探討定向井旋轉鉆井中的井斜控制技術

張曉峰

（中石化華北石油工程有限公司河南鉆井分公司，鄭州中原 450000）

探討定向井旋轉鉆井中的井斜控制技術

張曉峰

（中石化華北石油工程有限公司河南鉆井分公司，鄭州中原 450000）

自20世紀起，井斜控制技術開始得到重視及蓬勃發(fā)展，然而在實際運用過程中，各種弊端日漸突出，嚴重影響到各項事務的正常運行。新時期定向井旋轉鉆井發(fā)展中，強化井斜控制技術顯得尤為重要。

定向井旋轉鉆井；井斜控制技術；影響因素；措施

石油產業(yè)發(fā)展是一個國家的重要命脈，強化石油開采、管理是促進石油產業(yè)健康發(fā)展的關鍵環(huán)節(jié)。長期以來，國內外石油鉆井學者及專家都在致力于從不同維度研究井斜控制技術在定向井旋轉鉆井中的運用，且取得相當顯著的成果，對發(fā)展及完善井眼軌跡理論、技術產生深遠影響。自發(fā)展變革起，井斜控制由最初控制“防斜打直”向控制定向井眼軌跡演變，如何有效控制井斜方位及角度成為關鍵要點。由此可知，深入研究井斜控制技術在定向井旋轉鉆井中的運用是重要且必要的課題。

1 井斜控制技術在定向井旋轉鉆井中的影響因素及意義

1.1 井斜控制技術的影響因素

1.1.1 地層

定向井鉆井時面臨最大的問題當屬地層問題，地層性質是井斜發(fā)生變化的最大影響因素。一般情況下，當鉆頭深入傾斜地層直至不同層面交界處時，可發(fā)生不同程度的問題。若不同交界層面長時間內無法支持自身所承受的鉆壓，可沿層面邊緣破裂，導致上下傾裂變，最終形成邊向斜臺。上傾斜臺極易被鉆掉，下傾斜臺保持原樣，對鉆頭施加橫向外力，促使鉆頭更加向上傾斜。此時，小臺階可隨著鉆壓增大而變大，地層傾角擴大，成層性增強，最終形成井斜的可能性就越大。

1.1.2 定向井軌跡

施工運行過程中，定向井井眼軌跡控制是核心環(huán)節(jié)。少了明確的井眼軌跡，定向井工程的施工就無法預期運行。然而，若井眼軌跡設計不合理，同樣可影響到整個工程施工的進程及質量。因而，井眼軌跡成為定向鉆井亟待處理的重要內容。井眼軌跡的選擇不僅影響施工前期的成本計算、施工效率，更直接影響后期建設的質量及安全管理。

1.1.3 下部鉆具

下部鉆具是關鍵性的工具，其器具組合可影響到井斜控制的成效。專家學者提出，建構在不同理論下組合下部器具，均會對井斜控制產生極大影響。具體而言，組合力學是控制定向井井眼軌跡的前提與基礎，也是下部鉆具結構優(yōu)化組合、設計的的理論參考。通過分析井眼及井身結構對鉆頭的影響，評估鉆具穩(wěn)斜、降斜、增斜性能，從而科學提出下部鉆具組合、井眼軌跡控制的設計方案。

1.2 井斜控制技術的意義

旋轉鉆井有復雜、簡單的下部鉆具結構之分，復雜鉆具組合多包含穩(wěn)定器、接頭、普通鉆桿、加重鉆桿、鉆頭及無磁鉆鋌等；簡單組合則包含鉆鋌、接頭、鉆桿及鉆頭。旋轉鉆具運行過程中主要借助穩(wěn)定器調控井斜性能，但自身無法調節(jié)方位性能，這就是傳統意義上的轉盤式旋轉鉆井技術，在實際運用中仍存在不足。

定向鉆井技術克服了傳統鉆井技術的弊端，具有便于凈化井眼、減少滑動摩擦、無需定向作業(yè)及簡單操作等優(yōu)點，且隨著社會及各行各業(yè)對石油的需求增加，原油開采逐漸增多，該技術得以廣泛關注及應用，在保證原油的安全開采、提升經濟收益上發(fā)揮積極現實意義。然而，我國油田集中在西南、東部沿海及西北地區(qū)，地區(qū)地形地貌復雜，如沙漠、海域、森林、需實施深入鉆探地區(qū)以及地面受限的河流，如此則對鉆井技術提出更高的技術要求。總之，新時期石油產業(yè)發(fā)展應注重強化定向井旋轉鉆井技術運用，確保安全開采、高效開采及合理開采。

