王吉龍，牛 意，余 潞

（1.中海石油有限公司天津分公司，天津 300459；2.中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司，天津 300459）

1 石油資源開(kāi)采工作存在的挑戰(zhàn)

最新的人口數(shù)量普查結(jié)果顯示，我國(guó)擁有超過(guò)14億人口，屬于名副其實(shí)的人口大國(guó)，所以對(duì)能源的消耗十分驚人。隨著我國(guó)逐步進(jìn)入工業(yè)化社會(huì)，為了加快經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度，我國(guó)每年需要進(jìn)口大量的油氣資源，使得能源供給問(wèn)題越加嚴(yán)峻。此外，盡管我國(guó)擁有廣袤的國(guó)土面積，但是油氣資源的開(kāi)采規(guī)模仍然存在很大缺口，并且部分油田的開(kāi)采已經(jīng)日益枯竭，所以為了解決能源短缺問(wèn)題，需要針對(duì)我國(guó)油氣資源開(kāi)采現(xiàn)狀開(kāi)發(fā)出更加現(xiàn)代化的油氣資源開(kāi)采技術(shù)，從而降低我國(guó)油氣資源的開(kāi)采難度。與此同時(shí)，相比國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家，我國(guó)油氣資源開(kāi)采技術(shù)相對(duì)落后，開(kāi)采成本居高不下，極大地限制了我國(guó)油氣資源的開(kāi)采速度。另外，盡管我國(guó)國(guó)土面積大，但是不同區(qū)域的地質(zhì)特征存在很大差異，鉆井作業(yè)存在很大的風(fēng)險(xiǎn)，不僅會(huì)影響油氣資源開(kāi)采效率，而且也會(huì)加大安全事故出現(xiàn)概率，威脅作業(yè)人員生命安全。當(dāng)前，為了開(kāi)采更多油氣資源，我國(guó)加大了深井、超深井的開(kāi)采規(guī)模，所以對(duì)開(kāi)采技術(shù)的應(yīng)用水平提出了很高的要求。對(duì)于深井、超深井而言，井底溫度高于普通油氣井，地質(zhì)結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，巖石致密程度更高，所以對(duì)鉆井技術(shù)與工具的應(yīng)用有著極高要求，同時(shí)也直接影響鉆井企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益?？傊?，作為影響國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要戰(zhàn)略資源，石油資源開(kāi)采效率將會(huì)直接影響鉆井企業(yè)與國(guó)家的經(jīng)濟(jì)利益，所以為了提升油氣資源開(kāi)采效率，鉆井企業(yè)有必要、有責(zé)任解決好鉆井工藝技術(shù)面臨的眾多難題。

2 定向井鉆井的特點(diǎn)與難點(diǎn)

2.1 定向井鉆井工藝技術(shù)概述

與其他鉆井工藝技術(shù)相比，定向井鉆井工藝技術(shù)不僅可以提升油氣資源開(kāi)采效率，而且針對(duì)結(jié)構(gòu)特殊的地質(zhì)，定向鉆井工藝技術(shù)可以有效降低特殊地質(zhì)結(jié)構(gòu)對(duì)開(kāi)采效率的影響，降低開(kāi)采成本，提升鉆井流程的合理性，并且也可給予鉆井工作更有效的安全保障，提升鉆井企業(yè)開(kāi)采效率與經(jīng)濟(jì)效益。與此同時(shí)，隨著我國(guó)油氣資源開(kāi)采的不斷擴(kuò)大，當(dāng)前定向井鉆井工藝技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)十分普遍，并且可在處于開(kāi)采后期的油田得到有效應(yīng)用，使剩余油氣資源得到有效開(kāi)采，進(jìn)一步發(fā)揮處于開(kāi)采后期油田的價(jià)值，降低鉆井成本，屬于一種節(jié)能降耗的鉆井工藝技術(shù)。

2.2 定向井鉆井的特點(diǎn)與難點(diǎn)

