定向鑽井技術論文
定向鑽井技術是當今世界石油勘探開發領域最先進的鑽井技術之一，小編整理了，有興趣的親可以來閱讀一下!
篇一
定向井軌跡控制技術
[摘 要]本文就我國定向井鑽井技術的發展進行了分析探討，並重點對定向井軌道控制技術和定向井軌道控制的影響因素進行了介紹，對促進定向井鑽井技術的發展具有一定的參考作用。
[關鍵詞]定向井 ;鑽具組合 ;地質因素 ;軌跡控制; 螺桿 ;軌跡調整
中圖分類號：TE243.9 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X***2016***14-0105-01
1 前言
定向鑽井就是使井身沿著預先設計的井斜和方位鑽達目的層的鑽井方法。定向鑽井技術是當今世界石油勘探開發領域最先進的鑽井技術之一，它是由特殊井下工具、測量儀器和工藝技術有效控制井眼軌跡，使鑽頭沿著特定方向鑽達地下預定目標的鑽井工藝技術，目前在油田開發中廣泛使用。採用定向鑽井技術可以使地面和地下條件受到限制的油氣資源得到經濟、有效的開發，能夠大幅度提高油氣產量和降低鑽井成本，有利於保護自然環境，具有顯著的經濟效益和社會效益。
2 井底鑽具組合的選擇和調整
2.1.1 井底鑽具組合的型別
根據井底鑽具組合的設計目的或作用效果的不同，可分為以下三類：即增斜、降斜和穩斜。而增斜鑽具又可分為馬達增斜***或造斜***和轉盤增斜。所以，實際上常規定向井的最基本鑽具組合有四個，即馬達造斜鑽具、轉盤增斜、轉盤降斜和穩斜。
下面是12-1/4”井眼中，四套基本鑽具組合：
① 造斜，12-1/4”Bit+9-1/2”馬達+1.5°彎接頭+8”NM・DC***1***+5”HWDP***14***預計 BOR=3°/30m
② 轉盤增斜12-1/4”Bit+12-1/4”STB+8”NMDC***1***+8”DC***2***+12-1/4”STB
+8”DC***1***+12-1/4”STB+8”DC***5***+5”HWDP***20***
預計 BOR=2～4°/30m
③ 降斜，12-1/4”Bit+8”NMDC***1***+12-1/4”STB+8”DC***1***+12-1/4”STB+8”DC***5***+5”HWDP***20***
預計BOR=-***2～3***°/30m
④ 穩斜，12-1/4”Bit+12-1/4”STB+8”S・DC***2***+12-1/4”STB+8”DC***1***+12-1/4”STB+8”DC***5***+5”HWDP***20***
在上述組合中，如需要可加一些配合接頭，擾性接頭、震擊器、鍵槽破壞器等。
前面已說過，從鑽具組合的效果上看，可分為四種基本型別。但是實際井眼軌跡控制時，對鑽具組合效能的要求遠非如此簡單。它還要求鑽具組合產生的效果，在幅度上能夠控制，這就是所謂的微增、微降鑽具組合，這也是較難掌握的一點。比如說，BOR=±0.3°/30m的增斜率或降斜率。
拿某一套穩斜鑽具***如上述④號***來說，通過調整鑽鋌、短鑽鋌的根數和位置、扶正器的位置和尺寸、或者調整鑽進引數，④號鑽具能變成具有任何效能的鑽具，即增斜、穩斜、降斜、微增、微降。
下面是兩套微增、微降鑽具組合。
⑤ 微降，12-1/4”Bit+S・DC***1******3m***+12-1/4”STB+8”DC***1***+12-1/4”STB+8”DC***5***+5”HWDP***20***
通過鑽壓和轉速的調整，降斜率範圍可達：0.3～0.6°/30m。
⑥ 微增，12-1/4”Bit+12-1/4”STB+8”DC***1******9m***+12-1/4”STB+8”DC***1***12-1/4”STB+8”DC***5***
