本。因此，必須更加深入的對(duì)鉆井軌跡控制技術(shù)進(jìn)行探究，不斷地優(yōu)化完善。另一方面，由于石油開(kāi)采所處的位置、地形地貌和地質(zhì)情況都有所不同，不同地形的開(kāi)采方式又是不一樣的，這就給定向井的鉆井施工帶來(lái)很大的困難。這樣看來(lái)，不管是出于哪個(gè)方面的考慮，加強(qiáng)對(duì)定向井鉆井軌跡控制技術(shù)的研究不斷優(yōu)化完善技術(shù)是如今非常必要的措施。

2 影響定向井鉆井軌跡準(zhǔn)確度的因素

2.1 軌跡設(shè)計(jì)因素

在對(duì)定向井鉆井軌跡的設(shè)計(jì)中目前最普遍使用到的是三維設(shè)計(jì)技術(shù)，但三維技術(shù)在應(yīng)用中的最大弊端在于不能達(dá)到鉆井施工所要求的精確度，而且井下的地質(zhì)情況又十分復(fù)雜不能一概而論，想要單單通過(guò)三維技術(shù)就能規(guī)避所有障礙物是不可能實(shí)現(xiàn)的。因此這些井下障礙物不能及時(shí)規(guī)避的問(wèn)題、不能夠精確地確定鉆井軌跡關(guān)鍵點(diǎn)的問(wèn)題、校驗(yàn)井眼曲率準(zhǔn)確度不夠的問(wèn)題等都會(huì)導(dǎo)致定向井施工期間軌跡偏離預(yù)先設(shè)計(jì)，從而使得鉆井軌跡合理性出現(xiàn)偏差。

2.2 施工技術(shù)因素

表層鉆井施工時(shí)，由于水閥門的泵壓和排量不足這一因素引起的現(xiàn)場(chǎng)施工事故打滑現(xiàn)象不在少數(shù)，更有甚者會(huì)直接造成嚴(yán)重的井漏事故，這些事故會(huì)大大的降低鉆井施工效率、增加鉆井成本，甚至給企業(yè)帶來(lái)更大的經(jīng)濟(jì)損失。直井段鉆井施工時(shí)，施工人員必須在鉆井過(guò)程中對(duì)井距方位時(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)調(diào)整，這樣才能夠避免鉆井施工中存在碰井現(xiàn)象。除因井距方位監(jiān)測(cè)調(diào)整失誤引起的碰井問(wèn)題之外，在施工期間對(duì)井斜控制失誤也會(huì)在后面的鉆井過(guò)程中增加施工風(fēng)險(xiǎn)。造斜段鉆井施工時(shí)，機(jī)械鉆具在磨阻等種種因素的影響下也會(huì)使造斜更加困難。

3 控制定向井鉆井軌跡的舉措

3.1 嚴(yán)格把控軌跡設(shè)計(jì)

為了能夠使定向井鉆井工程順利實(shí)施，必須對(duì)施工過(guò)程層層把關(guān)，每一個(gè)步驟都嚴(yán)格控制，尤其是在軌跡的設(shè)計(jì)階段，必須要求設(shè)計(jì)人員仔細(xì)的勘察施工現(xiàn)場(chǎng)，每一處設(shè)計(jì)都要做到精準(zhǔn)無(wú)誤，對(duì)井下地質(zhì)和可能遇到的不確定性因素做到提前預(yù)判，合理的應(yīng)用針對(duì)性的目標(biāo)函數(shù)，反復(fù)加強(qiáng)軌跡設(shè)計(jì)，優(yōu)化定向井鉆井的實(shí)施計(jì)劃，將在使用三維設(shè)計(jì)技術(shù)設(shè)計(jì)定向井鉆井軌跡時(shí)出現(xiàn)的種種問(wèn)題逐一解決從而使得設(shè)計(jì)不斷優(yōu)化，這樣一來(lái)，在底下遇到未知問(wèn)題的應(yīng)對(duì)策略也會(huì)更加充分，對(duì)于較為復(fù)雜的問(wèn)題也可以共同探索攻克難題的關(guān)鍵所在。

3.2 嚴(yán)格把控施工技術(shù)

要想避免鉆井施工因素對(duì)鉆井軌跡的不利影響，更大程度的強(qiáng)化對(duì)鉆井軌跡的控制，就必須要找出最適合的鉆井方法，對(duì)施工方案反復(fù)推敲優(yōu)化。要合理利用復(fù)合鉆井技術(shù)，對(duì)定向井施工的質(zhì)量嚴(yán)格把控，在提高施工效率的前提下對(duì)鉆井軌跡進(jìn)一步的優(yōu)化完善。但是，應(yīng)用這類復(fù)合鉆井技術(shù)所需的成本時(shí)非常高的，因此考慮到成本投入問(wèn)題，這類技術(shù)仍然需要提高優(yōu)化。

4 定向井鉆井軌跡控制技術(shù)

4.1 直井段井眼軌跡控制技術(shù)

在直井段施工的過(guò)程中應(yīng)用到井眼軌跡控制技術(shù)來(lái)保持井身打直防止方位傾斜，這一要求正是定向井鉆井井眼軌跡控制技術(shù)的工作基礎(chǔ)，對(duì)這一技術(shù)的合理應(yīng)用會(huì)給直井段鉆井的施工奠定十分堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

