定向钻井技术论文
定向钻井技术是当今世界石油勘探开发领域最先进的钻井技术之一，小编整理了定向钻井技术论文，有兴趣的亲可以来阅读一下!
定向钻井技术论文篇一
定向井轨迹控制技术
[摘 要]本文就我国定向井钻井技术的发展进行了分析探讨，并重点对定向井轨道控制技术和定向井轨道控制的影响因素进行了介绍，对促进定向井钻井技术的发展具有一定的参考作用。
[关键词]定向井 ;钻具组合 ;地质因素 ;轨迹控制; 螺杆 ;轨迹调整
中图分类号：TE243.9 文献标识码：A 文章编号：1009-914X(2016)14-0105-01
1 前言
定向钻井就是使井身沿着预先设计的井斜和方位钻达目的层的钻井方法。定向钻井技术是当今世界石油勘探开发领域最先进的钻井技术之一，它是由特殊井下工具、测量仪器和工艺技术有效控制井眼轨迹，使钻头沿着特定方向钻达地下预定目标的钻井工艺技术，目前在油田开发中广泛使用。采用定向钻井技术可以使地面和地下条件受到限制的油气资源得到经济、有效的开发，能够大幅度提高油气产量和降低钻井成本，有利于保护自然环境，具有显著的经济效益和社会效益。
2 井底钻具组合的选择和调整
2.1.1 井底钻具组合的类型
根据井底钻具组合的设计目的或作用效果的不同，可分为以下三类：即增斜、降斜和稳斜。而增斜钻具又可分为马达增斜(或造斜)和转盘增斜。所以，实际上常规定向井的最基本钻具组合有四个，即马达造斜钻具、转盘增斜、转盘降斜和稳斜。
下面是12-1/4”井眼中，四套基本钻具组合：
① 造斜，12-1/4”Bit+9-1/2”马达+1.5°弯接头+8”NM・DC(1)+5”HWDP(14)预计 BOR=3°/30m
② 转盘增斜12-1/4”Bit+12-1/4”STB+8”NMDC(1)+8”DC(2)+12-1/4”STB
+8”DC(1)+12-1/4”STB+8”DC(5)+5”HWDP(20)
预计 BOR=2～4°/30m
③ 降斜，12-1/4”Bit+8”NMDC(1)+12-1/4”STB+8”DC(1)+12-1/4”STB+8”DC(5)+5”HWDP(20)
预计BOR=-(2～3)°/30m
④ 稳斜，12-1/4”Bit+12-1/4”STB+8”S・DC(2)+12-1/4”STB+8”DC(1)+12-1/4”STB+8”DC(5)+5”HWDP(20)
在上述组合中，如需要可加一些配合接头，扰性接头、震击器、键槽破坏器等。
前面已说过，从钻具组合的效果上看，可分为四种基本类型。但是实际井眼轨迹控制时，对钻具组合性能的要求远非如此简单。它还要求钻具组合产生的效果，在幅度上能够控制，这就是所谓的微增、微降钻具组合，这也是较难掌握的一点。比如说，BOR=±0.3°/30m的增斜率或降斜率。
拿某一套稳斜钻具(如上述④号)来说，通过调整钻铤、短钻铤的根数和位置、扶正器的位置和尺寸、或者调整钻进参数，④号钻具能变成具有任何性能的钻具，即增斜、稳斜、降斜、微增、微降。
下面是两套微增、微降钻具组合。
⑤ 微降，12-1/4”Bit+S・DC(1)(3m)+12-1/4”STB+8”DC(1)+12-1/4”STB+8”DC(5)+5”HWDP(20)
通过钻压和转速的调整，降斜率范围可达：0.3～0.6°/30m。
⑥ 微增，12-1/4”Bit+12-1/4”STB+8”DC(1)(9m)+12-1/4”STB+8”DC(1)12-1/4”STB+8”DC(5)
通过钻压的调整，增斜范围可达：0.3～0.8°/30m。
另外，通过调整扶正器尺寸，也可得到多种微增、微降钻具组合。
