定向井鉆井軌跡設(shè)計(jì)與控制技術(shù)近年來(lái)，中國(guó)發(fā)展迅速，石油在經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展中的重要作用已經(jīng)顯現(xiàn)。石油不僅可以提煉汽油和柴油，維持汽車和機(jī)器的運(yùn)轉(zhuǎn)，還可以將天然氣作為人們生活和工業(yè)的重要燃料。因此，石油勘探開(kāi)發(fā)逐漸增多，石油鉆井技術(shù)也得到很大發(fā)展。19世紀(jì)中后期，石油鉆井中定向井鉆井技術(shù)的首次正式應(yīng)用。在工程建設(shè)過(guò)程中，井眼軌跡控制技術(shù)可視為定向井鉆井的關(guān)鍵技術(shù)。直井、斜井和穩(wěn)定斜井段的井眼軌跡控制技術(shù)也不同?？偟膩?lái)說(shuō)，隨著井眼軌跡控制技術(shù)的不斷改進(jìn)和完善，定向井軌跡控制水平有了很大的提高。定向井；軌跡；控制技術(shù)引言在油氣開(kāi)采中，定向鉆井技術(shù)是一種應(yīng)用廣泛的技術(shù)，其開(kāi)采效率和施工質(zhì)量直接影響油氣開(kāi)采的整體質(zhì)量。它在提高天然氣和石油開(kāi)采效率方面發(fā)揮著重要作用。由于使用的地形復(fù)雜多變，決定了定向井建設(shè)項(xiàng)目對(duì)軌道設(shè)計(jì)和控制的要求更加嚴(yán)格。影響整個(gè)施工過(guò)程的最重要因素是軌跡控制的準(zhǔn)確性，軌跡設(shè)計(jì)和軌跡控制對(duì)鉆井的整體質(zhì)量起著至關(guān)重要的作用。在石油鉆井工程中，在整個(gè)定向井施工過(guò)程中，軌跡控制技術(shù)對(duì)整個(gè)工程的整體質(zhì)量具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。1定向井軌跡設(shè)計(jì)1.1設(shè)計(jì)原則第一，實(shí)現(xiàn)地質(zhì)目標(biāo)是建設(shè)的原則。定向鉆井時(shí)，鉆井的主要目的是使鉆井穿過(guò)地層中的多個(gè)油層，防止井下復(fù)雜，地層易坍塌、易漏，或提取井間難以到達(dá)的死油氣，或鉆應(yīng)急救援井，或在平臺(tái)上鉆定向井，節(jié)省占用空間，達(dá)到后期管理的目的。無(wú)論哪種定向井，井眼軌跡設(shè)計(jì)都要首先考慮地質(zhì)設(shè)計(jì)。對(duì)于地質(zhì)設(shè)計(jì)，如果不能滿足設(shè)計(jì)要求，就無(wú)法設(shè)計(jì)出完美的鉆孔軌跡。第二，是達(dá)到安全、優(yōu)質(zhì)、高效鉆井的目的。在定向井軌道的設(shè)計(jì)中，地質(zhì)目標(biāo)有望實(shí)現(xiàn)。因此，要實(shí)現(xiàn)這一地質(zhì)目標(biāo)，需要各種軌道形式。選擇最有利于現(xiàn)場(chǎng)施工難度、最小摩擦力矩和井眼軌跡控制的軌道形式，才能實(shí)現(xiàn)安全、優(yōu)質(zhì)、高效的定向鉆進(jìn)。因此，在設(shè)計(jì)定向井軌跡和確定偏移點(diǎn)時(shí)，需要選擇地層穩(wěn)定、易偏移的層位。第三，滿足后期生產(chǎn)的要求。第三個(gè)原則對(duì)于滿足后期采油的要求至關(guān)重要，盡管這兩個(gè)原則在定向井軌道設(shè)計(jì)中更為重要。定向井井眼軌跡設(shè)計(jì)，在選擇造斜率和井眼軌跡剖面類型時(shí)，首先要避免抽油桿和儲(chǔ)層套管的磨損，使泵能夠平穩(wěn)運(yùn)行，這是不同設(shè)計(jì)專業(yè)需要考慮的綜合問(wèn)題。