关于定向井施工技术的探讨

开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇关于定向井施工技术的探讨范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！

摘要：随着油田钻井技术的不断发展进步，定向井已成为油田开发勘探的重要措施。文章就定向井施工中井眼轨迹设计与井眼轨迹控制这两个基本方面进行详细论述。首先简要介绍了定向井井眼轨迹的设计，其次介绍了定向井井眼轨迹设计注意事项，最后介绍了钻进参数的优选。

关键词：定向井；施工；井眼轨迹；轨迹控制

中图分类号：TE243 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）18-0113-02

1 定向井井眼轨迹的设计

定向井井眼轨迹的设计是定向井施工的基础与依据，井眼轨迹设计合理与否也是所钻定向井能否符合实际勘探开发需求的重要因素。下面就定向井井眼轨迹的设计原则与设计中的重要细节进行具体分析介绍。

1.1 定向井井眼轨迹设计的原则

井眼轨迹就是指井眼轴线，是井身在地层中分布的一条具体空间曲线，井深、井斜角以及井斜方位角是井眼轨迹设计中最为重要的三个设计参数，也是钻进过程中对井眼轨迹进行有效控制的具体标准。井眼轨迹的设计与计算主要应满足以下三个原则：（1）可满足实际工程需要。由于钻井工艺技术的不断发展，定向井在油田勘探开发中的作用越来越广泛。定向井既能够是油田勘探过程中用于获取地质资料的勘探井，也可以作为油田增产措施或基于地质条件所限而钻开的采油井，还能在油田发生生产安全事故时作为救援井。定向井的作用不一样，其井眼轨迹设计设计方案往往存在较大差异。进行井眼轨迹设计时应牢牢结合实际工程需要，在满足工程要求的前提下设计出最为经济便捷的井眼轨迹。（2）能实现安全快速钻进。定向井井眼轨迹的设计除了要满足实际工程需要外，还需考虑施工条件与钻进工艺水平所限。井斜角是定向井井眼轨迹设计的重要参数，选择造斜部位也是定向井井眼轨迹设计的重要内容。通常，出于安全考虑，会将定向井的造斜部位选择在地层性质较为稳定的部位，要尽力避开压力异常、易漏失、易坍塌地层，对于井斜角，为了减小钻进施工难度，设计中通常会减小井斜角大小，同时，出于井斜方位角稳定性的考虑，井斜角大小应大于15°。此外，为了保证定向井的钻进速度，还应在井眼轨迹设计工作中考虑到钻进施工时的起下钻时间与造斜工具性能，设计合理的井眼曲率，以保证定向井的钻进效率。（3）要有利于采油工艺措施。无论是出于何种目的钻开的定向井，均应在设计井眼轨迹时考虑到设计方案可能给后续采油开发工作带来的影响。在满足定向井自身工程需要的前提下，井眼轨迹设计方案应尽可能减小井眼曲率，在目的层最好采取减小井斜角以方便后续各种井下作业。

1.2 定向井井眼轨迹设计注意事项

定向井井眼轨迹设计方案应考虑到设计方案的合理性，钻进过程的可操作性这两方面的问题。下面就井眼轨迹设计中的重要注意事项进行简要分析：

1.2.1 地质施工条件的考虑。地质施工条件是设计人员进行井眼轨迹设计的重要依据，地质资料既包括了地质部门经勘查后给出的施工区块的整体地形、地貌以及地层情况，还包括了钻井施工单位对定向井造斜点、井眼曲率等方面的具体施工要求。对于地质资料设计人员要充分参考利用，切实保证井眼轨迹设计的合理性与钻进工作的可操作性。

1.2.2 轨道类型的选择与关键参数的计算。定向井主要可分为二维定向井和三维定向井两大类，其中，二维定向井在实际工作中的应用较为广泛，可分为三段式、多靶三段式、五段式以及双增式4种主要类型。进行定向井井眼轨迹设计时，首先应根据地质施工条件选择合适的轨道类型，再根据所选轨道类型进行具体关键参数的计算，最终设计出定向井井眼轨迹。特别需要注意，对于不同类型的二维定向井，其井眼轨迹关键参数的计算方法各不相同，计算设计过程中需要加以区分。

2 定向井钻进过程中的轨迹控制

定向井的钻进工作是对定向井井眼轨迹设计的具体落实，是定向井施工的具体环节，也是定向井施工效果好坏的重要影响因素。下面就定向井钻进过程中的三个主要工作环节分别展开论述：

2.1 造斜工作的进行

造斜工作是定向井钻进施工的难点也是重点，造斜工作的质量好坏直接影响着此后的钻进效果与定向井的整体钻进质量。下面就定向井造斜工具及造斜层位的选择分别进行分析：

2.1.1 主要造斜工具及选择。目前，定向井钻进施工中常用造斜工具主要包括动力钻具造斜工具与转盘钻造斜工具两大类。动力钻造斜工具位于钻铤与钻头之间，主要包括涡轮钻具、螺杆钻具与电动钻具三大类，通常利用循环钻进液所产生的动力来带动钻头破碎地层，常应用于定向造斜施工。转盘钻造斜工具主要包括变向器、射流钻头以及扶正器组合，其在实际造斜工作的应用并不广泛，相较于动力钻具造斜工具，其最大的优势在于钻速，实际工作中为了提高钻进效率，常常会在造斜段钻进完成后使用转盘钻造斜工具继续钻进。