2.1.2 调整钻具组合的原则与方式
如果钻头不是按照预定的井眼轨迹前进，就需要在适当的时候，起钻调整钻具组合。调整钻具的原因有三个：一是井斜不合适;二是方位不合适;三是井斜、方位都不合适。
① 钻具组合调整一般在稳斜段进行，调整钻具组合时应考虑如下几点：
A：确认调整后的钻具入井后，具有预料的性能;
B：一般情况下，采用微调的形式，以避免大幅度增斜/降斜导致稳斜段狗腿太大;
C：尽量争取调整后的钻具能钻较长的井段，以避免反复起下钻调整钻具。一是保证快速钻进，二是避免波浪形井眼轨迹;
D：如果要进行调方位作业(纠方位)，应考虑使用较小度数的弯接头，避免大狗腿;如果裸眼井段太长，还应考虑马达纠斜时的安全性，考虑是否可以在下完套管后进行纠方位或者提前在较浅井段进行。总之，调整钻具组合要准确、及时并且全面考虑井身质量和整个钻井作业。
② 从调整钻具的目的看，调整钻具组合的方式有两种：一是调方位，这需要下动力钻具或组装方位变向器;二是调整井斜。
用井下马达调方位即下入造斜钻具组合(弯接头+井下马达)。所谓变向器调方位，是在转盘钻组合中，加方位变向器，通过方位变向器的作用在钻头处产生一个横向侧向力，钻头横向漂移，从而达到增减方位的目的。
井斜的调整则较简单。通过对转盘钻具的钻铤根数和位置、扶正器的位置与尺寸的调整来改变钻具的性能，达到轨迹控制目的。
3 地层因素对井眼轨迹的影响
目前，对地层力的定量分析，还很不理想。对地层因素对井眼轨迹影响的认识，还只是定性阶段或半定量阶段。由于地下情况异常复杂，地层力的分析目前暂局限于具有一定规律性的地层，其目的在于确定出地层反作用在钻头上的侧向力。在定量分析中至少应考虑以下一些影响因素：
① 地层倾角;
② 地层各向异性;
③ 井眼方位与地层上倾方位之间的夹角;
④ 钻压;
⑤ 井斜角。
此外，转速、钻头类型等也对地层力发生影响。
结合地层力分析和钻具三维力学分析，通过侧向切削模型和轴向钻速模型，确定三维分位移，从而预测井眼轨迹。这是理论上轨迹预测的总体思路。勘探院的苏义脑博士在这方面做了一些研究，但预测结果只是动力钻具造斜部分。而最关键的转盘钻具组合的轨迹预测以及如何利用和控制地层因素影响等方面的工作还有待下一步进行。下面就地层因素的几个方面说明它们对井眼轨迹的影响。
① 通过软、硬交错的地层，通常钻头倾向于垂直地层层面钻进;
② 如果层状地层倾角大于45°，通常钻头倾向与地层层面钻进;
③ 如果预计钻进方向同于地层上倾方向，方位将按钻头自然漂移趋势漂移，而井斜将增加很快;如果预计钻进方向在地层上倾方向的左边，钻头将向右漂移;如果预计钻进方向在地层上倾方向的右边，钻头将向左漂移。
④ 一般来说，上部地层倾角不大，比较疏松，方位漂移不大;而下部地层有一定倾角，且结构致密，方位漂移较大。钻头钻遇砾石层，方位漂移较严重。
总而言之，对地层因素对钻头漂移的影响的认识，还很不充分。一般来说，对某一地区地层自然漂移影响的认识有一个摸索的过程，只有多实践、勤思考、善总结，才能做到较好地利用地层因素为轨迹控制服务。
4、总结
随着全球油气资源的可持续利用问题的日益突出，定向井技术发展和创新已迫在眉睫，我们应该依靠现有的条件，充分利用其它学科先进的技术，改善目前的钻具，合理的使用地质导向技术，加快新技术如自动化、智能化技术的应用水平与程度，为定向井技术的发展开拓更为广阔的空间。
参考文献
[1]王岳.石油钻井技术智能化发展研究[J].知识经济，2011(08).
[2]岳小骐. 定向井轨道设计与控制技术研究[J].技术研究，2006(12).
