張立天

[摘 要]定向井就是使井眼軌跡沿著預(yù)先設(shè)計(jì)的井斜和方位鉆達(dá)目的層的鉆井方法，定向井技術(shù)可以使地面和地下條件受限制的油氣資源得到經(jīng)濟(jì)、有效的開發(fā)，大幅度提高油氣產(chǎn)量、降低鉆井成本，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。油田埋藏在高山、城鎮(zhèn)、森林、沼澤海洋、湖泊、河流等地貌復(fù)雜的地下，或井場(chǎng)設(shè)置和搬家安裝碰到障礙時(shí)，通常在他們附近鉆定向井。所以對(duì)大斜度定向井技術(shù)的研究已成為石油行業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵問題，亟需高度引起重視。

[關(guān)鍵詞]大斜度 定向井 技術(shù)

中圖分類號(hào)：P634.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1009-914X（2017）38-0129-01

1、前言

定向井技術(shù)是當(dāng)今世界石油勘探開發(fā)領(lǐng)域最先進(jìn)的鉆井技術(shù)之一，它是由特殊井下工具、測(cè)量?jī)x器和工藝技術(shù)有效控制井眼軌跡，使鉆頭沿著特定方向鉆達(dá)地下預(yù)定目標(biāo)的鉆井工藝技術(shù)。采用定向井技術(shù)可以使地面和地下條件受到限制的油氣資源得到經(jīng)濟(jì)、有效的開發(fā)，能夠大幅度提高油氣產(chǎn)量和降低鉆井成本，有利于保護(hù)自然環(huán)境，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。定向井就是使井身沿著預(yù)先設(shè)計(jì)的井斜和方位鉆達(dá)目的層的鉆井方法。

2、定向井基本應(yīng)用

定向鉆井目前已成為陸地和海上油田開發(fā)的主要手段。定向井在石油勘探與開發(fā)中得到了廣泛的應(yīng)用。在地面上難以建立井場(chǎng)和安裝鉆井設(shè)備進(jìn)行鉆井的地區(qū)，要勘探開發(fā)地下的油氣資源，唯一的辦法就是從該地區(qū)附近打定向井。在海洋或湖泊等水域上勘探開發(fā)石油，最好是建立固定平臺(tái)，或采用移動(dòng)式鉆井平臺(tái)，或從岸邊打定向井、叢式定向井。當(dāng)在鉆達(dá)油氣層所經(jīng)過的地層中有難以穿過的復(fù)雜地層時(shí)，用定向井可以繞過這些復(fù)雜地層，稱為繞障定向井。在發(fā)生斷鉆具、卡鉆以及井噴著火等惡性事故的情況下，采用側(cè)鉆井、救援井是處理此類事故的有效方法。近年來，各類水平井、大位移井、多分支井和二維及三維多目標(biāo)井的出現(xiàn)和發(fā)展，更是把定向井的應(yīng)用推進(jìn)到了優(yōu)化油藏開發(fā)方案，增加產(chǎn)量，提高釆收率的范圍。另外，在非石油勘探開發(fā)領(lǐng)域，例如煤層氣、鹵水、地?zé)?、天然氣水合物、固體礦產(chǎn)等的勘探和開采，以及地下核試驗(yàn)的采樣等，定向鉆井技術(shù)也有著非常廣泛的應(yīng)用

水平井是定向井的一種，一般的油井是垂直或傾斜貫穿油層，通過油層的井段比較短。而水平井是在垂直或傾斜地鉆達(dá)油層后，井筒轉(zhuǎn)達(dá)接近于水平，以與油層保持平行，得以長(zhǎng)井段的在油層中鉆進(jìn)直到完井。這樣的油井穿過油層井段上百米以至二千余米，有利于多采油，油層中流體流入井中的流動(dòng)阻力減小，生產(chǎn)能力比普通直井、斜井生產(chǎn)能力提高幾倍。

所謂“體積跟蹤法”是指對(duì)井口返出巖屑的體積進(jìn)行跟蹤。一般來說，除裂縫發(fā)育地層外，每鉆進(jìn)一米地層返出巖屑體積是一定的，可以采取理論上每米破碎的巖石量（體積）與巖屑的實(shí)際返出量（體積）之比，來判斷巖屑床的形成與否。

如果每米實(shí)際返出的巖屑量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于理論上每米破碎的巖石量，就說明井筒中有巖屑床形成，鉆井液攜巖能力差，不足以把新破碎的巖屑全部帶出井口，更不會(huì)破壞原有巖屑床，此時(shí)只要有巖屑返出，都可認(rèn)為是真巖屑；

反之，如果每米實(shí)際返出的巖屑量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于理論上每米破碎的巖石量，就說明當(dāng)時(shí)鉆井液的能量足以破壞井筒中原有的巖屑床，此時(shí)返出的巖屑中有相當(dāng)一部分是假巖屑，巖屑描述時(shí)，要參考鉆時(shí)、氣測(cè)、OFA等資料，綜合判斷；

