曹海峰

摘要：定向井鉆井技術(shù)相比直井而言，有其特殊的優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外各個(gè)油田勘探開(kāi)發(fā)的重要技術(shù)之一，本文對(duì)定向井鉆井中的井眼軌道剖面類型優(yōu)化、造斜點(diǎn)的優(yōu)選，以及井眼軌跡控制技術(shù)等定向井關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了探討和分析，對(duì)定向井現(xiàn)場(chǎng)施工具有一定的指導(dǎo)作用。

關(guān)鍵詞：剖面類型;造斜點(diǎn);軌跡控制

當(dāng)今在石油鉆井技術(shù)主要分為兩大類型，一類鉆井是井口與井底在一條鉛垂線上，就是所謂的直井，其鉆井特點(diǎn)就是在鉆井施工過(guò)程中嚴(yán)格控制井斜角，使井口與井底近似重合在一條鉛垂線上;另一類鉆井是按照人為的需要使井口與井底不在一條鉛垂線上，而是與井口鉛垂線形成一定的距離，這就是所謂的定向井。在定向井施工前，需要預(yù)先按照人為需要或者地質(zhì)需求設(shè)計(jì)一條能夠滿足需求的井眼軌道，施工中要使井眼軌跡與設(shè)計(jì)軌道近似重合，這就是定向鉆井技術(shù)。

1 定向井井眼軌道優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)

定向井井眼軌道優(yōu)化設(shè)計(jì)是實(shí)鉆井眼軌跡控制技術(shù)的基礎(chǔ)，是定向井鉆井技術(shù)的首要環(huán)節(jié)。定向井井眼軌跡設(shè)計(jì)的好壞，直接影響著定向井鉆井質(zhì)量和鉆井機(jī)械鉆速，因此定向井井眼軌道優(yōu)化設(shè)計(jì)決定著鉆井施工能夠順利進(jìn)行，能否節(jié)約鉆井成本，取得最大的經(jīng)濟(jì)效益。

1.1 定向井井眼軌道設(shè)計(jì)思路

在進(jìn)行定向井井眼軌道優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，首先應(yīng)該遵循地質(zhì)設(shè)計(jì)要求，既依照目的層油藏發(fā)育情況和產(chǎn)量預(yù)測(cè);其次要選擇最佳的井眼軌道;第三要依據(jù)最佳井眼軌道對(duì)完井方法和套管柱進(jìn)行設(shè)計(jì);最后進(jìn)行鉆井效益的綜合評(píng)價(jià)。

1.2 定向井井眼軌道設(shè)計(jì)方法

定向井井眼軌道設(shè)計(jì)是一個(gè)反復(fù)尋優(yōu)的過(guò)程，按照先地下后地上，綜合考慮，利于鉆井施工安全，縮短鉆井周期，結(jié)余鉆井成本對(duì)多種井眼軌道剖面類型進(jìn)行系統(tǒng)分析，然后應(yīng)用計(jì)算機(jī)定向井設(shè)計(jì)施工軟件完成定向井井眼軌道優(yōu)化設(shè)計(jì)。

1.3 定向井井眼軌道剖面類型優(yōu)選

定向井井眼軌道剖面類型是按照人為的設(shè)計(jì)情況進(jìn)行區(qū)分的，按照井眼軌道剖面類型的不同可以分為：二維定向井軌道剖面和三維定向井軌道剖面，在這里我們只二維定向井軌道剖面進(jìn)行探討。

1.3.1 直-增-穩(wěn)三段制井眼軌道剖面

直-增-穩(wěn)三段制井眼軌道剖面是定向井軌道剖面類型中最簡(jiǎn)單的一種軌道剖面形式，由直井段、增斜段、穩(wěn)斜段組成，這種剖面類型造斜點(diǎn)相對(duì)較淺，造斜率較低、最大井斜角較小，一般使用于沒(méi)有表層套管或者只有一個(gè)靶點(diǎn)的定向井。

1.3.2直-增-穩(wěn)-降四段制井眼軌道剖面

直-增-穩(wěn)-降四段制井眼軌道剖面與直-增-穩(wěn)三段制井眼軌道剖面相比，增加了一個(gè)降斜井段，相比較而言就顯得有點(diǎn)復(fù)雜了，這種軌道剖面類型在進(jìn)行造斜完成后，進(jìn)入穩(wěn)斜段的鉆進(jìn)，當(dāng)井底水平位移達(dá)到地質(zhì)設(shè)計(jì)要求時(shí)，進(jìn)行降井斜作業(yè)。這種剖面類型適用于地層相對(duì)復(fù)雜，而且要穿越多個(gè)油層的井。

1.3.3 直-增-穩(wěn)-降-直五段制軌道剖面

直-增-穩(wěn)-降-直五段制軌道剖面主要由直井段、增斜段、穩(wěn)斜段、降斜段、直井段組成，這種軌道剖面類型更為復(fù)雜，一般如果沒(méi)有特殊地質(zhì)要求不進(jìn)行設(shè)計(jì)。直-增-穩(wěn)-降-直五段制軌道剖面造斜點(diǎn)比較深，與前兩種軌道剖面類型相比水平位移比較短，由于施工工序復(fù)雜，需要多次起下鉆進(jìn)行施工，鉆井施工周期長(zhǎng)，施工費(fèi)用昂貴。

