淺談定向井鉆井技術(shù)

魏山

摘要：定向井鉆井技術(shù)已成為石油勘探開發(fā)領(lǐng)域最重要的一種鉆井技術(shù)，在介紹了定向井分類及實(shí)用范圍的基礎(chǔ)上，對(duì)定向井施工中涉及的造斜點(diǎn)的選擇、井眼軌跡剖面類型的選擇以及井眼軌跡控制技術(shù)等幾個(gè)方面進(jìn)行了詳細(xì)的闡述，對(duì)定向井施工技術(shù)人員具有一定的指導(dǎo)作用。

關(guān)鍵詞：分類;剖面類型;造斜點(diǎn);軌跡控制;定向井

定向井鉆井技術(shù)是當(dāng)今石油勘探開發(fā)領(lǐng)域經(jīng)常用到的一種鉆井技術(shù)，它是沿著預(yù)定的井眼軌跡鉆達(dá)目標(biāo)點(diǎn)的鉆井技術(shù)。

1 定向鉆井分類及實(shí)用范圍

1.1 定向鉆井分類

定向井按照其井斜角大小，及施工難易程度可以分為以下幾類：

（1）小井斜定向井：這種定向井設(shè)計(jì)最大井斜角不超過15°，在實(shí)際鉆井施工中，由于井斜角相對(duì)較小，方位容易漂移，鉆井施工難度比較大。

（2）中井斜定向井：這種定向井設(shè)計(jì)最大井斜角在16°-45°之間，因?yàn)榫苯邢啾刃【苯谴?，鉆井過程中方位比較比較穩(wěn)定，是現(xiàn)場施工中最利于施工的一種井型。

（3）大井斜定向井：這種定向井設(shè)計(jì)最大井斜角在46°-85°之間，井斜角相對(duì)較大，方位更加穩(wěn)定，但是國內(nèi)外多種研究都表明，井斜角在45°-65°之間時(shí)巖屑上返最困難，最易形成巖屑床，不利于井下安全，同時(shí)由于井斜角的增加，施工的摩阻扭矩也逐漸增大，鉆井施工難度大。

1.2 定向井應(yīng)用范圍

（1）定向井主要在以下幾個(gè)方面的應(yīng)用

（2）在海上鉆井平臺(tái)鉆叢式定向井，控制海下較大的含油氣構(gòu)造。同時(shí)在一個(gè)平臺(tái)鉆多口定向井，也可以節(jié)約平臺(tái)建造費(fèi)用。

（3）應(yīng)用于近海油氣田的勘探開發(fā)，使用定向井鉆井技術(shù)，可以在陸地鉆達(dá)近海油氣層，節(jié)省了在海上建造平臺(tái)的費(fèi)用。

（4）用定向井控制地下斷層，查明斷層所在位置。

（5）因地面障礙物的遮擋無法開發(fā)的油氣田，需要鉆定向井。

（6）因事故處理需要進(jìn)行側(cè)鉆。

（7）因井噴失控而造成著火，為了控制火災(zāi)而鉆的定向救援井。

（8）為增加油氣泄露面積，防止氣錐和水錐，而進(jìn)行的大斜度定向井的鉆探。

2 定向鉆井造斜點(diǎn)選擇

造斜點(diǎn)的選擇關(guān)系到定向井施工的成敗，選擇合理的造斜點(diǎn)可以降低定向井施工的整體難度，同時(shí)在平臺(tái)叢式定向井施工中，選擇合理的造斜點(diǎn)也可避開井眼之間相碰，達(dá)到安全鉆井的目的，在定向井造斜點(diǎn)選擇時(shí)應(yīng)該主要考慮以下幾個(gè)方面因素。

（1）造斜點(diǎn)選擇盡量選擇在淺層，因?yàn)樵煨秉c(diǎn)越深，巖石壓實(shí)作用越強(qiáng)，造斜施工難度越大;但是我們所說的淺層不是越淺越好，如果在成巖作用不強(qiáng)的地層進(jìn)行造斜，那么很可能井斜起不來而影響施工效率，所以要選擇既成巖，又相對(duì)淺的位置。

（2）造斜點(diǎn)的選擇盡量在砂巖中，因?yàn)樯皫r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）在有表層套管的井進(jìn)行造斜時(shí)，造斜點(diǎn)要選擇在表層套管鞋50m以下，這樣既可以避免動(dòng)力鉆具對(duì)套管鞋的損傷，同時(shí)也能避開表層套管對(duì)定向施工儀器的磁性干擾，利于定向井定向施工。

（4）在選擇造斜點(diǎn)時(shí)，要考慮設(shè)計(jì)軌跡剖面的最大井斜角大小，盡量使最大井斜角在15°-45°之間，這個(gè)角度在穩(wěn)斜鉆進(jìn)過程中方位相對(duì)比較穩(wěn)定，利于定向井的施工。