對(duì)于定向井鉆井工藝技術(shù)而言，其工作原理是采用定點(diǎn)鉆井的方式進(jìn)行油氣田的開(kāi)采工作。在應(yīng)用定向井鉆井工藝技術(shù)前，鉆井企業(yè)應(yīng)根據(jù)油氣田地質(zhì)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，有針對(duì)性地選擇定向井鉆井工藝技術(shù)。隨著我國(guó)油氣田開(kāi)采規(guī)模的不斷擴(kuò)大，定向井鉆井工藝日益成熟，但是在鉆頭材質(zhì)、鉆頭大小以及工藝選擇等方面仍然存在很大的優(yōu)化空間，所以鉆井企業(yè)應(yīng)以定向井鉆井技術(shù)特點(diǎn)為切入點(diǎn)，選用科學(xué)的優(yōu)化措施，提高定向井鉆井質(zhì)量與開(kāi)采效率，同時(shí)注重施工的規(guī)范性，有針對(duì)性選擇定向井鉆井流程，實(shí)現(xiàn)提升定向井鉆井技術(shù)水平的目的。除此之外，由于油氣田鉆井工作環(huán)節(jié)眾多，所以鉆井工作十分危險(xiǎn)，對(duì)安全工作提出了很多要求。因此，在應(yīng)用定向井鉆井工藝技術(shù)時(shí)，鉆井企業(yè)應(yīng)注重安全管理工作，加大定向井鉆井安全生產(chǎn)管理力度，積極排查安全隱患，給予鉆井人員更加細(xì)致的安全培訓(xùn)，并合理選擇定向井鉆井工藝技術(shù)，確保定向井鉆井工作可以安全開(kāi)展，防止出現(xiàn)各類(lèi)安全事故，降低鉆井難度。由于定向井存在多種類(lèi)型，不同類(lèi)型的定向井對(duì)鉆井工藝技術(shù)的要求存在差異，為了提升鉆井施工安全性，鉆井企業(yè)應(yīng)注重規(guī)范鉆井施工程序，完善鉆井施工章程，避免相鄰井眼出現(xiàn)打穿事故，提升施工的安全性。

3 定向鉆井工藝技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用

在正式鉆井工作前，鉆井企業(yè)應(yīng)針對(duì)油氣田地質(zhì)結(jié)構(gòu)選用合適的定向井鉆井技術(shù)。此外，在實(shí)施定向井鉆井工藝技術(shù)時(shí)，鉆井企業(yè)不僅要制定合理的鉆井方案，而且要在鉆井工具齊全的狀態(tài)下完成相關(guān)鉆井作業(yè)，確保井眼軌跡符合施工方案要求。當(dāng)前，隨著我國(guó)定向井鉆井技術(shù)應(yīng)用的不斷增多，我國(guó)在定向井鉆井工藝技術(shù)的研究方面取得十分喜人的成績(jī)，無(wú)論是鉆井工程方案，還是定向井鉆井作業(yè)操作流程，均已經(jīng)達(dá)到很高水平。例如，隨著無(wú)線(xiàn)隨鉆測(cè)量技術(shù)的引入，其可以準(zhǔn)確地勘測(cè)地層信息，并將鉆井軌跡實(shí)時(shí)傳輸至監(jiān)控系統(tǒng)，方便鉆井人員了解鉆井軌跡與相關(guān)參數(shù)，為后續(xù)高質(zhì)量鉆探工作奠定基礎(chǔ)。另外，為了保證定向井鉆井工作可以順利開(kāi)展，除了選用合理的定向井鉆井技術(shù)外，還需要針對(duì)水平井區(qū)段、穩(wěn)斜井區(qū)段以及垂直區(qū)段的特點(diǎn)，科學(xué)地設(shè)計(jì)鉆井工藝流程，使復(fù)雜的工藝操作簡(jiǎn)單化，提升鉆探角度的精準(zhǔn)性，保證鉆井工藝質(zhì)量符合設(shè)計(jì)要求。另外，在鉆井前，鉆井人員應(yīng)對(duì)施工方案進(jìn)行合理編制，提出各類(lèi)可能出現(xiàn)問(wèn)題的解決方案，加快問(wèn)題處理速度，確保定向井鉆井工藝技術(shù)可以得到有效應(yīng)用。

