關于定向井施工技術的探討

摘要：隨著油田鉆井技術的不斷發展進步，定向井已成為油田開發勘探的重要措施。文章就定向井施工中井眼軌跡設計與井眼軌跡控制這兩個基本方面進行詳細論述。首先簡要介紹了定向井井眼軌跡的設計，其次介紹了定向井井眼軌跡設計注意事項，最后介紹了鉆進參數的優選。

關鍵詞：定向井；施工；井眼軌跡；軌跡控制

中圖分類號：TE243 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）18-0113-02

1 定向井井眼軌跡的設計

定向井井眼軌跡的設計是定向井施工的基礎與依據，井眼軌跡設計合理與否也是所鉆定向井能否符合實際勘探開發需求的重要因素。下面就定向井井眼軌跡的設計原則與設計中的重要細節進行具體分析介紹。

1.1 定向井井眼軌跡設計的原則

井眼軌跡就是指井眼軸線，是井身在地層中分布的一條具體空間曲線，井深、井斜角以及井斜方位角是井眼軌跡設計中最為重要的三個設計參數，也是鉆進過程中對井眼軌跡進行有效控制的具體標準。井眼軌跡的設計與計算主要應滿足以下三個原則：（1）可滿足實際工程需要。由于鉆井工藝技術的不斷發展，定向井在油田勘探開發中的作用越來越廣泛。定向井既能夠是油田勘探過程中用于獲取地質資料的勘探井，也可以作為油田增產措施或基于地質條件所限而鉆開的采油井，還能在油田發生生產安全事故時作為救援井。定向井的作用不一樣，其井眼軌跡設計設計方案往往存在較大差異。進行井眼軌跡設計時應牢牢結合實際工程需要，在滿足工程要求的前提下設計出最為經濟便捷的井眼軌跡。（2）能實現安全快速鉆進。定向井井眼軌跡的設計除了要滿足實際工程需要外，還需考慮施工條件與鉆進工藝水平所限。井斜角是定向井井眼軌跡設計的重要參數，選擇造斜部位也是定向井井眼軌跡設計的重要內容。通常，出于安全考慮，會將定向井的造斜部位選擇在地層性質較為穩定的部位，要盡力避開壓力異常、易漏失、易坍塌地層，對于井斜角，為了減小鉆進施工難度，設計中通常會減小井斜角大小，同時，出于井斜方位角穩定性的考慮，井斜角大小應大于15°。此外，為了保證定向井的鉆進速度，還應在井眼軌跡設計工作中考慮到鉆進施工時的起下鉆時間與造斜工具性能，設計合理的井眼曲率，以保證定向井的鉆進效率。（3）要有利于采油工藝措施。無論是出于何種目的鉆開的定向井，均應在設計井眼軌跡時考慮到設計方案可能給后續采油開發工作帶來的影響。在滿足定向井自身工程需要的前提下，井眼軌跡設計方案應盡可能減小井眼曲率，在目的層最好采取減小井斜角以方便后續各種井下作業。

1.2 定向井井眼軌跡設計注意事項

定向井井眼軌跡設計方案應考慮到設計方案的合理性，鉆進過程的可操作性這兩方面的問題。下面就井眼軌跡設計中的重要注意事項進行簡要分析：

1.2.1 地質施工條件的考慮。地質施工條件是設計人員進行井眼軌跡設計的重要依據，地質資料既包括了地質部門經勘查后給出的施工區塊的整體地形、地貌以及地層情況，還包括了鉆井施工單位對定向井造斜點、井眼曲率等方面的具體施工要求。對于地質資料設計人員要充分參考利用，切實保證井眼軌跡設計的合理性與鉆進工作的可操作性。

