現代導向鉆井技術的新進展及發展方向研究

張春陽

摘要：隨著現代導向鉆井技術在油氣勘探領域中的廣泛應用，有必要探索研究該技術的最新進展及發展方向。本文首先概述了導向鉆井技術，其次分析了現代導向鉆井技術的最新進展，最后指出了現代導向鉆井技術的發展方向。

關鍵詞：現代導向鉆井技術；新進展；發展方向

當前，隨著現代導向鉆井技術的不斷發展，其已經成為了油氣勘探過程中不可或缺的重要工具，通過對現代導向鉆井技術的新進展及其發展方向進行研究，現實意義巨大，相關人員必須予以高度重視，將現代導向鉆井技術運用到實踐中去。

1導向鉆井技術

導向鉆井主要涵蓋了效能較高的鉆頭、導向動力鉆具、隨鉆測量，同時配備了計算機軟件，共同構成導向鉆井系統，在石油鉆井領域中得到了廣泛應用，能對定向與開轉盤兩種工況進行適時變更，不間斷地進行定向造斜、增斜、穩斜、降斜等作業，有效克服了過去需要起鉆變更鉆具組合的問題，不僅作業效率快，而且還實現了高品質的井身軌跡。

導向鉆井技術的階段有：（一）從導向工具角度上看，包括滑動導向鉆井與旋轉導向鉆井。其中，滑動導向鉆井工具運行過程中，鉆柱隨著鉆頭的轉動向前滑動推進。滑動導向鉆井工具的缺陷是：鉆柱存在較大的扭矩和摩阻，井眼清洗不凈，鉆井速率慢。旋轉導向鉆井過程中，鉆柱跟鉆頭一起轉動。井眼清洗全面，不過鉆頭扭矩會使下部鉆柱發生扭轉振動，且成本費用高。（二）從導向方式角度上看，包括幾何導向鉆井與地質導向鉆井。其中，幾何導向鉆井主要在井下隨鉆測量儀器對存在的幾何參數進行測量，將井斜、工具面的數值輸送到控制系統中，由控制系統對井身軌跡進行調控。地質導向鉆井不僅具備了幾何導向作用，還隨鉆測井測量得出準確的地質參數，對井身軌跡進行實施調控，確保鉆頭順利向前。

2現代導向鉆井技術的新進展

2.1旋轉導向鉆井技術

旋轉導向鉆井技術適用于一些結構繁復的油井開采工作如水平井、多分支井等，在油井鉆探作業中采用旋轉導向鉆井技術，不僅保證了井體軌跡的平滑性，而且鉆探作業效率非常可觀，無需花費太高的成本費用；不僅防止了大位移帶來的較大摩阻與扭矩，而且有效處理了垂直鉆井、超薄油藏水平鉆井問題。旋轉導向鉆井技術的鉆探深度可以實現十五千米左右，可謂是所有鉆井技術中的“餃佼者”，所以旋轉導向鉆井技術受到了廣泛歡迎。目前，探索研究旋轉導向鉆井技術的優越性和先進性已經成為了重點課題之一。

2.2滑動導向鉆井技術

由于滑動導向鉆井技術實際應用中暴露了一些缺陷，雖然能夠進一步減少進尺費用，保證鉆探速率，但是會發生馬達磨損嚴重等問題。隨著社會經濟的快速發展，越來越多的人開始最求資源最大化，由于受到了油氣藏地質及環境等因素的影響，致使鉆探、開采工作無法正常有序開展，所以滑動導向鉆井技術現已滿足不了現代導向鉆井的要求。滑動導向鉆井過程中，作業人員為了實現控制井身軌跡、降低成本費用、提高鉆探速率等目的，將轉盤法與滑動導向鉆井有機結合，進而開展交替鉆井。然而即使運用了交替鉆井也并未實現最終目的，并且還降低了鉆探速率，下鉆次數增多，最終導致井身軌跡平滑度不夠、粘滑、井眼方位頻繁變動等問題。通過滑動導向鉆井技術進行鉆探作業時，當鉆井深度高出相鄰井深度四千米左右，將無法實現均勻且不間斷的滑動任務，給滑動鉆進帶來了極大的難度。如果滑動鉆進過程中，鉆柱不斷朝下滑動，那么將影響旋轉鉆頭功率，使鉆頭達不到應有的鉆壓，提高了摩阻力，最終阻礙了鉆探速率的提升。

