定向井鉆井工藝技術優化措施分析

王吉龍，牛 意，余 潞

（1.中海石油有限公司天津分公司，天津 300459；2.中海油能源發展股份有限公司工程技術分公司，天津 300459）

1 石油資源開采工作存在的挑戰

最新的人口數量普查結果顯示，我國擁有超過14億人口，屬于名副其實的人口大國，所以對能源的消耗十分驚人。隨著我國逐步進入工業化社會，為了加快經濟發展速度，我國每年需要進口大量的油氣資源，使得能源供給問題越加嚴峻。此外，盡管我國擁有廣袤的國土面積，但是油氣資源的開采規模仍然存在很大缺口，并且部分油田的開采已經日益枯竭，所以為了解決能源短缺問題，需要針對我國油氣資源開采現狀開發出更加現代化的油氣資源開采技術，從而降低我國油氣資源的開采難度。與此同時，相比國外發達國家，我國油氣資源開采技術相對落后，開采成本居高不下，極大地限制了我國油氣資源的開采速度。另外，盡管我國國土面積大，但是不同區域的地質特征存在很大差異，鉆井作業存在很大的風險，不僅會影響油氣資源開采效率，而且也會加大安全事故出現概率，威脅作業人員生命安全。當前，為了開采更多油氣資源，我國加大了深井、超深井的開采規模，所以對開采技術的應用水平提出了很高的要求。對于深井、超深井而言，井底溫度高于普通油氣井，地質結構更加復雜，巖石致密程度更高，所以對鉆井技術與工具的應用有著極高要求，同時也直接影響鉆井企業的經濟效益。總之，作為影響國家經濟發展的重要戰略資源，石油資源開采效率將會直接影響鉆井企業與國家的經濟利益，所以為了提升油氣資源開采效率，鉆井企業有必要、有責任解決好鉆井工藝技術面臨的眾多難題。

2 定向井鉆井的特點與難點

2.1 定向井鉆井工藝技術概述

與其他鉆井工藝技術相比，定向井鉆井工藝技術不僅可以提升油氣資源開采效率，而且針對結構特殊的地質，定向鉆井工藝技術可以有效降低特殊地質結構對開采效率的影響，降低開采成本，提升鉆井流程的合理性，并且也可給予鉆井工作更有效的安全保障，提升鉆井企業開采效率與經濟效益。與此同時，隨著我國油氣資源開采的不斷擴大，當前定向井鉆井工藝技術的應用已經十分普遍，并且可在處于開采后期的油田得到有效應用，使剩余油氣資源得到有效開采，進一步發揮處于開采后期油田的價值，降低鉆井成本，屬于一種節能降耗的鉆井工藝技術。

2.2 定向井鉆井的特點與難點

對于定向井鉆井工藝技術而言，其工作原理是采用定點鉆井的方式進行油氣田的開采工作。在應用定向井鉆井工藝技術前，鉆井企業應根據油氣田地質結構特點，有針對性地選擇定向井鉆井工藝技術。隨著我國油氣田開采規模的不斷擴大，定向井鉆井工藝日益成熟，但是在鉆頭材質、鉆頭大小以及工藝選擇等方面仍然存在很大的優化空間，所以鉆井企業應以定向井鉆井技術特點為切入點，選用科學的優化措施，提高定向井鉆井質量與開采效率，同時注重施工的規范性，有針對性選擇定向井鉆井流程，實現提升定向井鉆井技術水平的目的。除此之外，由于油氣田鉆井工作環節眾多，所以鉆井工作十分危險，對安全工作提出了很多要求。因此，在應用定向井鉆井工藝技術時，鉆井企業應注重安全管理工作，加大定向井鉆井安全生產管理力度，積極排查安全隱患，給予鉆井人員更加細致的安全培訓，并合理選擇定向井鉆井工藝技術，確保定向井鉆井工作可以安全開展，防止出現各類安全事故，降低鉆井難度。由于定向井存在多種類型，不同類型的定向井對鉆井工藝技術的要求存在差異，為了提升鉆井施工安全性，鉆井企業應注重規范鉆井施工程序，完善鉆井施工章程，避免相鄰井眼出現打穿事故，提升施工的安全性。