1.2.2 軌道類型的選擇與關鍵參數的計算。定向井主要可分為二維定向井和三維定向井兩大類，其中，二維定向井在實際工作中的應用較為廣泛，可分為三段式、多靶三段式、五段式以及雙增式4種主要類型。進行定向井井眼軌跡設計時，首先應根據地質施工條件選擇合適的軌道類型，再根據所選軌道類型進行具體關鍵參數的計算，最終設計出定向井井眼軌跡。特別需要注意，對于不同類型的二維定向井，其井眼軌跡關鍵參數的計算方法各不相同，計算設計過程中需要加以區分。

2 定向井鉆進過程中的軌跡控制

定向井的鉆進工作是對定向井井眼軌跡設計的具體落實，是定向井施工的具體環節，也是定向井施工效果好壞的重要影響因素。下面就定向井鉆進過程中的三個主要工作環節分別展開論述：

2.1 造斜工作的進行

造斜工作是定向井鉆進施工的難點也是重點，造斜工作的質量好壞直接影響著此后的鉆進效果與定向井的整體鉆進質量。下面就定向井造斜工具及造斜層位的選擇分別進行分析：

2.1.1 主要造斜工具及選擇。目前，定向井鉆進施工中常用造斜工具主要包括動力鉆具造斜工具與轉盤鉆造斜工具兩大類。動力鉆造斜工具位于鉆鋌與鉆頭之間，主要包括渦輪鉆具、螺桿鉆具與電動鉆具三大類，通常利用循環鉆進液所產生的動力來帶動鉆頭破碎地層，常應用于定向造斜施工。轉盤鉆造斜工具主要包括變向器、射流鉆頭以及扶正器組合，其在實際造斜工作的應用并不廣泛，相較于動力鉆具造斜工具，其最大的優勢在于鉆速，實際工作中為了提高鉆進效率，常常會在造斜段鉆進完成后使用轉盤鉆造斜工具繼續鉆進。

2.1.2 造斜層位確定及實施。定向井造斜工作的重點在于井斜方位角的確定。為保證井斜方位角準確，通常會選擇地層性質較為穩定，均勻性較好的地層展開造斜工作。具體實施定向井造斜時還應根據具體地層條件選擇適當的造斜手段及相應的造斜工具。

2.2 井眼軌跡的控制

二維定向井通常可分為垂直井段、增斜井段、穩斜井段以及降斜井段四個部分。對于定向井鉆進過程中的不同井段，一般使用不同的鉆進工具，鉆進過程中的井眼軌跡控制方法也有較大差異。下面就定向井井眼軌跡控制三個主要階段分別進行簡要分析：

2.2.1 打好垂直井段。在定向井的垂直井段應盡可能保持井眼軌跡垂直，減小井身井斜角，其井眼軌跡控制方法與直井井眼軌跡控制方法類似，控制要求標準則更為嚴格，通常可采取滿井眼控制井斜與鐘擺鉆具組合控制井斜兩種方法。滿井眼控制井斜主要針對鉆頭切削不對稱、鉆頭與井眼軸線不平行、鉆頭側向切削等三類導致井斜的原因，滿井眼控制井斜主要通過在鉆鋌的適當位置設置扶正器來實現。以YXY法為例，即是設置4個扶正器，第一個位于鉆頭處，直徑略小于鉆頭，第二個直徑與第一個相同，設置點需根據相關公式計算得出，第三個直徑可比前兩個略小，通常位于中扶鉆鋌單根處，第四個直徑與第三個相同，設置位置在上扶之前的鉆鋌但根處，可選擇性設置。鐘擺鉆具組合控制井斜法主要通過在鉆柱下部設置扶正器，此扶正器緊貼井壁便會使扶正器下部的鉆柱產生鐘擺力，當直井段出現井斜角時，鐘擺力便會促使鉆頭切削井壁下部，從而達到降斜的目的，

