定向井鉆井關鍵技術探討

曹海峰

摘要：定向井鉆井技術相比直井而言，有其特殊的優勢，已經成為國內外各個油田勘探開發的重要技術之一，本文對定向井鉆井中的井眼軌道剖面類型優化、造斜點的優選，以及井眼軌跡控制技術等定向井關鍵技術進行了探討和分析，對定向井現場施工具有一定的指導作用。

關鍵詞：剖面類型;造斜點;軌跡控制

當今在石油鉆井技術主要分為兩大類型，一類鉆井是井口與井底在一條鉛垂線上，就是所謂的直井，其鉆井特點就是在鉆井施工過程中嚴格控制井斜角，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，需要預先按照人為需要或者地質需求設計一條能夠滿足需求的井眼軌道，施工中要使井眼軌跡與設計軌道近似重合，這就是定向鉆井技術。

1 定向井井眼軌道優化設計技術

定向井井眼軌道優化設計是實鉆井眼軌跡控制技術的基礎，是定向井鉆井技術的首要環節。定向井井眼軌跡設計的好壞，直接影響著定向井鉆井質量和鉆井機械鉆速，因此定向井井眼軌道優化設計決定著鉆井施工能夠順利進行，能否節約鉆井成本，取得最大的經濟效益。

1.1 定向井井眼軌道設計思路

在進行定向井井眼軌道優化設計時，首先應該遵循地質設計要求，既依照目的層油藏發育情況和產量預測;其次要選擇最佳的井眼軌道;第三要依據最佳井眼軌道對完井方法和套管柱進行設計;最后進行鉆井效益的綜合評價。

1.2 定向井井眼軌道設計方法

定向井井眼軌道設計是一個反復尋優的過程，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，結余鉆井成本對多種井眼軌道剖面類型進行系統分析，然后應用計算機定向井設計施工軟件完成定向井井眼軌道優化設計。

1.3 定向井井眼軌道剖面類型優選

定向井井眼軌道剖面類型是按照人為的設計情況進行區分的，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行探討。

1.3.1 直-增-穩三段制井眼軌道剖面

直-增-穩三段制井眼軌道剖面是定向井軌道剖面類型中最簡單的一種軌道剖面形式，由直井段、增斜段、穩斜段組成，這種剖面類型造斜點相對較淺，造斜率較低、最大井斜角較小，一般使用于沒有表層套管或者只有一個靶點的定向井。

1.3.2直-增-穩-降四段制井眼軌道剖面

直-增-穩-降四段制井眼軌道剖面與直-增-穩三段制井眼軌道剖面相比，增加了一個降斜井段，相比較而言就顯得有點復雜了，這種軌道剖面類型在進行造斜完成后，進入穩斜段的鉆進，當井底水平位移達到地質設計要求時，進行降井斜作業。這種剖面類型適用于地層相對復雜，而且要穿越多個油層的井。

1.3.3 直-增-穩-降-直五段制軌道剖面

直-增-穩-降-直五段制軌道剖面主要由直井段、增斜段、穩斜段、降斜段、直井段組成，這種軌道剖面類型更為復雜，一般如果沒有特殊地質要求不進行設計。直-增-穩-降-直五段制軌道剖面造斜點比較深，與前兩種軌道剖面類型相比水平位移比較短，由于施工工序復雜，需要多次起下鉆進行施工，鉆井施工周期長，施工費用昂貴。

在定向井井眼軌道優化設計時，在滿足地質條件要求時，盡量選擇利于安全鉆井施工，軌道剖面類型簡單，經濟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-穩三段制軌跡剖面類型。

2 定向鉆井造斜點優選選擇

定向井施工中造斜點的優選對鉆井施工至關重要，造斜點選擇合適，可以降低鉆井施工難度，提高整體機械鉆速，獲取最大經濟效益，還對平臺叢式定向井防碰工作起到至關重要的作用，在造斜點優選時主要應該考慮下面幾個因素。

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

（2）造斜點的選擇盡量在砂巖中，因為砂巖地層井徑相比比較穩定，而泥頁巖遇水后容易膨脹，不定向施工安全。

（3）因為現在所有用的定向儀器都是磁性儀器，因此在有表層的時候，造斜點選擇一定要避開套管的磁性干擾，最好選擇在套管鞋以下50米的地方，這樣既利于避開磁性干擾，同時也能夠避免井下螺桿鉆具損失套管鞋。

（4）在進行定向井造斜點優選時，一定要考慮最大井斜角，造斜點選擇過深，必然引起井斜角增大，增加施工難度;造斜點選擇過淺，井斜角還過小，又不利于方位的穩定，因此在造斜點選擇時，一定要綜合考慮各個因為，確定最佳造斜點。

3 定向井軌跡控制技術

3.1 造斜工具的選用

單彎螺桿鉆具主要由旁通閥、馬達、萬向軸、傳動軸幾個部分組成，其中馬達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部分。馬達主要由定子和轉子組成，輸出的扭矩和轉速的大小主要是由定子和轉子的螺旋角和凸瓣數決定的，根據定、轉子頭數對比關系的不同，可以分為高轉速低扭矩馬達、中轉速中扭矩馬達和低轉速高扭矩馬達。如1/2頭關系的馬達為高轉速低扭矩馬達，7/8頭關系的馬達為低轉速高扭矩馬達。

3.2 軌跡控制技術

定向井軌跡控制的基本原則就是通過選擇合適的鉆具組合、優選和調整鉆井參數，使井眼軌跡最終中靶。一個優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、優質、高效。

3.2.1造斜段軌跡控制技術

在造斜井段，應用合適的鉆具組合和單彎螺桿鉆具從造斜點開始進行造斜施工，直至井斜達到設計要求，保證中靶為止。

3.2.2 穩斜井段軌跡控制技術

穩斜井段選擇三扶正器強穩鉆具組合，每鉆進100-150m進行定點測斜，根據測斜結果進行計算分析，在偏差較大情況下進行倒換鉆具組合，保證中靶。

4 結論

隨著科技進步，定向井鉆井技術已經越來越成熟，在文章中提到的定向井剖面類型、造斜點、井眼軌跡控制等關鍵技術的基礎上，正向著系統化、規范化、自動化、集成化方向發展，在不久的將來，定向井鉆井技術將成為油田增儲上產的關鍵技術，為油田勘探開發工作提供更大的技術支持。

參考文獻：

[1] 王曉雪，王成.定向鉆井技術定向井鉆井技術[M]，石油工業出版社.