定向井技術西南石油工程公司的應用

【摘要】定向井技術是當今世界石油勘探開發領域最先進的鉆井技術之一，它是由特殊井下工具、測量儀器和工藝技術有效控制井眼軌跡，使鉆頭沿著特定方向鉆達地下預定目標的鉆井工藝技術。采用定向井技術可以使地面和地下條件受到限制的油氣資源得到經濟、有效的開發，能夠大幅度提高油氣產量和降低鉆井成本，有利于保護自然環境。西南石油工程臨盤鉆井分公司多年采用定向井技術，收到了顯著的經濟效益和社會效益。本文主要總結了西南石油工程公司打定向井時的一些要點等知識。

【關鍵詞】概念軌跡控制防斜打非常規

1、定向井的基本應用

油田埋藏在高山、城鎮、森林、沼澤海洋、湖泊、河流等地貌復雜的地下，或井場設置和搬家安裝碰到障礙時，通常在他們附近鉆定向井。用直井難以穿過的復雜層、鹽丘和斷層等，常采用定向井。鉆井技術需要：遇到井下事故無法處理或不易處理時，常采用定向井技術。如：掉鉆頭、斷鉆具、卡鉆等。經濟有效的勘探開發油氣藏的需要：原井鉆探落空，或鉆通油水邊界和氣頂時，可在原井眼內側鉆定向井；遇多層系或斷層斷開的油氣藏，可用一口定向井鉆穿多組油氣層；對于裂縫性油氣藏可鉆水平井穿遇更多裂縫、低滲透性地層、薄油層都可鉆水平井，提高單井產量和采收率；在高寒、沙漠、海洋等地區，可用叢式井開采油氣。

2、定向井的基本概念

2.1 井斜角：過井眼的軸線上某測點做井眼軸線的切線，該切線向井眼前進方向延伸的部分稱為井眼方向線。井眼方向線與重力線之間的夾角就是井斜角。井斜角表示了井眼軌跡在該測點處傾斜的大小。

2.2 方位角：某測點處的井眼方向線投影到水平面上，稱為井眼方位線，或井斜方位線。以正北方位線為始邊，順時針方向旋轉到井眼方位線上所轉過的角度，即井眼方位角。

2.3 磁偏角：目前廣泛使用的磁性測斜儀是以地球磁北方位為基準的。磁北方位與正北方位并不重合而是有個夾角，稱為磁偏角。

2.4 水平位移：簡稱平移，指軌跡上某點至井口所在鉛垂線的距離，或指軌跡上某點至井口的距離在水平面上的投影。此投影線稱為平移方位線。水平位移常以字母S表示。

2.5 井眼曲率：指井眼軌跡曲線的曲率。井眼彎曲的程度：井段長度不變，狗腿角越大，則井眼前進方向變化的越快，井眼彎曲越厲害，井眼曲率越大。幾種叫法：井眼曲率也稱為全角變化率，又稱狗腿嚴重度（簡稱為狗腿度），都是同一個概念，是指單位長度井段內狗腿角的大小。

3、定向井軌跡控制方法

3.1 定向前準備。要了解作業區域和地理位置。調研該地區已完井的鉆井作業資料，了解地層情況及方位漂移規律，根據地理位置，了解有關地層壓力、地溫梯度、地層傾角、走向、巖性、斷層，可能遇到的復雜情況，以及油藏特殊要求等。了解鉆井隊情況，如鉆井泵性能，井下鉆具組合各組件的基本情況等。應根據設計的井身剖面類型、井身結構、鉆井液類型、完井方法等進行合理設計，以利于安全、優質、快速鉆井。

3.2 階段井眼軌跡控制。軌跡控制貫穿鉆井作業的全過程，它是使實鉆井眼沿著設計軌道鉆達靶區的綜合性技術，也是定向井施工中的關鍵技術之一。井眼軌跡控制的內容包括：優化鉆具組合、優選鉆井參數、采用先進的井下工具和儀器、利用計算機進行井眼軌跡的檢測預測、利用地層的方位漂移規律、避免井下復雜情況等等。井眼軌跡控制技術按照定向井的工藝過程，可分為直井段、造斜段、增斜段、穩斜段、降斜段、扭方位井段和水平段的控制技術。

