淺談定向井鉆井技術

魏山

摘要：定向井鉆井技術已成為石油勘探開發領域最重要的一種鉆井技術，在介紹了定向井分類及實用范圍的基礎上，對定向井施工中涉及的造斜點的選擇、井眼軌跡剖面類型的選擇以及井眼軌跡控制技術等幾個方面進行了詳細的闡述，對定向井施工技術人員具有一定的指導作用。

關鍵詞：分類;剖面類型;造斜點;軌跡控制;定向井

定向井鉆井技術是當今石油勘探開發領域經常用到的一種鉆井技術，它是沿著預定的井眼軌跡鉆達目標點的鉆井技術。

1 定向鉆井分類及實用范圍

1.1 定向鉆井分類

定向井按照其井斜角大小，及施工難易程度可以分為以下幾類：

（1）小井斜定向井：這種定向井設計最大井斜角不超過15°，在實際鉆井施工中，由于井斜角相對較小，方位容易漂移，鉆井施工難度比較大。

（2）中井斜定向井：這種定向井設計最大井斜角在16°-45°之間，因為井斜叫相比小井斜角大，鉆井過程中方位比較比較穩定，是現場施工中最利于施工的一種井型。

（3）大井斜定向井：這種定向井設計最大井斜角在46°-85°之間，井斜角相對較大，方位更加穩定，但是國內外多種研究都表明，井斜角在45°-65°之間時巖屑上返最困難，最易形成巖屑床，不利于井下安全，同時由于井斜角的增加，施工的摩阻扭矩也逐漸增大，鉆井施工難度大。

1.2 定向井應用范圍

（1）定向井主要在以下幾個方面的應用

（2）在海上鉆井平臺鉆叢式定向井，控制海下較大的含油氣構造。同時在一個平臺鉆多口定向井，也可以節約平臺建造費用。

（3）應用于近海油氣田的勘探開發，使用定向井鉆井技術，可以在陸地鉆達近海油氣層，節省了在海上建造平臺的費用。

（4）用定向井控制地下斷層，查明斷層所在位置。

（5）因地面障礙物的遮擋無法開發的油氣田，需要鉆定向井。

（6）因事故處理需要進行側鉆。

（7）因井噴失控而造成著火，為了控制火災而鉆的定向救援井。

（8）為增加油氣泄露面積，防止氣錐和水錐，而進行的大斜度定向井的鉆探。

2 定向鉆井造斜點選擇

造斜點的選擇關系到定向井施工的成敗，選擇合理的造斜點可以降低定向井施工的整體難度，同時在平臺叢式定向井施工中，選擇合理的造斜點也可避開井眼之間相碰，達到安全鉆井的目的，在定向井造斜點選擇時應該主要考慮以下幾個方面因素。

（1）造斜點選擇盡量選擇在淺層，因為造斜點越深，巖石壓實作用越強，造斜施工難度越大;但是我們所說的淺層不是越淺越好，如果在成巖作用不強的地層進行造斜，那么很可能井斜起不來而影響施工效率，所以要選擇既成巖，又相對淺的位置。

（2）造斜點的選擇盡量在砂巖中，因為砂巖地層井徑相比比較穩定，而泥頁巖遇水后容易膨脹，不定向施工安全。

（3）在有表層套管的井進行造斜時，造斜點要選擇在表層套管鞋50m以下，這樣既可以避免動力鉆具對套管鞋的損傷，同時也能避開表層套管對定向施工儀器的磁性干擾，利于定向井定向施工。

（4）在選擇造斜點時，要考慮設計軌跡剖面的最大井斜角大小，盡量使最大井斜角在15°-45°之間，這個角度在穩斜鉆進過程中方位相對比較穩定，利于定向井的施工。

3 定向鉆井剖面選擇

定向井井眼軌跡剖面類型很多，在進行定向井井眼軌跡剖面設計時，必須考慮充分利用地層自然造斜規律、利于鉆井、采油、修井工作，剖面要相對簡單，造斜井段地層穩定，井眼曲率變化均勻以及當今的鉆井技術水平等相關因素。根據當今的國內外定向井剖面相關資料和現場施工經驗，最常用的井眼軌跡剖面主要有直-增-穩三段制剖面、直-增-穩-降四段制剖面、直-增-穩-降-直五段制剖面這三種剖面類型，各個井眼軌跡剖面類型之間有其各自的優缺點。

3.1 直-增-穩剖面

直-增-穩剖面類型相對簡單，造斜點相對較低，通常在表層套管內就可以完成造斜，達到規定的井斜角，造斜完成后更換穩斜鉆具一直鉆達目的層。這種剖面類型通常用在沒有技術套管或者單一目的層的定向井中。

3.2 直-增-穩-降剖面

這種剖面造斜點相對也較低，在造斜完成后進行穩斜鉆進，當位移達到地質目標需求時進行降斜作業。這種剖面類型適用于地層相對負責，而且要穿越多個油層的井。

3.3 直-增-穩-降-直剖面

這種剖面類型造斜點相對較深，水平位移相對較小，而且具有大段的直井段，由于造斜點較深，造斜實間較長，費用相對較高。

在定向井井眼軌跡剖面設計中，并不是一成不便的，有時候要根據現場施工具體情況靈活運用，設計出多種井眼軌跡剖面類型。

4 定向井軌跡控制技術

4.1 造斜工具的選用

目前位斜工具基本上都是選擇單彎螺桿鉆具。單彎螺桿鉆具主要由旁通閥、馬達、萬向軸、傳動軸幾個部分組成，其中馬達是螺桿鉆具最重要的組成部分，下面著重介紹一下馬達部分。馬達主要由定子和轉子組成，輸出的扭矩和轉速的大小主要是由定子和轉子的螺旋角和凸瓣數決定的，根據定、轉子頭數對比關系的不同，可以分為高轉速低扭矩馬達、中轉速中扭矩馬達和低轉速高扭矩馬達。如1/2頭關系的馬達為高轉速低扭矩馬達，7/8頭關系的馬達為低轉速高扭矩馬達。

4.2 軌跡控制技術

定向井軌跡控制的基本原則就是通過選擇合適的鉆具組合、優選和調整鉆井參數，使井眼軌跡最終中靶。一個優秀的定向井工程師不僅僅是要追求中靶，而且還要鉆出良好的軌跡，保證定向井施工安全、優質、高效。

4.2.1造斜段軌跡控制技術

在造成井段我們根據設計造斜率來選用不同彎角度數的螺桿鉆具，根據設計造斜率進行鉆進，保證井眼曲率均勻，平滑，直至鉆至規定的井斜角度。

4.2.2 穩斜井段軌跡控制技術

穩斜井段選擇三扶正器強穩鉆具組合，每鉆進100-150m進行定點測斜，根據測斜結果進行計算分析，在偏差較大情況下進行倒換鉆具組合，保證中靶。

5 結論

定向井施工技術已經成為國內外各大油田勘探開發的關鍵技術，它的出現解決了很多以往復雜油氣田難以開采的難題。在定向井施工中，要綜合考慮造斜點、井眼軌跡剖面類型及軌跡控制工具，同時施工人員還要有豐富的定向井施工經驗，才能保證定向井施工實現安全、優質、高效。

參考文獻：

[1] 王成，定向井鉆井技術[M]，石油工業出版社.