第三種情況，如果每米實(shí)際返出的巖屑量與理論上每米破碎的巖石量大至相當(dāng)，此時(shí)無論井筒中是否有巖屑床存在，返出的巖屑，都可認(rèn)為是真巖屑。由于泥巖膨脹，造成的巖屑體積增加，可忽略不計(jì)。

3、定向井基本分類

（1）按其剖面主要有三類：

Ⅰ兩段型：垂直段+造斜段；

Ⅱ三段型：垂直段+造斜段+穩(wěn)斜段；

Ⅲ五段型：上部垂直段+造斜段+穩(wěn)斜段+降斜段+下部垂直段

（2）按設(shè)計(jì)井眼軸線形狀分

Ⅰ兩維定向井：井眼軸線在某個(gè)鉛垂平面上變化的定向井，井斜變化，方位不變化。

Ⅱ三維定向井：井眼軸線在三維空間變化的定向井，井斜變化，方位變化。可分為：三維糾偏井和三維繞障井。

（3）按設(shè)計(jì)最大井斜角分

Ⅰ低斜度定向井：井斜小于15度，鉆井時(shí)井斜、方位不易控制，鉆井難度大。

Ⅱ中斜度定向井：井斜在15-45度之間，鉆井時(shí)井斜、方位易控制，鉆井難度相對(duì)較小，是使用最多的一種。

Ⅲ大斜度定向井：井斜在46-85度之間，其斜度大，水平位移大，增加了鉆井難度和成本。

Ⅳ水平井：井斜在86-120度之間，其鉆井相對(duì)較難，需要特殊設(shè)備、鉆具、工具、儀器。

（4）按鉆井的目的分：救援井、多目標(biāo)井、繞障井、多底井等

（5）按一個(gè)井場(chǎng)或平臺(tái)的鉆井?dāng)?shù)分

Ⅰ單一定向井

Ⅱ雙筒井：一臺(tái)鉆機(jī)，鉆出井口相距很近的兩口定向井。

Ⅲ叢式井（組）：在一個(gè)井場(chǎng)或平臺(tái)上，鉆出幾口或幾十口定向井和一口直井

（6）根據(jù)Tomren等人的研究成果，巖屑運(yùn)移規(guī)律按井斜角可分為以下三種類型

①井斜角0～θα之間井段

巖屑在環(huán)空中受重力作用而下滑的方向是垂直于水平面，巖屑在井眼中，當(dāng)鉆井液上返速度稍微大于巖屑在鉆井液中的下滑速度時(shí)，只要不停止循環(huán)，巖屑總會(huì)慢慢地被帶出井簡(jiǎn)，不存在巖屑床。

②井斜角在θα～θβ之間井段

當(dāng)井斜角增大至θα?xí)r，徑向分量（Vsr）增大至足以使巖屑脫離鉆井液流，滯留井眼底側(cè)并滑向液流的反向而形成巖屑床，而且當(dāng)鉆井液停止循環(huán)時(shí)，巖屑床受重力作用而存在下滑趨勢(shì)。

③井斜角在θβ～90°之間井段

井斜角超過θβ，軸向分量（Vsa）將逐漸降至零，巖屑沉淀并聚集在鉆桿周圍的井眼底側(cè)，即使鉆井液停止循壞，巖屑床也不再向下滑動(dòng)。這里θα、θβ稱為臨界井斜角。

4、發(fā)展前景和發(fā)展趨勢(shì)

（1）油氣資源供應(yīng)的緊缺形勢(shì)和目前油氣生產(chǎn)遇到的問題，為定向鉆井技術(shù)提供了廣闊的發(fā)展空間。

（2）中靶精度和軌跡符合率將大大提髙。軌道設(shè)計(jì)曲線、軌跡控制模式和軌跡計(jì)箅方法，將趨向于三者高度統(tǒng)一。

（3）未來定向鉆井工作的重心將由靶前井段向靶區(qū)井段轉(zhuǎn)移。工作重心的轉(zhuǎn)移，有可能引出新的定向井類型。

（4）隨鉆技術(shù)和導(dǎo)向鉆井技術(shù)的發(fā)展，最終將被引導(dǎo)到提高采收率的方向，可能會(huì)出現(xiàn)剩余油導(dǎo)向鉆井技術(shù)。

參考資料

[1] 蔣長(zhǎng)春，李毅.《采氣員工技術(shù)問答》：石油工業(yè)出版社，2011.

[2] 趙相澤、魏學(xué)敬.《定向鉆井技術(shù)與作業(yè)指南》：石油工業(yè)出版社，2012.

[3] 陳建兵.《深水探井鉆井工程設(shè)計(jì)方法》：石油工業(yè)出版社，2014.

[4] 王福生，崔樹清.《鉆井地質(zhì)》：石油工業(yè)出版社，2008.endprint