石油定向井鉆井軌跡控制技術探究

殷會鵬 袁君 喬浩

摘 要：近年來，我國發展十分迅猛，在經濟發展的激流中石油的重要影響已經展露出來。從石油中不僅可以提煉出用于維持汽車和機器運轉的汽油和柴油，還可以提煉出作為人們生活及工業重要燃料的煤氣。因此，對石油的勘探和開采力度逐步加大，而開采石油的鉆井技術也在飛速進步。在19世紀中后期，石油鉆井首次正式應用到了定向井鉆井技術，在施工過程中，井眼軌跡控制技術可以稱得上是定向井鉆井的關鍵技術，而直井段、造斜段和穩斜井段各自采用的井眼軌跡控制技術又是存在差異的。總的來說，井眼軌跡控制技術在不斷地改進和完善中使定向井鉆井軌跡控制水平的得到了大幅度的提高，在這個關鍵技術的支持下定向井施工才會有條不紊的進行。

關鍵詞：定向井，關鍵技術，石油，井眼軌跡

定向鉆井的含義是是井身保持原先確定好的方位和井斜進行施工直到達到目的層。在石油開發過程中往往會遇到不可控的復雜因素影響施工，而使用定向井鉆井技術則可以很大程度上解決這些問題。定向井鉆井技術作為石油勘探和開采領域在目前世界上最先進的鉆井技術之一，擁有特殊的井下工具、測量器具和工藝技術，能夠很好地控制井身的軌跡，控制著鉆頭朝著既定的方向施工，這類技術的實用性非常高，能夠使地上或者地下受到條件限制的油田得以開發，而且還能增加石油產量降低開發成本，因此在石油開采領域得以廣泛應用。但定向井井眼控制技術也存在實施上的困難，必須不斷優化才能達到對井眼軌跡控制的精確控制，而且還要根據井段的不同制定各有特點的定向井鉆井軌跡控制技術。

1 定向井鉆井軌跡控制技術的重要性

可以說，明確定向井鉆井施工中所應用的鉆井軌跡是整個鉆井施工計劃的基礎前提，只有鉆井軌跡確定好了才能夠順利進行下一步作業。如果鉆井軌跡設計不合理，那么將會嚴重影響到施工的進程，大大降低施工效率，增加施工成本。因此，必須更加深入的對鉆井軌跡控制技術進行探究，不斷地優化完善。另一方面，由于石油開采所處的位置、地形地貌和地質情況都有所不同，不同地形的開采方式又是不一樣的，這就給定向井的鉆井施工帶來很大的困難。這樣看來，不管是出于哪個方面的考慮，加強對定向井鉆井軌跡控制技術的研究不斷優化完善技術是如今非常必要的措施。

2 影響定向井鉆井軌跡準確度的因素

2.1 軌跡設計因素

在對定向井鉆井軌跡的設計中目前最普遍使用到的是三維設計技術，但三維技術在應用中的最大弊端在于不能達到鉆井施工所要求的精確度，而且井下的地質情況又十分復雜不能一概而論，想要單單通過三維技術就能規避所有障礙物是不可能實現的。因此這些井下障礙物不能及時規避的問題、不能夠精確地確定鉆井軌跡關鍵點的問題、校驗井眼曲率準確度不夠的問題等都會導致定向井施工期間軌跡偏離預先設計，從而使得鉆井軌跡合理性出現偏差。

2.2 施工技術因素

表層鉆井施工時，由于水閥門的泵壓和排量不足這一因素引起的現場施工事故打滑現象不在少數，更有甚者會直接造成嚴重的井漏事故，這些事故會大大的降低鉆井施工效率、增加鉆井成本，甚至給企業帶來更大的經濟損失。直井段鉆井施工時，施工人員必須在鉆井過程中對井距方位時時監測調整，這樣才能夠避免鉆井施工中存在碰井現象。除因井距方位監測調整失誤引起的碰井問題之外，在施工期間對井斜控制失誤也會在后面的鉆井過程中增加施工風險。造斜段鉆井施工時，機械鉆具在磨阻等種種因素的影響下也會使造斜更加困難。

3 控制定向井鉆井軌跡的舉措

3.1 嚴格把控軌跡設計

為了能夠使定向井鉆井工程順利實施，必須對施工過程層層把關，每一個步驟都嚴格控制，尤其是在軌跡的設計階段，必須要求設計人員仔細的勘察施工現場，每一處設計都要做到精準無誤，對井下地質和可能遇到的不確定性因素做到提前預判，合理的應用針對性的目標函數，反復加強軌跡設計，優化定向井鉆井的實施計劃，將在使用三維設計技術設計定向井鉆井軌跡時出現的種種問題逐一解決從而使得設計不斷優化，這樣一來，在底下遇到未知問題的應對策略也會更加充分，對于較為復雜的問題也可以共同探索攻克難題的關鍵所在。

