定向井钻井工艺技术优化措施分析

王吉龙，牛 意，余 潞

（1.中海石油有限公司天津分公司，天津 300459；2.中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司，天津 300459）

1 石油资源开采工作存在的挑战

最新的人口数量普查结果显示，我国拥有超过14亿人口，属于名副其实的人口大国，所以对能源的消耗十分惊人。随着我国逐步进入工业化社会，为了加快经济发展速度，我国每年需要进口大量的油气资源，使得能源供给问题越加严峻。此外，尽管我国拥有广袤的国土面积，但是油气资源的开采规模仍然存在很大缺口，并且部分油田的开采已经日益枯竭，所以为了解决能源短缺问题，需要针对我国油气资源开采现状开发出更加现代化的油气资源开采技术，从而降低我国油气资源的开采难度。与此同时，相比国外发达国家，我国油气资源开采技术相对落后，开采成本居高不下，极大地限制了我国油气资源的开采速度。另外，尽管我国国土面积大，但是不同区域的地质特征存在很大差异，钻井作业存在很大的风险，不仅会影响油气资源开采效率，而且也会加大安全事故出现概率，威胁作业人员生命安全。当前，为了开采更多油气资源，我国加大了深井、超深井的开采规模，所以对开采技术的应用水平提出了很高的要求。对于深井、超深井而言，井底温度高于普通油气井，地质结构更加复杂，岩石致密程度更高，所以对钻井技术与工具的应用有着极高要求，同时也直接影响钻井企业的经济效益。总之，作为影响国家经济发展的重要战略资源，石油资源开采效率将会直接影响钻井企业与国家的经济利益，所以为了提升油气资源开采效率，钻井企业有必要、有责任解决好钻井工艺技术面临的众多难题。

2 定向井钻井的特点与难点

2.1 定向井钻井工艺技术概述

与其他钻井工艺技术相比，定向井钻井工艺技术不仅可以提升油气资源开采效率，而且针对结构特殊的地质，定向钻井工艺技术可以有效降低特殊地质结构对开采效率的影响，降低开采成本，提升钻井流程的合理性，并且也可给予钻井工作更有效的安全保障，提升钻井企业开采效率与经济效益。与此同时，随着我国油气资源开采的不断扩大，当前定向井钻井工艺技术的应用已经十分普遍，并且可在处于开采后期的油田得到有效应用，使剩余油气资源得到有效开采，进一步发挥处于开采后期油田的价值，降低钻井成本，属于一种节能降耗的钻井工艺技术。

2.2 定向井钻井的特点与难点

对于定向井钻井工艺技术而言，其工作原理是采用定点钻井的方式进行油气田的开采工作。在应用定向井钻井工艺技术前，钻井企业应根据油气田地质结构特点，有针对性地选择定向井钻井工艺技术。随着我国油气田开采规模的不断扩大，定向井钻井工艺日益成熟，但是在钻头材质、钻头大小以及工艺选择等方面仍然存在很大的优化空间，所以钻井企业应以定向井钻井技术特点为切入点，选用科学的优化措施，提高定向井钻井质量与开采效率，同时注重施工的规范性，有针对性选择定向井钻井流程，实现提升定向井钻井技术水平的目的。除此之外，由于油气田钻井工作环节众多，所以钻井工作十分危险，对安全工作提出了很多要求。因此，在应用定向井钻井工艺技术时，钻井企业应注重安全管理工作，加大定向井钻井安全生产管理力度，积极排查安全隐患，给予钻井人员更加细致的安全培训，并合理选择定向井钻井工艺技术，确保定向井钻井工作可以安全开展，防止出现各类安全事故，降低钻井难度。由于定向井存在多种类型，不同类型的定向井对钻井工艺技术的要求存在差异，为了提升钻井施工安全性，钻井企业应注重规范钻井施工程序，完善钻井施工章程，避免相邻井眼出现打穿事故，提升施工的安全性。

