定向井軌道設(shè)計及其軌跡控制技術(shù)分析

汲生龍

摘要：定向鉆井技術(shù)主要是根據(jù)事先準備好的設(shè)計方案、井斜鉆，是為了實現(xiàn)儲層的鉆井方法，對開采分布在沼澤海洋、城鎮(zhèn)、高山森林、河流等比較復(fù)雜地形中的油氣藏有很大的幫助。由于定向井比較適合在地形環(huán)境復(fù)雜的地方使用，定向井的軌道設(shè)計以及準確控制軌道有重要的作用。部分專家和油氣現(xiàn)場工作人員都開始研究這項技術(shù)，已經(jīng)取得很多擁有價值的理論以及結(jié)果。但是現(xiàn)在的研究趨勢都是在確定技術(shù)的計算方法或者是制定的油田，這樣會缺乏對定向井井眼軌道設(shè)計以及井眼軌道控制的整體認識。

關(guān)鍵詞：定向井;軌道設(shè)計;軌跡控制

前言：

在輸油天然氣的開采中，鉆井技術(shù)是一種重要的手段，因為它擁有：隱蔽性強、高投入、高風(fēng)險、高回報的特征。但是在不斷開采石油天然氣期間，在我國石油天然氣開采行業(yè)已經(jīng)研究出一系列的鉆井技術(shù)，在這些技術(shù)中，定向井技術(shù)擁有重要的位置。鉆井技術(shù)是事先設(shè)計好的位置以及井斜，然后進行井實現(xiàn)儲層鉆井方法，因為定向井技術(shù)對分布在地形環(huán)境復(fù)雜的油氣藏有很大的幫助。因為定向井適合在地形比較復(fù)雜多變的地方使用，所以定向井的軌道設(shè)計以及準確控制軌道性有重要的作用。在保持井眼穩(wěn)定、提升機械鉆井、保護油氣層、井眼軌跡控制、施工管理等定向井的這五項工作中，井眼軌道設(shè)計以及軌道控制和鉆井措施的成功與否有直接的關(guān)系。

一、定向井軌道設(shè)計簡述

因為定向井的軌道設(shè)計是按照鉆井的目標以及用途的不同，可以具體劃分成：常規(guī)定向井、叢式井、大位移井、水平井等集中重要類型。這樣對于每種類型的軌道設(shè)計必須注意井斜角的控制以及選擇造斜點。

首先，常規(guī)定向井是水平位移在一公里以內(nèi)、垂直深度不超過三千米的定向井。常規(guī)定向井是最常見的定向井種類，還有軌道設(shè)計的種類多[1]。通常造斜點應(yīng)該選擇在地層穩(wěn)定的位置，主要是防止選擇流砂層、巖石破碎帶、漏失地層等相對復(fù)雜的或者是容易崩塌的地層。除此之外，應(yīng)該設(shè)計科學(xué)的井斜角，一旦井斜角較大，測井以及完井工作的施工難度以及起下鉆的載荷就會增加，導(dǎo)致扭轉(zhuǎn)盤踞增大，位置不容易控制，容易發(fā)生井壁坍塌等情況[2]。相反，會容易發(fā)生方位的飄移。根據(jù)有關(guān)的數(shù)據(jù)顯示：常規(guī)五段制定向井穩(wěn)斜井段斜角應(yīng)該控制在15°、-25°、一般三段制定向井井斜角應(yīng)該是15°、-35°。

大位移井軌道設(shè)計的時候盡量選擇懸鏈曲線軌道。高穩(wěn)斜角以及較低的造斜率是大位移井軌道設(shè)計的最適合的選擇。

水平井基本上分成兩種大類型的軌道：首先是雙增軌道，主要是由直、增、穩(wěn)、增、平這五段構(gòu)成，兩次斜段都是圓弧的形狀，基本上是在不確定地質(zhì)的情況中使用;其次，單增軌道主要由直、增、平這三段構(gòu)成，增斜段主要分成變曲率的懸鏈線和恒曲率圓弧形兩種形狀，基本上在目造斜率以及表層位置有確切掌握的情況下使用。

總而言之，必須按照井身的結(jié)構(gòu)以及地層的實際情況、采油技術(shù)和完井需求等有具體實際進行定向井的軌道設(shè)計，另外軌道設(shè)計應(yīng)該滿足當前的實際施工情況，根據(jù)現(xiàn)場實際施工難度較小、造斜工具的造斜能力、造斜點的深度等原因確定科學(xué)的井斜角和井眼曲率。