3 定向鉆井工藝技術的實際應用

在正式鉆井工作前，鉆井企業應針對油氣田地質結構選用合適的定向井鉆井技術。此外，在實施定向井鉆井工藝技術時，鉆井企業不僅要制定合理的鉆井方案，而且要在鉆井工具齊全的狀態下完成相關鉆井作業，確保井眼軌跡符合施工方案要求。當前，隨著我國定向井鉆井技術應用的不斷增多，我國在定向井鉆井工藝技術的研究方面取得十分喜人的成績，無論是鉆井工程方案，還是定向井鉆井作業操作流程，均已經達到很高水平。例如，隨著無線隨鉆測量技術的引入，其可以準確地勘測地層信息，并將鉆井軌跡實時傳輸至監控系統，方便鉆井人員了解鉆井軌跡與相關參數，為后續高質量鉆探工作奠定基礎。另外，為了保證定向井鉆井工作可以順利開展，除了選用合理的定向井鉆井技術外，還需要針對水平井區段、穩斜井區段以及垂直區段的特點，科學地設計鉆井工藝流程，使復雜的工藝操作簡單化，提升鉆探角度的精準性，保證鉆井工藝質量符合設計要求。另外，在鉆井前，鉆井人員應對施工方案進行合理編制，提出各類可能出現問題的解決方案，加快問題處理速度，確保定向井鉆井工藝技術可以得到有效應用。

4 定向井鉆井工藝技術的優化策略與優化措施

由于定向井鉆井工藝技術具備諸多應用優勢，所以其成為當前油氣田開發過程中普遍使用的鉆井工藝技術。在實際應用定向井鉆井工藝技術時，為了確保鉆進軌跡符合施工方案要求，節約鉆井成本，需要鉆井企業以高度的責任意識對定向井鉆井工藝技術進行優化，提升定向井鉆井工藝技術應用水平，使之與我國油氣資源開采目標相契合。

4.1 定向井鉆井工藝技術的優化策略

在鉆井過程中，鉆井企業為了降低施工成本，確保鉆井工作可以如期完成，需要在鉆井過程中使用定向井鉆井工藝技術，從而實現提升開采效率的目的。在應用定向井鉆井工藝技術時，為了使定向井鉆井工藝技術符合油氣田開采要求，鉆井企業應根據油氣田地質條件以及實際開采工作遇到的問題為基礎，合理設計鉆井數量，并針對問題提出合理的解決與技術優化方案，注重降低定向井鉆井能耗，縮減鉆井成本，提升鉆井軌跡精度，細化鉆井作業流程，不斷提高定向井鉆井工藝技術應用水平。

4.2 定向井鉆井工藝技術優化措施

（1）優化定向井鉆井井眼軌跡控制措施

在鉆井過程中，常規鉆井區段與垂直段井區擁有近乎一致的井眼軌跡。但是，對于垂直段井區而言，如果垂直段井區井眼軌跡控制不當，不僅會加快鉆頭磨損程度，而且也會影響后續開采作業的安全開展。因此，為了嚴格控制垂直段井區的井眼軌跡，應在作業前針對垂直段井區的特點，合理選擇鉆頭型號，確保鉆頭性能符合后續施工要求。在確定井眼位置后，應對鉆井區域地質情況進行勘測，如果鉆井區域的油氣含水量高，則要注意避開此類位置，否則將會影響鉆井質量。此外，為了緩解鉆頭的沖擊力，提升鉆頭使用時間，應選擇鉆進性卓越的地層開展造斜鉆井作業，并且有助于提升井眼軌跡的控制精度，防止井壁發生破壞，提升鉆井作業的安全性。為了使井眼軌跡控制精度符合要求，在制定井眼軌跡方案時，應收集盡可能全面的數據，唯有全面的數據支撐，才可提升井眼軌跡方案制定的合理性。在收集數據過程中，可借助現代化設備，例如，隨鉆井測試設備、井眼數據采集設備等，及時對井眼軌跡參數進行監測，如發現問題可以及時進行處理，防止問題進一步擴大，或者可通過采集數據對鉆井工具進行優化與改進，確保造斜井段施工可以安全、高效開展。