3.2 嚴格把控施工技術

要想避免鉆井施工因素對鉆井軌跡的不利影響，更大程度的強化對鉆井軌跡的控制，就必須要找出最適合的鉆井方法，對施工方案反復推敲優化。要合理利用復合鉆井技術，對定向井施工的質量嚴格把控，在提高施工效率的前提下對鉆井軌跡進一步的優化完善。但是，應用這類復合鉆井技術所需的成本時非常高的，因此考慮到成本投入問題，這類技術仍然需要提高優化。

4 定向井鉆井軌跡控制技術

4.1 直井段井眼軌跡控制技術

在直井段施工的過程中應用到井眼軌跡控制技術來保持井身打直防止方位傾斜，這一要求正是定向井鉆井井眼軌跡控制技術的工作基礎，對這一技術的合理應用會給直井段鉆井的施工奠定十分堅實的基礎。

直井段鉆井施工過程中因為受到工程、地質因素和井眼擴大等因素影響常常會出現井斜事故，而遇到的地質問題往往是不可預測的，因此我們必須在定向井施工期間或在井眼擴大間隙利用精確的技術手段對直井段鉆井軌跡進行嚴格把控。而在這個過程中，選擇與直井段鉆井所遇到的實際情況相匹配的鐘擺鉆具組合及滿眼鉆具成為最關鍵的所在。這種器具組合在偏離超過一定角度之后能夠自發的產生一個回復力，同時還可以有效的糾正施工過程中遇到的井斜問題。然而我們仍然要注意一定要保證鉆壓的適當合理，因為如果鉆壓太過大就會不可避免的影響鐘擺力，進而使得增斜力增大，這樣一來，就會導致糾斜功能在準確性上的失誤，大大降低糾斜效果。類似的，應用滿眼鉆具于鉆井施工，也可以有效防止出現井斜問題，只需要在施工中盡最大能力的將扶正器靠近井壁就可以達到糾正井斜的作用。

4.2 造斜段井眼軌跡控制技術

造斜段鉆井施工在整個石油開采的定向井鉆井過程中處于一個非常重要的地位。造斜就是把先前已經確定好的造斜點作為施工的起始點，以井口的鉛垂線為參考，使鉆頭能夠偏離鉛垂線來加快傾斜鉆進，從而能夠達到造斜鉆進的效果。按照先前確定好的軌跡路線，對方位偏差、井斜角等因素進行合理估算，然后準確計算出造斜率，這樣一來就能給造斜鉆井的施工帶來非常有效的指導，除此之外，還要通過增加鉆鋌對復合鉆進和滑動鉆進比例反復調整，經過這一系列步驟就能夠固定鉆頭軌跡，達到按照原先設計軌跡鉆井的目的，造斜段井眼的施工便可以順利完成了。

4.3穩斜井段井眼軌跡控制技術

石油開采定向井鉆井施工期間，造斜段鉆井施工結束后緊接著就是穩斜段鉆井施工了。在穩斜段鉆井施工期間，主要可以通過無線隨鉆測井儀器時時跟進鉆頭的工作狀態，并獲取即時監測數據，通過監測鉆頭的實際井斜角和方位角偏離狀態等數據，施工人員可以及時的發現施工中出現的問題并且能夠迅速的處理這些問題，以保證鉆頭能夠按照原定計劃準確完成施工。如果失去了無線隨鉆測井儀器的助力，則需要在鉆井過程中用到穩斜鉆具組合，而且在定點測斜時也需要應用到單點測斜儀器及多點測斜儀器來保證井眼能夠按照原定設計軌跡施工，從而實現提高定向井鉆井質量的目的。

5 結語

綜上所述，在石油開采過程中使用到的定向井鉆井技術，應該首先勘探地質特征，根據不同的地質設計出符合地質特點的井眼軌跡剖面，然后根據實際情況選擇出最合適的軌跡類型，對不同的井段（包括上文中涉及到的直井段、造斜段和穩斜井段等）采用不同的軌跡控制技術，如此才能保證定向井鉆井順利施工。還要全面的分析對鉆井軌跡控制產生影響的因素，從而不斷地優化鉆井軌跡控制技術以提高施工效率，降低施工成本，保證施工安全順利的進行。

參考文獻：

[1]張長清.影響定向井鉆井速度的因素及提升措施[J].中國石油和化工標準與質量，2019，39（12）：23-24.

作者簡介：

殷會鵬（1981- ），男，大學本科學歷，鉆井工程師，從事鉆井定向工作，蘇里格區塊水平井軌道設計與軌跡控制負責人。