定向钻井技术论文篇二
定向井轨迹控制关键技术
摘 要 定向井钻井技术被应用到石油钻井中是在19世纪中后期，在定向井钻井过程中，井眼轨迹控制技术是施工的关键。文章介绍了定向井井眼轨迹剖面优化设计技术，对井眼轨迹施工中的直井段、造斜段和稳斜井段控制技术进行了阐述。只有全面掌握这些关键施工环节，才能施工定向井游刃有余，保证定向井施工顺利进行。
关键词 轨迹控制;剖面优化;关键技术;定向钻井
中图分类号：TE243 文献标识码：A 文章编号：1671-7597(2014)05-0060-01
从19世纪后期起定向井被逐渐应该到石油钻井领域，1955年在玉门油田钻成C2-1井，是我国第一口定向井。定向井主要应用在因地面障碍物遮挡而无法进行开发的油藏、地下地质条件复杂，有断层遮挡的油藏、处理事故复杂而进行的侧钻等方面。定向井，尤其是丛式平台定向井可以极大限度增加油气藏的裸露面积，提高油气采收率，节约井场用地，降低钻井综合成本，已经成为石油勘探开发领域的不可或缺的实用钻井技术之一。定向井井眼轨迹控制技术是定向井施工的关键技术，它是决定一口定向井能否顺利施工，实现地质要求目标的关键。
1 井眼轨迹剖面优化设计技术
定向井井眼轨迹剖面优化设计技术是施工一口定向井的基础，只有井眼轨迹设计的准确、合理，才能保证定向井顺利施工，实现地质目标。
1.1 井眼轨迹剖面优化设计原则
俗话说，没有规矩，不成方圆，在进行定向井井眼轨迹设计时，同样需要遵循一些规矩和原则，定向井设计原则主要体现在以下3个方面。
1)要以实现地质目的为基本原则;钻定向井的目的有很多种，或是要穿越多个含油地层，实现勘探开发效果的突破;或是要避开地下断层，挖潜剩余油;或是要使井眼轨迹在目的层中延伸最大，增加油气藏泄露面积;或是事故复杂无法进行处理而进行的侧钻;或者为了节省井场占地而进行的丛式平台定向井;或是要避开地面障碍物而钻的定向井等。无论是哪种形式的定向井，都要以实现地质目的为基本原则。
2)要利于现场施工，能够实现安全、优质、高效钻井为目标;在进行一口定向井轨迹剖面设计时，一定要优选造斜点，选择在地层稳定、软硬适中的位置，一定要避开那些容易坍塌、容易漏失、容易缩颈、压力异常等层位进行造斜。同时根据地质目标的不同，会使定向井的井斜角有所不同，在进行定向井井斜角选择时，既不能过大，也不能过小，过大超过45°会使施工难度加大，易发生井下事故复杂，过小小于15°又会使方位不稳定，增加调整的频次，因此在实现地质目标前提下尽量使井斜角处在15°-45°之间。在选择造斜率时，要权衡所钻地层和工具的实际造斜能力，尽量降低造斜率和造斜井段的长度，以实现快速钻井。
3)要满足后期的采油工艺要求，在满足地质目标和安全钻井的情况下，尽量降低井眼曲率，以便改善后期抽油杆和油层套管之间的偏磨，同时也利于后期改造安全采油泵和其它井下作业。
1.2 井眼轨道类型选择
按照我国定向井标准来说，在定向井井眼轨迹优化设计时主要有三种井眼轨迹剖面可以选择，既直-增-稳三段制剖面、直-增-稳-降四段制剖面和直-增-稳-降-直五段制剖面可供选择，在定向井进行井眼轨迹优化设计时，根据地质目标的不同而选择适合的井眼轨迹，但是各种井眼轨迹各有优缺点，直-增-稳三段制井眼轨迹设计操作简单，造斜井段短，利于现场施工操作，在没有特殊要求的情况下会尽量选择这种井眼轨迹剖面，直-增-稳-降四段制轨迹剖面易形成岩屑床，起下钻容易捋出键槽，造成起下钻摩阻增大，甚至卡钻，给井下安全带来极大隐患，一般不常用。而直-增-稳-降-直井眼轨迹剖面类型更适合后期的采油工程作业，因其在目的层处于垂直状态，利于采油泵的安全下入。综上所述，在定向井井眼轨迹设计时，应该尽量考虑当前施工状态和后期采油工程的需要，尽量选择三段制直-增-稳剖面类型或者五段制直-增-稳-降-直剖面类型，下面着重对三段制井眼轨迹控制技术进行深入探讨。
