定向井井眼軌道優化技術分析

王麗媛

（大慶鉆探工程公司鉆井一公司，黑龍江大慶 163411）

定向井鉆井技術已經成為了石油企業發展過程中的重要技術措施之一，定向井井眼軌跡的優化主要就是優化設計目標與井口不在一條垂直線上的井，同時在定向井井眼軌跡的設計過程中，還要對井眼軌道剖面類型進行優化，因此定向井井眼軌道的優化技術是定向井鉆井施工中的重點。

1 定向井剖面設計

定向井鉆井施工過程中，首先需要對定向井的剖面進行設計，這就需要我們采集到定向井的相關數據參數，根據實際情況制定科學合理的定向井鉆井井斜角及水平位移。我們在設計定向井剖面之前，還要對定向井鉆井施工的地理環境進行考察，盡量最大程度收集有用信息，保障井眼自身結構的完整。工作人員在設計的過程中一定要嚴格按照相應的標準流程執行，設計出多種可能性的方案，滿足定向井實際施工需求，保障鉆井工作的方便、有序開展。

定向井鉆井施工過程中，想要保障施工安排的更加科學合理，就要了解和熟悉鉆井過程中井眼的自身結構，同時還要滿足鉆探需求。定向井自身的結構與布局在剖面安排中也十分重要，采取有效的施工技術措施，保障定向井鉆進施工中每個環節的緊密配合，才能實現鉆井工作的順利開展。定向井施工的難度一般比較大，想要降低施工難度，就要在定向井鉆井施工過程中選擇的剖面結構相對容易些，同時也會提升工作效率，促進我國社會經濟的可持續發展。定向井井眼軌跡的設計優化工作一定要以實際施工情況為基礎，剖面結構的選擇盡量簡單、容易，這種情況下定向井井眼軌跡的優化方案也會簡單，施工的難度下降，施工進度加快，才能為我國油田企業經濟效益的增長貢獻一部分力量。

2 定向井井眼軌道模擬的數學模型

2.1 井身剖面類型

定向井設計過程中主要的設計內容為定向井自身的井深、井斜角等，井深又包括增斜井段、降斜井段、穩斜井段等內容。定向井井身需要根據地質情況的不同，選擇相應的類型結剖面，目前的井身剖面結構類型主要分為以下四種，分別為三段式剖面、五段式剖面、懸鏈式剖面、拋物線剖面。我國在使用數學模擬方法對定向井井眼軌跡進行建模的過程中，井身剖面類型一定選擇正確，才能保障定向井井眼軌跡優化技術的順利開展。

2.2 井身剖面曲線的數學模型

井身剖面曲線的數學建模需要建立五種井身剖面曲線模型，分別為三段式剖面、五段式剖面雙層穩剖面、懸鏈線剖面、拋物線剖面，模型建立完成后才能進行井眼軌跡的優化設計工作。

2.3 井眼軌道曲線的數值模擬

井下作業的力學分析以及機械采油管柱井下作業的力學分析是井眼軌跡曲線數值模擬過程中的兩個重要內容。我們需要利用井斜角、方位角等數據信息設定出一個參數，這個參數是井眼軌跡曲線模擬過程中的重要參照。鉆井工程中的基本參數包括很多類型，主要有井深、井斜角、方位角等。想要對井眼軌跡進行數值模擬，我們就要提前確定好相關參數的數值，保障數據參數的準確度。井深的測量方法就是從測量位置開始到井口的長度，井深的測量結果十分重要，只有保障井深數據參數的準確度，才能保障后期建模設計的順利開展。方位角的測量也是模型數值模擬過程中的一個重點內容，方位角測量過程中參照物的選擇十分重要，同時也要將方位角的測量控制在一定的范圍之內，提高方位角數據參數的準確度，進一步提升井眼軌跡數值模擬的準確度。準確度的提升才能幫助領導人員做出正確的決策。所以建模過程中各個數據參數的準確度是重中之重，數據參數準確度的提升，才能保障井眼軌跡曲線模擬建模結果的更加準確，為后期定向井鉆井施工奠定堅實的基礎。

3 測量誤差對井眼軌跡的影響

定向井鉆井施工過程中，我們主要分兩個方面對井眼軌跡進行確定，首先是測斜，就是將井眼軌跡上多個點的測斜數據測量出來；然后是計算，在井眼軌跡的數學建模中輸入測斜數據，就會顯示出相應的井眼軌跡曲線。測斜時可能會受到外界各種因素的影響，導致數據參數產生偏差，這就需要我們針對實際的情況有效解決測斜過程中可能出現的各種問題，降低或者徹底消除井眼軌跡的誤差現像。

3.1 測斜儀器精度的影響

任何電子儀器都會存在細微的誤差，這種誤差是不可避免的，測斜儀器也不例外，因此測斜數據中也會產生細微的誤差，是采取任何措施無法消除的，無論是使用加速度計、磁通門還是陀螺傳感器都沒有明顯的效果。測斜儀器產生的誤差可能存在多種可能性，主要包括刻度系數誤差、溫度影響誤差、裝配誤差等，以上誤差一旦出現，就會影響測斜儀器最終測量結果的準確度。同時測斜儀器在出廠時的安裝、調試也會影響儀器的測量準確度，目前我國油田針對儀器誤差所采取的主要措施就是使用重力加速度計和磁通門傳感器兩個部件后，生產出測量精度非常高的無線隨鉆測斜儀。