直井段鉆井施工過(guò)程中因?yàn)槭艿焦こ獭⒌刭|(zhì)因素和井眼擴(kuò)大等因素影響常常會(huì)出現(xiàn)井斜事故，而遇到的地質(zhì)問(wèn)題往往是不可預(yù)測(cè)的，因此我們必須在定向井施工期間或在井眼擴(kuò)大間隙利用精確的技術(shù)手段對(duì)直井段鉆井軌跡進(jìn)行嚴(yán)格把控。而在這個(gè)過(guò)程中，選擇與直井段鉆井所遇到的實(shí)際情況相匹配的鐘擺鉆具組合及滿眼鉆具成為最關(guān)鍵的所在。這種器具組合在偏離超過(guò)一定角度之后能夠自發(fā)的產(chǎn)生一個(gè)回復(fù)力，同時(shí)還可以有效的糾正施工過(guò)程中遇到的井斜問(wèn)題。然而我們?nèi)匀灰⒁庖欢ㄒＷC鉆壓的適當(dāng)合理，因?yàn)槿绻@壓太過(guò)大就會(huì)不可避免的影響鐘擺力，進(jìn)而使得增斜力增大，這樣一來(lái)，就會(huì)導(dǎo)致糾斜功能在準(zhǔn)確性上的失誤，大大降低糾斜效果。類似的，應(yīng)用滿眼鉆具于鉆井施工，也可以有效防止出現(xiàn)井斜問(wèn)題，只需要在施工中盡最大能力的將扶正器靠近井壁就可以達(dá)到糾正井斜的作用。

4.2 造斜段井眼軌跡控制技術(shù)

造斜段鉆井施工在整個(gè)石油開(kāi)采的定向井鉆井過(guò)程中處于一個(gè)非常重要的地位。造斜就是把先前已經(jīng)確定好的造斜點(diǎn)作為施工的起始點(diǎn)，以井口的鉛垂線為參考，使鉆頭能夠偏離鉛垂線來(lái)加快傾斜鉆進(jìn)，從而能夠達(dá)到造斜鉆進(jìn)的效果。按照先前確定好的軌跡路線，對(duì)方位偏差、井斜角等因素進(jìn)行合理估算，然后準(zhǔn)確計(jì)算出造斜率，這樣一來(lái)就能給造斜鉆井的施工帶來(lái)非常有效的指導(dǎo)，除此之外，還要通過(guò)增加鉆鋌對(duì)復(fù)合鉆進(jìn)和滑動(dòng)鉆進(jìn)比例反復(fù)調(diào)整，經(jīng)過(guò)這一系列步驟就能夠固定鉆頭軌跡，達(dá)到按照原先設(shè)計(jì)軌跡鉆井的目的，造斜段井眼的施工便可以順利完成了。

4.3穩(wěn)斜井段井眼軌跡控制技術(shù)

石油開(kāi)采定向井鉆井施工期間，造斜段鉆井施工結(jié)束后緊接著就是穩(wěn)斜段鉆井施工了。在穩(wěn)斜段鉆井施工期間，主要可以通過(guò)無(wú)線隨鉆測(cè)井儀器時(shí)時(shí)跟進(jìn)鉆頭的工作狀態(tài)，并獲取即時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，通過(guò)監(jiān)測(cè)鉆頭的實(shí)際井斜角和方位角偏離狀態(tài)等數(shù)據(jù)，施工人員可以及時(shí)的發(fā)現(xiàn)施工中出現(xiàn)的問(wèn)題并且能夠迅速的處理這些問(wèn)題，以保證鉆頭能夠按照原定計(jì)劃準(zhǔn)確完成施工。如果失去了無(wú)線隨鉆測(cè)井儀器的助力，則需要在鉆井過(guò)程中用到穩(wěn)斜鉆具組合，而且在定點(diǎn)測(cè)斜時(shí)也需要應(yīng)用到單點(diǎn)測(cè)斜儀器及多點(diǎn)測(cè)斜儀器來(lái)保證井眼能夠按照原定設(shè)計(jì)軌跡施工，從而實(shí)現(xiàn)提高定向井鉆井質(zhì)量的目的。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在石油開(kāi)采過(guò)程中使用到的定向井鉆井技術(shù)，應(yīng)該首先勘探地質(zhì)特征，根據(jù)不同的地質(zhì)設(shè)計(jì)出符合地質(zhì)特點(diǎn)的井眼軌跡剖面，然后根據(jù)實(shí)際情況選擇出最合適的軌跡類型，對(duì)不同的井段（包括上文中涉及到的直井段、造斜段和穩(wěn)斜井段等）采用不同的軌跡控制技術(shù)，如此才能保證定向井鉆井順利施工。還要全面的分析對(duì)鉆井軌跡控制產(chǎn)生影響的因素，從而不斷地優(yōu)化鉆井軌跡控制技術(shù)以提高施工效率，降低施工成本，保證施工安全順利的進(jìn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1]張長(zhǎng)清.影響定向井鉆井速度的因素及提升措施[J].中國(guó)石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2019，39（12）：23-24.

作者簡(jiǎn)介：

殷會(huì)鵬（1981- ），男，大學(xué)本科學(xué)歷，鉆井工程師，從事鉆井定向工作，蘇里格區(qū)塊水平井軌道設(shè)計(jì)與軌跡控制負(fù)責(zé)人。