2 井眼轨迹控制技术
1)直井段防斜打直。直井段防斜打直是定向井井眼轨迹控制的基础井段，直井段产生井斜的原因主要有地质因素、工程因素和井眼扩大的影响。地质因素是我们不可控制的因素，因此要想实现防斜打直我们只能从工程因素和井眼扩大方面想办法。首先在钻具组合方面我们要进行下部钻具组合的选择，在现场施工中我们主要选择满眼钻具组合和钟摆钻具组合进行防斜打直。满眼钻具组合只能够防斜，而不能够纠斜，在满眼钻具组合的使用中关键在一个“满”字上，就是要扶正器与井壁之间间隙尽可能地小，以保障满的状态，防止井斜的产生。钟摆钻具组合的原理是当钟摆摆过一定角度时，会产生一个回复力，这个回复力会随着钟摆摆过的角度增多而增加。在钟摆钻具组合使用过程中，对钻压特别敏感，当钻压加大时，钟摆钻具组合钟摆力减小，而增斜力增大，这样就起不到防斜和纠斜的目的;当钻压较小时，钟摆钻具组合才呈现防斜和纠斜性能，所以在实际使用中，钟摆钻具组合不能使钻压完全释放，会在一定程度上影像机械钻速的提高。因此在进行防斜打直过程中，我们要根据不同的情况选择不同的钻具组合。
2)造斜段轨迹控制技术。造斜过程就是从造斜点开始强制钻头偏离井口铅垂线增斜钻进的过程，这一时期的主要任务就是如何让钻头偏离井口铅垂线，使造斜过程更顺利，施工中首先对直井段的井斜、方位数据进行处理，根据直井段井斜、方位的偏差以靶点目标重新进行待钻轨迹修正设计，重新计算出定向各段的造斜率大小，来指导定向造斜施工。造斜初期连续定向几个单根，摸清楚造斜工具和造斜钻具组合在所施工区块的实际造斜率，然后通过调整滑动钻进和复合钻进的比例，使实钻井眼轨迹尽量贴近设计井眼轨迹，直至造斜完成。造斜过程就是从造斜点开始强制钻头偏离井口铅垂线增斜钻进的过程，这一时期的主要任务就是如何让钻头偏离井口铅垂线，使造斜过程更顺利。
3)稳斜段轨迹控制技术。在造斜结束后，对于直-增-稳三段制结构的井眼轨迹剖面来说，接下来的任务就是进行稳斜井段的施工。稳斜井段施工最好选用无线随钻测量仪器进行跟踪控制，实现动态监控，发现实际井斜角、方位角偏离设计值及时进行调整，保证中靶。但有时在没有无线随钻测斜仪器时，就需要下入稳斜钻具组合，应用单、多点测斜仪定点测斜，使实钻轨迹离开设计轨迹“不要太远”，既要保证中靶，又要提高机械钻速。一方面如果实钻井眼轨迹与设计井眼轨迹剖面偏离太远，那么就可能造成脱靶，使井身质量不合格;另一方面的意思就是如果始终要求实钻井眼轨迹与设计井眼轨迹误差很小，那么势必要非常频繁的测斜，频繁的起下钻更换钻具组合，必将影响机械钻速，增加钻井周期。
3 结论
1)在定向井井眼轨迹剖面设计时，要以实现地质目标为目的，尽量选择简单、造斜井段短的剖面类型，保证定向井顺利施工。
2)进行定向井井眼轨迹控制时，直井段防斜打直是基础，把好定向造斜关是关键，跟踪控制到靶点是目标。
参考文献
[1]王清江，毛建华，等.定向钻井技术[M].石油工业出版社，2009.
[2]王清江，等.定向井井眼轨迹预测与控制技术[J].钻采工艺，2008(07).
作者简介
徐凤和(1974-)，助理工程师，现在大庆钻井二公司三项目部30505队工作。