2.2.2 把好定向造斜關。在定向井的增斜井段需要進行增斜工作，此時需要給井眼軌跡井斜定向工作，即是確定定向井井眼軌跡的井斜方位角。增斜井段的造斜工作是定向井鉆進施工的工作難點，對后續的井眼軌跡是否合乎設計方案影響巨大。套管開窗技術是現代定向井造斜工作中常用方法，使用此技術進行增斜井段造斜時需配套使用變向器，保證開窗位置上部套管完好，確保開窗處地層條件穩定，不易垮塌。

2.2.3 跟蹤控制到靶點。定向井的穩斜段與降斜段均屬于鉆進施工的跟蹤控制段，在定向井鉆進施工的跟蹤控制段主要要求保持井眼實際鉆進軌跡與設計軌跡一致，并在鉆進施工完成時，井眼可按預期到達預定層位。井眼鉆進過程中為保證井眼軌跡準確無誤，往往需要對相關井眼軌跡參數實施實時監控，并對誤差進行及時修正。然而，定向井鉆進過程中，實施井眼軌跡修正通常需要根據實際情況使用不同的造斜工具和鉆具，更換造斜工具與鉆具則勢必耽誤定向井的鉆進進度，降低鉆進效率。因此，在定向井的鉆進過程中，既要盡可能保證井眼軌跡與設計方案一致，又要注重提高鉆進效率，控制鉆進成本。此外，在定向井鉆進的跟蹤控制階段，還應盡可能使用轉盤鉆的扶正器鉆具組合，而不是動力鉆具，這樣可有效提高鉆具的鉆速，從而保證鉆進效率。

定向井鉆進的跟蹤控制階段除了需要控制井斜角外，還需要對方位角進行控制，而且由于裝置角的存在，方位角的控制也更加具有難度。裝置角是指鉆具下入過程中，常常會受到井眼限制，從而產生一定程度的變形，此時井下鉆具所鉆出井眼軌跡的方向也會發生變化，與設計方案便會存在一定偏差。定向井鉆進施工中，為了準確了解鉆具在井下變形造成鉆進方向變化的情況，并針對性地在地面對鉆具的下入進行適當調整，可使用定向齒刀法、定向磁鐵法以及定向鍵法等鉆具井下定向方法。

2.3 鉆進參數的優選

下面就鉆進施工中的主要參數分別進行分析：

2.3.1 鉆速、鉆壓與轉速的優選。通常情況下，隨著鉆速、鉆壓與轉速的增加，井眼鉆進速度也會增加，然而由于鉆頭磨損、起下鉆等問題的客觀存在，如何設計合理的鉆速、鉆壓與轉速，還需要經過嚴格的理論計算。

2.3.2 水力參數的優選。水力參數也會對定向井鉆進效率產生一定影響，實際施工中除了要確定最大鉆頭水功率與最大射流沖擊力以外，還要對泵排量、噴嘴直徑等具體參數進行確定。

2.3.3 鉆井液的影響。鉆井液性能對定向井鉆進影響極大，其既起著攜帶巖屑，清洗井眼的作用，又能平衡地層壓力，還會對鉆頭鉆速有所影響，施工中務必全面考慮，進行優選。

3 結語

（1）定向井在油田勘探開發中的運用范圍越來越廣，目前已成為了油田勘探開發的中堅力量。業界應對定向井舉足輕重的地位有著明確認識，并加強對其施工技術的學習與鉆研，以提高油田生產開發的效益。

（2）盡管定向井施工技術已日益趨于成熟，但其鉆進過程中例如鉆進效率與鉆進質量的矛盾，井斜方位角難于控制等問題仍舊客觀存在，實際施工中應加強對此類重點問題的重視程度，以提高施工質量。

參考文獻

[1] 岳翠廣.如何提高定向井施工速度[J].理論研討，2011，（10）：256.

[2] 楊成超.陜北地區小位移深造斜點定向井施工技術探討[J].西部探礦工程，2006，（5）：186-187.

[3] 吳慶華.芻議定向井施工工藝的應用研究[J].城市建設理論研究，2011，（16）.