大斜度定向井技术研究概述

张立天

[摘 要]定向井就是使井眼轨迹沿着预先设计的井斜和方位钻达目的层的钻井方法，定向井技术可以使地面和地下条件受限制的油气资源得到经济、有效的开发，大幅度提高油气产量、降低钻井成本，具有显著的经济效益和社会效益。油田埋藏在高山、城镇、森林、沼泽海洋、湖泊、河流等地貌复杂的地下，或井场设置和搬家安装碰到障碍时，通常在他们附近钻定向井。所以对大斜度定向井技术的研究已成为石油行业发展的关键问题，亟需高度引起重视。

[关键词]大斜度 定向井 技术

中图分类号：P634.7 文献标识码：B 文章编号：1009-914X（2017）38-0129-01

1、前言

定向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。采用定向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。定向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。

2、定向井基本应用

定向钻井目前已成为陆地和海上油田开发的主要手段。定向井在石油勘探与开发中得到了广泛的应用。在地面上难以建立井场和安装钻井设备进行钻井的地区，要勘探开发地下的油气资源，唯一的办法就是从该地区附近打定向井。在海洋或湖泊等水域上勘探开发石油，最好是建立固定平台，或采用移动式钻井平台，或从岸边打定向井、丛式定向井。当在钻达油气层所经过的地层中有难以穿过的复杂地层时，用定向井可以绕过这些复杂地层，称为绕障定向井。在发生断钻具、卡钻以及井喷着火等恶性事故的情况下，采用侧钻井、救援井是处理此类事故的有效方法。近年来，各类水平井、大位移井、多分支井和二维及三维多目标井的出现和发展，更是把定向井的应用推进到了优化油藏开发方案，增加产量，提高釆收率的范围。另外，在非石油勘探开发领域，例如煤层气、卤水、地熱、天然气水合物、固体矿产等的勘探和开采，以及地下核试验的采样等，定向钻井技术也有着非常广泛的应用

水平井是定向井的一种，一般的油井是垂直或倾斜贯穿油层，通过油层的井段比较短。而水平井是在垂直或倾斜地钻达油层后，井筒转达接近于水平，以与油层保持平行，得以长井段的在油层中钻进直到完井。这样的油井穿过油层井段上百米以至二千余米，有利于多采油，油层中流体流入井中的流动阻力减小，生产能力比普通直井、斜井生产能力提高几倍。

所谓“体积跟踪法”是指对井口返出岩屑的体积进行跟踪。一般来说，除裂缝发育地层外，每钻进一米地层返出岩屑体积是一定的，可以采取理论上每米破碎的岩石量（体积）与岩屑的实际返出量（体积）之比，来判断岩屑床的形成与否。

如果每米实际返出的岩屑量远远小于理论上每米破碎的岩石量，就说明井筒中有岩屑床形成，钻井液携岩能力差，不足以把新破碎的岩屑全部带出井口，更不会破坏原有岩屑床，此时只要有岩屑返出，都可认为是真岩屑；

反之，如果每米实际返出的岩屑量远远大于理论上每米破碎的岩石量，就说明当时钻井液的能量足以破坏井筒中原有的岩屑床，此时返出的岩屑中有相当一部分是假岩屑，岩屑描述时，要参考钻时、气测、OFA等资料，综合判断；

第三种情况，如果每米实际返出的岩屑量与理论上每米破碎的岩石量大至相当，此时无论井筒中是否有岩屑床存在，返出的岩屑，都可认为是真岩屑。由于泥岩膨胀，造成的岩屑体积增加，可忽略不计。

3、定向井基本分类

（1）按其剖面主要有三类：

Ⅰ两段型：垂直段+造斜段；

Ⅱ三段型：垂直段+造斜段+稳斜段；

Ⅲ五段型：上部垂直段+造斜段+稳斜段+降斜段+下部垂直段

（2）按设计井眼轴线形状分

Ⅰ两维定向井：井眼轴线在某个铅垂平面上变化的定向井，井斜变化，方位不变化。

Ⅱ三维定向井：井眼轴线在三维空间变化的定向井，井斜变化，方位变化。可分为：三维纠偏井和三维绕障井。

（3）按设计最大井斜角分

Ⅰ低斜度定向井：井斜小于15度，钻井时井斜、方位不易控制，钻井难度大。

Ⅱ中斜度定向井：井斜在15-45度之间，钻井时井斜、方位易控制，钻井难度相对较小，是使用最多的一种。

Ⅲ大斜度定向井：井斜在46-85度之间，其斜度大，水平位移大，增加了钻井难度和成本。

Ⅳ水平井：井斜在86-120度之间，其钻井相对较难，需要特殊设备、钻具、工具、仪器。

（4）按钻井的目的分：救援井、多目标井、绕障井、多底井等

（5）按一个井场或平台的钻井数分

Ⅰ单一定向井

Ⅱ双筒井：一台钻机，钻出井口相距很近的两口定向井。

Ⅲ丛式井（组）：在一个井场或平台上，钻出几口或几十口定向井和一口直井

（6）根据Tomren等人的研究成果，岩屑运移规律按井斜角可分为以下三种类型

①井斜角0～θα之间井段

岩屑在环空中受重力作用而下滑的方向是垂直于水平面，岩屑在井眼中，当钻井液上返速度稍微大于岩屑在钻井液中的下滑速度时，只要不停止循环，岩屑总会慢慢地被带出井简，不存在岩屑床。

②井斜角在θα～θβ之间井段

当井斜角增大至θα时，径向分量（Vsr）增大至足以使岩屑脱离钻井液流，滞留井眼底侧并滑向液流的反向而形成岩屑床，而且当钻井液停止循环时，岩屑床受重力作用而存在下滑趋势。

③井斜角在θβ～90°之间井段

井斜角超过θβ，轴向分量（Vsa）将逐渐降至零，岩屑沉淀并聚集在钻杆周围的井眼底侧，即使钻井液停止循坏，岩屑床也不再向下滑动。这里θα、θβ称为临界井斜角。

4、发展前景和发展趋势

（1）油气资源供应的紧缺形势和目前油气生产遇到的问题，为定向钻井技术提供了广阔的发展空间。

（2）中靶精度和轨迹符合率将大大提髙。轨道设计曲线、轨迹控制模式和轨迹计箅方法，将趋向于三者高度统一。

（3）未来定向钻井工作的重心将由靶前井段向靶区井段转移。工作重心的转移，有可能引出新的定向井类型。

（4）随钻技术和导向钻井技术的发展，最终将被引导到提高采收率的方向，可能会出现剩余油导向钻井技术。

参考资料

[1] 蒋长春，李毅.《采气员工技术问答》：石油工业出版社，2011.

[2] 赵相泽、魏学敬.《定向钻井技术与作业指南》：石油工业出版社，2012.

[3] 陈建兵.《深水探井钻井工程设计方法》：石油工业出版社，2014.

[4] 王福生，崔树清.《钻井地质》：石油工业出版社，2008.endprint