張曉峰

（中石化華北石油工程有限公司河南鉆井分公司，鄭州中原 450000）

探討定向井旋轉(zhuǎn)鉆井中的井斜控制技術(shù)

張曉峰

（中石化華北石油工程有限公司河南鉆井分公司，鄭州中原 450000）

自20世紀(jì)起，井斜控制技術(shù)開始得到重視及蓬勃發(fā)展，然而在實(shí)際運(yùn)用過程中，各種弊端日漸突出，嚴(yán)重影響到各項(xiàng)事務(wù)的正常運(yùn)行。新時(shí)期定向井旋轉(zhuǎn)鉆井發(fā)展中，強(qiáng)化井斜控制技術(shù)顯得尤為重要。

定向井旋轉(zhuǎn)鉆井；井斜控制技術(shù)；影響因素；措施

石油產(chǎn)業(yè)發(fā)展是一個(gè)國(guó)家的重要命脈，強(qiáng)化石油開采、管理是促進(jìn)石油產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。長(zhǎng)期以來，國(guó)內(nèi)外石油鉆井學(xué)者及專家都在致力于從不同維度研究井斜控制技術(shù)在定向井旋轉(zhuǎn)鉆井中的運(yùn)用，且取得相當(dāng)顯著的成果，對(duì)發(fā)展及完善井眼軌跡理論、技術(shù)產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。自發(fā)展變革起，井斜控制由最初控制“防斜打直”向控制定向井眼軌跡演變，如何有效控制井斜方位及角度成為關(guān)鍵要點(diǎn)。由此可知，深入研究井斜控制技術(shù)在定向井旋轉(zhuǎn)鉆井中的運(yùn)用是重要且必要的課題。

1 井斜控制技術(shù)在定向井旋轉(zhuǎn)鉆井中的影響因素及意義

1.1 井斜控制技術(shù)的影響因素

1.1.1 地層

定向井鉆井時(shí)面臨最大的問題當(dāng)屬地層問題，地層性質(zhì)是井斜發(fā)生變化的最大影響因素。一般情況下，當(dāng)鉆頭深入傾斜地層直至不同層面交界處時(shí)，可發(fā)生不同程度的問題。若不同交界層面長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)無(wú)法支持自身所承受的鉆壓，可沿層面邊緣破裂，導(dǎo)致上下傾裂變，最終形成邊向斜臺(tái)。上傾斜臺(tái)極易被鉆掉，下傾斜臺(tái)保持原樣，對(duì)鉆頭施加橫向外力，促使鉆頭更加向上傾斜。此時(shí)，小臺(tái)階可隨著鉆壓增大而變大，地層傾角擴(kuò)大，成層性增強(qiáng)，最終形成井斜的可能性就越大。

1.1.2 定向井軌跡

施工運(yùn)行過程中，定向井井眼軌跡控制是核心環(huán)節(jié)。少了明確的井眼軌跡，定向井工程的施工就無(wú)法預(yù)期運(yùn)行。然而，若井眼軌跡設(shè)計(jì)不合理，同樣可影響到整個(gè)工程施工的進(jìn)程及質(zhì)量。因而，井眼軌跡成為定向鉆井亟待處理的重要內(nèi)容。井眼軌跡的選擇不僅影響施工前期的成本計(jì)算、施工效率，更直接影響后期建設(shè)的質(zhì)量及安全管理。

1.1.3 下部鉆具

下部鉆具是關(guān)鍵性的工具，其器具組合可影響到井斜控制的成效。專家學(xué)者提出，建構(gòu)在不同理論下組合下部器具，均會(huì)對(duì)井斜控制產(chǎn)生極大影響。具體而言，組合力學(xué)是控制定向井井眼軌跡的前提與基礎(chǔ)，也是下部鉆具結(jié)構(gòu)優(yōu)化組合、設(shè)計(jì)的的理論參考。通過分析井眼及井身結(jié)構(gòu)對(duì)鉆頭的影響，評(píng)估鉆具穩(wěn)斜、降斜、增斜性能，從而科學(xué)提出下部鉆具組合、井眼軌跡控制的設(shè)計(jì)方案。

1.2 井斜控制技術(shù)的意義

旋轉(zhuǎn)鉆井有復(fù)雜、簡(jiǎn)單的下部鉆具結(jié)構(gòu)之分，復(fù)雜鉆具組合多包含穩(wěn)定器、接頭、普通鉆桿、加重鉆桿、鉆頭及無(wú)磁鉆鋌等；簡(jiǎn)單組合則包含鉆鋌、接頭、鉆桿及鉆頭。旋轉(zhuǎn)鉆具運(yùn)行過程中主要借助穩(wěn)定器調(diào)控井斜性能，但自身無(wú)法調(diào)節(jié)方位性能，這就是傳統(tǒng)意義上的轉(zhuǎn)盤式旋轉(zhuǎn)鉆井技術(shù)，在實(shí)際運(yùn)用中仍存在不足。

定向鉆井技術(shù)克服了傳統(tǒng)鉆井技術(shù)的弊端，具有便于凈化井眼、減少滑動(dòng)摩擦、無(wú)需定向作業(yè)及簡(jiǎn)單操作等優(yōu)點(diǎn)，且隨著社會(huì)及各行各業(yè)對(duì)石油的需求增加，原油開采逐漸增多，該技術(shù)得以廣泛關(guān)注及應(yīng)用，在保證原油的安全開采、提升經(jīng)濟(jì)收益上發(fā)揮積極現(xiàn)實(shí)意義。然而，我國(guó)油田集中在西南、東部沿海及西北地區(qū)，地區(qū)地形地貌復(fù)雜，如沙漠、海域、森林、需實(shí)施深入鉆探地區(qū)以及地面受限的河流，如此則對(duì)鉆井技術(shù)提出更高的技術(shù)要求。總之，新時(shí)期石油產(chǎn)業(yè)發(fā)展應(yīng)注重強(qiáng)化定向井旋轉(zhuǎn)鉆井技術(shù)運(yùn)用，確保安全開采、高效開采及合理開采。

