定向井鉆井軌跡設計與控制需要注意問題探析

邢開宇

（大慶鉆探工程公司鉆井二公司，黑龍江大慶163413）

在定向井的鉆井施工過程中，井眼軌跡設計與控制一直是技術難點之一，這點在油田開發的中后期階段體現的更為明顯，油田開發的中后期油層情況相對復雜，井眼前進中容易受到多方面因素影響發生偏移，導致定向井施工失敗。因此，對定向井施工過程中井眼軌跡的設計與控制研究，有助于定向井施工的安全、優質與高效。

1 定向井軌跡設計

1.1 設計原則

一般情況下，定向井軌跡設計要以鉆井施工和地質目標作為首要的施工原則，對于定向井鉆井來說，井眼軌跡設計目標是多元化的，如在復雜的井下環境下避開地層的容易坍塌和漏失的層位；開采正常采油井生產中注水無法驅動的死油；進行事故救援井的鉆井施工；平臺定向井的開發。因此，井眼軌跡設計首先應有明確的地質目標，基于目標和施工環境以及現有技術設備手段進行軌跡設計。其次，定向井井眼軌跡設計應以提高鉆井施工的效率與質量作為設計目的，在井眼軌跡設計中在達成各項地質目標的基礎上，應確保整個設計方案施工難度最小、摩阻與扭矩，減少使用損耗。重點應注意在造斜階段應充分考慮地層的穩定性與造斜難度，最大斜角與最小斜角應控制在15°～45°之間，避免因斜度角較小導致的軌跡控制方位不夠穩定，當斜度角較大時，施工難度較高施工設備損耗也大幅度增加，也會造成井壁堆積巖屑，施工安全隱患增加。最后，定向井井眼軌跡的設計中也要充分的考慮后期的采油需求，通過對造斜率和井眼軌跡剖面類型的選擇和優化減少后期采油過程中，抽油桿與油層套管之間的磨損，并確保抽油泵可以順利地下入。

1.2 類型選取

剖面類型的選擇是井眼軌跡設計中重要的工作，定向井井眼軌跡剖面有多種類型可以選擇，在實際的設計工作中，要充分考慮地質目標需求以及現場的施工情況，選擇摩阻最小的剖面類型。目前我國油田定向井施工中常用的剖面類型有三段制、四段制、五段制三種類型，不同類型的剖面有著不同的優缺點以及適用條件。其中三段制操作最為簡單，對施工現場的技術設施要求較低，應用范圍較廣，四段制操作相對復雜需要數次不斷地調整校對才可以實現，同時安全性較低以逐步停止使用。五段制對施工技術環境要求也相對較高，類型也十分復雜，但其有無法取代的優勢，該軌跡剖面類型將油層井段井斜坡設計為0°，有效地降低了后期各項采油作業施工的難度。

2 軌跡控制

2.1 直井段

直井段是定向施工的第一階段也是基礎階段，在直井段的施工中井眼軌跡的控制要點是防止井斜角的產生，確保井眼的垂直前進，提高整體施工效率也為后期的增斜段奠定了堅實基礎。在直井段的施工中，導致井眼前進軌跡出現偏差產生井斜角的影響因素數量較多，但從產生原因類型角度可以分為地質因素及工程因素兩個方面。其中地質因素目前無法通過人為干預手段進行有效的控制，因此直井段階段井眼軌跡控制的重點是降低工程因素對井斜角產生的原因。工程因素方面，鉆具設備是重要的影響因素之一，目前可以有效減少井斜角產生的鉆具設備有滿眼鉆具和鐘擺鉆具兩種。其中，滿眼鉆具是利用與井眼尺寸相當的扶正器進行鉆井，從而最大限度降低了井斜角的產生，但也決定了該鉆具在鉆井進尺較快的井段不建議使用。鐘擺鉆具組合，在鉆井過程中受其特殊的機械結構決定，在鉆進過程中如果產生井斜角，會出現一個相反的作用力，幫助鉆頭回到垂直的狀態，從而減少井斜角的產生。但鐘擺鉆具組合也存在明顯的缺點，鐘擺鉆具組合對于鉆壓反應較為敏感，在鉆壓過大時容易出現適得其反的作用。因此鐘擺鉆具組合直井段的施工中一定要精確計算和控制鉆壓，才可以有效控制直井段的井斜角。

2.2 增斜段

增斜段是定向井鉆井施工的第二階段，該階段需要使用增斜工具引導鉆頭向預定方向偏移至井眼原來的方向。在增斜段的施工中，首先應對直井段的鉆井數據進行分析，對井斜和方位數據進行處理。根據直井段井斜、方位的偏差以靶點目標重新進行待鉆軌跡修正設計,重新計算出定向各段的造斜率大小,來指導定向造斜施工。造斜初期連續定向幾個單根,摸清楚造斜工具和造斜鉆具組合在所施工區塊的實際造斜率,然后通過調整滑動鉆進和復合鉆進的比例,使實鉆井眼軌跡盡量貼近設計井眼軌跡,直至造斜完成。

2.3 穩斜段

對于三段制軌跡剖面目前我們施工在這一階段主要是下入穩斜鉆具組合，在鉆進過程中每鉆進一定進尺進行定點測斜，然后輸入到定向井施工軟件中進行計算，控制好井斜角和方位角，保證鉆頭在縱向上和橫向上不偏離設計軌跡，實現井眼的準確中靶。

3 定向井軌跡控制的要點

3.1 加強設計控制，優化鉆井軌跡

為了保障軌跡控制的質量與精度，需要嚴格操作相關規定對施工現場進行全面細致的勘察，選擇符合施工需求的函數進行軌跡設計，并不斷加強對井眼軌跡設計方法和流程的規劃管理。此外，要在具體的設計環節中，根據不同環節的技術需求以及設計特點，引入專業的應用軟件，以此實現對鉆井軌跡設計的進一步優化。

3.2 強化施工控制，優化鉆井方法

前文中提到鉆井井眼軌跡控制與鉆具類型有直接的影響，不同的鉆井技術在井眼軌跡控制方面有著不同的優點和缺點，只有使用復合鉆井技術才可以真正實現鉆進過程中井眼軌跡的穩定控制，確保定向井鉆井的施工質量。

4 定向井鉆井速度的提升辦法

4.1 控制井壁穩定

在整個定向井的鉆進過程中，由于定向井自身的穩定性較差導致施工過程中存在許多安全隱患，不僅容易造成施工停滯也對施工人員的人身安全帶來了很大的威脅，為了降低施工過程中可能存在的安全隱患就必須要提升井壁穩定性，具體措施如下：首先，利用平衡力鉆井模式，嚴格地按照鉆井過程中已經設定好的設計密度進行施工，降低鉆進過程中負壓差產生的可能，從而提高井體穩定性。其次，在鉆進過程中，應提高對鉆頭鉆速的控制精度，避免出現過快或過慢的不良現象，在整個鉆井過程中要確保鉆井壓力大于地層壓力，此外整個施工過程中要注意保持良好的施工現場環境，合理有序地堆放所需物資，及時清理施工過程中產生的雜物和泥漿。

4.2 優化定向鉆井技術

對定向井鉆井技術的優化應從如下幾方面進行：首先對鐘擺結構鉆具進行進一步的優化，降低其對鉆壓的敏感度，提高鉆具使用過程中的容錯率；其次，優化鉆井施工工藝。在當前的鉆井施工工藝中，已經擁有了全新的施工技術，其目的是為了提高定向鉆井的速度，并且讓定向鉆井高效率完成。需要在鉆井施工過程中，對鉆井地區的實際情況進行實地考察，對地質進行分析。