定向井钻井轨迹影响因素与控制对策
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【摘 要】 随着定向井工艺技术的发展，定向井也由简单定向井发展到现在的大位移水平井，加之机械钻进不断提高，建井周期不断缩短，井眼轨迹控制一直是影响钻井速度的重要因素，本文就定向井施工过程中井身轨迹的控制分析，探讨如何实现定向井的最优井身轨迹，推动定向井技术的发展。
【关键词】油田定向井；轨迹控制；存在问题；对策
中图分类号：TE33+1
前 言
随着定向井工艺技术的发展，形成一系列成熟的工艺，定向井也由简单定向井发展到现在的大位移水平井，加之机械钻进不断提高，建井周期不断缩短，井眼轨迹控制一直是影响钻井速度的重要因素，而定向井轨迹控制则是定向井施工最基本、最核心、最重要的内容。定向井井身轨迹的选择对于钻井施工的安全、高效、低成本起着重要的作用。它的优劣程度将会直接关系到钻井的效率和成本，只有控制好井身轨迹，才能使油田开采得到更有效的保障，本文将会对常规定向井的轨迹控制技术进行探讨。
1定向井的轨迹控制重要性
若井身轨迹确定不了，工程设计就无法进行和施工就无从开展，但如果选择了一条不理想的井身轨迹，又会给施工带来许多困难甚至使施工走向失败。定向井的轨迹已成为定向钻井技术中亟待解决的重要问题之一。它的选择对于钻井施工的安全程度、施工效率和成本有重要的作用。作为钻井施工的第一部重要工序，定向井的轨迹控制是后续施工的基础，同时也是保证钻井施工质量的关键。整个钻井施工的质量往往就是定向井的轨迹控制的质量来决定的，特别是我国作为一个地形复杂多样的国家，工程所在地的地址情况往往会随着地域条件的不同而存在着较大的差异，这就对施工带来了严峻的挑战，同时对定向井井身轨迹质量也就提出了更高的要求。只有将井身轨迹控制合理，才能使我国油井开采更合理、安全、高效地发展。
2井身轨迹影响因素
2.1最优井身轨迹的目标泛函
最优井身轨迹问题在数学本质上是一个泛函极值的变分问题。过造斜点和目标点的井身轨迹可以是无穷多条满足边界条件的容许曲线y=y（x）中的任一条。根据工程上的要求，可以确定一个关于井身轨迹y（x）的目标泛函π=π[y（x）]。显然，不同的井身轨迹y（x），就将导致不同的值。在所有井身轨迹的容许曲线集合中，使π达到极小的井身轨迹y（x）就是最优井身轨迹。这就要求我们设置合适的目标函数，并运用科学的方法实现最优井身轨迹的求解。怎样设置并实现井身轨迹目标函数的最优解，决定了井身轨迹的优劣程度。
2.2使用新的绕障三维定向井轨迹设计
目前很多定向井设计要进行三维设计，特别是在油田开采中后期的加密井、一些特殊的地质条件以及海上平台等特殊作业，就需要绕开障碍物（盐丘、断层、异常高压区等等），进行精确的三维轨迹设计。要实现精确的三维轨迹设计，首先建立绕障设计的水平投影图并推导出绕向判断的准确判定准则；再对五段制（双增型）井身轨迹中关键点即节点的顺序进行排列，并对相应情况下井眼曲率校核作了详细的分析与讨论，求最大曲率，同时，用新方法和思路为井身轨迹有任意段的节点顺序的排列和曲率的计算和校核。
2.3表层及直井段、造斜段、稳斜井段钻进
2.3.1表层钻进的问题
表层钻进过程中存在着井漏问题，钻井过程中如果回水阀门泵压和排量控制不当，便会把表层层打漏，导致井漏。使钻井成本增加或钻探失败。同时，在表层钻进过程中还存在着加不上钻压、效率低、井斜的问题，钻井速度也有待提高，不利于钻探成本降低，这一问题在浅表层及川道、沟底等地区施工更加严重。
2.3.2直井段钻进的问题
直井段是防碰的重点井段，直井段钻井过程中有井斜的问题。井距方位调整不及时便会发生碰井问题。直井段的井斜控制好坏直接影响下一步造斜及下一口井施工的安全，是下一步施工的基础，直井段防斜打直是关键，必须重视。
2.3.3造斜段钻进的问题
造斜钻进时，有钻具组合不合理阻碍机械钻效，井身轨迹偏离的问题。受地层的影响有时增斜，有时微降斜，稳斜也是很难的。同时，因地层倾向变化，以后的井段是增方位，还是降方位，井斜增降的情况，方位的超前角应根据这一区块地层情况来决定，以后扭方位的不稳定，会造成钻速下降，增加钻井风险。
2.3.4造斜段钻进的问题
稳斜段常因预算、调整不及时，造成井眼轨迹的变化失控的现象。钻井参数，钻压、转速、泵压，以此来调整井斜、方位选择、控制不当，会降低钻进速度。井深轨迹发生偏离，得不到需要的井身轨迹。
3 求取最优井身轨迹解决对策
3.1求取最优井身轨迹
即要建立并求解最优井身轨迹目标泛函，通过理分析以建立目标泛函来求得最优井身轨迹。追求钻柱起下钻摩阻力（摩阻力）最小是最优井身轨迹的目标泛函。钻柱起下钻过程是一个动态过程。在刚起钻（钻柱整体开始运动）或下完钻（钻柱整体静止之前）瞬间，摩阻力达到动态过程中的极值。此时目标泛函π的选取，要根据影响定向井安全和成功的主要因素而定。在边界条件下求解使泛函π达到极小的最优井身轨迹y（x），这属于一个定边界变分问题。运用化泛极值问题为多元函数极值问题、设极值曲线形式、数值法寻优等方法实现最优井身轨迹的求解。
3.2采用复合钻进解决钻进问题
在表层钻进、直井段钻进、造斜段钻进和稳斜井段钻进过程中的问题，我们可以通过采用复合钻进的方法予以解决。复合钻进的优点有：①可以使施工方案简化，利用复合钻进技术完成直井段、定向段、增稳斜段的施工，有时一趟钻便可完井，可以提高钻进效率。②定向井施工难度降低。直井段短，降低两井相碰机率，钻井施工安全，如需要扭方位，调整井斜，绕障施工中，需要起下钻便可完成。③定向时效快。一般定向施工2～3单根，减少了测斜、定向等辅助时间，且定向时与复合钻进没有什么区别，施工时效高。④定向轨迹控制的好。利用复合钻进，可更好更方便的控制井深轨迹，随时调整，各项指标达到设计要求。利用复合钻进比用双扶正器、三扶正器虽然成本高，但效果好综合效率远大于其本身的价值。⑤利用复合钻进，采用四合一钻具结构，配无线随钻，能充分发挥PDC钻头低压力、高性能、高转速的特点。只要钻头、螺杆好一般二开一趟钻便可完井。
4结 论
要实现井身的最优轨迹控制，就要确定合理的目标函数，使用复合钻具施工，保证井身质量，提高钻井速度，必须有无线随钻的配合，良好的泥浆性能，较长的钻头寿命，大功率的单弯螺杆来共同完成任务。在现场施工中，设备的状况各不相同，钻井难度，地层的复杂程度不一样。应根据现场实际情况来调整合理的施工方案，提高钻井速度，更好地获取经济效益。