2 井斜控制技術(shù)在定向井旋轉(zhuǎn)鉆井中的改進(jìn)措施

井斜控制技術(shù)克服傳統(tǒng)鉆井技術(shù)存在的不足，在鉆井產(chǎn)業(yè)發(fā)展中發(fā)揮積極意義。然而，從實(shí)際運(yùn)用效果來看，該技術(shù)受地層、軌跡及下部鉆具影響明顯，且隨著社會(huì)高速發(fā)展的推動(dòng)，石油原油需求量不斷增加，積極應(yīng)對(duì)影響因素、提升技術(shù)運(yùn)用性能十分重要。

2.1 明確地層的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

由上文提及的影響因素可知，地層可對(duì)井斜產(chǎn)生一定影響，而影響因素涉及面比較廣、不具確定性、隨機(jī)性也較強(qiáng)，導(dǎo)致因素分析中存在部分參數(shù)模糊、不清晰等弊端。有機(jī)整合實(shí)鉆數(shù)據(jù)及理論計(jì)算才可準(zhǔn)確、科學(xué)預(yù)測(cè)地層與井斜兩者關(guān)聯(lián)，并將預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)運(yùn)用到實(shí)踐中。通過詳細(xì)分析鉆井眼情況，可明顯發(fā)現(xiàn)：即便是同一鉆具組合也可在不同地層段中呈現(xiàn)各異的造斜性能。為此，在實(shí)際運(yùn)用過程中，應(yīng)注重深入了解不同地層與井斜的關(guān)系，找出地層的影響機(jī)制，然后將統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)運(yùn)用到施工現(xiàn)場(chǎng)中，以保證井斜控制的成效。

2.2 最優(yōu)軌跡設(shè)計(jì)

采用科學(xué)計(jì)算方法求解目標(biāo)泛函，以此建構(gòu)最佳且規(guī)范的井身軌跡。學(xué)者提示，規(guī)范的井身軌跡以追求最小鉆摩擦力為目標(biāo)泛函。鉆柱起下鉆是一個(gè)多維度的動(dòng)態(tài)變化過程，自鉆柱整體運(yùn)動(dòng)或靜止之前的分秒內(nèi)，摩阻力到達(dá)動(dòng)態(tài)的極值。選取目標(biāo)泛函應(yīng)注重觀察定向井成功及安全的影響因素，其中邊界變分問題可以邊界條件建構(gòu)目標(biāo)泛函可選取最優(yōu)軌跡；化泛極值問題則可選用數(shù)值法尋優(yōu)、設(shè)極值曲線形式、多元函數(shù)極值問題等方式求解最優(yōu)軌跡。

2.3 采取復(fù)合鉆

復(fù)合鉆的鉆頭兼具高性能、低壓力、高轉(zhuǎn)速、降低施工難度等優(yōu)勢(shì)，且整體控制軌跡能力比較良好，可用于解決穩(wěn)斜井段、造斜段、直井段及表層鉆進(jìn)中面臨的問題。隨著更新及發(fā)展的推進(jìn)，復(fù)合鉆還表現(xiàn)出了以下幾大特點(diǎn)：可明顯簡(jiǎn)化施工方案，可一鍵式采用復(fù)合鉆完成增穩(wěn)斜段、定向段及直井段多地段施工，大大提升鉆井施工效率，加快鉆井進(jìn)程；保證施工安全，在施工過程中若需扭轉(zhuǎn)方向，可直接調(diào)整井斜，靈活繞開障礙物進(jìn)行施工建設(shè)；直井地段短，可有效降低兩井間的機(jī)宰。

3 結(jié)束語(yǔ)

井斜控制技術(shù)克服傳統(tǒng)鉆井技術(shù)存在的不足，在鉆井產(chǎn)業(yè)發(fā)展中發(fā)揮積極意義。然而，該技術(shù)受地層、軌跡及下部鉆具影響明顯，且石油原油需求量不斷增加，積極應(yīng)對(duì)影響因素、突破技術(shù)創(chuàng)新十分重要。換言之，在日后發(fā)展規(guī)劃中，應(yīng)積極創(chuàng)新井斜控制技術(shù)在定向井旋轉(zhuǎn)鉆井中的運(yùn)用，明確不同地層的特點(diǎn)、求解并建構(gòu)最優(yōu)軌跡方案、恰到好處引入復(fù)合鉆，以提升該技術(shù)的運(yùn)用成效，促進(jìn)我國(guó)石油產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。

[1] 郭俊亮.探討鉆井中井斜控制技術(shù)[J].中國(guó)化工貿(mào)易，2014，（22）：18.

Discussion on Well Deviation Control Technology in Directional Well Rotary Drilling

Zhang Xiao-feng

Since the last century，the oblique control technology has been paid attention to and fl ourished.However，in the course of practical application，the disadvantages are becoming more and more serious，which seriously affect the normal operation of the affairs.In the new era of directional well rotary drilling development，strengthening the well deviation control technology is particularly important.

directional well rotary drilling；well oblique control technology；inf l uencing factor；measure

TE243

：A

：1003–6490（2017）04–0191–02