摘 要 定向井鉆井技術(shù)被應(yīng)用到石油鉆井中是在19世紀(jì)中后期，在定向井鉆井過程中，井眼軌跡控制技術(shù)是施工的關(guān)鍵。文章介紹了定向井井眼軌跡剖面優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)，對(duì)井眼軌跡施工中的直井段、造斜段和穩(wěn)斜井段控制技術(shù)進(jìn)行了闡述。只有全面掌握這些關(guān)鍵施工環(huán)節(jié)，才能施工定向井游刃有余，保證定向井施工順利進(jìn)行。

關(guān)鍵詞 軌跡控制；剖面優(yōu)化；關(guān)鍵技術(shù)；定向鉆井

中圖分類號(hào)：TE243 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7597（2014）05-0060-01

從19世紀(jì)后期起定向井被逐漸應(yīng)該到石油鉆井領(lǐng)域，1955年在玉門油田鉆成C2-1井，是我國(guó)第一口定向井。定向井主要應(yīng)用在因地面障礙物遮擋而無法進(jìn)行開發(fā)的油藏、地下地質(zhì)條件復(fù)雜，有斷層遮擋的油藏、處理事故復(fù)雜而進(jìn)行的側(cè)鉆等方面。定向井，尤其是叢式平臺(tái)定向井可以極大限度增加油氣藏的裸露面積，提高油氣采收率，節(jié)約井場(chǎng)用地，降低鉆井綜合成本，已經(jīng)成為石油勘探開發(fā)領(lǐng)域的不可或缺的實(shí)用鉆井技術(shù)之一。定向井井眼軌跡控制技術(shù)是定向井施工的關(guān)鍵技術(shù)，它是決定一口定向井能否順利施工，實(shí)現(xiàn)地質(zhì)要求目標(biāo)的關(guān)鍵。

1 井眼軌跡剖面優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)

定向井井眼軌跡剖面優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)是施工一口定向井的基礎(chǔ)，只有井眼軌跡設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確、合理，才能保證定向井順利施工，實(shí)現(xiàn)地質(zhì)目標(biāo)。

1.1 井眼軌跡剖面優(yōu)化設(shè)計(jì)原則

俗話說，沒有規(guī)矩，不成方圓，在進(jìn)行定向井井眼軌跡設(shè)計(jì)時(shí)，同樣需要遵循一些規(guī)矩和原則，定向井設(shè)計(jì)原則主要體現(xiàn)在以下3個(gè)方面。

1）要以實(shí)現(xiàn)地質(zhì)目的為基本原則；鉆定向井的目的有很多種，或是要穿越多個(gè)含油地層，實(shí)現(xiàn)勘探開發(fā)效果的突破；或是要避開地下斷層，挖潛剩余油；或是要使井眼軌跡在目的層中延伸最大，增加油氣藏泄露面積；或是事故復(fù)雜無法進(jìn)行處理而進(jìn)行的側(cè)鉆；或者為了節(jié)省井場(chǎng)占地而進(jìn)行的叢式平臺(tái)定向井；或是要避開地面障礙物而鉆的定向井等。無論是哪種形式的定向井，都要以實(shí)現(xiàn)地質(zhì)目的為基本原則。

2）要利于現(xiàn)場(chǎng)施工，能夠?qū)崿F(xiàn)安全、優(yōu)質(zhì)、高效鉆井為目標(biāo)；在進(jìn)行一口定向井軌跡剖面設(shè)計(jì)時(shí)，一定要優(yōu)選造斜點(diǎn)，選擇在地層穩(wěn)定、軟硬適中的位置，一定要避開那些容易坍塌、容易漏失、容易縮頸、壓力異常等層位進(jìn)行造斜。同時(shí)根據(jù)地質(zhì)目標(biāo)的不同，會(huì)使定向井的井斜角有所不同，在進(jìn)行定向井井斜角選擇時(shí)，既不能過大，也不能過小，過大超過45°會(huì)使施工難度加大，易發(fā)生井下事故復(fù)雜，過小小于15°又會(huì)使方位不穩(wěn)定，增加調(diào)整的頻次，因此在實(shí)現(xiàn)地質(zhì)目標(biāo)前提下盡量使井斜角處在15°-45°之間。在選擇造斜率時(shí)，要權(quán)衡所鉆地層和工具的實(shí)際造斜能力，盡量降低造斜率和造斜井段的長(zhǎng)度，以實(shí)現(xiàn)快速鉆井。

3）要滿足后期的采油工藝要求，在滿足地質(zhì)目標(biāo)和安全鉆井的情況下，盡量降低井眼曲率，以便改善后期抽油桿和油層套管之間的偏磨，同時(shí)也利于后期改造安全采油泵和其它井下作業(yè)。

1.2 井眼軌道類型選擇

按照我國(guó)定向井標(biāo)準(zhǔn)來說，在定向井井眼軌跡優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)主要有三種井眼軌跡剖面可以選擇，既直-增-穩(wěn)三段制剖面、直-增-穩(wěn)-降四段制剖面和直-增-穩(wěn)-降-直五段制剖面可供選擇，在定向井進(jìn)行井眼軌跡優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)地質(zhì)目標(biāo)的不同而選擇適合的井眼軌跡，但是各種井眼軌跡各有優(yōu)缺點(diǎn)，直-增-穩(wěn)三段制井眼軌跡設(shè)計(jì)操作簡(jiǎn)單，造斜井段短，利于現(xiàn)場(chǎng)施工操作，在沒有特殊要求的情況下會(huì)盡量選擇這種井眼軌跡剖面，直-增-穩(wěn)-降四段制軌跡剖面易形成巖屑床，起下鉆容易捋出鍵槽，造成起下鉆摩阻增大，甚至卡鉆，給井下安全帶來極大隱患，一般不常用。而直-增-穩(wěn)-降-直井眼軌跡剖面類型更適合后期的采油工程作業(yè)，因其在目的層處于垂直狀態(tài)，利于采油泵的安全下入。綜上所述，在定向井井眼軌跡設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該盡量考慮當(dāng)前施工狀態(tài)和后期采油工程的需要，盡量選擇三段制直-增-穩(wěn)剖面類型或者五段制直-增-穩(wěn)-降-直剖面類型，下面著重對(duì)三段制井眼軌跡控制技術(shù)進(jìn)行深入探討。