3 定向钻井工艺技术的实际应用

在正式钻井工作前，钻井企业应针对油气田地质结构选用合适的定向井钻井技术。此外，在实施定向井钻井工艺技术时，钻井企业不仅要制定合理的钻井方案，而且要在钻井工具齐全的状态下完成相关钻井作业，确保井眼轨迹符合施工方案要求。当前，随着我国定向井钻井技术应用的不断增多，我国在定向井钻井工艺技术的研究方面取得十分喜人的成绩，无论是钻井工程方案，还是定向井钻井作业操作流程，均已经达到很高水平。例如，随着无线随钻测量技术的引入，其可以准确地勘测地层信息，并将钻井轨迹实时传输至监控系统，方便钻井人员了解钻井轨迹与相关参数，为后续高质量钻探工作奠定基础。另外，为了保证定向井钻井工作可以顺利开展，除了选用合理的定向井钻井技术外，还需要针对水平井区段、稳斜井区段以及垂直区段的特点，科学地设计钻井工艺流程，使复杂的工艺操作简单化，提升钻探角度的精准性，保证钻井工艺质量符合设计要求。另外，在钻井前，钻井人员应对施工方案进行合理编制，提出各类可能出现问题的解决方案，加快问题处理速度，确保定向井钻井工艺技术可以得到有效应用。

4 定向井钻井工艺技术的优化策略与优化措施

由于定向井钻井工艺技术具备诸多应用优势，所以其成为当前油气田开发过程中普遍使用的钻井工艺技术。在实际应用定向井钻井工艺技术时，为了确保钻进轨迹符合施工方案要求，节约钻井成本，需要钻井企业以高度的责任意识对定向井钻井工艺技术进行优化，提升定向井钻井工艺技术应用水平，使之与我国油气资源开采目标相契合。

4.1 定向井钻井工艺技术的优化策略

在钻井过程中，钻井企业为了降低施工成本，确保钻井工作可以如期完成，需要在钻井过程中使用定向井钻井工艺技术，从而实现提升开采效率的目的。在应用定向井钻井工艺技术时，为了使定向井钻井工艺技术符合油气田开采要求，钻井企业应根据油气田地质条件以及实际开采工作遇到的问题为基础，合理设计钻井数量，并针对问题提出合理的解决与技术优化方案，注重降低定向井钻井能耗，缩减钻井成本，提升钻井轨迹精度，细化钻井作业流程，不断提高定向井钻井工艺技术应用水平。

4.2 定向井钻井工艺技术优化措施

（1）优化定向井钻井井眼轨迹控制措施

在钻井过程中，常规钻井区段与垂直段井区拥有近乎一致的井眼轨迹。但是，对于垂直段井区而言，如果垂直段井区井眼轨迹控制不当，不仅会加快钻头磨损程度，而且也会影响后续开采作业的安全开展。因此，为了严格控制垂直段井区的井眼轨迹，应在作业前针对垂直段井区的特点，合理选择钻头型号，确保钻头性能符合后续施工要求。在确定井眼位置后，应对钻井区域地质情况进行勘测，如果钻井区域的油气含水量高，则要注意避开此类位置，否则将会影响钻井质量。此外，为了缓解钻头的冲击力，提升钻头使用时间，应选择钻进性卓越的地层开展造斜钻井作业，并且有助于提升井眼轨迹的控制精度，防止井壁发生破坏，提升钻井作业的安全性。为了使井眼轨迹控制精度符合要求，在制定井眼轨迹方案时，应收集尽可能全面的数据，唯有全面的数据支撑，才可提升井眼轨迹方案制定的合理性。在收集数据过程中，可借助现代化设备，例如，随钻井测试设备、井眼数据采集设备等，及时对井眼轨迹参数进行监测，如发现问题可以及时进行处理，防止问题进一步扩大，或者可通过采集数据对钻井工具进行优化与改进，确保造斜井段施工可以安全、高效开展。

