定向井鉆井關(guān)鍵技術(shù)探討

曹海峰

摘要：定向井鉆井技術(shù)相比直井而言，有其特殊的優(yōu)勢，已經(jīng)成為國內(nèi)外各個油田勘探開發(fā)的重要技術(shù)之一，本文對定向井鉆井中的井眼軌道剖面類型優(yōu)化、造斜點的優(yōu)選，以及井眼軌跡控制技術(shù)等定向井關(guān)鍵技術(shù)進行了探討和分析，對定向井現(xiàn)場施工具有一定的指導(dǎo)作用。

關(guān)鍵詞：剖面類型;造斜點;軌跡控制

當今在石油鉆井技術(shù)主要分為兩大類型，一類鉆井是井口與井底在一條鉛垂線上，就是所謂的直井，其鉆井特點就是在鉆井施工過程中嚴格控制井斜角，使井口與井底近似重合在一條鉛垂線上;另一類鉆井是按照人為的需要使井口與井底不在一條鉛垂線上，而是與井口鉛垂線形成一定的距離，這就是所謂的定向井。在定向井施工前，需要預(yù)先按照人為需要或者地質(zhì)需求設(shè)計一條能夠滿足需求的井眼軌道，施工中要使井眼軌跡與設(shè)計軌道近似重合，這就是定向鉆井技術(shù)。

1 定向井井眼軌道優(yōu)化設(shè)計技術(shù)

定向井井眼軌道優(yōu)化設(shè)計是實鉆井眼軌跡控制技術(shù)的基礎(chǔ)，是定向井鉆井技術(shù)的首要環(huán)節(jié)。定向井井眼軌跡設(shè)計的好壞，直接影響著定向井鉆井質(zhì)量和鉆井機械鉆速，因此定向井井眼軌道優(yōu)化設(shè)計決定著鉆井施工能夠順利進行，能否節(jié)約鉆井成本，取得最大的經(jīng)濟效益。

1.1 定向井井眼軌道設(shè)計思路

在進行定向井井眼軌道優(yōu)化設(shè)計時，首先應(yīng)該遵循地質(zhì)設(shè)計要求，既依照目的層油藏發(fā)育情況和產(chǎn)量預(yù)測;其次要選擇最佳的井眼軌道;第三要依據(jù)最佳井眼軌道對完井方法和套管柱進行設(shè)計;最后進行鉆井效益的綜合評價。

1.2 定向井井眼軌道設(shè)計方法

定向井井眼軌道設(shè)計是一個反復(fù)尋優(yōu)的過程，按照先地下后地上，綜合考慮，利于鉆井施工安全，縮短鉆井周期，結(jié)余鉆井成本對多種井眼軌道剖面類型進行系統(tǒng)分析，然后應(yīng)用計算機定向井設(shè)計施工軟件完成定向井井眼軌道優(yōu)化設(shè)計。

1.3 定向井井眼軌道剖面類型優(yōu)選

定向井井眼軌道剖面類型是按照人為的設(shè)計情況進行區(qū)分的，按照井眼軌道剖面類型的不同可以分為：二維定向井軌道剖面和三維定向井軌道剖面，在這里我們只二維定向井軌道剖面進行探討。

1.3.1 直-增-穩(wěn)三段制井眼軌道剖面

直-增-穩(wěn)三段制井眼軌道剖面是定向井軌道剖面類型中最簡單的一種軌道剖面形式，由直井段、增斜段、穩(wěn)斜段組成，這種剖面類型造斜點相對較淺，造斜率較低、最大井斜角較小，一般使用于沒有表層套管或者只有一個靶點的定向井。

1.3.2直-增-穩(wěn)-降四段制井眼軌道剖面

直-增-穩(wěn)-降四段制井眼軌道剖面與直-增-穩(wěn)三段制井眼軌道剖面相比，增加了一個降斜井段，相比較而言就顯得有點復(fù)雜了，這種軌道剖面類型在進行造斜完成后，進入穩(wěn)斜段的鉆進，當井底水平位移達到地質(zhì)設(shè)計要求時，進行降井斜作業(yè)。這種剖面類型適用于地層相對復(fù)雜，而且要穿越多個油層的井。

1.3.3 直-增-穩(wěn)-降-直五段制軌道剖面

直-增-穩(wěn)-降-直五段制軌道剖面主要由直井段、增斜段、穩(wěn)斜段、降斜段、直井段組成，這種軌道剖面類型更為復(fù)雜，一般如果沒有特殊地質(zhì)要求不進行設(shè)計。直-增-穩(wěn)-降-直五段制軌道剖面造斜點比較深，與前兩種軌道剖面類型相比水平位移比較短，由于施工工序復(fù)雜，需要多次起下鉆進行施工，鉆井施工周期長，施工費用昂貴。

