定向井钻井轨迹设计与控制需要注意问题探析

邢开宇

（大庆钻探工程公司钻井二公司，黑龙江大庆163413）

在定向井的钻井施工过程中，井眼轨迹设计与控制一直是技术难点之一，这点在油田开发的中后期阶段体现的更为明显，油田开发的中后期油层情况相对复杂，井眼前进中容易受到多方面因素影响发生偏移，导致定向井施工失败。因此，对定向井施工过程中井眼轨迹的设计与控制研究，有助于定向井施工的安全、优质与高效。

1 定向井轨迹设计

1.1 设计原则

一般情况下，定向井轨迹设计要以钻井施工和地质目标作为首要的施工原则，对于定向井钻井来说，井眼轨迹设计目标是多元化的，如在复杂的井下环境下避开地层的容易坍塌和漏失的层位；开采正常采油井生产中注水无法驱动的死油；进行事故救援井的钻井施工；平台定向井的开发。因此，井眼轨迹设计首先应有明确的地质目标，基于目标和施工环境以及现有技术设备手段进行轨迹设计。其次，定向井井眼轨迹设计应以提高钻井施工的效率与质量作为设计目的，在井眼轨迹设计中在达成各项地质目标的基础上，应确保整个设计方案施工难度最小、摩阻与扭矩，减少使用损耗。重点应注意在造斜阶段应充分考虑地层的稳定性与造斜难度，最大斜角与最小斜角应控制在15°～45°之间，避免因斜度角较小导致的轨迹控制方位不够稳定，当斜度角较大时，施工难度较高施工设备损耗也大幅度增加，也会造成井壁堆积岩屑，施工安全隐患增加。最后，定向井井眼轨迹的设计中也要充分的考虑后期的采油需求，通过对造斜率和井眼轨迹剖面类型的选择和优化减少后期采油过程中，抽油杆与油层套管之间的磨损，并确保抽油泵可以顺利地下入。

1.2 类型选取

剖面类型的选择是井眼轨迹设计中重要的工作，定向井井眼轨迹剖面有多种类型可以选择，在实际的设计工作中，要充分考虑地质目标需求以及现场的施工情况，选择摩阻最小的剖面类型。目前我国油田定向井施工中常用的剖面类型有三段制、四段制、五段制三种类型，不同类型的剖面有着不同的优缺点以及适用条件。其中三段制操作最为简单，对施工现场的技术设施要求较低，应用范围较广，四段制操作相对复杂需要数次不断地调整校对才可以实现，同时安全性较低以逐步停止使用。五段制对施工技术环境要求也相对较高，类型也十分复杂，但其有无法取代的优势，该轨迹剖面类型将油层井段井斜坡设计为0°，有效地降低了后期各项采油作业施工的难度。

2 轨迹控制

2.1 直井段

直井段是定向施工的第一阶段也是基础阶段，在直井段的施工中井眼轨迹的控制要点是防止井斜角的产生，确保井眼的垂直前进，提高整体施工效率也为后期的增斜段奠定了坚实基础。在直井段的施工中，导致井眼前进轨迹出现偏差产生井斜角的影响因素数量较多，但从产生原因类型角度可以分为地质因素及工程因素两个方面。其中地质因素目前无法通过人为干预手段进行有效的控制，因此直井段阶段井眼轨迹控制的重点是降低工程因素对井斜角产生的原因。工程因素方面，钻具设备是重要的影响因素之一，目前可以有效减少井斜角产生的钻具设备有满眼钻具和钟摆钻具两种。其中，满眼钻具是利用与井眼尺寸相当的扶正器进行钻井，从而最大限度降低了井斜角的产生，但也决定了该钻具在钻井进尺较快的井段不建议使用。钟摆钻具组合，在钻井过程中受其特殊的机械结构决定，在钻进过程中如果产生井斜角，会出现一个相反的作用力，帮助钻头回到垂直的状态，从而减少井斜角的产生。但钟摆钻具组合也存在明显的缺点，钟摆钻具组合对于钻压反应较为敏感，在钻压过大时容易出现适得其反的作用。因此钟摆钻具组合直井段的施工中一定要精确计算和控制钻压，才可以有效控制直井段的井斜角。

2.2 增斜段

增斜段是定向井钻井施工的第二阶段，该阶段需要使用增斜工具引导钻头向预定方向偏移至井眼原来的方向。在增斜段的施工中，首先应对直井段的钻井数据进行分析，对井斜和方位数据进行处理。根据直井段井斜、方位的偏差以靶点目标重新进行待钻轨迹修正设计,重新计算出定向各段的造斜率大小,来指导定向造斜施工。造斜初期连续定向几个单根,摸清楚造斜工具和造斜钻具组合在所施工区块的实际造斜率,然后通过调整滑动钻进和复合钻进的比例,使实钻井眼轨迹尽量贴近设计井眼轨迹,直至造斜完成。

2.3 稳斜段

对于三段制轨迹剖面目前我们施工在这一阶段主要是下入稳斜钻具组合，在钻进过程中每钻进一定进尺进行定点测斜，然后输入到定向井施工软件中进行计算，控制好井斜角和方位角，保证钻头在纵向上和横向上不偏离设计轨迹，实现井眼的准确中靶。

3 定向井轨迹控制的要点

3.1 加强设计控制，优化钻井轨迹

为了保障轨迹控制的质量与精度，需要严格操作相关规定对施工现场进行全面细致的勘察，选择符合施工需求的函数进行轨迹设计，并不断加强对井眼轨迹设计方法和流程的规划管理。此外，要在具体的设计环节中，根据不同环节的技术需求以及设计特点，引入专业的应用软件，以此实现对钻井轨迹设计的进一步优化。

3.2 强化施工控制，优化钻井方法

前文中提到钻井井眼轨迹控制与钻具类型有直接的影响，不同的钻井技术在井眼轨迹控制方面有着不同的优点和缺点，只有使用复合钻井技术才可以真正实现钻进过程中井眼轨迹的稳定控制，确保定向井钻井的施工质量。

4 定向井钻井速度的提升办法

4.1 控制井壁稳定

在整个定向井的钻进过程中，由于定向井自身的稳定性较差导致施工过程中存在许多安全隐患，不仅容易造成施工停滞也对施工人员的人身安全带来了很大的威胁，为了降低施工过程中可能存在的安全隐患就必须要提升井壁稳定性，具体措施如下：首先，利用平衡力钻井模式，严格地按照钻井过程中已经设定好的设计密度进行施工，降低钻进过程中负压差产生的可能，从而提高井体稳定性。其次，在钻进过程中，应提高对钻头钻速的控制精度，避免出现过快或过慢的不良现象，在整个钻井过程中要确保钻井压力大于地层压力，此外整个施工过程中要注意保持良好的施工现场环境，合理有序地堆放所需物资，及时清理施工过程中产生的杂物和泥浆。

4.2 优化定向钻井技术

对定向井钻井技术的优化应从如下几方面进行：首先对钟摆结构钻具进行进一步的优化，降低其对钻压的敏感度，提高钻具使用过程中的容错率；其次，优化钻井施工工艺。在当前的钻井施工工艺中，已经拥有了全新的施工技术，其目的是为了提高定向钻井的速度，并且让定向钻井高效率完成。需要在钻井施工过程中，对钻井地区的实际情况进行实地考察，对地质进行分析。