通過鑽壓的調整，增斜範圍可達：0.3～0.8°/30m。
另外，通過調整扶正器尺寸，也可得到多種微增、微降鑽具組合。
2.1.2 調整鑽具組合的原則與方式
如果鑽頭不是按照預定的井眼軌跡前進，就需要在適當的時候，起鑽調整鑽具組合。調整鑽具的原因有三個：一是井斜不合適;二是方位不合適;三是井斜、方位都不合適。
① 鑽具組合調整一般在穩斜段進行，調整鑽具組合時應考慮如下幾點：
A：確認調整後的鑽具入井後，具有預料的效能;
B：一般情況下，採用微調的形式，以避免大幅度增斜/降斜導致穩斜段狗腿太大;
C：儘量爭取調整後的鑽具能鑽較長的井段，以避免反覆起下鑽調整鑽具。一是保證快速鑽進，二是避免波浪形井眼軌跡;
D：如果要進行調方位作業***糾方位***，應考慮使用較小度數的彎接頭，避免大狗腿;如果裸眼井段太長，還應考慮馬達糾斜時的安全性，考慮是否可以在下完套管後進行糾方位或者提前在較淺井段進行。總之，調整鑽具組合要準確、及時並且全面考慮井身質量和整個鑽井作業。
② 從調整鑽具的目的看，調整鑽具組合的方式有兩種：一是調方位，這需要下動力鑽具或組裝方位變向器;二是調整井斜。
用井下馬達調方位即下入造斜鑽具組合***彎接頭+井下馬達***。所謂變向器調方位，是在轉盤鑽組合中，加方位變向器，通過方位變向器的作用在鑽頭處產生一個橫向側向力，鑽頭橫向漂移，從而達到增減方位的目的。
井斜的調整則較簡單。通過對轉盤鑽具的鑽鋌根數和位置、扶正器的位置與尺寸的調整來改變鑽具的效能，達到軌跡控制目的。
3 地層因素對井眼軌跡的影響
目前，對地層力的定量分析，還很不理想。對地層因素對井眼軌跡影響的認識，還只是定性階段或半定量階段。由於地下情況異常複雜，地層力的分析目前暫侷限於具有一定規律性的地層，其目的在於確定出地層反作用在鑽頭上的側向力。在定量分析中至少應考慮以下一些影響因素：
① 地層傾角;
② 地層各向異性;
③ 井眼方位與地層上傾方位之間的夾角;
④ 鑽壓;
⑤ 井斜角。
此外，轉速、鑽頭型別等也對地層力發生影響。
結合地層力分析和鑽具三維力學分析，通過側向切削模型和軸向鑽速模型，確定三維分位移，從而預測井眼軌跡。這是理論上軌跡預測的總體思路。勘探院的蘇義腦博士在這方面做了一些研究，但預測結果只是動力鑽具造斜部分。而最關鍵的轉盤鑽具組合的軌跡預測以及如何利用和控制地層因素影響等方面的工作還有待下一步進行。下面就地層因素的幾個方面說明它們對井眼軌跡的影響。
① 通過軟、硬交錯的地層，通常鑽頭傾向於垂直地層層面鑽進;
② 如果層狀地層傾角大於45°，通常鑽頭傾向與地層層面鑽進;
③ 如果預計鑽進方向同於地層上傾方向，方位將按鑽頭自然漂移趨勢漂移，而井斜將增加很快;如果預計鑽進方向在地層上傾方向的左邊，鑽頭將向右漂移;如果預計鑽進方向在地層上傾方向的右邊，鑽頭將向左漂移。
④ 一般來說，上部地層傾角不大，比較疏鬆，方位漂移不大;而下部地層有一定傾角，且結構緻密，方位漂移較大。鑽頭鑽遇礫石層，方位漂移較嚴重。
總而言之，對地層因素對鑽頭漂移的影響的認識，還很不充分。一般來說，對某一地區地層自然漂移影響的認識有一個摸索的過程，只有多實踐、勤思考、善總結，才能做到較好地利用地層因素為軌跡控制服務。
4、總結
隨著全球油氣資源的可持續利用問題的日益突出，定向井技術發展和創新已迫在眉睫，我們應該依靠現有的條件，充分利用其它學科先進的技術，改善目前的鑽具，合理的使用地質導向技術，加快新技術如自動化、智慧化技術的應用水平與程度，為定向井技術的發展開拓更為廣闊的空間。
參考文獻
[1]王嶽.石油鑽井技術智慧化發展研究[J].知識經濟，2011***08***.
[2]嶽小騏. 定向井軌道設計與控制技術研究[J].技術研究，2006***12***.
