定向井钻井关键技术探讨

曹海峰

摘要：定向井钻井技术相比直井而言，有其特殊的优势，已经成为国内外各个油田勘探开发的重要技术之一，本文对定向井钻井中的井眼轨道剖面类型优化、造斜点的优选，以及井眼轨迹控制技术等定向井关键技术进行了探讨和分析，对定向井现场施工具有一定的指导作用。

关键词：剖面类型;造斜点;轨迹控制

当今在石油钻井技术主要分为两大类型，一类钻井是井口与井底在一条铅垂线上，就是所谓的直井，其钻井特点就是在钻井施工过程中严格控制井斜角，使井口与井底近似重合在一条铅垂线上;另一类钻井是按照人为的需要使井口与井底不在一条铅垂线上，而是与井口铅垂线形成一定的距离，这就是所谓的定向井。在定向井施工前，需要预先按照人为需要或者地质需求设计一条能够满足需求的井眼轨道，施工中要使井眼轨迹与设计轨道近似重合，这就是定向钻井技术。

1 定向井井眼轨道优化设计技术

定向井井眼轨道优化设计是实钻井眼轨迹控制技术的基础，是定向井钻井技术的首要环节。定向井井眼轨迹设计的好坏，直接影响着定向井钻井质量和钻井机械钻速，因此定向井井眼轨道优化设计决定着钻井施工能够顺利进行，能否节约钻井成本，取得最大的经济效益。

1.1 定向井井眼轨道设计思路

在进行定向井井眼轨道优化设计时，首先应该遵循地质设计要求，既依照目的层油藏发育情况和产量预测;其次要选择最佳的井眼轨道;第三要依据最佳井眼轨道对完井方法和套管柱进行设计;最后进行钻井效益的综合评价。

1.2 定向井井眼轨道设计方法

定向井井眼轨道设计是一个反复寻优的过程，按照先地下后地上，综合考虑，利于钻井施工安全，缩短钻井周期，结余钻井成本对多种井眼轨道剖面类型进行系统分析，然后应用计算机定向井设计施工软件完成定向井井眼轨道优化设计。

1.3 定向井井眼轨道剖面类型优选

定向井井眼轨道剖面类型是按照人为的设计情况进行区分的，按照井眼轨道剖面类型的不同可以分为：二维定向井轨道剖面和三維定向井轨道剖面，在这里我们只二维定向井轨道剖面进行探讨。

1.3.1 直-增-稳三段制井眼轨道剖面

直-增-稳三段制井眼轨道剖面是定向井轨道剖面类型中最简单的一种轨道剖面形式，由直井段、增斜段、稳斜段组成，这种剖面类型造斜点相对较浅，造斜率较低、最大井斜角较小，一般使用于没有表层套管或者只有一个靶点的定向井。

1.3.2直-增-稳-降四段制井眼轨道剖面

直-增-稳-降四段制井眼轨道剖面与直-增-稳三段制井眼轨道剖面相比，增加了一个降斜井段，相比较而言就显得有点复杂了，这种轨道剖面类型在进行造斜完成后，进入稳斜段的钻进，当井底水平位移达到地质设计要求时，进行降井斜作业。这种剖面类型适用于地层相对复杂，而且要穿越多个油层的井。

1.3.3 直-增-稳-降-直五段制轨道剖面

直-增-稳-降-直五段制轨道剖面主要由直井段、增斜段、稳斜段、降斜段、直井段组成，这种轨道剖面类型更为复杂，一般如果没有特殊地质要求不进行设计。直-增-稳-降-直五段制轨道剖面造斜点比较深，与前两种轨道剖面类型相比水平位移比较短，由于施工工序复杂，需要多次起下钻进行施工，钻井施工周期长，施工费用昂贵。

在定向井井眼轨道优化设计时，在满足地质条件要求时，尽量选择利于安全钻井施工，轨道剖面类型简单，经济效益好的井眼轨道剖面类型，特别是在大庆定向井施工中，主要选择的是直-增-稳三段制轨迹剖面类型。

2 定向钻井造斜点优选选择

定向井施工中造斜点的优选对钻井施工至关重要，造斜点选择合适，可以降低钻井施工难度，提高整体机械钻速，获取最大经济效益，还对平台丛式定向井防碰工作起到至关重要的作用，在造斜点优选时主要应该考虑下面几个因素。

（1）对于造斜点的选取，根据地层岩性不同尽量选择在比较浅的、而且已经成岩的地层，众所周知，随着地层深度的增加，岩石的压实作用越强，使岩石硬度越来越大，可钻性级值越来越高，造成造斜施工越来越困难。

（2）造斜点的选择尽量在砂岩中，因为砂岩地层井径相比比较稳定，而泥页岩遇水后容易膨胀，不定向施工安全。

（3）因为现在所有用的定向仪器都是磁性仪器，因此在有表层的时候，造斜点选择一定要避开套管的磁性干扰，最好选择在套管鞋以下50米的地方，这样既利于避开磁性干扰，同时也能够避免井下螺杆钻具损失套管鞋。

（4）在进行定向井造斜点优选时，一定要考虑最大井斜角，造斜点选择过深，必然引起井斜角增大，增加施工难度;造斜点选择过浅，井斜角还过小，又不利于方位的稳定，因此在造斜点选择时，一定要综合考虑各个因为，确定最佳造斜点。

3 定向井轨迹控制技术

3.1 造斜工具的选用

单弯螺杆钻具主要由旁通阀、马达、万向轴、传动轴几个部分组成，其中马达是造斜工具螺杆钻具最重要的组成部分，下面着重介绍一下马达部分。马达主要由定子和转子组成，输出的扭矩和转速的大小主要是由定子和转子的螺旋角和凸瓣数决定的，根据定、转子头数对比关系的不同，可以分为高转速低扭矩马达、中转速中扭矩马达和低转速高扭矩马达。如1/2头关系的马达为高转速低扭矩马达，7/8头关系的马达为低转速高扭矩马达。

3.2 轨迹控制技术

定向井轨迹控制的基本原则就是通过选择合适的钻具组合、优选和调整钻井参数，使井眼轨迹最终中靶。一个优秀的定向井工程师不仅仅是要追求中靶，而且还要钻出良好的轨迹，保证定向井施工安全、优质、高效。

3.2.1造斜段轨迹控制技术

在造斜井段，应用合适的钻具组合和单弯螺杆钻具从造斜点开始进行造斜施工，直至井斜达到设计要求，保证中靶为止。

3.2.2 稳斜井段轨迹控制技术

稳斜井段选择三扶正器强稳钻具组合，每钻进100-150m进行定点测斜，根据测斜结果进行计算分析，在偏差较大情况下进行倒换钻具组合，保证中靶。

4 结论

随着科技进步，定向井钻井技术已经越来越成熟，在文章中提到的定向井剖面类型、造斜点、井眼轨迹控制等关键技术的基础上，正向着系统化、规范化、自动化、集成化方向发展，在不久的将来，定向井钻井技术将成为油田增储上产的关键技术，为油田勘探开发工作提供更大的技术支持。

参考文献：

[1] 王晓雪，王成.定向钻井技术定向井钻井技术[M]，石油工业出版社.