定向井鉆井軌跡設(shè)計(jì)與控制需要注意問(wèn)題探析

邢開(kāi)宇

（大慶鉆探工程公司鉆井二公司，黑龍江大慶163413）

在定向井的鉆井施工過(guò)程中，井眼軌跡設(shè)計(jì)與控制一直是技術(shù)難點(diǎn)之一，這點(diǎn)在油田開(kāi)發(fā)的中后期階段體現(xiàn)的更為明顯，油田開(kāi)發(fā)的中后期油層情況相對(duì)復(fù)雜，井眼前進(jìn)中容易受到多方面因素影響發(fā)生偏移，導(dǎo)致定向井施工失敗。因此，對(duì)定向井施工過(guò)程中井眼軌跡的設(shè)計(jì)與控制研究，有助于定向井施工的安全、優(yōu)質(zhì)與高效。

1 定向井軌跡設(shè)計(jì)

1.1 設(shè)計(jì)原則

一般情況下，定向井軌跡設(shè)計(jì)要以鉆井施工和地質(zhì)目標(biāo)作為首要的施工原則，對(duì)于定向井鉆井來(lái)說(shuō)，井眼軌跡設(shè)計(jì)目標(biāo)是多元化的，如在復(fù)雜的井下環(huán)境下避開(kāi)地層的容易坍塌和漏失的層位；開(kāi)采正常采油井生產(chǎn)中注水無(wú)法驅(qū)動(dòng)的死油；進(jìn)行事故救援井的鉆井施工；平臺(tái)定向井的開(kāi)發(fā)。因此，井眼軌跡設(shè)計(jì)首先應(yīng)有明確的地質(zhì)目標(biāo)，基于目標(biāo)和施工環(huán)境以及現(xiàn)有技術(shù)設(shè)備手段進(jìn)行軌跡設(shè)計(jì)。其次，定向井井眼軌跡設(shè)計(jì)應(yīng)以提高鉆井施工的效率與質(zhì)量作為設(shè)計(jì)目的，在井眼軌跡設(shè)計(jì)中在達(dá)成各項(xiàng)地質(zhì)目標(biāo)的基礎(chǔ)上，應(yīng)確保整個(gè)設(shè)計(jì)方案施工難度最小、摩阻與扭矩，減少使用損耗。重點(diǎn)應(yīng)注意在造斜階段應(yīng)充分考慮地層的穩(wěn)定性與造斜難度，最大斜角與最小斜角應(yīng)控制在15°～45°之間，避免因斜度角較小導(dǎo)致的軌跡控制方位不夠穩(wěn)定，當(dāng)斜度角較大時(shí)，施工難度較高施工設(shè)備損耗也大幅度增加，也會(huì)造成井壁堆積巖屑，施工安全隱患增加。最后，定向井井眼軌跡的設(shè)計(jì)中也要充分的考慮后期的采油需求，通過(guò)對(duì)造斜率和井眼軌跡剖面類型的選擇和優(yōu)化減少后期采油過(guò)程中，抽油桿與油層套管之間的磨損，并確保抽油泵可以順利地下入。

1.2 類型選取

剖面類型的選擇是井眼軌跡設(shè)計(jì)中重要的工作，定向井井眼軌跡剖面有多種類型可以選擇，在實(shí)際的設(shè)計(jì)工作中，要充分考慮地質(zhì)目標(biāo)需求以及現(xiàn)場(chǎng)的施工情況，選擇摩阻最小的剖面類型。目前我國(guó)油田定向井施工中常用的剖面類型有三段制、四段制、五段制三種類型，不同類型的剖面有著不同的優(yōu)缺點(diǎn)以及適用條件。其中三段制操作最為簡(jiǎn)單，對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的技術(shù)設(shè)施要求較低，應(yīng)用范圍較廣，四段制操作相對(duì)復(fù)雜需要數(shù)次不斷地調(diào)整校對(duì)才可以實(shí)現(xiàn)，同時(shí)安全性較低以逐步停止使用。五段制對(duì)施工技術(shù)環(huán)境要求也相對(duì)較高，類型也十分復(fù)雜，但其有無(wú)法取代的優(yōu)勢(shì)，該軌跡剖面類型將油層井段井斜坡設(shè)計(jì)為0°，有效地降低了后期各項(xiàng)采油作業(yè)施工的難度。

2 軌跡控制

2.1 直井段

直井段是定向施工的第一階段也是基礎(chǔ)階段，在直井段的施工中井眼軌跡的控制要點(diǎn)是防止井斜角的產(chǎn)生，確保井眼的垂直前進(jìn)，提高整體施工效率也為后期的增斜段奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。在直井段的施工中，導(dǎo)致井眼前進(jìn)軌跡出現(xiàn)偏差產(chǎn)生井斜角的影響因素?cái)?shù)量較多，但從產(chǎn)生原因類型角度可以分為地質(zhì)因素及工程因素兩個(gè)方面。其中地質(zhì)因素目前無(wú)法通過(guò)人為干預(yù)手段進(jìn)行有效的控制，因此直井段階段井眼軌跡控制的重點(diǎn)是降低工程因素對(duì)井斜角產(chǎn)生的原因。工程因素方面，鉆具設(shè)備是重要的影響因素之一，目前可以有效減少井斜角產(chǎn)生的鉆具設(shè)備有滿眼鉆具和鐘擺鉆具兩種。其中，滿眼鉆具是利用與井眼尺寸相當(dāng)?shù)姆稣鬟M(jìn)行鉆井，從而最大限度降低了井斜角的產(chǎn)生，但也決定了該鉆具在鉆井進(jìn)尺較快的井段不建議使用。鐘擺鉆具組合，在鉆井過(guò)程中受其特殊的機(jī)械結(jié)構(gòu)決定，在鉆進(jìn)過(guò)程中如果產(chǎn)生井斜角，會(huì)出現(xiàn)一個(gè)相反的作用力，幫助鉆頭回到垂直的狀態(tài)，從而減少井斜角的產(chǎn)生。但鐘擺鉆具組合也存在明顯的缺點(diǎn)，鐘擺鉆具組合對(duì)于鉆壓反應(yīng)較為敏感，在鉆壓過(guò)大時(shí)容易出現(xiàn)適得其反的作用。因此鐘擺鉆具組合直井段的施工中一定要精確計(jì)算和控制鉆壓，才可以有效控制直井段的井斜角。

