石油定向井钻井轨迹控制技术探究

殷会鹏 袁君 乔浩

摘 要：近年来，我国发展十分迅猛，在经济发展的激流中石油的重要影响已经展露出来。从石油中不仅可以提炼出用于维持汽车和机器运转的汽油和柴油，还可以提炼出作为人们生活及工业重要燃料的煤气。因此，对石油的勘探和开采力度逐步加大，而开采石油的钻井技术也在飞速进步。在19世纪中后期，石油钻井首次正式应用到了定向井钻井技术，在施工过程中，井眼轨迹控制技术可以称得上是定向井钻井的关键技术，而直井段、造斜段和稳斜井段各自采用的井眼轨迹控制技术又是存在差异的。总的来说，井眼轨迹控制技术在不断地改进和完善中使定向井钻井轨迹控制水平的得到了大幅度的提高，在这个关键技术的支持下定向井施工才会有条不紊的进行。

关键词：定向井，关键技术，石油，井眼轨迹

定向钻井的含义是是井身保持原先确定好的方位和井斜进行施工直到达到目的层。在石油开发过程中往往会遇到不可控的复杂因素影响施工，而使用定向井钻井技术则可以很大程度上解决这些问题。定向井钻井技术作为石油勘探和开采领域在目前世界上最先进的钻井技术之一，拥有特殊的井下工具、测量器具和工艺技术，能够很好地控制井身的轨迹，控制着钻头朝着既定的方向施工，这类技术的实用性非常高，能够使地上或者地下受到条件限制的油田得以开发，而且还能增加石油产量降低开发成本，因此在石油开采领域得以广泛应用。但定向井井眼控制技术也存在实施上的困难，必须不断优化才能达到对井眼轨迹控制的精确控制，而且还要根据井段的不同制定各有特点的定向井钻井轨迹控制技术。

1 定向井钻井轨迹控制技术的重要性

可以说，明确定向井钻井施工中所应用的钻井轨迹是整个钻井施工计划的基础前提，只有钻井轨迹确定好了才能够顺利进行下一步作业。如果钻井轨迹设计不合理，那么将会严重影响到施工的进程，大大降低施工效率，增加施工成本。因此，必须更加深入的对钻井轨迹控制技术进行探究，不断地优化完善。另一方面，由于石油开采所处的位置、地形地貌和地质情况都有所不同，不同地形的开采方式又是不一样的，这就给定向井的钻井施工带来很大的困难。这样看来，不管是出于哪个方面的考虑，加强对定向井钻井轨迹控制技术的研究不断优化完善技术是如今非常必要的措施。

2 影响定向井钻井轨迹准确度的因素

2.1 轨迹设计因素

在对定向井钻井轨迹的设计中目前最普遍使用到的是三维设计技术，但三维技术在应用中的最大弊端在于不能达到钻井施工所要求的精确度，而且井下的地质情况又十分复杂不能一概而论，想要单单通过三维技术就能规避所有障碍物是不可能实现的。因此这些井下障碍物不能及时规避的问题、不能够精确地确定钻井轨迹关键点的问题、校验井眼曲率准确度不够的问题等都会导致定向井施工期间轨迹偏离预先设计，从而使得钻井轨迹合理性出现偏差。

2.2 施工技术因素

表层钻井施工时，由于水阀门的泵压和排量不足这一因素引起的现场施工事故打滑现象不在少数，更有甚者会直接造成严重的井漏事故，这些事故会大大的降低钻井施工效率、增加钻井成本，甚至给企业带来更大的经济损失。直井段钻井施工时，施工人员必须在钻井过程中对井距方位时时监测调整，这样才能够避免钻井施工中存在碰井现象。除因井距方位监测调整失误引起的碰井问题之外，在施工期间对井斜控制失误也会在后面的钻井过程中增加施工风险。造斜段钻井施工时，机械钻具在磨阻等种种因素的影响下也会使造斜更加困难。

3 控制定向井钻井轨迹的举措

3.1 严格把控轨迹设计

为了能够使定向井钻井工程顺利实施，必须对施工过程层层把关，每一个步骤都严格控制，尤其是在轨迹的设计阶段，必须要求设计人员仔细的勘察施工现场，每一处设计都要做到精准无误，对井下地质和可能遇到的不确定性因素做到提前预判，合理的应用针对性的目標函数，反复加强轨迹设计，优化定向井钻井的实施计划，将在使用三维设计技术设计定向井钻井轨迹时出现的种种问题逐一解决从而使得设计不断优化，这样一来，在底下遇到未知问题的应对策略也会更加充分，对于较为复杂的问题也可以共同探索攻克难题的关键所在。