1.2類型選取定向井有許多不同的剖面類型，但是，對(duì)結(jié)構(gòu)最有利、摩擦力最小的剖面才是我們最終的選擇。目前設(shè)計(jì)定向井軌跡剖面時(shí)，主要有三段制、四段制、五段制的軌跡剖面。這些成熟的軌道斷面形式各有優(yōu)勢(shì)，如最簡(jiǎn)單的三段制、最強(qiáng)的現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)能力。四段制需要多次調(diào)整才能實(shí)現(xiàn)，不利于井下安全，所以很少使用。五段制雖然需要經(jīng)歷的條件多、類型復(fù)雜，但這種軌跡剖面類型在油層的層段設(shè)計(jì)中為0°，對(duì)后期的采油作業(yè)非常有利?？傊谶x擇軌跡剖面類型時(shí)，要考慮不同的井、不同的鉆井目的和不同的采油技術(shù)，選擇最適合的井眼軌跡剖面類型。2定向井鉆井軌跡控制技術(shù)2.1直井段井眼軌跡控制技術(shù)在直井鉆井過(guò)程中，由于施工、地質(zhì)因素、井眼擴(kuò)大等因素，往往會(huì)發(fā)生井斜事故，遇到的地質(zhì)問(wèn)題往往難以預(yù)測(cè)。因此，在定向井施工或擴(kuò)孔作業(yè)時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格控制垂直鉆井軌跡，并采取精確的技術(shù)措施。因此，研制符合垂直鉆井實(shí)際情況的擺式BHA和全孔鉆具具有重要意義。這種器具組合能自動(dòng)補(bǔ)償偏斜，能有效糾正施工過(guò)程中遇到的井斜問(wèn)題。但是要注意保證WOB適當(dāng)合理，因?yàn)閃OB過(guò)大必然會(huì)影響擺力，進(jìn)而增大傾角，會(huì)造成傾角修正函數(shù)的精度誤差，大大降低傾角修正效果。同樣，在鉆井施工中使用滿眼鉆具也能有效防止井斜。施工時(shí)只要扶正器盡量靠近井壁，就能達(dá)到糾偏效果。2.2造斜段井眼軌跡控制技術(shù)在石油開(kāi)發(fā)中，造斜段鉆井在整個(gè)鉆井過(guò)程中起著重要作用。造斜是指以預(yù)定的造斜度為施工起點(diǎn)，以井口鉛垂線為基準(zhǔn)，使鉆頭偏離鉛垂線，加速斜向鉆進(jìn)，達(dá)到偏斜效果。合理估計(jì)炮檢距、傾角等因素，根據(jù)預(yù)定軌跡精確計(jì)算造斜率，為斜井施工提供了很好的指導(dǎo)。此外，應(yīng)通過(guò)增加鉆鋌反復(fù)調(diào)整組合鉆進(jìn)和滑動(dòng)鉆進(jìn)的比例。經(jīng)過(guò)這一系列程序，可以固定井眼軌跡，達(dá)到按原設(shè)計(jì)軌跡鉆進(jìn)的目的，順利完成造斜段的施工。2.3穩(wěn)斜井段井眼軌跡控制技術(shù)鉆定向井時(shí)，先在造斜段鉆進(jìn)，然后在穩(wěn)斜段鉆進(jìn)。在穩(wěn)斜段鉆進(jìn)過(guò)程中，無(wú)線隨鉆測(cè)井儀可以隨時(shí)跟蹤鉆頭的工作狀態(tài)，獲得實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。在工程實(shí)踐中，通過(guò)監(jiān)測(cè)鉆頭的方位偏差和實(shí)際偏差，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)施工中的問(wèn)題，并快速解決這些問(wèn)題，從而保證鉆頭能夠按照原計(jì)劃準(zhǔn)確完成施工。