定向井軌跡控制關鍵技術

摘 要 定向井鉆井技術被應用到石油鉆井中是在19世紀中后期，在定向井鉆井過程中，井眼軌跡控制技術是施工的關鍵。文章介紹了定向井井眼軌跡剖面優化設計技術，對井眼軌跡施工中的直井段、造斜段和穩斜井段控制技術進行了闡述。只有全面掌握這些關鍵施工環節，才能施工定向井游刃有余，保證定向井施工順利進行。

關鍵詞 軌跡控制；剖面優化；關鍵技術；定向鉆井

中圖分類號：TE243 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）05-0060-01

從19世紀后期起定向井被逐漸應該到石油鉆井領域，1955年在玉門油田鉆成C2-1井，是我國第一口定向井。定向井主要應用在因地面障礙物遮擋而無法進行開發的油藏、地下地質條件復雜，有斷層遮擋的油藏、處理事故復雜而進行的側鉆等方面。定向井，尤其是叢式平臺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，節約井場用地，降低鉆井綜合成本，已經成為石油勘探開發領域的不可或缺的實用鉆井技術之一。定向井井眼軌跡控制技術是定向井施工的關鍵技術，它是決定一口定向井能否順利施工，實現地質要求目標的關鍵。

1 井眼軌跡剖面優化設計技術

定向井井眼軌跡剖面優化設計技術是施工一口定向井的基礎，只有井眼軌跡設計的準確、合理，才能保證定向井順利施工，實現地質目標。

1.1 井眼軌跡剖面優化設計原則

俗話說，沒有規矩，不成方圓，在進行定向井井眼軌跡設計時，同樣需要遵循一些規矩和原則，定向井設計原則主要體現在以下3個方面。

1）要以實現地質目的為基本原則；鉆定向井的目的有很多種，或是要穿越多個含油地層，實現勘探開發效果的突破；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；或是事故復雜無法進行處理而進行的側鉆；或者為了節省井場占地而進行的叢式平臺定向井；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，都要以實現地質目的為基本原則。

2）要利于現場施工，能夠實現安全、優質、高效鉆井為目標；在進行一口定向井軌跡剖面設計時，一定要優選造斜點，選擇在地層穩定、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、壓力異常等層位進行造斜。同時根據地質目標的不同，會使定向井的井斜角有所不同，在進行定向井井斜角選擇時，既不能過大，也不能過小，過大超過45°會使施工難度加大，易發生井下事故復雜，過小小于15°又會使方位不穩定，增加調整的頻次，因此在實現地質目標前提下盡量使井斜角處在15°-45°之間。在選擇造斜率時，要權衡所鉆地層和工具的實際造斜能力，盡量降低造斜率和造斜井段的長度，以實現快速鉆井。

3）要滿足后期的采油工藝要求，在滿足地質目標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，同時也利于后期改造安全采油泵和其它井下作業。

1.2 井眼軌道類型選擇

按照我國定向井標準來說，在定向井井眼軌跡優化設計時主要有三種井眼軌跡剖面可以選擇，既直-增-穩三段制剖面、直-增-穩-降四段制剖面和直-增-穩-降-直五段制剖面可供選擇，在定向井進行井眼軌跡優化設計時，根據地質目標的不同而選擇適合的井眼軌跡，但是各種井眼軌跡各有優缺點，直-增-穩三段制井眼軌跡設計操作簡單，造斜井段短，利于現場施工操作，在沒有特殊要求的情況下會盡量選擇這種井眼軌跡剖面，直-增-穩-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-降-直井眼軌跡剖面類型更適合后期的采油工程作業，因其在目的層處于垂直狀態，利于采油泵的安全下入。綜上所述，在定向井井眼軌跡設計時，應該盡量考慮當前施工狀態和后期采油工程的需要，盡量選擇三段制直-增-穩剖面類型或者五段制直-增-穩-降-直剖面類型，下面著重對三段制井眼軌跡控制技術進行深入探討。

2 井眼軌跡控制技術

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井段，直井段產生井斜的原因主要有地質因素、工程因素和井眼擴大的影響。地質因素是我們不可控制的因素，因此要想實現防斜打直我們只能從工程因素和井眼擴大方面想辦法。首先在鉆具組合方面我們要進行下部鉆具組合的選擇，在現場施工中我們主要選擇滿眼鉆具組合和鐘擺鉆具組合進行防斜打直。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鍵在一個“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，防止井斜的產生。鐘擺鉆具組合的原理是當鐘擺擺過一定角度時，會產生一個回復力，這個回復力會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，對鉆壓特別敏感，當鉆壓加大時，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；當鉆壓較小時，鐘擺鉆具組合才呈現防斜和糾斜性能，所以在實際使用中，鐘擺鉆具組合不能使鉆壓完全釋放，會在一定程度上影像機械鉆速的提高。因此在進行防斜打直過程中，我們要根據不同的情況選擇不同的鉆具組合。

2）造斜段軌跡控制技術。造斜過程就是從造斜點開始強制鉆頭偏離井口鉛垂線增斜鉆進的過程，這一時期的主要任務就是如何讓鉆頭偏離井口鉛垂線，使造斜過程更順利，施工中首先對直井段的井斜、方位數據進行處理，根據直井段井斜、方位的偏差以靶點目標重新進行待鉆軌跡修正設計，重新計算出定向各段的造斜率大小，來指導定向造斜施工。造斜初期連續定向幾個單根，摸清楚造斜工具和造斜鉆具組合在所施工區塊的實際造斜率，然后通過調整滑動鉆進和復合鉆進的比例，使實鉆井眼軌跡盡量貼近設計井眼軌跡，直至造斜完成。造斜過程就是從造斜點開始強制鉆頭偏離井口鉛垂線增斜鉆進的過程，這一時期的主要任務就是如何讓鉆頭偏離井口鉛垂線，使造斜過程更順利。

3）穩斜段軌跡控制技術。在造斜結束后，對于直-增-穩三段制結構的井眼軌跡剖面來說，接下來的任務就是進行穩斜井段的施工。穩斜井段施工最好選用無線隨鉆測量儀器進行跟蹤控制，實現動態監控，發現實際井斜角、方位角偏離設計值及時進行調整，保證中靶。但有時在沒有無線隨鉆測斜儀器時，就需要下入穩斜鉆具組合，應用單、多點測斜儀定點測斜，使實鉆軌跡離開設計軌跡“不要太遠”，既要保證中靶，又要提高機械鉆速。一方面如果實鉆井眼軌跡與設計井眼軌跡剖面偏離太遠，那么就可能造成脫靶，使井身質量不合格；另一方面的意思就是如果始終要求實鉆井眼軌跡與設計井眼軌跡誤差很小，那么勢必要非常頻繁的測斜，頻繁的起下鉆更換鉆具組合，必將影響機械鉆速，增加鉆井周期。

3 結論

1）在定向井井眼軌跡剖面設計時，要以實現地質目標為目的，盡量選擇簡單、造斜井段短的剖面類型，保證定向井順利施工。

2）進行定向井井眼軌跡控制時，直井段防斜打直是基礎，把好定向造斜關是關鍵，跟蹤控制到靶點是目標。

參考文獻

[1]王清江，毛建華，等.定向鉆井技術[M].石油工業出版社，2009.

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

作者簡介

徐鳳和（1974-），助理工程師，現在大慶鉆井二公司三項目部30505隊工作。endprint