二、定向井軌跡控制技術(shù)的研究

定向井軌跡控制在整個鉆井工作中不能缺少一的一種技術(shù)，還必須按照實際井眼設(shè)計軌道運行[3]。井眼軌跡控制的內(nèi)容有：優(yōu)化鉆具組合、優(yōu)選鉆井參數(shù)、井眼軌跡的監(jiān)測預(yù)測、使用先進的井下工具以及儀器設(shè)備、防止井下復(fù)雜的情況以及使用地層的位置飄移等規(guī)律。井眼軌跡控制技術(shù)是根據(jù)定向井的鉆井步驟以及程序，基本上是分成：造斜段、直井段、穩(wěn)斜段、增斜段、扭方位精鍛、降斜段等六個方面的控制技術(shù)。

首先是定向選斜井段。開始造斜方法包括彎曲導(dǎo)管定向、傾斜鉆機定向、井下馬達、彎接頭定向、造斜器法等五種方法。當前，在我國海洋定向井基本上使用的是井下馬達和彎接頭定向技術(shù)[4]。經(jīng)常用到的造斜鉆具有：普通鉆鋌0-30米、鉆頭、震擊器、彎接頭、撓性接頭、井下馬達、加重鉆桿、非磁鉆鋌。使用彎接頭使下部鉆具形成一個彈性力矩，使井下動力鉆具驅(qū)動鉆頭側(cè)向切削，促使鉆出的新井眼偏離原井眼軸線，實現(xiàn)扭方位以及定向造斜的目標。

轉(zhuǎn)盤鉆增斜鉆具：鉆頭、近鉆頭穩(wěn)定器、非磁鉆鋌、鉆鋌、穩(wěn)定器、十米鉆鋌、穩(wěn)定器、鉆鋌、隨鉆震擊器、加重鉆桿、鉆桿。

穩(wěn)斜井段：一般的穩(wěn)斜鉆具分為：鉆頭、穩(wěn)定器、短鉆鋌、穩(wěn)定器、非磁鉆鋌、穩(wěn)定器、鉆鋌、鍵破壞器、撓性接頭、震擊器、加重鉆桿。

在實際施工的時候，應(yīng)該從造斜點開始就應(yīng)該緩慢下降到鉆穩(wěn)斜鉆具，尤其是處于高造斜率、軟地層的情況中，比較容易遇到阻礙，還可能出現(xiàn)新的井眼。除此之外，應(yīng)該進行及時測斜工作，確保最大測斜間距控制為100米之內(nèi)，但是，某些有特殊用途井的重點井段測斜間距需要保持在三十米，還有及時畫出水平投影圖以及垂直剖面圖，方便隨時掌握井眼軌跡的變化。

降斜井段：經(jīng)常用降斜鉆具組合是：鉆頭、段鉆鋌、穩(wěn)定器、費磁鉆鋌、穩(wěn)定器、鉆鋌、鍵槽破壞器、撓性接頭、震擊器、加重鉆桿、鉆桿。降斜段距離完井段還是比較近距離，摩擦阻力以及井下扭矩較大的時候，應(yīng)該注意簡化鉆具組合。與此同時，定向井的降斜鉆具組合如果使用擺鐘的形式，就會導(dǎo)致起下鉆比較困難以及降斜率較高的現(xiàn)象。

結(jié)語：

綜上所述，本文主要是討論定向井的類型以及各種類型定向軌道設(shè)計的基本理論、定向井軌跡控制技術(shù)、具體實施操作的時候應(yīng)該注意研究以及分析，就能獲得定向井軌道設(shè)計以及軌跡控制技術(shù)的整體情況。這些對于定向井軌跡控制技術(shù)的理論研究以及定向井軌跡控制的實踐有重要的意義。

參考文獻：

[1]李旭，李銳峰. 實鉆水平井最優(yōu)軌道設(shè)計技術(shù)[J]. 西部探礦工程，2021，33（06）：36-38.

[2]付盼，夏焱，李國韜等. 江蘇金壇鹽穴儲氣庫定向井軌道優(yōu)化設(shè)計方法[J]. 石油機械，2021，49（02）：47-52.

[3]張洪寧，張建龍，覃德彪等. 基于提高鉆速的待鉆井眼軌道設(shè)計方法[J]. 鉆采工藝，2021，44（01）：13-17.

[4]王印. 提高定向井鉆井速度技術(shù)分析[J]. 石油和化工設(shè)備，2020，23（07）：115-116.