篇二
定向井軌跡控制關鍵技術
摘 要 定向井鑽井技術被應用到石油鑽井中是在19世紀中後期，在定向井鑽井過程中，井眼軌跡控制技術是施工的關鍵。文章介紹了定向井井眼軌跡剖面優化設計技術，對井眼軌跡施工中的直井段、造斜段和穩斜井段控制技術進行了闡述。只有全面掌握這些關鍵施工環節，才能施工定向井遊刃有餘，保證定向井施工順利進行。
關鍵詞 軌跡控制;剖面優化;關鍵技術;定向鑽井
中圖分類號：TE243 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597***2014***05-0060-01
從19世紀後期起定向井被逐漸應該到石油鑽井領域，1955年在玉門油田鑽成C2-1井，是我國第一口定向井。定向井主要應用在因地面障礙物遮擋而無法進行開發的油藏、地下地質條件複雜，有斷層遮擋的油藏、處理事故複雜而進行的側鑽等方面。定向井，尤其是叢式平臺定向井可以極大限度增加油氣藏的裸露面積，提高油氣採收率，節約井場用地，降低鑽井綜合成本，已經成為石油勘探開發領域的不可或缺的實用鑽井技術之一。定向井井眼軌跡控制技術是定向井施工的關鍵技術，它是決定一口定向井能否順利施工，實現地質要求目標的關鍵。
1 井眼軌跡剖面優化設計技術
定向井井眼軌跡剖面優化設計技術是施工一口定向井的基礎，只有井眼軌跡設計的準確、合理，才能保證定向井順利施工，實現地質目標。
1.1 井眼軌跡剖面優化設計原則
俗話說，沒有規矩，不成方圓，在進行定向井井眼軌跡設計時，同樣需要遵循一些規矩和原則，定向井設計原則主要體現在以下3個方面。
1***要以實現地質目的為基本原則;鑽定向井的目的有很多種，或是要穿越多個含油地層，實現勘探開發效果的突破;或是要避開地下斷層，挖潛剩餘油;或是要使井眼軌跡在目的層中延伸最大，增加油氣藏洩露面積;或是事故複雜無法進行處理而進行的側鑽;或者為了節省井場佔地而進行的叢式平臺定向井;或是要避開地面障礙物而鑽的定向井等。無論是哪種形式的定向井，都要以實現地質目的為基本原則。
2***要利於現場施工，能夠實現安全、優質、高效鑽井為目標;在進行一口定向井軌跡剖面設計時，一定要優選造斜點，選擇在地層穩定、軟硬適中的位置，一定要避開那些容易坍塌、容易漏失、容易縮頸、壓力異常等層位進行造斜。同時根據地質目標的不同，會使定向井的井斜角有所不同，在進行定向井井斜角選擇時，既不能過大，也不能過小，過大超過45°會使施工難度加大，易發生井下事故複雜，過小小於15°又會使方位不穩定，增加調整的頻次，因此在實現地質目標前提下儘量使井斜角處在15°-45°之間。在選擇造斜率時，要權衡所鑽地層和工具的實際造斜能力，儘量降低造斜率和造斜井段的長度，以實現快速鑽井。
3***要滿足後期的採油工藝要求，在滿足地質目標和安全鑽井的情況下，儘量降低井眼曲率，以便改善後期抽油杆和油層套管之間的偏磨，同時也利於後期改造安全採油泵和其它井下作業。
1.2 井眼軌道型別選擇
按照我國定向井標準來說，在定向井井眼軌跡優化設計時主要有三種井眼軌跡剖面可以選擇，既直-增-穩三段制剖面、直-增-穩-降四段制剖面和直-增-穩-降-直五段制剖面可供選擇，在定向井進行井眼軌跡優化設計時，根據地質目標的不同而選擇適合的井眼軌跡，但是各種井眼軌跡各有優缺點，直-增-穩三段制井眼軌跡設計操作簡單，造斜井段短，利於現場施工操作，在沒有特殊要求的情況下會盡量選擇這種井眼軌跡剖面，直-增-穩-降四段制軌跡剖面易形成岩屑床，起下鑽容易捋出鍵槽，造成起下鑽摩阻增大，甚至卡鑽，給井下安全帶來極大隱患，一般不常用。而直-增-穩-降-直井眼軌跡剖面型別更適合後期的採油工程作業，因其在目的層處於垂直狀態，利於採油泵的安全下入。綜上所述，在定向井井眼軌跡設計時，應該儘量考慮當前施工狀態和後期採油工程的需要，儘量選擇三段制直-增-穩剖面型別或者五段制直-增-穩-降-直剖面型別，下面著重對三段制井眼軌跡控制技術進行深入探討。
