耿强

[摘 要]定向井钻井技术作为一项新型实用技术，在钻井技术领域具有广泛的应用前景，定向井已成为油田开发勘探的重要措施。本文就定向井施工中井眼轨迹设计的原则与井眼轨迹控制对策这两个基本方面进行详细的阐述。

[关键词]定向井；钻进过程；井眼轨迹；控制对策

中图分类号：TE242 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）05-0018-01

1 定向井井眼轨迹设计的原则

1.1 可满足实际工程需要

由于钻井工艺技术的不断发展，定向井在油田勘探开发中的作用越来越广泛。定向井既能够是油田勘探过程中用于获取地质资料的勘探井，也可以作为油田增产措施或基于地质条件所限而钻开的采油井，还能在油田发生生产安全事故时作为救援井。定向井的作用不一样，其井眼轨迹设计设计方案往往存在较大差异。进行井眼轨迹设计时应牢牢结合实际工程需要，在满足工程要求的前提下设计出最为经济便捷的井眼轨迹。

1.2 能实现安全快速钻进

定向井井眼轨迹的设计除了要满足实际工程需要外，还需考虑施工条件与钻进工艺水平所限。井斜角是定向井井眼轨迹设计的重要参数，选择造斜部位也是定向井井眼轨迹设计的重要内容。通常，出于安全考虑，会将定向井的造斜部位选择在地层性质较为稳定的部位，要尽力避开压力异常、易漏失、易坍塌地层，对于井斜角，为了减小钻进施工难度，设计中通常会减小井斜角大小，同时，出于井斜方位角稳定性的考虑，井斜角大小应大于15°。此外，为了保证定向井的钻进速度，还应在井眼轨迹设计工作中考虑到钻进施工时的起下钻时间与造斜工具性能，设计合理的井眼曲率，以保证定向井的钻进效率。

1.3 要有利于采油工艺措施

无论是出于何种目的钻开的定向井，均应在设计井眼轨迹时考虑到设计方案可能给后续采油开发工作带来的影响。在满足定向井自身工程需要的前提下，井眼轨迹设计方案应尽可能减小井眼曲率，在目的层最好采取减小井斜角以方便后续各种井下作业。

2 定向井井眼轨迹设计注意事项

2.1 地质施工条件的考虑

地质施工条件是设计人员进行井眼轨迹设计的重要依据，地质资料既包括了地质部门经勘查后给出的施工区块的整体地形、地貌以及地层情况，还包括了钻井施工单位对定向井造斜点、井眼曲率等方面的具体施工要求。对于地质资料设计人员要充分参考利用，切实保证井眼轨迹设计的合理性与钻进工作的可操作性。

2.2 轨道类型的选择与关键参数的计算

定向井主要可分为二维定向井和三维定向井两大类，其中，二维定向井在实际工作中的应用较为广泛，可分为三段式、多靶三段式、五段式以及双增式4种主要类型。进行定向井井眼轨迹设计时，首先应根据地质施工条件选择合适的轨道类型，再根据所选轨道类型进行具体关键参数的计算，最终设计出定向井井眼轨迹。特别需要注意，对于不同类型的二维定向井，其井眼轨迹关键参数的计算方法各不相同，计算设计过程中需要加以区分。

3 定向井钻进过程中的轨迹控制对策

3.1 定向井专用工具的应用

定向井专用工具包括弯接头、非磁钻铤、井下马自达等主要工具。

弯接头：弯接头是定向钻井中定向造斜、扭方位的一种专用井下工具，它能使造斜钻具产生侧向力。目前，弯接头内通常安装循环套，壳体上划有弯曲方向的标线，用作单点或有线随钻侧斜仪确定工具面的方向。

通常使用固定角度型和可调角度弯接头。调角度弯接头根据调节方式和工作原理的不同可分为机械式、液压式、电动式等几种类型。它们可以通过地面控制把弯接头调到需要的角度进行连续进行定向、和扭方位降斜、增斜。通可可调弯接头可以使高井眼减少起钻次数、加快钻井速度、降低钻井成本。

