探讨定向井旋转钻井中的井斜控制技术

张晓峰

（中石化华北石油工程有限公司河南钻井分公司，郑州中原 450000）

探讨定向井旋转钻井中的井斜控制技术

张晓峰

（中石化华北石油工程有限公司河南钻井分公司，郑州中原 450000）

自20世纪起，井斜控制技术开始得到重视及蓬勃发展，然而在实际运用过程中，各种弊端日渐突出，严重影响到各项事务的正常运行。新时期定向井旋转钻井发展中，强化井斜控制技术显得尤为重要。

定向井旋转钻井；井斜控制技术；影响因素；措施

石油产业发展是一个国家的重要命脉，强化石油开采、管理是促进石油产业健康发展的关键环节。长期以来，国内外石油钻井学者及专家都在致力于从不同维度研究井斜控制技术在定向井旋转钻井中的运用，且取得相当显著的成果，对发展及完善井眼轨迹理论、技术产生深远影响。自发展变革起，井斜控制由最初控制“防斜打直”向控制定向井眼轨迹演变，如何有效控制井斜方位及角度成为关键要点。由此可知，深入研究井斜控制技术在定向井旋转钻井中的运用是重要且必要的课题。

1 井斜控制技术在定向井旋转钻井中的影响因素及意义

1.1 井斜控制技术的影响因素

1.1.1 地层

定向井钻井时面临最大的问题当属地层问题，地层性质是井斜发生变化的最大影响因素。一般情况下，当钻头深入倾斜地层直至不同层面交界处时，可发生不同程度的问题。若不同交界层面长时间内无法支持自身所承受的钻压，可沿层面边缘破裂，导致上下倾裂变，最终形成边向斜台。上倾斜台极易被钻掉，下倾斜台保持原样，对钻头施加横向外力，促使钻头更加向上倾斜。此时，小台阶可随着钻压增大而变大，地层倾角扩大，成层性增强，最终形成井斜的可能性就越大。

1.1.2 定向井轨迹

施工运行过程中，定向井井眼轨迹控制是核心环节。少了明确的井眼轨迹，定向井工程的施工就无法预期运行。然而，若井眼轨迹设计不合理，同样可影响到整个工程施工的进程及质量。因而，井眼轨迹成为定向钻井亟待处理的重要内容。井眼轨迹的选择不仅影响施工前期的成本计算、施工效率，更直接影响后期建设的质量及安全管理。

1.1.3 下部钻具

下部钻具是关键性的工具，其器具组合可影响到井斜控制的成效。专家学者提出，建构在不同理论下组合下部器具，均会对井斜控制产生极大影响。具体而言，组合力学是控制定向井井眼轨迹的前提与基础，也是下部钻具结构优化组合、设计的的理论参考。通过分析井眼及井身结构对钻头的影响，评估钻具稳斜、降斜、增斜性能，从而科学提出下部钻具组合、井眼轨迹控制的设计方案。

1.2 井斜控制技术的意义

旋转钻井有复杂、简单的下部钻具结构之分，复杂钻具组合多包含稳定器、接头、普通钻杆、加重钻杆、钻头及无磁钻铤等；简单组合则包含钻铤、接头、钻杆及钻头。旋转钻具运行过程中主要借助稳定器调控井斜性能，但自身无法调节方位性能，这就是传统意义上的转盘式旋转钻井技术，在实际运用中仍存在不足。

定向钻井技术克服了传统钻井技术的弊端，具有便于净化井眼、减少滑动摩擦、无需定向作业及简单操作等优点，且随着社会及各行各业对石油的需求增加，原油开采逐渐增多，该技术得以广泛关注及应用，在保证原油的安全开采、提升经济收益上发挥积极现实意义。然而，我国油田集中在西南、东部沿海及西北地区，地区地形地貌复杂，如沙漠、海域、森林、需实施深入钻探地区以及地面受限的河流，如此则对钻井技术提出更高的技术要求。总之，新时期石油产业发展应注重强化定向井旋转钻井技术运用，确保安全开采、高效开采及合理开采。

2 井斜控制技术在定向井旋转钻井中的改进措施

井斜控制技术克服传统钻井技术存在的不足，在钻井产业发展中发挥积极意义。然而，从实际运用效果来看，该技术受地层、轨迹及下部钻具影响明显，且随着社会高速发展的推动，石油原油需求量不断增加，积极应对影响因素、提升技术运用性能十分重要。

2.1 明确地层的结构特点

由上文提及的影响因素可知，地层可对井斜产生一定影响，而影响因素涉及面比较广、不具确定性、随机性也较强，导致因素分析中存在部分参数模糊、不清晰等弊端。有机整合实钻数据及理论计算才可准确、科学预测地层与井斜两者关联，并将预测数据运用到实践中。通过详细分析钻井眼情况，可明显发现：即便是同一钻具组合也可在不同地层段中呈现各异的造斜性能。为此，在实际运用过程中，应注重深入了解不同地层与井斜的关系，找出地层的影响机制，然后将统计数据运用到施工现场中，以保证井斜控制的成效。

2.2 最优轨迹设计

采用科学计算方法求解目标泛函，以此建构最佳且规范的井身轨迹。学者提示，规范的井身轨迹以追求最小钻摩擦力为目标泛函。钻柱起下钻是一个多维度的动态变化过程，自钻柱整体运动或静止之前的分秒内，摩阻力到达动态的极值。选取目标泛函应注重观察定向井成功及安全的影响因素，其中边界变分问题可以边界条件建构目标泛函可选取最优轨迹；化泛极值问题则可选用数值法寻优、设极值曲线形式、多元函数极值问题等方式求解最优轨迹。

2.3 采取复合钻

复合钻的钻头兼具高性能、低压力、高转速、降低施工难度等优势，且整体控制轨迹能力比较良好，可用于解决稳斜井段、造斜段、直井段及表层钻进中面临的问题。随着更新及发展的推进，复合钻还表现出了以下几大特点：可明显简化施工方案，可一键式采用复合钻完成增稳斜段、定向段及直井段多地段施工，大大提升钻井施工效率，加快钻井进程；保证施工安全，在施工过程中若需扭转方向，可直接调整井斜，灵活绕开障碍物进行施工建设；直井地段短，可有效降低两井间的机宰。

3 结束语

井斜控制技术克服传统钻井技术存在的不足，在钻井产业发展中发挥积极意义。然而，该技术受地层、轨迹及下部钻具影响明显，且石油原油需求量不断增加，积极应对影响因素、突破技术创新十分重要。换言之，在日后发展规划中，应积极创新井斜控制技术在定向井旋转钻井中的运用，明确不同地层的特点、求解并建构最优轨迹方案、恰到好处引入复合钻，以提升该技术的运用成效，促进我国石油产业的健康发展。

[1] 郭俊亮.探讨钻井中井斜控制技术[J].中国化工贸易，2014，（22）：18.

Discussion on Well Deviation Control Technology in Directional Well Rotary Drilling

Zhang Xiao-feng

Since the last century，the oblique control technology has been paid attention to and fl ourished.However，in the course of practical application，the disadvantages are becoming more and more serious，which seriously affect the normal operation of the affairs.In the new era of directional well rotary drilling development，strengthening the well deviation control technology is particularly important.

directional well rotary drilling；well oblique control technology；inf l uencing factor；measure

TE243

：A

：1003–6490（2017）04–0191–02