2.3垂直鉆井技術

垂直鉆井技術涉及四個方面：（一）偏軸鉆具組合防斜打快技術。在較大鉆壓情況下，偏軸鉆具組合因其上部設置了偏軸接頭，因此偏軸接頭部位就形成了極為顯著的彎矩性能，進而導致偏軸鉆具組合發生了彎曲變形情況。鉆柱在轉盤的作用下賦予了偏軸鉆具組合更多的弓形回旋性能。首先，偏軸鉆具組合存在一定的陀螺效應，發揮了穩斜作用，有效避免了井斜問題。其次，其鉆頭對井壁周圍進行了均勻切削，有效解決了因常規鐘擺鉆具鉆頭增加上井壁斜度的問題。（二）偏心“剛柔”鉆具組合防斜打快技術。查閱有關研究資料后發現，偏心“剛柔”鉆具雖然能規避井斜問題，保證鉆探效率，但是不具備動力學效應。如果將偏心“剛柔”鉆具運用到一些傾斜度大的地層中開展垂直鉆井工作，那么將很難實現預期的防斜目的。基于此，通過合理設計偏心控制部位，并在該部位上設置相應的偏心控制器，于是就產生了偏心“剛柔”鉆具組合。

3現代導向鉆井技術的發展方向

雖然上述的現代導向鉆井技術帶來了諸多的便捷性，但也不可避免有一些不足，對現代導向鉆井技術的健康發展造成了不小的影響。所以加強改善現代導向鉆井技術十分重要和必要。

3.1健全旋轉導向鉆井控制理論

我們在健全旋轉導向鉆井控制理論過程中，應切實考慮以下內容：第一，通過旋轉導向矢量控制理論對井身與待鉆探井身間的偏差進行有效控制。第二，通過智能控制理論對鉆井中出現的各不確定性因素及滯后性情況進行有效控制。第三，將控制指令從地面傳達到井下，接著通過旋轉導向工具就能根據指令順利開展作業。第四，通過自主制導理論支持自主式旋轉導向鉆井系統的設計。第五，加強鉆井領域中的鉆柱力學理論、模型等研究力度。

3.2健全旋轉導向鉆井系統

在健全旋轉導向鉆井系統過程中，應做好以下幾點：第一，軟件系統。旋轉導向鉆井系統在鉆井過程中涉及的軟件有：專門用于控制旋轉導向工具的軟件、預置井身軌跡設計軟件、可視化與導向閉環鉆井系統軟件等。第二，地面監控系統。該系統在旋轉導向鉆井系統中涉及了智能決策支持系統、傳輸與接收信號的子系統、地面計算存儲分析模擬系統。由地面向井下傳達具體的控制指令，這是地面監控系統的核心點，在閉環信息流基礎上對井身軌跡進行有效調控和監視。第三，井下與地面雙傳輸通訊系統。無線泥漿脈沖雙向傳輸系統是該系統的關鍵性技術，不過無線泥漿脈沖雙向傳輸系統還有一些不足和滯后情況。第四，隨鉆實時測量參數系統。涵蓋了隨鉆工程參數、隨鉆測井、隨鉆井身幾何參數等。當前，隨鉆測井過程中已經采用了多聯隨鉆測量儀器，并且普及了隨鉆聲波、隨鉆壓力等測量手段，還實現了多元化隨鉆地震技術。第五，出于在極端井下環境中正常開展鉆進工作的考慮，現代旋轉導向鉆井技術正逐步優化完善自身的技術指標。

3.3完善現代垂直鉆井技術

在完善現代垂直鉆井技術過程中，應考慮以下內容：第一，積極研究開發一類能夠有效解放鉆壓，能夠有效防止井斜的垂直鉆井技術。第二，在定向井與水平鉆井技術基礎上形成的旋轉導向鉆井技術已經成為了垂直鉆井作業的重要工具。所以我們當前應重點考慮研究開發用于垂直鉆井的導向工具。

3.4推動快速閉環鉆井技術

隨鉆測量和地面可遙控導向鉆井技術現已成為了鉆井領域的重要工具，快速閉環鉆井技術在我國還處于發展探索階段，將研究重心放在了自主導向鉆井技術和全閉環自動導向鉆井技術層面上。這是現代導向鉆井技術的重點發展方向，未來會在航空與航海等領域中發揮作用。與此同時，幾何導向與地質導向也是現代導向鉆井技術的發展對象，成為了現代導向鉆井技術中不可或缺的構成部件，發展速度較快，實際工作中，應結合具體的工作要求科學使用幾何導向技術與地質導向技術。

4結論

綜上所述可知，現代導向鉆井技術在我國取得了較好的發展和成效，將其應用到油氣勘探、開發領域中，有利于提高作業質量和作業效率。需要注意的是，現代導向鉆井技術實際應用過程中暴露了一些漏洞問題，對現代導向鉆井技術的持續穩定發展造成了不小的阻礙，所以應通過一系列的措施加以完善，以確保現代導向鉆井技術整體效用淋漓盡致發揮，為油氣勘探、開采工作做出巨大的貢獻。endprint