非磁钻铤：主要由蒙乃尔钢、铬/镍钢、奧氏体钢，锰含量和铬铁铜合金组成。这是一种不易磁化的钻铤，它价格较低，但它对盐水钻井液的腐蚀较敏感。非磁钻铤间应用时，必须注意稳定器对罗盘的影响，这样可以降低对罗盘的影响，又可以节省价格昂贵的非磁钢材。

井下马达：井下动力钻具它分为涡轮钻具、容积式马达和电动钻具三大类。容积式马达具有下列优点：钻井眼尺寸与原井眼完全相同；井内有桥塞时，可以在开始造斜前将井底循环干净；空转转速与工作转速相差的幅度较小有利于钻头选型。其中螺杆钻具和迪那钻具最常用。

迪那钻具。可分为Mach1型单头螺杆马达、Mach2型多头螺杆马达、Mach3型单头螺杆马达。它由纳维钻具由旁通阀、定子、转子、万向轴、轴承总成和传动轴组成

螺杆钻具。由万向轴（节）、旁通阀、马达（转子、定子）、和传动轴四部分组成。螺杆钻具的工作动力来自循环钻井液，在压力一定时，钻井液泵入钻具，进入马达的螺旋形空腔使转子转动，然后经万向轴传递到传动轴和钻头上。当无钻井液循环或低泵冲循环时，在弹簧的作用下，阀心处于上部位置，此时旁通孔开启，钻井液可灌入钻柱或自钻柱泄出，所有钻井液流经马达所作的功转换为机械能。

3.2 井眼轨迹的控制

二维定向井通常可分为垂直井段、增斜井段、稳斜井段以及降斜井段四个部分。对于定向井钻进过程中的不同井段，一般使用不同的钻进工具，钻进过程中的井眼轨迹控制方法也有较大差异。要严格打好垂直井段、把好定向造斜关。同时跟踪控制到靶点。定向井的稳斜段与降斜段均属于钻进施工的跟踪控制段，在定向井钻进施工的跟踪控制段主要要求保持井眼实际钻进轨迹与设计轨迹一致，并在钻进施工完成时，井眼可按预期到达预定层位。井眼钻进过程中为保证井眼轨迹准确无误，往往需要对相关井眼轨迹参数实施实时监控，并对误差进行及时修正。然而，定向井钻进过程中，实施井眼轨迹修正通常需要根据实际情况使用不同的造斜工具和钻具，更换造斜工具与钻具则势必耽误定向井的钻进进度，降低钻进效率。

3.3 钻进参数的优选

3.3.1 钻速、钻压与转速的优选。通常情况下，随着钻速、钻压与转速的增加，井眼钻进速度也会增加，然而由于钻头磨损、起下钻等问题的客观存在，如何设计合理的钻速、钻压与转速，还需要经过严格的理论计算。

3.3.2 水力参数的优选。水力参数也会对定向井钻进效率产生一定影响，实际施工中除了要确定最大钻头水功率与最大射流冲击力以外，还要对泵排量、喷嘴直径等具体参数进行确定。

3.3.3 钻井液的影响。钻井液性能对定向井钻进影响极大，其既起着携带岩屑，清洗井眼的作用，又能平衡地层压力，还会对钻头钻速有所影响，施工中务必全面考虑，进行优选。

4 结束语

（1）定向井在油田勘探开发中的运用范围越来越广，目前已成为油田勘探开发的中坚力量。业界应对定向井举足轻重的地位有着明确认识，并加强对其施工技术的学习与钻研，以提高油田生产开发的效益。

（2）尽管定向井施工技术已日益趋于成熟，但其钻进过程中例如钻进效率与钻进质量的矛盾，井斜方位角难于控制等问题仍旧客观存在，实际施工中应加强对此类重点问题的重视程度，以提高施工质量。

（3）设计人员应根据定向井不同的钻探情况对设计井的井身剖面类型、钻井液类型、完井方法等进行合理设计，以利于快完整洁、优质、快速钻井。同时，尽可能利用方位角的变化规律，统计出方位漂移率。还要根据层倾角度、岩性稳定性，PDC钻头具有方位的趋势，进行确定设计的角度。以此不断提高投资效益，达到作业要求。

参考文献

[1] 岳翠广.如何提高定向井施工速度[J].理论研讨，2011，（10）：256.

[2] 吴庆华.刍议定向井施工工艺的应用研究[J].城市建设理论研究，2011，（16）.