鉆井過(guò)程中，需要使用BHA、定點(diǎn)測(cè)斜儀、多點(diǎn)測(cè)斜儀等儀器，確保井筒能夠按照原設(shè)計(jì)軌跡施工，從而提高定向井的鉆井質(zhì)量。2.4水平井段的井眼軌跡控制技術(shù)在水平井施工中，對(duì)中靶的要求比較高，施工難度大，施工中需要解決的問(wèn)題很多，尤其是依靠一些專用工具設(shè)備進(jìn)行維護(hù)，這也是項(xiàng)目管理的重要內(nèi)容。井下管柱受力非常復(fù)雜，鉆井過(guò)程中，鉆井液密度的選擇范圍有限。如果施工不規(guī)范，容易導(dǎo)致井漏、塌井等問(wèn)題，嚴(yán)重影響施工效率。由于固井和完井施工難度大，應(yīng)采用科學(xué)的控制技術(shù)，確保其符合工程施工標(biāo)準(zhǔn)和要求。2.5跟蹤控制到靶點(diǎn)（1）確保中間目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，提高滲透率。在定向井軌跡質(zhì)量評(píng)價(jià)中，有兩個(gè)指標(biāo)：中靶和軌跡符合率。在實(shí)踐中，隨時(shí)掌握鉆機(jī)軌跡的變化，確保斜向鉆具或鉆機(jī)的軌跡符合工程要求。（2）盡量保證轉(zhuǎn)盤(pán)的鉆速軌道符合要求。轉(zhuǎn)盤(pán)鉆進(jìn)速度直接關(guān)系到井底動(dòng)力鉆機(jī)。鉆井速度越高，事故率越低。因此，造斜完成后，要根據(jù)轉(zhuǎn)盤(pán)找正，共同加大偏差。如果需要及時(shí)穩(wěn)定的傾斜，轉(zhuǎn)盤(pán)扶正器仍然可以使用。只有在出現(xiàn)以下情況時(shí)才能控制攪拌工具：一是在坡度增大或坡度下降的情況下，使用轉(zhuǎn)盤(pán)的鉆速難以滿足工程需要，需要使用攪拌工具進(jìn)行強(qiáng)力作業(yè)。二是由于轉(zhuǎn)盤(pán)的鉆速不能很好地控制各個(gè)方向，在鉆進(jìn)過(guò)程中容易產(chǎn)生較大的位置偏差，極有可能漏掉目標(biāo)，因此需要使用造斜工具進(jìn)行適當(dāng)?shù)男Ｕ?定向井軌跡控制應(yīng)注意的問(wèn)題3.1減小最大井斜角在鉆井過(guò)程中，定向井根據(jù)不同的傾角可以分為三類。井下軌跡傾角為15°到30°，稱為小斜度定向井。井下軌跡在30°到60°之間，稱為中斜度定向井。大斜度定向井則井下軌跡傾斜度大于60°。三種定向井的鉆井軌跡難以控制。因此，在鉆定向井時(shí)，應(yīng)盡可能減小井下軌跡的傾角。該方法不僅提高了鉆井效率，而且有效控制了鉆井軌跡。此外，當(dāng)?shù)叵萝壍纼A角較大時(shí)，油氣井將嚴(yán)重不穩(wěn)定。因此，從這個(gè)角度來(lái)看，減小傾角對(duì)油氣井的穩(wěn)定性具有重要意義。3.2選擇最合理的井眼曲率通過(guò)對(duì)實(shí)際定向井的深入分析，發(fā)現(xiàn)在井深和啟動(dòng)點(diǎn)位置數(shù)據(jù)信息一致的情況下，隨著井眼曲率的減小，井下傾斜段長(zhǎng)度變長(zhǎng)，影響鉆井作業(yè)和鉆井深度。鉆井過(guò)程中，當(dāng)井眼曲率減小，油井穩(wěn)定性增加時(shí)，會(huì)增加鉆井軌跡控制的難度。因此，減小井眼曲率有其優(yōu)點(diǎn)，需要保證井眼曲率在合理范圍內(nèi)。減小定向井水平段的曲率會(huì)引起井的起點(diǎn)和目標(biāo)位置的位移，使定向井整體軌跡的傾角和深度不會(huì)發(fā)生變化，定向井整個(gè)彎曲段的長(zhǎng)度會(huì)有一個(gè)正數(shù)，給鉆井作業(yè)和起下鉆作業(yè)帶來(lái)一定