定向井轨道设计及其轨迹控制技术

王安广

摘要：定向井是根据预先设计的对目标层的倾斜度和方向进行钻井的方法。通常用于油田埋藏在山区、古森林、城镇、海洋、河流、湖泊、沼泽等地貌复杂的地方。或者当井场设置搬家安装困难时，以及提高泄油面积和单井产量，通常在井场周围钻定向井。

关键词：定向井；轨道设计；轨迹控制；

正是定向井适用地形地貌复杂多变的特征决定了定向井的轨道设计和轨迹控制精确性的要求，并且具有非常重要的意义。很多专家学者以及油气田现场施工人员都对此进行了大量的研究，得出了很多具有参考价值的理论和成果。但现有的研究大多倾向于一种具体的计算方法或者特定的油田，缺乏对于定向井井眼轨道设计及井眼轨迹控制的整体性描述和认识。

一、定向井轨道设计概述

常规定向井是指水平位移在1km以内、垂深不超过3km的定向井。它是最常见的定向井类型，并且轨道的设计种类较多。一般造斜点应选在地层比较稳定的区域，尽量避免选择流砂层、漏失地层、岩石破碎带等比较复杂的或者容易坍塌的地层。另外，还要设置合理的井斜角，如果井斜角过大，测井和完井作业施工的难度和起下钻的载荷都会随着增加，致使转盘扭矩大，扭方位困难产生井壁坍塌等钻井事故。反之，容易发生方位漂移。实践经验表明：常规五段制定向井稳斜井段井斜角应为15°-25°、常规三段制定向井井斜角应为15°-35°。大位移井轨道设计时应选用悬链曲线轨道。（悬链曲线是指圆在直线上滚动时，圆周上任意一点所形成的运动轨迹）。高稳斜角以及较低的造斜率是大位移井轨道设计的最佳选择。水平井大致分为两种轨道类型：（1）双增轨道：由“直一增一稳一增一平”五段组成，两次增斜段都是呈圆弧形，多在地质不确定性较高的情况下使用；（2）单增轨道：由“直一增一平”三段组成，增斜段分为变曲率的悬链线以及恒曲率圆弧形两种形状，多在目造斜率和标层

二、定向井经验轨迹优化设计技术

对于定向井井眼轨迹剖面优化的设计而言，需本着相应的原则给予执行。应当将完成定向井钻井地质目标作为原则，定向井钻井具有诸多地质目标，包含了跨过诸多含油地层提升勘探研发成效、规避地层内的断层等地质结构，从而有效开采地下剩余油气储层、完成油井井眼轨迹大面积在油气储层的目的层内延伸，从而加大油气藏的外漏面积，并且，由于钻井或油气开采时产生事故而令油井无法被正常开采，或具有地面障碍物不能正常钻井的范围，也能够透过定向井完成钻井开采，为了节省钻井成本，还能够透过丛式平台定向井开发的方法节约井场的占地面积。需要通过安全、高效、优质的钻井施工当做现场施工的目标，在执行定向井井眼轨迹剖面设计中，融合所处范围的地质特点给予设计，挑选地层稳定、松软适宜之地进行造斜，造斜点尽可能规避较易缩径、塌陷、漏失乃至压力有异的地层层位给予执行，需把造斜段的井斜角掌控于15°至45°区间，由于井斜角过大则会加大施工的难度，并且容易造成钻井事故的发生，反之则会令钻井方位出现不稳定性，加大了调整的数量，并且在选择造斜率方面，需综合考量油井所在地层的地质情况与钻井工具的真实造斜能力，在符合定向井钻井的目标下，尽可能降低造斜率并将造斜段长度缩短，达成迅速钻井的目的。需尽可能符合后期采油与完井工艺进行的标准，在符合定向井钻井的标准下，尽可能降低井眼的曲率，有利于后续抽油杆与油层套管的下井，并且降低两者间的偏磨，有利于后续改进安全采油泵等井下作业的施工。

三、定向井轨迹控制技术分析

1.直井段防斜打直。直井段防斜打直在定向井井眼的轨迹控制的井段中极为重要的基础，直井段出现井斜是由于地质、工程乃至井眼扩大等原因。地质原因成为无法控制的方面，所以，若想完成防斜打直，只能够透过工程因素以及井眼扩大等方面找出解决的方法。对于钻具组合而言，应当执行下部钻具组合的方式，在现场施工中，挑选满眼钻具组合与钟摆钻具组合而执行防斜打直。满眼钻具组合可以防斜，可是无法纠斜，满眼钻具组合中，“满”尤为重要，指的是需扶正器和井壁相互间的间隙尽量小，从而确保满的状况，谨防出现井斜。钟摆钻具组合是通过在钟摆摆过相应角度时，会出现回复力，此回复力会由于钟摆摆过的角度加大而增多。当钟摆钻具组合降低摆动力后，增斜力加大，如此则无法具有防斜及纠斜的效果。在钻压过低时，钟摆钻具组合才能够展现出防斜和纠斜的作用，因此在运用当中，钟摆钻具组合无法令钻压彻底开释，会在某种程度中对机械钻速的提升具有影响。所以在执行防斜打直时，应当依照状况的差异挑选相应的钻具组合。

2.将定向造斜关掌握好。造斜的过程则为由造斜点进行强制钻头脱离井口铅垂线增斜钻进的历程，在这一区间的重要工作则为如何令钻头脱离井口铅垂线，令造斜过程更为顺利，所以应当挑选适宜的造斜工具，确保造斜率。并且即便直井段打造的十分直，可是依旧会在井斜角及方位角中具有一定的偏差，所以在进行定向以前，应当将直井段测斜数据输入至定向井核计算软件当中，且给予计算分析，之后依照直井段的井斜与位移偏差，综合原定向井轨迹进行设计，再次对定向段给予改正设计，并且核算出定向各段的造斜率，而指引定向造斜施工。在定向造斜当中，为了有效掌控造斜工具的造斜率，规避由于造斜率较高或较低对井身的质量具有影响，则应当在施工中持续定向2个单根，找寻出螺杆实际造斜率，并且依照井眼曲率的惯性作用，核算出所有定向单根的滑动钻进与复合钻进的比率，令实际施工造斜率尽量靠近设计轨迹造斜率，从而令井眼更为平滑。

3.稳斜段轨迹控制技术。稳斜段施工的最佳方式是选择无线随钻测量设备给予跟踪掌控，完成动态监控，发觉实际井斜角、方位角偏离设计值及时给予调整，确保中靶。可是若在不具备无线随钻测斜仪器时，则应当将运用稳斜钻具组合，使用单、多点测斜仪定向测斜，令实钻轨迹不要脱离设计轨迹过远，不但要确保中靶，还应当提升机械的钻速。

总之，定向井属于开采繁琐油气藏的良好方式，能够对常规油井不能开采的油气藏给予开采，可是想要顺利进行，则应当依照地质的特点进行设计，而且应当针对井段的差异性选择相应的井眼轨迹控制技术，以此能够依照设计的井眼轨迹进行钻进，从而提升油气资源的开采成效。

参考文献：

[1]魏鑫.定向井轨迹控制关键技术.2017.

[2]张和.浅谈井定向井轨道设计及其轨迹控制技術.2017.