（2）优化设计定向井钻井作业施工方案

在钻井过程中，可以定向井井斜角度以及方位角度为基础，从而完成造斜井的区段设计工作，使定向井钻井作业施工得到进一步优化。以区段施工要求为基础，定向井钻井作业施工的优化方式有以下两个方面：①在定向井钻井工作中，油气田的区段、地层被划分出很多个区域，为了确保钻井作业可以安全开展，防止在造斜角施工中出现安全隐患，需要对定向井钻井工艺进行优化设计，提升钻井作业的安全性。②在制定定向井钻井工艺技术方案时，方案中应用完整的管理体系，例如，施工技术管理、设备管理以及工程信息管理等。借助完善的工程管理体系，可实时监测井眼轨迹参数，确保井眼轨迹可以得到严格控制，同时也可有效防止安全事故发生，提升钻井企业的经济效益，加快油气田的钻井效率。因此，鉴于定向钻井工艺技术如此重要，所以钻井企业应从优化设计定向井钻井作业施工管理入手，有针对性地选用定向井钻井工艺技术，提高钻井作业施工技术应用水平，合理优化钻井工具，保证井眼轨迹符合钻井方案要求。最后，针对障碍井区段作业，钻井作业过程中应加强井眼轨迹监测频率，密切留意是否存在井斜情况，及时检测岩屑样本，做好完备的防碰措施。概括的说，唯有科学、合理的定向井钻井作业施工方案以及先进的设备技术，才可为钻井企业营造良好的钻井环境，所以在应用定向井钻井工艺前务必要优化方案的每一处细节，确保井眼质量符合施工方案要求。

（3）优化定向钻井工艺技术

随着机械自动化技术、计算机技术的不断成熟，各个行业开始注重将计算机技术与机械自动化技术相互结合并加以运用。对于钻井工作而言，计算机技术、机械自动化技术的加入，可以使钻井工具得到最大限度的优化与改进，加快钻井工程的实施效率，缓解钻井工作人员的工作强度，使定向井钻井工作开展得更加顺利、有序。现阶段，动力钻具、稳定器以及高精度检测工具在定向井钻井工作中得到了广泛应用，相关工作人员可在钻井前对上述设备进行了解，知晓上述设备的功能与特性，同时做好设备调校工作，及时保养高精度监测仪器，合理使用各类仪器、设备，为后续定向井钻井工作打好基础。此外，在定向井中，为了防止井喷、钻井液污染储层等事故发生，钻井人员应对各类井控设施进行合理使用。由于不同地层区段的地质条件不同，应以地层区段的地质条件为参照，合理组合钻井工具，有助于提升钻井效率与质量。最后，针对斜井区段的钻井施工，为了提升套管使用时间，减少套管的磨损程度，应选用低转速、高压力的钻井方案进行施工，可以有效减少钻井成本，最大限度提升定向井钻井施工质量。

（4）利用钻柱力学以及井眼仿真设计

利用计算机强大的算力支持，可将仿真软件安装在计算机中，并利用仿真软件对井下钻柱力学的表现方式进行仿真设计，构建科学的力学模型，有助于提升大斜度定向井钻井工作的合理性，确保定向井钻井工作可以有序开展。此外，在定向井钻井仿真软件的帮助下，工程人员可直接在计算机中对不同施工方案进行模拟，从中选择出最合理的定向井钻井工艺技术方案。与此同时，钻井工具的屈服特性好坏，将直接影响钻井工作的工作状态，所以可借助三轴应力法，对钻井工具的抗拉强度进行验算，确保钻头在旋转时，其轴向载荷不会超过弯曲临界荷载。与此同时，在钻井过程中，要对井眼的清洁状态进行监测，利用计算机构建井眼模型，计算出井眼的清洁状态对后续钻进工作的影响程度。如果井眼清洁状态不达标，将会产生卡钻问题，影响钻井效率与质量。因此，在钻井作业时，应针对地质特点严控控制钻进速度，做好井眼清洁工作，密切监测井眼清洁状态，保证后续工作可以顺利进行。

5 结语

当前，我国经济发展正处于腾飞的时代，随着我国石油资源需求量的不断扩大，传统钻井技术无法适应未来发展要求。因此，未来加大油气资源的开采效率，需要根据我国钻井工程特点，不断地对定向井钻井工艺技术进行研究与优化，帮助钻井作业人员了解定向井钻井工艺技术特点，注重将现代化技术与定向井钻井工艺技术相结合，使定向井钻进工艺技术应用水平不断提升，对加快我国油气资源的开发程度可起到十分重要的意义。