（2）優化設計定向井鉆井作業施工方案

在鉆井過程中，可以定向井井斜角度以及方位角度為基礎，從而完成造斜井的區段設計工作，使定向井鉆井作業施工得到進一步優化。以區段施工要求為基礎，定向井鉆井作業施工的優化方式有以下兩個方面：①在定向井鉆井工作中，油氣田的區段、地層被劃分出很多個區域，為了確保鉆井作業可以安全開展，防止在造斜角施工中出現安全隱患，需要對定向井鉆井工藝進行優化設計，提升鉆井作業的安全性。②在制定定向井鉆井工藝技術方案時，方案中應用完整的管理體系，例如，施工技術管理、設備管理以及工程信息管理等。借助完善的工程管理體系，可實時監測井眼軌跡參數，確保井眼軌跡可以得到嚴格控制，同時也可有效防止安全事故發生，提升鉆井企業的經濟效益，加快油氣田的鉆井效率。因此，鑒于定向鉆井工藝技術如此重要，所以鉆井企業應從優化設計定向井鉆井作業施工管理入手，有針對性地選用定向井鉆井工藝技術，提高鉆井作業施工技術應用水平，合理優化鉆井工具，保證井眼軌跡符合鉆井方案要求。最后，針對障礙井區段作業，鉆井作業過程中應加強井眼軌跡監測頻率，密切留意是否存在井斜情況，及時檢測巖屑樣本，做好完備的防碰措施。概括的說，唯有科學、合理的定向井鉆井作業施工方案以及先進的設備技術，才可為鉆井企業營造良好的鉆井環境，所以在應用定向井鉆井工藝前務必要優化方案的每一處細節，確保井眼質量符合施工方案要求。

（3）優化定向鉆井工藝技術

隨著機械自動化技術、計算機技術的不斷成熟，各個行業開始注重將計算機技術與機械自動化技術相互結合并加以運用。對于鉆井工作而言，計算機技術、機械自動化技術的加入，可以使鉆井工具得到最大限度的優化與改進，加快鉆井工程的實施效率，緩解鉆井工作人員的工作強度，使定向井鉆井工作開展得更加順利、有序。現階段，動力鉆具、穩定器以及高精度檢測工具在定向井鉆井工作中得到了廣泛應用，相關工作人員可在鉆井前對上述設備進行了解，知曉上述設備的功能與特性，同時做好設備調校工作，及時保養高精度監測儀器，合理使用各類儀器、設備，為后續定向井鉆井工作打好基礎。此外，在定向井中，為了防止井噴、鉆井液污染儲層等事故發生，鉆井人員應對各類井控設施進行合理使用。由于不同地層區段的地質條件不同，應以地層區段的地質條件為參照，合理組合鉆井工具，有助于提升鉆井效率與質量。最后，針對斜井區段的鉆井施工，為了提升套管使用時間，減少套管的磨損程度，應選用低轉速、高壓力的鉆井方案進行施工，可以有效減少鉆井成本，最大限度提升定向井鉆井施工質量。

（4）利用鉆柱力學以及井眼仿真設計

利用計算機強大的算力支持，可將仿真軟件安裝在計算機中，并利用仿真軟件對井下鉆柱力學的表現方式進行仿真設計，構建科學的力學模型，有助于提升大斜度定向井鉆井工作的合理性，確保定向井鉆井工作可以有序開展。此外，在定向井鉆井仿真軟件的幫助下，工程人員可直接在計算機中對不同施工方案進行模擬，從中選擇出最合理的定向井鉆井工藝技術方案。與此同時，鉆井工具的屈服特性好壞，將直接影響鉆井工作的工作狀態，所以可借助三軸應力法，對鉆井工具的抗拉強度進行驗算，確保鉆頭在旋轉時，其軸向載荷不會超過彎曲臨界荷載。與此同時，在鉆井過程中，要對井眼的清潔狀態進行監測，利用計算機構建井眼模型，計算出井眼的清潔狀態對后續鉆進工作的影響程度。如果井眼清潔狀態不達標，將會產生卡鉆問題，影響鉆井效率與質量。因此，在鉆井作業時，應針對地質特點嚴控控制鉆進速度，做好井眼清潔工作，密切監測井眼清潔狀態，保證后續工作可以順利進行。

5 結語

當前，我國經濟發展正處于騰飛的時代，隨著我國石油資源需求量的不斷擴大，傳統鉆井技術無法適應未來發展要求。因此，未來加大油氣資源的開采效率，需要根據我國鉆井工程特點，不斷地對定向井鉆井工藝技術進行研究與優化，幫助鉆井作業人員了解定向井鉆井工藝技術特點，注重將現代化技術與定向井鉆井工藝技術相結合，使定向井鉆進工藝技術應用水平不斷提升，對加快我國油氣資源的開發程度可起到十分重要的意義。