4 定向井鉆井工藝技術(shù)的優(yōu)化策略與優(yōu)化措施

由于定向井鉆井工藝技術(shù)具備諸多應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，所以其成為當(dāng)前油氣田開(kāi)發(fā)過(guò)程中普遍使用的鉆井工藝技術(shù)。在實(shí)際應(yīng)用定向井鉆井工藝技術(shù)時(shí)，為了確保鉆進(jìn)軌跡符合施工方案要求，節(jié)約鉆井成本，需要鉆井企業(yè)以高度的責(zé)任意識(shí)對(duì)定向井鉆井工藝技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化，提升定向井鉆井工藝技術(shù)應(yīng)用水平，使之與我國(guó)油氣資源開(kāi)采目標(biāo)相契合。

4.1 定向井鉆井工藝技術(shù)的優(yōu)化策略

在鉆井過(guò)程中，鉆井企業(yè)為了降低施工成本，確保鉆井工作可以如期完成，需要在鉆井過(guò)程中使用定向井鉆井工藝技術(shù)，從而實(shí)現(xiàn)提升開(kāi)采效率的目的。在應(yīng)用定向井鉆井工藝技術(shù)時(shí)，為了使定向井鉆井工藝技術(shù)符合油氣田開(kāi)采要求，鉆井企業(yè)應(yīng)根據(jù)油氣田地質(zhì)條件以及實(shí)際開(kāi)采工作遇到的問(wèn)題為基礎(chǔ)，合理設(shè)計(jì)鉆井?dāng)?shù)量，并針對(duì)問(wèn)題提出合理的解決與技術(shù)優(yōu)化方案，注重降低定向井鉆井能耗，縮減鉆井成本，提升鉆井軌跡精度，細(xì)化鉆井作業(yè)流程，不斷提高定向井鉆井工藝技術(shù)應(yīng)用水平。

4.2 定向井鉆井工藝技術(shù)優(yōu)化措施

（1）優(yōu)化定向井鉆井井眼軌跡控制措施

在鉆井過(guò)程中，常規(guī)鉆井區(qū)段與垂直段井區(qū)擁有近乎一致的井眼軌跡。但是，對(duì)于垂直段井區(qū)而言，如果垂直段井區(qū)井眼軌跡控制不當(dāng)，不僅會(huì)加快鉆頭磨損程度，而且也會(huì)影響后續(xù)開(kāi)采作業(yè)的安全開(kāi)展。因此，為了嚴(yán)格控制垂直段井區(qū)的井眼軌跡，應(yīng)在作業(yè)前針對(duì)垂直段井區(qū)的特點(diǎn)，合理選擇鉆頭型號(hào)，確保鉆頭性能符合后續(xù)施工要求。在確定井眼位置后，應(yīng)對(duì)鉆井區(qū)域地質(zhì)情況進(jìn)行勘測(cè)，如果鉆井區(qū)域的油氣含水量高，則要注意避開(kāi)此類(lèi)位置，否則將會(huì)影響鉆井質(zhì)量。此外，為了緩解鉆頭的沖擊力，提升鉆頭使用時(shí)間，應(yīng)選擇鉆進(jìn)性卓越的地層開(kāi)展造斜鉆井作業(yè)，并且有助于提升井眼軌跡的控制精度，防止井壁發(fā)生破壞，提升鉆井作業(yè)的安全性。為了使井眼軌跡控制精度符合要求，在制定井眼軌跡方案時(shí)，應(yīng)收集盡可能全面的數(shù)據(jù)，唯有全面的數(shù)據(jù)支撐，才可提升井眼軌跡方案制定的合理性。在收集數(shù)據(jù)過(guò)程中，可借助現(xiàn)代化設(shè)備，例如，隨鉆井測(cè)試設(shè)備、井眼數(shù)據(jù)采集設(shè)備等，及時(shí)對(duì)井眼軌跡參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，如發(fā)現(xiàn)問(wèn)題可以及時(shí)進(jìn)行處理，防止問(wèn)題進(jìn)一步擴(kuò)大，或者可通過(guò)采集數(shù)據(jù)對(duì)鉆井工具進(jìn)行優(yōu)化與改進(jìn)，確保造斜井段施工可以安全、高效開(kāi)展。