3.2 測斜數據取值的影響

我國目前主要采用的測斜方式是對每個點進行單獨的測量，沒有達到井眼軌跡連續測斜的能力，每個測斜點之間保持一定的距離，測斜數據參數是井眼軌跡模型建立的基礎。因此想要保障井眼軌跡建模曲線與實際曲線的相似，測斜點數量在理論上設置的越多越好，但是實際上過多的測斜點會造成施工量的增加，施工難度的增加，同時給測斜設備帶來較大的負荷，可能還會受到工作環境的制約。我們在實際測斜點的設計過程中，可以根據每個定向井的實際情況，設計不同的測量間距。在一些曲率小、直井段多的井段，測斜間距可以適當增加。針對方位變化較大、井斜率較大的井段，測斜間距就得降低，盡量不能超過10m距離。避免影響測斜結果的準確度。

3.3 現場磁干擾對測量數據的影響

磁性測斜儀器是目前我國各個油田廣泛應用的一種測斜儀器，井眼軌跡的測量主要是利用磁通門器件在地球磁場的作用下，測量某一點的井斜方位角。磁性測斜儀器在使用的過程中，附近不能出現磁場干擾，保障測量結果的準確度。一般情況下測斜現場出現的磁場干擾都是來源于地下的磁性礦石，磁性礦石發出的磁場很容易造成鋼制鉆具的磁化，就會影響井眼周圍鄰井。同時傳感器的輸出值在磁場干擾的情況下工作會發生紊亂，井斜方位角的測量數值就會出現較大的偏差。想要了解儀器是否出現干擾，就要對磁場強度參數、儀器測量出的重力值等進行判斷，我們通常想要消除磁場的干擾可以使用無磁鉆鋌，定向井鉆井施工過程中，想要進一步地提升測斜儀器的準確度，可以從以下兩個方面入手，首先在無磁鉆鋌中，測斜儀器的探管放置位置一定要合適，然后是無磁鉆鋌的長度要參考測量井段的井斜角與方位角確定，無磁鉆鋌的長度隨著井斜角的增加而加長。

4 鉆井井眼設計方面的軟件優化

4.1 地質特性數據管理

與傳統地面鉆進施工相比較，定向井鉆井施工主要是在地下進行，因此可能會受到一些不可控因素的影響，出現各種問題。所以我們想要避免鉆井施工過程中各種因素產生的影響，就需要施工人員具有較高的技術水平，同時熟悉和了解鉆井施工的地質情況，實現鉆進工作的順利開展。

4.2 工具數據管理

在鉆井井眼軌跡的優化設計過程中，工具數據管理工作也是重要的組成部分。定向井鉆井施工過程中使用到的重要機械設備就是鉆頭和鉆具，因此我們需要對鉆頭與鉆具進行科學合理的管理，才能保障定向井鉆井工作順利的開展。鉆具的管理有著自己的管理體系，需要根據鉆井系統的電壓、頻率、鉆頭重量、放入井深等數據參數才能選擇合理的鉆具。所以定向井井眼軌跡的優化設計之中，工具數據管理工作起到了十分重要的作用，是我國油田企業發展過程中的重要基石。

4.3 井眼軌跡幾何形狀數據庫的建立

定向井井眼軌跡幾何形狀數據庫的建立是為了保障在一些比較特殊的環境中，鉆具能有效地鉆進地層之中，科學合理地控制鉆井的角度，避免出現位置偏差影響鉆井施工質量和施工周期。定向井井眼軌跡幾何形狀的確定，要根據井深剖面類型、鉆井施工地層的地理情況等。通常情況下，定向井井眼軌跡的優化設計過程中，將幾種比較常見的幾何圖形建立數據庫，實現我國鉆井技術的進一步提升，促進石油企業經濟效益的可持續增長。

4.4 鉆井工藝參數

鉆井工藝流程中，我們在對數據采集工作高度重視的同時，還要重視參數的選擇問題，一旦參數選擇出現失誤也會對施工過程產生影響，鉆井工藝參數的選擇一定要根據鉆井施工當地地理環境而定，選擇的鉆具類型一定要滿足使用需求，一定要選擇合適的鉆頭轉速、鉆頭鉆壓、鉆井液比例、泥漿類型等。避免以上環節出現問題，影響定向井井眼軌跡的優化設計，促進我國鉆井技術的長遠發展。

5 結語

進過以上的研究和分析發現，定向井鉆井施工技術已經成為了我國鉆井施工中的重要技術措施之一，定向井井眼軌跡的優化設計也是定向井鉆井施工中的難點，需要我們進一步的研究和開發，加強這方面的資金投入。我國在定向井井眼軌跡的優化設計方面與世界發達國家相比較還存在一定的差距，尤其在設計及軟件創新上需要不斷的努力和創新，借鑒國外的先進技術，根據我國的實際情況，形成符合我國國情的產品類型，促進我國油田企業的可持續發展，經濟效益的進一步增長。