3 定向鉆井剖面選擇

定向井井眼軌跡剖面類型很多，在進(jìn)行定向井井眼軌跡剖面設(shè)計(jì)時(shí)，必須考慮充分利用地層自然造斜規(guī)律、利于鉆井、采油、修井工作，剖面要相對(duì)簡單，造斜井段地層穩(wěn)定，井眼曲率變化均勻以及當(dāng)今的鉆井技術(shù)水平等相關(guān)因素。根據(jù)當(dāng)今的國內(nèi)外定向井剖面相關(guān)資料和現(xiàn)場施工經(jīng)驗(yàn)，最常用的井眼軌跡剖面主要有直-增-穩(wěn)三段制剖面、直-增-穩(wěn)-降四段制剖面、直-增-穩(wěn)-降-直五段制剖面這三種剖面類型，各個(gè)井眼軌跡剖面類型之間有其各自的優(yōu)缺點(diǎn)。

3.1 直-增-穩(wěn)剖面

直-增-穩(wěn)剖面類型相對(duì)簡單，造斜點(diǎn)相對(duì)較低，通常在表層套管內(nèi)就可以完成造斜，達(dá)到規(guī)定的井斜角，造斜完成后更換穩(wěn)斜鉆具一直鉆達(dá)目的層。這種剖面類型通常用在沒有技術(shù)套管或者單一目的層的定向井中。

3.2 直-增-穩(wěn)-降剖面

這種剖面造斜點(diǎn)相對(duì)也較低，在造斜完成后進(jìn)行穩(wěn)斜鉆進(jìn)，當(dāng)位移達(dá)到地質(zhì)目標(biāo)需求時(shí)進(jìn)行降斜作業(yè)。這種剖面類型適用于地層相對(duì)負(fù)責(zé)，而且要穿越多個(gè)油層的井。

3.3 直-增-穩(wěn)-降-直剖面

這種剖面類型造斜點(diǎn)相對(duì)較深，水平位移相對(duì)較小，而且具有大段的直井段，由于造斜點(diǎn)較深，造斜實(shí)間較長，費(fèi)用相對(duì)較高。

在定向井井眼軌跡剖面設(shè)計(jì)中，并不是一成不便的，有時(shí)候要根據(jù)現(xiàn)場施工具體情況靈活運(yùn)用，設(shè)計(jì)出多種井眼軌跡剖面類型。

4 定向井軌跡控制技術(shù)

4.1 造斜工具的選用

目前位斜工具基本上都是選擇單彎螺桿鉆具。單彎螺桿鉆具主要由旁通閥、馬達(dá)、萬向軸、傳動(dòng)軸幾個(gè)部分組成，其中馬達(dá)是螺桿鉆具最重要的組成部分，下面著重介紹一下馬達(dá)部分。馬達(dá)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(duì)比關(guān)系的不同，可以分為高轉(zhuǎn)速低扭矩馬達(dá)、中轉(zhuǎn)速中扭矩馬達(dá)和低轉(zhuǎn)速高扭矩馬達(dá)。如1/2頭關(guān)系的馬達(dá)為高轉(zhuǎn)速低扭矩馬達(dá)，7/8頭關(guān)系的馬達(dá)為低轉(zhuǎn)速高扭矩馬達(dá)。

4.2 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(gè)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。

4.2.1造斜段軌跡控制技術(shù)

在造成井段我們根據(jù)設(shè)計(jì)造斜率來選用不同彎角度數(shù)的螺桿鉆具，根據(jù)設(shè)計(jì)造斜率進(jìn)行鉆進(jìn)，保證井眼曲率均勻，平滑，直至鉆至規(guī)定的井斜角度。

4.2.2 穩(wěn)斜井段軌跡控制技術(shù)

穩(wěn)斜井段選擇三扶正器強(qiáng)穩(wěn)鉆具組合，每鉆進(jìn)100-150m進(jìn)行定點(diǎn)測(cè)斜，根據(jù)測(cè)斜結(jié)果進(jìn)行計(jì)算分析，在偏差較大情況下進(jìn)行倒換鉆具組合，保證中靶。

5 結(jié)論

定向井施工技術(shù)已經(jīng)成為國內(nèi)外各大油田勘探開發(fā)的關(guān)鍵技術(shù)，它的出現(xiàn)解決了很多以往復(fù)雜油氣田難以開采的難題。在定向井施工中，要綜合考慮造斜點(diǎn)、井眼軌跡剖面類型及軌跡控制工具，同時(shí)施工人員還要有豐富的定向井施工經(jīng)驗(yàn)，才能保證定向井施工實(shí)現(xiàn)安全、優(yōu)質(zhì)、高效。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王成，定向井鉆井技術(shù)[M]，石油工業(yè)出版社.