2 井眼軌跡控制技術(shù)

1）直井段防斜打直。直井段防斜打直是定向井井眼軌跡控制的基礎(chǔ)井段，直井段產(chǎn)生井斜的原因主要有地質(zhì)因素、工程因素和井眼擴(kuò)大的影響。地質(zhì)因素是我們不可控制的因素，因此要想實(shí)現(xiàn)防斜打直我們只能從工程因素和井眼擴(kuò)大方面想辦法。首先在鉆具組合方面我們要進(jìn)行下部鉆具組合的選擇，在現(xiàn)場(chǎng)施工中我們主要選擇滿眼鉆具組合和鐘擺鉆具組合進(jìn)行防斜打直。滿眼鉆具組合只能夠防斜，而不能夠糾斜，在滿眼鉆具組合的使用中關(guān)鍵在一個(gè)“滿”字上，就是要扶正器與井壁之間間隙盡可能地小，以保障滿的狀態(tài)，防止井斜的產(chǎn)生。鐘擺鉆具組合的原理是當(dāng)鐘擺擺過一定角度時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)回復(fù)力，這個(gè)回復(fù)力會(huì)隨著鐘擺擺過的角度增多而增加。在鐘擺鉆具組合使用過程中，對(duì)鉆壓特別敏感，當(dāng)鉆壓加大時(shí)，鐘擺鉆具組合鐘擺力減小，而增斜力增大，這樣就起不到防斜和糾斜的目的；當(dāng)鉆壓較小時(shí)，鐘擺鉆具組合才呈現(xiàn)防斜和糾斜性能，所以在實(shí)際使用中，鐘擺鉆具組合不能使鉆壓完全釋放，會(huì)在一定程度上影像機(jī)械鉆速的提高。因此在進(jìn)行防斜打直過程中，我們要根據(jù)不同的情況選擇不同的鉆具組合。

2）造斜段軌跡控制技術(shù)。造斜過程就是從造斜點(diǎn)開始強(qiáng)制鉆頭偏離井口鉛垂線增斜鉆進(jìn)的過程，這一時(shí)期的主要任務(wù)就是如何讓鉆頭偏離井口鉛垂線，使造斜過程更順利，施工中首先對(duì)直井段的井斜、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。造斜過程就是從造斜點(diǎn)開始強(qiáng)制鉆頭偏離井口鉛垂線增斜鉆進(jìn)的過程，這一時(shí)期的主要任務(wù)就是如何讓鉆頭偏離井口鉛垂線，使造斜過程更順利。

3）穩(wěn)斜段軌跡控制技術(shù)。在造斜結(jié)束后，對(duì)于直-增-穩(wěn)三段制結(jié)構(gòu)的井眼軌跡剖面來說，接下來的任務(wù)就是進(jìn)行穩(wěn)斜井段的施工。穩(wěn)斜井段施工最好選用無線隨鉆測(cè)量?jī)x器進(jìn)行跟蹤控制，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)實(shí)際井斜角、方位角偏離設(shè)計(jì)值及時(shí)進(jìn)行調(diào)整，保證中靶。但有時(shí)在沒有無線隨鉆測(cè)斜儀器時(shí)，就需要下入穩(wěn)斜鉆具組合，應(yīng)用單、多點(diǎn)測(cè)斜儀定點(diǎn)測(cè)斜，使實(shí)鉆軌跡離開設(shè)計(jì)軌跡“不要太遠(yuǎn)”，既要保證中靶，又要提高機(jī)械鉆速。一方面如果實(shí)鉆井眼軌跡與設(shè)計(jì)井眼軌跡剖面偏離太遠(yuǎn)，那么就可能造成脫靶，使井身質(zhì)量不合格；另一方面的意思就是如果始終要求實(shí)鉆井眼軌跡與設(shè)計(jì)井眼軌跡誤差很小，那么勢(shì)必要非常頻繁的測(cè)斜，頻繁的起下鉆更換鉆具組合，必將影響機(jī)械鉆速，增加鉆井周期。

3 結(jié)論

1）在定向井井眼軌跡剖面設(shè)計(jì)時(shí)，要以實(shí)現(xiàn)地質(zhì)目標(biāo)為目的，盡量選擇簡(jiǎn)單、造斜井段短的剖面類型，保證定向井順利施工。

2）進(jìn)行定向井井眼軌跡控制時(shí)，直井段防斜打直是基礎(chǔ)，把好定向造斜關(guān)是關(guān)鍵，跟蹤控制到靶點(diǎn)是目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)

[1]王清江，毛建華，等.定向鉆井技術(shù)[M].石油工業(yè)出版社，2009.

[2]王清江，等.定向井井眼軌跡預(yù)測(cè)與控制技術(shù)[J].鉆采工藝，2008（07）.

作者簡(jiǎn)介

徐鳳和（1974-），助理工程師，現(xiàn)在大慶鉆井二公司三項(xiàng)目部30505隊(duì)工作。endprint