2.1.2 造斜层位确定及实施。定向井造斜工作的重点在于井斜方位角的确定。为保证井斜方位角准确，通常会选择地层性质较为稳定，均匀性较好的地层展开造斜工作。具体实施定向井造斜时还应根据具体地层条件选择适当的造斜手段及相应的造斜工具。

2.2 井眼轨迹的控制

二维定向井通常可分为垂直井段、增斜井段、稳斜井段以及降斜井段四个部分。对于定向井钻进过程中的不同井段，一般使用不同的钻进工具，钻进过程中的井眼轨迹控制方法也有较大差异。下面就定向井井眼轨迹控制三个主要阶段分别进行简要分析：

2.2.1 打好垂直井段。在定向井的垂直井段应尽可能保持井眼轨迹垂直，减小井身井斜角，其井眼轨迹控制方法与直井井眼轨迹控制方法类似，控制要求标准则更为严格，通常可采取满井眼控制井斜与钟摆钻具组合控制井斜两种方法。满井眼控制井斜主要针对钻头切削不对称、钻头与井眼轴线不平行、钻头侧向切削等三类导致井斜的原因，满井眼控制井斜主要通过在钻铤的适当位置设置扶正器来实现。以YXY法为例，即是设置4个扶正器，第一个位于钻头处，直径略小于钻头，第二个直径与第一个相同，设置点需根据相关公式计算得出，第三个直径可比前两个略小，通常位于中扶钻铤单根处，第四个直径与第三个相同，设置位置在上扶之前的钻铤但根处，可选择性设置。钟摆钻具组合控制井斜法主要通过在钻柱下部设置扶正器，此扶正器紧贴井壁便会使扶正器下部的钻柱产生钟摆力，当直井段出现井斜角时，钟摆力便会促使钻头切削井壁下部，从而达到降斜的目的，

2.2.2 把好定向造斜关。在定向井的增斜井段需要进行增斜工作，此时需要给井眼轨迹井斜定向工作，即是确定定向井井眼轨迹的井斜方位角。增斜井段的造斜工作是定向井钻进施工的工作难点，对后续的井眼轨迹是否合乎设计方案影响巨大。套管开窗技术是现代定向井造斜工作中常用方法，使用此技术进行增斜井段造斜时需配套使用变向器，保证开窗位置上部套管完好，确保开窗处地层条件稳定，不易垮塌。

2.2.3 跟踪控制到靶点。定向井的稳斜段与降斜段均属于钻进施工的跟踪控制段，在定向井钻进施工的跟踪控制段主要要求保持井眼实际钻进轨迹与设计轨迹一致，并在钻进施工完成时，井眼可按预期到达预定层位。井眼钻进过程中为保证井眼轨迹准确无误，往往需要对相关井眼轨迹参数实施实时监控，并对误差进行及时修正。然而，定向井钻进过程中，实施井眼轨迹修正通常需要根据实际情况使用不同的造斜工具和钻具，更换造斜工具与钻具则势必耽误定向井的钻进进度，降低钻进效率。因此，在定向井的钻进过程中，既要尽可能保证井眼轨迹与设计方案一致，又要注重提高钻进效率，控制钻进成本。此外，在定向井钻进的跟踪控制阶段，还应尽可能使用转盘钻的扶正器钻具组合，而不是动力钻具，这样可有效提高钻具的钻速，从而保证钻进效率。

定向井钻进的跟踪控制阶段除了需要控制井斜角外，还需要对方位角进行控制，而且由于装置角的存在，方位角的控制也更加具有难度。装置角是指钻具下入过程中，常常会受到井眼限制，从而产生一定程度的变形，此时井下钻具所钻出井眼轨迹的方向也会发生变化，与设计方案便会存在一定偏差。定向井钻进施工中，为了准确了解钻具在井下变形造成钻进方向变化的情况，并针对性地在地面对钻具的下入进行适当调整，可使用定向齿刀法、定向磁铁法以及定向键法等钻具井下定向方法。

2.3 钻进参数的优选

下面就钻进施工中的主要参数分别进行分析：

2.3.1 钻速、钻压与转速的优选。通常情况下，随着钻速、钻压与转速的增加，井眼钻进速度也会增加，然而由于钻头磨损、起下钻等问题的客观存在，如何设计合理的钻速、钻压与转速，还需要经过严格的理论计算。

2.3.2 水力参数的优选。水力参数也会对定向井钻进效率产生一定影响，实际施工中除了要确定最大钻头水功率与最大射流冲击力以外，还要对泵排量、喷嘴直径等具体参数进行确定。

2.3.3 钻井液的影响。钻井液性能对定向井钻进影响极大，其既起着携带岩屑，清洗井眼的作用，又能平衡地层压力，还会对钻头钻速有所影响，施工中务必全面考虑，进行优选。

3 结语

（1）定向井在油田勘探开发中的运用范围越来越广，目前已成为了油田勘探开发的中坚力量。业界应对定向井举足轻重的地位有着明确认识，并加强对其施工技术的学习与钻研，以提高油田生产开发的效益。

（2）尽管定向井施工技术已日益趋于成熟，但其钻进过程中例如钻进效率与钻进质量的矛盾，井斜方位角难于控制等问题仍旧客观存在，实际施工中应加强对此类重点问题的重视程度，以提高施工质量。

参考文献

[1] 岳翠广.如何提高定向井施工速度[J].理论研讨，2011，（10）：256.

[2] 杨成超.陕北地区小位移深造斜点定向井施工技术探讨[J].西部探矿工程，2006，（5）：186-187.

[3] 吴庆华.刍议定向井施工工艺的应用研究[J].城市建设理论研究，2011，（16）.