2 井斜控制技術在定向井旋轉鉆井中的改進措施

井斜控制技術克服傳統鉆井技術存在的不足，在鉆井產業(yè)發(fā)展中發(fā)揮積極意義。然而，從實際運用效果來看，該技術受地層、軌跡及下部鉆具影響明顯，且隨著社會高速發(fā)展的推動，石油原油需求量不斷增加，積極應對影響因素、提升技術運用性能十分重要。

2.1 明確地層的結構特點

由上文提及的影響因素可知，地層可對井斜產生一定影響，而影響因素涉及面比較廣、不具確定性、隨機性也較強，導致因素分析中存在部分參數模糊、不清晰等弊端。有機整合實鉆數據及理論計算才可準確、科學預測地層與井斜兩者關聯，并將預測數據運用到實踐中。通過詳細分析鉆井眼情況，可明顯發(fā)現：即便是同一鉆具組合也可在不同地層段中呈現各異的造斜性能。為此，在實際運用過程中，應注重深入了解不同地層與井斜的關系，找出地層的影響機制，然后將統計數據運用到施工現場中，以保證井斜控制的成效。

2.2 最優(yōu)軌跡設計

采用科學計算方法求解目標泛函，以此建構最佳且規(guī)范的井身軌跡。學者提示，規(guī)范的井身軌跡以追求最小鉆摩擦力為目標泛函。鉆柱起下鉆是一個多維度的動態(tài)變化過程，自鉆柱整體運動或靜止之前的分秒內，摩阻力到達動態(tài)的極值。選取目標泛函應注重觀察定向井成功及安全的影響因素，其中邊界變分問題可以邊界條件建構目標泛函可選取最優(yōu)軌跡；化泛極值問題則可選用數值法尋優(yōu)、設極值曲線形式、多元函數極值問題等方式求解最優(yōu)軌跡。

2.3 采取復合鉆

復合鉆的鉆頭兼具高性能、低壓力、高轉速、降低施工難度等優(yōu)勢，且整體控制軌跡能力比較良好，可用于解決穩(wěn)斜井段、造斜段、直井段及表層鉆進中面臨的問題。隨著更新及發(fā)展的推進，復合鉆還表現出了以下幾大特點：可明顯簡化施工方案，可一鍵式采用復合鉆完成增穩(wěn)斜段、定向段及直井段多地段施工，大大提升鉆井施工效率，加快鉆井進程；保證施工安全，在施工過程中若需扭轉方向，可直接調整井斜，靈活繞開障礙物進行施工建設；直井地段短，可有效降低兩井間的機宰。

3 結束語

井斜控制技術克服傳統鉆井技術存在的不足，在鉆井產業(yè)發(fā)展中發(fā)揮積極意義。然而，該技術受地層、軌跡及下部鉆具影響明顯，且石油原油需求量不斷增加，積極應對影響因素、突破技術創(chuàng)新十分重要。換言之，在日后發(fā)展規(guī)劃中，應積極創(chuàng)新井斜控制技術在定向井旋轉鉆井中的運用，明確不同地層的特點、求解并建構最優(yōu)軌跡方案、恰到好處引入復合鉆，以提升該技術的運用成效，促進我國石油產業(yè)的健康發(fā)展。

[1] 郭俊亮.探討鉆井中井斜控制技術[J].中國化工貿易，2014，（22）：18.

Discussion on Well Deviation Control Technology in Directional Well Rotary Drilling

Zhang Xiao-feng

Since the last century，the oblique control technology has been paid attention to and fl ourished.However，in the course of practical application，the disadvantages are becoming more and more serious，which seriously affect the normal operation of the affairs.In the new era of directional well rotary drilling development，strengthening the well deviation control technology is particularly important.

directional well rotary drilling；well oblique control technology；inf l uencing factor；measure

TE243

：A

：1003–6490（2017）04–0191–02