在定向井井眼軌道優(yōu)化設(shè)計時，在滿足地質(zhì)條件要求時，盡量選擇利于安全鉆井施工，軌道剖面類型簡單，經(jīng)濟效益好的井眼軌道剖面類型，特別是在大慶定向井施工中，主要選擇的是直-增-穩(wěn)三段制軌跡剖面類型。

2 定向鉆井造斜點優(yōu)選選擇

定向井施工中造斜點的優(yōu)選對鉆井施工至關(guān)重要，造斜點選擇合適，可以降低鉆井施工難度，提高整體機械鉆速，獲取最大經(jīng)濟效益，還對平臺叢式定向井防碰工作起到至關(guān)重要的作用，在造斜點優(yōu)選時主要應(yīng)該考慮下面幾個因素。

（1）對于造斜點的選取，根據(jù)地層巖性不同盡量選擇在比較淺的、而且已經(jīng)成巖的地層，眾所周知，隨著地層深度的增加，巖石的壓實作用越強，使巖石硬度越來越大，可鉆性級值越來越高，造成造斜施工越來越困難。

（2）造斜點的選擇盡量在砂巖中，因為砂巖地層井徑相比比較穩(wěn)定，而泥頁巖遇水后容易膨脹，不定向施工安全。

（3）因為現(xiàn)在所有用的定向儀器都是磁性儀器，因此在有表層的時候，造斜點選擇一定要避開套管的磁性干擾，最好選擇在套管鞋以下50米的地方，這樣既利于避開磁性干擾，同時也能夠避免井下螺桿鉆具損失套管鞋。

（4）在進行定向井造斜點優(yōu)選時，一定要考慮最大井斜角，造斜點選擇過深，必然引起井斜角增大，增加施工難度;造斜點選擇過淺，井斜角還過小，又不利于方位的穩(wěn)定，因此在造斜點選擇時，一定要綜合考慮各個因為，確定最佳造斜點。

3 定向井軌跡控制技術(shù)

3.1 造斜工具的選用

單彎螺桿鉆具主要由旁通閥、馬達、萬向軸、傳動軸幾個部分組成，其中馬達是造斜工具螺桿鉆具最重要的組成部分，下面著重介紹一下馬達部分。馬達主要由定子和轉(zhuǎn)子組成，輸出的扭矩和轉(zhuǎn)速的大小主要是由定子和轉(zhuǎn)子的螺旋角和凸瓣數(shù)決定的，根據(jù)定、轉(zhuǎn)子頭數(shù)對比關(guān)系的不同，可以分為高轉(zhuǎn)速低扭矩馬達、中轉(zhuǎn)速中扭矩馬達和低轉(zhuǎn)速高扭矩馬達。如1/2頭關(guān)系的馬達為高轉(zhuǎn)速低扭矩馬達，7/8頭關(guān)系的馬達為低轉(zhuǎn)速高扭矩馬達。

3.2 軌跡控制技術(shù)

定向井軌跡控制的基本原則就是通過選擇合適的鉆具組合、優(yōu)選和調(diào)整鉆井參數(shù)，使井眼軌跡最終中靶。一個優(yōu)秀的定向井工程師不僅僅是要追求中靶，而且還要鉆出良好的軌跡，保證定向井施工安全、優(yōu)質(zhì)、高效。

3.2.1造斜段軌跡控制技術(shù)

在造斜井段，應(yīng)用合適的鉆具組合和單彎螺桿鉆具從造斜點開始進行造斜施工，直至井斜達到設(shè)計要求，保證中靶為止。

3.2.2 穩(wěn)斜井段軌跡控制技術(shù)

穩(wěn)斜井段選擇三扶正器強穩(wěn)鉆具組合，每鉆進100-150m進行定點測斜，根據(jù)測斜結(jié)果進行計算分析，在偏差較大情況下進行倒換鉆具組合，保證中靶。

4 結(jié)論

隨著科技進步，定向井鉆井技術(shù)已經(jīng)越來越成熟，在文章中提到的定向井剖面類型、造斜點、井眼軌跡控制等關(guān)鍵技術(shù)的基礎(chǔ)上，正向著系統(tǒng)化、規(guī)范化、自動化、集成化方向發(fā)展，在不久的將來，定向井鉆井技術(shù)將成為油田增儲上產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)，為油田勘探開發(fā)工作提供更大的技術(shù)支持。

參考文獻：

[1] 王曉雪，王成.定向鉆井技術(shù)定向井鉆井技術(shù)[M]，石油工業(yè)出版社.