（2）優(yōu)化設(shè)計(jì)定向井鉆井作業(yè)施工方案

在鉆井過(guò)程中，可以定向井井斜角度以及方位角度為基礎(chǔ)，從而完成造斜井的區(qū)段設(shè)計(jì)工作，使定向井鉆井作業(yè)施工得到進(jìn)一步優(yōu)化。以區(qū)段施工要求為基礎(chǔ)，定向井鉆井作業(yè)施工的優(yōu)化方式有以下兩個(gè)方面：①在定向井鉆井工作中，油氣田的區(qū)段、地層被劃分出很多個(gè)區(qū)域，為了確保鉆井作業(yè)可以安全開(kāi)展，防止在造斜角施工中出現(xiàn)安全隱患，需要對(duì)定向井鉆井工藝進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，提升鉆井作業(yè)的安全性。②在制定定向井鉆井工藝技術(shù)方案時(shí)，方案中應(yīng)用完整的管理體系，例如，施工技術(shù)管理、設(shè)備管理以及工程信息管理等。借助完善的工程管理體系，可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)井眼軌跡參數(shù)，確保井眼軌跡可以得到嚴(yán)格控制，同時(shí)也可有效防止安全事故發(fā)生，提升鉆井企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，加快油氣田的鉆井效率。因此，鑒于定向鉆井工藝技術(shù)如此重要，所以鉆井企業(yè)應(yīng)從優(yōu)化設(shè)計(jì)定向井鉆井作業(yè)施工管理入手，有針對(duì)性地選用定向井鉆井工藝技術(shù)，提高鉆井作業(yè)施工技術(shù)應(yīng)用水平，合理優(yōu)化鉆井工具，保證井眼軌跡符合鉆井方案要求。最后，針對(duì)障礙井區(qū)段作業(yè)，鉆井作業(yè)過(guò)程中應(yīng)加強(qiáng)井眼軌跡監(jiān)測(cè)頻率，密切留意是否存在井斜情況，及時(shí)檢測(cè)巖屑樣本，做好完備的防碰措施。概括的說(shuō)，唯有科學(xué)、合理的定向井鉆井作業(yè)施工方案以及先進(jìn)的設(shè)備技術(shù)，才可為鉆井企業(yè)營(yíng)造良好的鉆井環(huán)境，所以在應(yīng)用定向井鉆井工藝前務(wù)必要優(yōu)化方案的每一處細(xì)節(jié)，確保井眼質(zhì)量符合施工方案要求。

（3）優(yōu)化定向鉆井工藝技術(shù)