2.2 增斜段

增斜段是定向井鉆井施工的第二階段，該階段需要使用增斜工具引導(dǎo)鉆頭向預(yù)定方向偏移至井眼原來(lái)的方向。在增斜段的施工中，首先應(yīng)對(duì)直井段的鉆井?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行分析，對(duì)井斜和方位數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。根據(jù)直井段井斜、方位的偏差以靶點(diǎn)目標(biāo)重新進(jìn)行待鉆軌跡修正設(shè)計(jì),重新計(jì)算出定向各段的造斜率大小,來(lái)指導(dǎo)定向造斜施工。造斜初期連續(xù)定向幾個(gè)單根,摸清楚造斜工具和造斜鉆具組合在所施工區(qū)塊的實(shí)際造斜率,然后通過(guò)調(diào)整滑動(dòng)鉆進(jìn)和復(fù)合鉆進(jìn)的比例,使實(shí)鉆井眼軌跡盡量貼近設(shè)計(jì)井眼軌跡,直至造斜完成。

2.3 穩(wěn)斜段

對(duì)于三段制軌跡剖面目前我們施工在這一階段主要是下入穩(wěn)斜鉆具組合，在鉆進(jìn)過(guò)程中每鉆進(jìn)一定進(jìn)尺進(jìn)行定點(diǎn)測(cè)斜，然后輸入到定向井施工軟件中進(jìn)行計(jì)算，控制好井斜角和方位角，保證鉆頭在縱向上和橫向上不偏離設(shè)計(jì)軌跡，實(shí)現(xiàn)井眼的準(zhǔn)確中靶。

3 定向井軌跡控制的要點(diǎn)

3.1 加強(qiáng)設(shè)計(jì)控制，優(yōu)化鉆井軌跡

為了保障軌跡控制的質(zhì)量與精度，需要嚴(yán)格操作相關(guān)規(guī)定對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行全面細(xì)致的勘察，選擇符合施工需求的函數(shù)進(jìn)行軌跡設(shè)計(jì)，并不斷加強(qiáng)對(duì)井眼軌跡設(shè)計(jì)方法和流程的規(guī)劃管理。此外，要在具體的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中，根據(jù)不同環(huán)節(jié)的技術(shù)需求以及設(shè)計(jì)特點(diǎn)，引入專業(yè)的應(yīng)用軟件，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)鉆井軌跡設(shè)計(jì)的進(jìn)一步優(yōu)化。

3.2 強(qiáng)化施工控制，優(yōu)化鉆井方法

前文中提到鉆井井眼軌跡控制與鉆具類型有直接的影響，不同的鉆井技術(shù)在井眼軌跡控制方面有著不同的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，只有使用復(fù)合鉆井技術(shù)才可以真正實(shí)現(xiàn)鉆進(jìn)過(guò)程中井眼軌跡的穩(wěn)定控制，確保定向井鉆井的施工質(zhì)量。

4 定向井鉆井速度的提升辦法

4.1 控制井壁穩(wěn)定

在整個(gè)定向井的鉆進(jìn)過(guò)程中，由于定向井自身的穩(wěn)定性較差導(dǎo)致施工過(guò)程中存在許多安全隱患，不僅容易造成施工停滯也對(duì)施工人員的人身安全帶來(lái)了很大的威脅，為了降低施工過(guò)程中可能存在的安全隱患就必須要提升井壁穩(wěn)定性，具體措施如下：首先，利用平衡力鉆井模式，嚴(yán)格地按照鉆井過(guò)程中已經(jīng)設(shè)定好的設(shè)計(jì)密度進(jìn)行施工，降低鉆進(jìn)過(guò)程中負(fù)壓差產(chǎn)生的可能，從而提高井體穩(wěn)定性。其次，在鉆進(jìn)過(guò)程中，應(yīng)提高對(duì)鉆頭鉆速的控制精度，避免出現(xiàn)過(guò)快或過(guò)慢的不良現(xiàn)象，在整個(gè)鉆井過(guò)程中要確保鉆井壓力大于地層壓力，此外整個(gè)施工過(guò)程中要注意保持良好的施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，合理有序地堆放所需物資，及時(shí)清理施工過(guò)程中產(chǎn)生的雜物和泥漿。

4.2 優(yōu)化定向鉆井技術(shù)

對(duì)定向井鉆井技術(shù)的優(yōu)化應(yīng)從如下幾方面進(jìn)行：首先對(duì)鐘擺結(jié)構(gòu)鉆具進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化，降低其對(duì)鉆壓的敏感度，提高鉆具使用過(guò)程中的容錯(cuò)率；其次，優(yōu)化鉆井施工工藝。在當(dāng)前的鉆井施工工藝中，已經(jīng)擁有了全新的施工技術(shù)，其目的是為了提高定向鉆井的速度，并且讓定向鉆井高效率完成。需要在鉆井施工過(guò)程中，對(duì)鉆井地區(qū)的實(shí)際情況進(jìn)行實(shí)地考察，對(duì)地質(zhì)進(jìn)行分析。