定向井轨道设计及其轨迹控制技术分析

汲生龙

摘要：定向钻井技术主要是根据事先准备好的设计方案、井斜钻，是为了实现储层的钻井方法，对开采分布在沼泽海洋、城镇、高山森林、河流等比较复杂地形中的油气藏有很大的帮助。由于定向井比较适合在地形环境复杂的地方使用，定向井的轨道设计以及准确控制轨道有重要的作用。部分专家和油气现场工作人员都开始研究这项技术，已经取得很多拥有价值的理论以及结果。但是现在的研究趋势都是在确定技术的计算方法或者是制定的油田，这样会缺乏对定向井井眼轨道设计以及井眼轨道控制的整体认识。

关键词：定向井;轨道设计;轨迹控制

前言：

在输油天然气的开采中，钻井技术是一种重要的手段，因为它拥有：隐蔽性强、高投入、高风险、高回报的特征。但是在不断开采石油天然气期间，在我国石油天然气开采行业已经研究出一系列的钻井技术，在这些技术中，定向井技术拥有重要的位置。钻井技术是事先设计好的位置以及井斜，然后进行井实现储层钻井方法，因为定向井技术对分布在地形环境复杂的油气藏有很大的帮助。因为定向井适合在地形比较复杂多变的地方使用，所以定向井的轨道设计以及准确控制轨道性有重要的作用。在保持井眼稳定、提升机械钻井、保护油气层、井眼轨迹控制、施工管理等定向井的这五项工作中，井眼轨道设计以及轨道控制和钻井措施的成功与否有直接的关系。

一、定向井轨道设计简述

因为定向井的轨道设计是按照钻井的目标以及用途的不同，可以具体划分成：常规定向井、丛式井、大位移井、水平井等集中重要类型。这样对于每种类型的轨道设计必须注意井斜角的控制以及选择造斜点。

首先，常规定向井是水平位移在一公里以内、垂直深度不超过三千米的定向井。常规定向井是最常见的定向井种类，还有轨道设计的种类多[1]。通常造斜点应该选择在地层稳定的位置，主要是防止选择流砂层、岩石破碎带、漏失地层等相对复杂的或者是容易崩塌的地层。除此之外，应该设计科学的井斜角，一旦井斜角较大，测井以及完井工作的施工难度以及起下钻的载荷就会增加，导致扭转盘踞增大，位置不容易控制，容易发生井壁坍塌等情况[2]。相反，会容易发生方位的飘移。根据有关的数据显示：常规五段制定向井稳斜井段斜角应该控制在15°、-25°、一般三段制定向井井斜角应该是15°、-35°。

大位移井轨道设计的时候尽量选择悬链曲线轨道。高稳斜角以及较低的造斜率是大位移井轨道设计的最适合的选择。

水平井基本上分成两种大类型的轨道：首先是双增轨道，主要是由直、增、稳、增、平这五段构成，两次斜段都是圆弧的形状，基本上是在不确定地质的情况中使用;其次，单增轨道主要由直、增、平这三段构成，增斜段主要分成变曲率的悬链线和恒曲率圆弧形两种形状，基本上在目造斜率以及表层位置有确切掌握的情况下使用。

总而言之，必须按照井身的结构以及地层的实际情况、采油技术和完井需求等有具体实际进行定向井的轨道设计，另外轨道设计应该满足当前的实际施工情况，根据现场实际施工难度较小、造斜工具的造斜能力、造斜点的深度等原因确定科学的井斜角和井眼曲率。

二、定向井轨迹控制技术的研究

定向井轨迹控制在整个钻井工作中不能缺少一的一种技术，还必须按照实际井眼设计轨道运行[3]。井眼轨迹控制的内容有：优化钻具组合、优选钻井参数、井眼轨迹的监测预测、使用先进的井下工具以及仪器设备、防止井下复杂的情况以及使用地层的位置飘移等规律。井眼轨迹控制技术是根据定向井的钻井步骤以及程序，基本上是分成：造斜段、直井段、稳斜段、增斜段、扭方位精锻、降斜段等六个方面的控制技术。

首先是定向选斜井段。开始造斜方法包括弯曲导管定向、倾斜钻机定向、井下马达、弯接头定向、造斜器法等五种方法。当前，在我国海洋定向井基本上使用的是井下马达和弯接头定向技术[4]。经常用到的造斜钻具有：普通钻铤0-30米、钻头、震击器、弯接头、挠性接头、井下马达、加重钻杆、非磁钻铤。使用弯接头使下部钻具形成一个弹性力矩，使井下动力钻具驱动钻头侧向切削，促使钻出的新井眼偏离原井眼轴线，实现扭方位以及定向造斜的目标。

转盘钻增斜钻具：钻头、近钻头稳定器、非磁钻铤、钻铤、稳定器、十米钻铤、稳定器、钻铤、随钻震击器、加重钻杆、钻杆。

稳斜井段：一般的稳斜钻具分为：钻头、稳定器、短钻铤、稳定器、非磁钻铤、稳定器、钻铤、键破坏器、挠性接头、震击器、加重钻杆。

在实际施工的时候，应该从造斜点开始就应该缓慢下降到钻稳斜钻具，尤其是处于高造斜率、软地层的情况中，比较容易遇到阻碍，还可能出现新的井眼。除此之外，应该进行及时测斜工作，确保最大测斜间距控制为100米之内，但是，某些有特殊用途井的重点井段测斜间距需要保持在三十米，还有及时画出水平投影图以及垂直剖面图，方便随时掌握井眼轨迹的变化。

降斜井段：经常用降斜钻具组合是：钻头、段钻铤、稳定器、费磁钻铤、稳定器、钻铤、键槽破坏器、挠性接头、震击器、加重钻杆、钻杆。降斜段距离完井段还是比较近距离，摩擦阻力以及井下扭矩较大的时候，应该注意简化钻具组合。与此同时，定向井的降斜钻具组合如果使用摆钟的形式，就会导致起下钻比较困难以及降斜率较高的现象。

结语：

综上所述，本文主要是讨论定向井的类型以及各种类型定向轨道设计的基本理论、定向井轨迹控制技术、具体实施操作的时候应该注意研究以及分析，就能获得定向井轨道设计以及轨迹控制技术的整体情况。这些对于定向井轨迹控制技术的理论研究以及定向井轨迹控制的实践有重要的意义。

参考文献：

[1]李旭，李銳峰. 实钻水平井最优轨道设计技术[J]. 西部探矿工程，2021，33（06）：36-38.

[2]付盼，夏焱，李国韬等. 江苏金坛盐穴储气库定向井轨道优化设计方法[J]. 石油机械，2021，49（02）：47-52.

[3]张洪宁，张建龙，覃德彪等. 基于提高钻速的待钻井眼轨道设计方法[J]. 钻采工艺，2021，44（01）：13-17.

[4]王印. 提高定向井钻井速度技术分析[J]. 石油和化工设备，2020，23（07）：115-116.