隨著機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷成熟，各個(gè)行業(yè)開(kāi)始注重將計(jì)算機(jī)技術(shù)與機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)相互結(jié)合并加以運(yùn)用。對(duì)于鉆井工作而言，計(jì)算機(jī)技術(shù)、機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)的加入，可以使鉆井工具得到最大限度的優(yōu)化與改進(jìn)，加快鉆井工程的實(shí)施效率，緩解鉆井工作人員的工作強(qiáng)度，使定向井鉆井工作開(kāi)展得更加順利、有序?，F(xiàn)階段，動(dòng)力鉆具、穩(wěn)定器以及高精度檢測(cè)工具在定向井鉆井工作中得到了廣泛應(yīng)用，相關(guān)工作人員可在鉆井前對(duì)上述設(shè)備進(jìn)行了解，知曉上述設(shè)備的功能與特性，同時(shí)做好設(shè)備調(diào)校工作，及時(shí)保養(yǎng)高精度監(jiān)測(cè)儀器，合理使用各類(lèi)儀器、設(shè)備，為后續(xù)定向井鉆井工作打好基礎(chǔ)。此外，在定向井中，為了防止井噴、鉆井液污染儲(chǔ)層等事故發(fā)生，鉆井人員應(yīng)對(duì)各類(lèi)井控設(shè)施進(jìn)行合理使用。由于不同地層區(qū)段的地質(zhì)條件不同，應(yīng)以地層區(qū)段的地質(zhì)條件為參照，合理組合鉆井工具，有助于提升鉆井效率與質(zhì)量。最后，針對(duì)斜井區(qū)段的鉆井施工，為了提升套管使用時(shí)間，減少套管的磨損程度，應(yīng)選用低轉(zhuǎn)速、高壓力的鉆井方案進(jìn)行施工，可以有效減少鉆井成本，最大限度提升定向井鉆井施工質(zhì)量。

（4）利用鉆柱力學(xué)以及井眼仿真設(shè)計(jì)

利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的算力支持，可將仿真軟件安裝在計(jì)算機(jī)中，并利用仿真軟件對(duì)井下鉆柱力學(xué)的表現(xiàn)方式進(jìn)行仿真設(shè)計(jì)，構(gòu)建科學(xué)的力學(xué)模型，有助于提升大斜度定向井鉆井工作的合理性，確保定向井鉆井工作可以有序開(kāi)展。此外，在定向井鉆井仿真軟件的幫助下，工程人員可直接在計(jì)算機(jī)中對(duì)不同施工方案進(jìn)行模擬，從中選擇出最合理的定向井鉆井工藝技術(shù)方案。與此同時(shí)，鉆井工具的屈服特性好壞，將直接影響鉆井工作的工作狀態(tài)，所以可借助三軸應(yīng)力法，對(duì)鉆井工具的抗拉強(qiáng)度進(jìn)行驗(yàn)算，確保鉆頭在旋轉(zhuǎn)時(shí)，其軸向載荷不會(huì)超過(guò)彎曲臨界荷載。與此同時(shí)，在鉆井過(guò)程中，要對(duì)井眼的清潔狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，利用計(jì)算機(jī)構(gòu)建井眼模型，計(jì)算出井眼的清潔狀態(tài)對(duì)后續(xù)鉆進(jìn)工作的影響程度。如果井眼清潔狀態(tài)不達(dá)標(biāo)，將會(huì)產(chǎn)生卡鉆問(wèn)題，影響鉆井效率與質(zhì)量。因此，在鉆井作業(yè)時(shí)，應(yīng)針對(duì)地質(zhì)特點(diǎn)嚴(yán)控控制鉆進(jìn)速度，做好井眼清潔工作，密切監(jiān)測(cè)井眼清潔狀態(tài)，保證后續(xù)工作可以順利進(jìn)行。

5 結(jié)語(yǔ)

當(dāng)前，我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展正處于騰飛的時(shí)代，隨著我國(guó)石油資源需求量的不斷擴(kuò)大，傳統(tǒng)鉆井技術(shù)無(wú)法適應(yīng)未來(lái)發(fā)展要求。因此，未來(lái)加大油氣資源的開(kāi)采效率，需要根據(jù)我國(guó)鉆井工程特點(diǎn)，不斷地對(duì)定向井鉆井工藝技術(shù)進(jìn)行研究與優(yōu)化，幫助鉆井作業(yè)人員了解定向井鉆井工藝技術(shù)特點(diǎn)，注重將現(xiàn)代化技術(shù)與定向井鉆井工藝技術(shù)相結(jié)合，使定向井鉆進(jìn)工藝技術(shù)應(yīng)用水平不斷提升，對(duì)加快我國(guó)油氣資源的開(kāi)發(fā)程度可起到十分重要的意義。