4、使用新型鉆具防斜打技術

一般情況下，對井斜的控制是依據地層特性和井斜控制的具體要求，采用的常規防斜打直鉆具組合有鐘擺鉆具、塔式鉆具、等幾種。直井的下部鉆具組合是滿眼鉆具和鐘擺鉆具。塔式鉆具是鉆上部地層時常用的一種鉆具組合。

4.1 滿眼鉆具。滿眼鉆具一般由3～5個外徑與鉆頭直徑較接近的穩定器和大尺寸鉆鋌組成。主要優點是使地層因素對井斜的影響減小，能有效地控制井斜變化率而避免出現嚴重狗腿；另外鉆壓的影響也小得多。可以采用更大的鉆壓，鉆頭工作穩定性好，對提高鉆速是十分有利的。井眼穩定、規則是保證滿眼鉆具使用效果的重要條件。如果在鉆進過程中造成井徑擴大，使穩定器失去有效支撐將導致滿眼組合的失敗，從而引起井斜的急劇變化。由于穩定器數量多，打撈更加困難。使用滿眼鉆具時，在一般情況下，井斜總是呈穩定或緩慢上升的趨勢，因而不能用這種組合來降斜或控制井斜角的變化。應充分考慮以上幾個方面的特性，根據實際需要與條件確定是否使用滿眼鉆具。

4.2 鐘擺鉆具。鐘擺法糾斜是利用“鐘擺”原理糾斜的一種方法，其實質是通過使用專用的防斜鉆具組合及相應的技術措施來增大鐘擺減斜力，以平衡和克服地層造斜力。鐘擺鉆具有著廣泛的應用范圍，是一種重要而簡單的下部鉆具組合。應當特別指出，地層因素對鐘擺鉆具防斜效果的影響十分突出。如果實際的地層特性參數與預計的不一致，井斜趨勢可能與計劃完全相反。鐘擺鉆具組合對鉆壓特別敏感。鉆壓加大，增斜力增大，鐘擺力減小。鉆壓再增大，扶正器以下的鉆柱出現新的接觸點，從而完全失去鐘擺組合的作用。

4.3 塔式鉆具。塔式鉆具是在鉆柱下部使用變直徑的鉆鋌，自下而上其直徑逐漸減小，形如塔狀，故稱塔式鉆具。塔式鉆具是比較廣泛使用的一種防斜鉆具。經過長期實踐，一些油田認為塔式鉆具施工的井眼規則，井斜變化率不大。這種鉆具對于井徑易擴大的地層（如松軟地層、巖鹽層等）特別有效。

5、非常規防斜打直技術的應用

很多情況下，常規的防斜打直技術，在一些特殊地區、區塊和井段無法實現防斜打直的目的，還會嚴重影響鉆井速度。這就要采用一些特別的手段、工具、工藝和技術。

5.1 復合防斜打快技術。隨著定向技術的發展，以螺桿和隨鉆為主的導向鉆井技術應用于防斜糾斜，在很大程度上解決了井斜問題。其鉆井的機理是利用井下動力鉆具結合轉盤鉆進，實現了整個井段的井斜、方位的控制，不需要起鉆倒換鉆具組合。

5.2 自動垂直鉆井技術。在高陡構造、大傾角地層，防斜打直一直是鉆井技術的前沿課題，近年來，最新的防斜打直技術自動垂直鉆井系統得到了較好的應用。自動垂直鉆井系統是一種帶有井下閉環控制的系統，可實現井下主動糾斜，保持井眼垂直，具有極高技術含量的機、電、液一體化的鉆井工具。其防斜打直的效果不受鉆壓等參數的影響，有利于大幅提高機械鉆速。