浅谈定向井钻井技术

魏山

摘要：定向井钻井技术已成为石油勘探开发领域最重要的一种钻井技术，在介绍了定向井分类及实用范围的基础上，对定向井施工中涉及的造斜点的选择、井眼轨迹剖面类型的选择以及井眼轨迹控制技术等几个方面进行了详细的阐述，对定向井施工技术人员具有一定的指导作用。

关键词：分类;剖面类型;造斜点;轨迹控制;定向井

定向井钻井技术是当今石油勘探开发领域经常用到的一种钻井技术，它是沿着预定的井眼轨迹钻达目标点的钻井技术。

1 定向钻井分类及实用范围

1.1 定向钻井分类

定向井按照其井斜角大小，及施工难易程度可以分为以下几类：

（1）小井斜定向井：这种定向井设计最大井斜角不超过15°，在实际钻井施工中，由于井斜角相对较小，方位容易漂移，钻井施工难度比较大。

（2）中井斜定向井：这种定向井设计最大井斜角在16°-45°之间，因为井斜叫相比小井斜角大，钻井过程中方位比较比较稳定，是现场施工中最利于施工的一种井型。

（3）大井斜定向井：这种定向井设计最大井斜角在46°-85°之间，井斜角相对较大，方位更加稳定，但是国内外多种研究都表明，井斜角在45°-65°之间时岩屑上返最困难，最易形成岩屑床，不利于井下安全，同时由于井斜角的增加，施工的摩阻扭矩也逐渐增大，钻井施工难度大。

1.2 定向井应用范围

（1）定向井主要在以下几个方面的应用

（2）在海上钻井平台钻丛式定向井，控制海下较大的含油气构造。同时在一个平台钻多口定向井，也可以节约平台建造费用。

（3）应用于近海油气田的勘探开发，使用定向井钻井技术，可以在陆地钻达近海油气层，节省了在海上建造平台的费用。

（4）用定向井控制地下断层，查明断层所在位置。

（5）因地面障碍物的遮挡无法开发的油气田，需要钻定向井。

（6）因事故处理需要进行侧钻。

（7）因井喷失控而造成着火，为了控制火灾而钻的定向救援井。

（8）为增加油气泄露面积，防止气锥和水锥，而进行的大斜度定向井的钻探。

2 定向钻井造斜点选择

造斜点的选择关系到定向井施工的成败，选择合理的造斜点可以降低定向井施工的整体难度，同时在平台丛式定向井施工中，选择合理的造斜点也可避开井眼之间相碰，达到安全钻井的目的，在定向井造斜点选择时应该主要考虑以下几个方面因素。

（1）造斜点选择尽量选择在浅层，因为造斜点越深，岩石压实作用越强，造斜施工难度越大;但是我们所说的浅层不是越浅越好，如果在成岩作用不强的地层进行造斜，那么很可能井斜起不来而影响施工效率，所以要选择既成岩，又相对浅的位置。

（2）造斜点的选择尽量在砂岩中，因为砂岩地层井径相比比较稳定，而泥页岩遇水后容易膨胀，不定向施工安全。

（3）在有表层套管的井进行造斜时，造斜点要选择在表层套管鞋50m以下，这样既可以避免动力钻具对套管鞋的损伤，同时也能避开表层套管对定向施工仪器的磁性干扰，利于定向井定向施工。

（4）在选择造斜点时，要考虑设计轨迹剖面的最大井斜角大小，尽量使最大井斜角在15°-45°之间，这个角度在稳斜钻进过程中方位相对比较稳定，利于定向井的施工。

3 定向钻井剖面选择

定向井井眼轨迹剖面类型很多，在进行定向井井眼轨迹剖面设计时，必须考虑充分利用地层自然造斜规律、利于钻井、采油、修井工作，剖面要相對简单，造斜井段地层稳定，井眼曲率变化均匀以及当今的钻井技术水平等相关因素。根据当今的国内外定向井剖面相关资料和现场施工经验，最常用的井眼轨迹剖面主要有直-增-稳三段制剖面、直-增-稳-降四段制剖面、直-增-稳-降-直五段制剖面这三种剖面类型，各个井眼轨迹剖面类型之间有其各自的优缺点。

3.1 直-增-稳剖面

直-增-稳剖面类型相对简单，造斜点相对较低，通常在表层套管内就可以完成造斜，达到规定的井斜角，造斜完成后更换稳斜钻具一直钻达目的层。这种剖面类型通常用在没有技术套管或者单一目的层的定向井中。

3.2 直-增-稳-降剖面

这种剖面造斜点相对也较低，在造斜完成后进行稳斜钻进，当位移达到地质目标需求时进行降斜作业。这种剖面类型适用于地层相对负责，而且要穿越多个油层的井。

3.3 直-增-稳-降-直剖面

这种剖面类型造斜点相对较深，水平位移相对较小，而且具有大段的直井段，由于造斜点较深，造斜实间较长，费用相对较高。

在定向井井眼轨迹剖面设计中，并不是一成不便的，有时候要根据现场施工具体情况灵活运用，设计出多种井眼轨迹剖面类型。

4 定向井轨迹控制技术

4.1 造斜工具的选用

目前位斜工具基本上都是选择单弯螺杆钻具。单弯螺杆钻具主要由旁通阀、马达、万向轴、传动轴几个部分组成，其中马达是螺杆钻具最重要的组成部分，下面着重介绍一下马达部分。马达主要由定子和转子组成，输出的扭矩和转速的大小主要是由定子和转子的螺旋角和凸瓣数决定的，根据定、转子头数对比关系的不同，可以分为高转速低扭矩马达、中转速中扭矩马达和低转速高扭矩马达。如1/2头关系的马达为高转速低扭矩马达，7/8头关系的马达为低转速高扭矩马达。

4.2 轨迹控制技术

定向井轨迹控制的基本原则就是通过选择合适的钻具组合、优选和调整钻井参数，使井眼轨迹最终中靶。一个优秀的定向井工程师不仅仅是要追求中靶，而且还要钻出良好的轨迹，保证定向井施工安全、优质、高效。

4.2.1造斜段轨迹控制技术

在造成井段我们根据设计造斜率来选用不同弯角度数的螺杆钻具，根据设计造斜率进行钻进，保证井眼曲率均匀，平滑，直至钻至规定的井斜角度。

4.2.2 稳斜井段轨迹控制技术

稳斜井段选择三扶正器强稳钻具组合，每钻进100-150m进行定点测斜，根据测斜结果进行计算分析，在偏差较大情况下进行倒换钻具组合，保证中靶。

5 结论

定向井施工技术已经成为国内外各大油田勘探开发的关键技术，它的出现解决了很多以往复杂油气田难以开采的难题。在定向井施工中，要综合考虑造斜点、井眼轨迹剖面类型及轨迹控制工具，同时施工人员还要有丰富的定向井施工经验，才能保证定向井施工实现安全、优质、高效。

参考文献：

[1] 王成，定向井钻井技术[M]，石油工业出版社.