3.2 严格把控施工技术

要想避免钻井施工因素对钻井轨迹的不利影响，更大程度的强化对钻井轨迹的控制，就必须要找出最适合的钻井方法，对施工方案反复推敲优化。要合理利用复合钻井技术，对定向井施工的质量严格把控，在提高施工效率的前提下对钻井轨迹进一步的优化完善。但是，应用这类复合钻井技术所需的成本时非常高的，因此考虑到成本投入问题，这类技术仍然需要提高优化。

4 定向井钻井轨迹控制技术

4.1 直井段井眼轨迹控制技术

在直井段施工的过程中应用到井眼轨迹控制技术来保持井身打直防止方位倾斜，这一要求正是定向井钻井井眼轨迹控制技术的工作基础，对这一技术的合理应用会给直井段钻井的施工奠定十分坚实的基础。

直井段钻井施工过程中因为受到工程、地质因素和井眼扩大等因素影响常常会出现井斜事故，而遇到的地质问题往往是不可预测的，因此我们必须在定向井施工期间或在井眼扩大间隙利用精确的技术手段对直井段钻井轨迹进行严格把控。而在这个过程中，选择与直井段钻井所遇到的实际情况相匹配的钟摆钻具组合及满眼钻具成为最关键的所在。这种器具组合在偏离超过一定角度之后能够自发的产生一个回复力，同时还可以有效的纠正施工过程中遇到的井斜问题。然而我们仍然要注意一定要保证钻压的适当合理，因为如果钻压太过大就会不可避免的影响钟摆力，进而使得增斜力增大，这样一来，就会导致纠斜功能在准确性上的失误，大大降低纠斜效果。类似的，应用满眼钻具于钻井施工，也可以有效防止出现井斜问题，只需要在施工中尽最大能力的将扶正器靠近井壁就可以达到纠正井斜的作用。

4.2 造斜段井眼轨迹控制技术

造斜段钻井施工在整个石油开采的定向井钻井过程中处于一个非常重要的地位。造斜就是把先前已经确定好的造斜点作为施工的起始点，以井口的铅垂线为参考，使钻头能够偏离铅垂线来加快倾斜钻进，从而能够达到造斜钻进的效果。按照先前确定好的轨迹路线，对方位偏差、井斜角等因素进行合理估算，然后准确计算出造斜率，这样一来就能给造斜钻井的施工带来非常有效的指导，除此之外，还要通过增加钻铤对复合钻进和滑动钻进比例反复调整，经过这一系列步骤就能够固定钻头轨迹，达到按照原先设计轨迹钻井的目的，造斜段井眼的施工便可以顺利完成了。

4.3稳斜井段井眼轨迹控制技术

石油开采定向井钻井施工期间，造斜段钻井施工结束后紧接着就是稳斜段钻井施工了。在稳斜段钻井施工期间，主要可以通过无线随钻测井仪器时时跟进钻头的工作状态，并获取即时监测数据，通过监测钻头的实际井斜角和方位角偏离状态等数据，施工人员可以及时的发现施工中出现的问题并且能够迅速的处理这些问题，以保证钻头能够按照原定计划准确完成施工。如果失去了无线随钻测井仪器的助力，则需要在钻井过程中用到稳斜钻具组合，而且在定点测斜时也需要应用到单点测斜仪器及多点测斜仪器来保证井眼能够按照原定设计轨迹施工，从而实现提高定向井钻井质量的目的。

5 结语

综上所述，在石油开采过程中使用到的定向井钻井技术，应该首先勘探地质特征，根据不同的地质设计出符合地质特点的井眼轨迹剖面，然后根据实际情况选择出最合适的轨迹类型，对不同的井段（包括上文中涉及到的直井段、造斜段和稳斜井段等）采用不同的轨迹控制技术，如此才能保证定向井钻井顺利施工。还要全面的分析对钻井轨迹控制产生影响的因素，从而不断地优化钻井轨迹控制技术以提高施工效率，降低施工成本，保证施工安全顺利的进行。

参考文献：

[1]张长清.影响定向井钻井速度的因素及提升措施[J].中国石油和化工标准与质量，2019，39（12）：23-24.

作者简介：

殷会鹏（1981- ），男，大学本科学历，钻井工程师，从事钻井定向工作，苏里格区块水平井轨道设计与轨迹控制负责人。