2 井眼軌跡控制技術
1***直井段防斜打直。直井段防斜打直是定向井井眼軌跡控制的基礎井段，直井段產生井斜的原因主要有地質因素、工程因素和井眼擴大的影響。地質因素是我們不可控制的因素，因此要想實現防斜打直我們只能從工程因素和井眼擴大方面想辦法。首先在鑽具組合方面我們要進行下部鑽具組合的選擇，在現場施工中我們主要選擇滿眼鑽具組合和鐘擺鑽具組合進行防斜打直。滿眼鑽具組合只能夠防斜，而不能夠糾斜，在滿眼鑽具組合的使用中關鍵在一個“滿”字上，就是要扶正器與井壁之間間隙儘可能地小，以保障滿的狀態，防止井斜的產生。鐘擺鑽具組合的原理是當鐘擺擺過一定角度時，會產生一個回覆力，這個回覆力會隨著鐘擺擺過的角度增多而增加。在鐘擺鑽具組合使用過程中，對鑽壓特別敏感，當鑽壓加大時，鐘擺鑽具組合鐘擺力減小，而增斜力增大，這樣就起不到防斜和糾斜的目的;當鑽壓較小時，鐘擺鑽具組合才呈現防斜和糾斜效能，所以在實際使用中，鐘擺鑽具組合不能使鑽壓完全釋放，會在一定程度上影像機械鑽速的提高。因此在進行防斜打直過程中，我們要根據不同的情況選擇不同的鑽具組合。
2***造斜段軌跡控制技術。造斜過程就是從造斜點開始強制鑽頭偏離井口鉛垂線增斜鑽進的過程，這一時期的主要任務就是如何讓鑽頭偏離井口鉛垂線，使造斜過程更順利，施工中首先對直井段的井斜、方位資料進行處理，根據直井段井斜、方位的偏差以靶點目標重新進行待鑽軌跡修正設計，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鑽具組合在所施工區塊的實際造斜率，然後通過調整滑動鑽進和複合鑽進的比例，使實鑽井眼軌跡儘量貼近設計井眼軌跡，直至造斜完成。造斜過程就是從造斜點開始強制鑽頭偏離井口鉛垂線增斜鑽進的過程，這一時期的主要任務就是如何讓鑽頭偏離井口鉛垂線，使造斜過程更順利。
3***穩斜段軌跡控制技術。在造斜結束後，對於直-增-穩三段制結構的井眼軌跡剖面來說，接下來的任務就是進行穩斜井段的施工。穩斜井段施工最好選用無線隨鑽測量儀器進行跟蹤控制，實現動態監控，發現實際井斜角、方位角偏離設計值及時進行調整，保證中靶。但有時在沒有無線隨鑽測斜儀器時，就需要下入穩斜鑽具組合，應用單、多點測斜儀定點測斜，使實鑽軌跡離開設計軌跡“不要太遠”，既要保證中靶，又要提高機械鑽速。一方面如果實鑽井眼軌跡與設計井眼軌跡剖面偏離太遠，那麼就可能造成脫靶，使井身質量不合格;另一方面的意思就是如果始終要求實鑽井眼軌跡與設計井眼軌跡誤差很小，那麼勢必要非常頻繁的測斜，頻繁的起下鑽更換鑽具組合，必將影響機械鑽速，增加鑽井週期。
3 結論
1***在定向井井眼軌跡剖面設計時，要以實現地質目標為目的，儘量選擇簡單、造斜井段短的剖面型別，保證定向井順利施工。
2***進行定向井井眼軌跡控制時，直井段防斜打直是基礎，把好定向造斜關是關鍵，跟蹤控制到靶點是目標。
參考文獻
[1]王清江，毛建華，等.定向鑽井技術[M].石油工業出版社，2009.
[2]王清江，等.定向井井眼軌跡預測與控制技術[J].鑽採工藝，2008***07***.
作者簡介
徐鳳和***1974-***，助理工程師，現在大慶鑽井二公司三專案部30505隊工作。