在定向井井眼軌道優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，在滿足地質(zhì)條件要求時(shí)，盡量選擇利于安全鉆井施工，軌道剖面類型簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)效益好的井眼軌道剖面類型，特別是在大慶定向井施工中，主要選擇的是直-增-穩(wěn)三段制軌跡剖面類型。

2 定向鉆井造斜點(diǎn)優(yōu)選選擇

定向井施工中造斜點(diǎn)的優(yōu)選對(duì)鉆井施工至關(guān)重要，造斜點(diǎn)選擇合適，可以降低鉆井施工難度，提高整體機(jī)械鉆速，獲取最大經(jīng)濟(jì)效益，還對(duì)平臺(tái)叢式定向井防碰工作起到至關(guān)重要的作用，在造斜點(diǎn)優(yōu)選時(shí)主要應(yīng)該考慮下面幾個(gè)因素。

（1）對(duì)于造斜點(diǎn)的選取，根據(jù)地層巖性不同盡量選擇在比較淺的、而且已經(jīng)成巖的地層，眾所周知，隨著地層深度的增加，巖石的壓實(shí)作用越強(qiáng)，使巖石硬度越來(lái)越大，可鉆性級(jí)值越來(lái)越高，造成造斜施工越來(lái)越困難。

（2）造斜點(diǎn)的選擇盡量在砂巖中，因?yàn)樯皫r地層井徑相比比較穩(wěn)定，而泥頁(yè)巖遇水后容易膨脹，不定向施工安全。

（3）因?yàn)楝F(xiàn)在所有用的定向儀器都是磁性儀器，因此在有表層的時(shí)候，造斜點(diǎn)選擇一定要避開(kāi)套管的磁性干擾，最好選擇在套管鞋以下50米的地方，這樣既利于避開(kāi)磁性干擾，同時(shí)也能夠避免井下螺桿鉆具損失套管鞋。

（4）在進(jìn)行定向井造斜點(diǎn)優(yōu)選時(shí)，一定要考慮最大井斜角，造斜點(diǎn)選擇過(guò)深，必然引起井斜角增大，增加施工難度;造斜點(diǎn)選擇過(guò)淺，井斜角還過(guò)小，又不利于方位的穩(wěn)定，因此在造斜點(diǎn)選擇時(shí)，一定要綜合考慮各個(gè)因?yàn)椋_定最佳造斜點(diǎn)。

3 定向井軌跡控制技術(shù)

3.1 造斜工具的選用

單彎螺桿鉆具主要由旁通閥、馬達(dá)、萬(wàn)向軸、傳動(dòng)軸幾個(gè)部分組成，其中馬達(dá)是造斜工具螺桿鉆具最重要的組成部分，下面著重介紹一下馬達(dá)部分。馬達(dá)主要由定子和轉(zhuǎn)子組成，輸出的扭矩和轉(zhuǎn)速的大小主要是由定子和轉(zhuǎn)子的螺旋角和凸瓣數(shù)決定的，根據(jù)定、轉(zhuǎn)子頭數(shù)對(duì)比關(guān)系的不同，可以分為高轉(zhuǎn)速低扭矩馬達(dá)、中轉(zhuǎn)速中扭矩馬達(dá)和低轉(zhuǎn)速高扭矩馬達(dá)。如1/2頭關(guān)系的馬達(dá)為高轉(zhuǎn)速低扭矩馬達(dá)，7/8頭關(guān)系的馬達(dá)為低轉(zhuǎn)速高扭矩馬達(dá)。

3.2 軌跡控制技術(shù)

定向井軌跡控制的基本原則就是通過(guò)選擇合適的鉆具組合、優(yōu)選和調(diào)整鉆井參數(shù)，使井眼軌跡最終中靶。一個(gè)優(yōu)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(yōu)質(zhì)、高效。

3.2.1造斜段軌跡控制技術(shù)

在造斜井段，應(yīng)用合適的鉆具組合和單彎螺桿鉆具從造斜點(diǎn)開(kāi)始進(jìn)行造斜施工，直至井斜達(dá)到設(shè)計(jì)要求，保證中靶為止。

3.2.2 穩(wěn)斜井段軌跡控制技術(shù)

穩(wěn)斜井段選擇三扶正器強(qiáng)穩(wěn)鉆具組合，每鉆進(jìn)100-150m進(jìn)行定點(diǎn)測(cè)斜，根據(jù)測(cè)斜結(jié)果進(jìn)行計(jì)算分析，在偏差較大情況下進(jìn)行倒換鉆具組合，保證中靶。

4 結(jié)論

隨著科技進(jìn)步，定向井鉆井技術(shù)已經(jīng)越來(lái)越成熟，在文章中提到的定向井剖面類型、造斜點(diǎn)、井眼軌跡控制等關(guān)鍵技術(shù)的基礎(chǔ)上，正向著系統(tǒng)化、規(guī)范化、自動(dòng)化、集成化方向發(fā)展，在不久的將來(lái)，定向井鉆井技術(shù)將成為油田增儲(chǔ)上產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)，為油田勘探開(kāi)發(fā)工作提供更大的技術(shù)支持。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王曉雪，王成.定向鉆井技術(shù)定向井鉆井技術(shù)[M]，石油工業(yè)出版社.