定向井鉆井速度的影響因素及提高方法分析

魏斯壯

（中海油田服務(wù)股份有限公司，天津300450）

隨著油田的發(fā)展和科技的進(jìn)步，定向井施工技術(shù)逐漸的完善，水平有了很大的提高。但是受地面和地下遺跡相關(guān)鉆井工藝技術(shù)的制約，定向井在鉆井速度上還是較直井落后[1]。油田發(fā)展的中后期，定向井的比例會越來越高，提升定向井的鉆井速度能有效的創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益。為了促進(jìn)我國社會經(jīng)濟(jì)建設(shè)，近年來我國加大了油氣資源的開采規(guī)模，越來越多的油氣井得到了開采，極大地滿足了我國社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求[2]。由于我國加大了對定向井鉆井技術(shù)的研發(fā)投入，使得定向井鉆井技術(shù)的應(yīng)用水平不斷提升。但是，在實際鉆井過程中，鉆井條件比較惡劣，加之存在許多因素的制約，導(dǎo)致定向井鉆井速度達(dá)不到要求，嚴(yán)重影響后續(xù)開采作業(yè)的進(jìn)行[3]。所以，為了確保定向井的鉆井質(zhì)量與速度符合油氣井的開采要求，需要積極采取有效方法提升定向井鉆井速度。

1 定向井鉆井速度的影響因素

1.1 鉆井速度影響因素

定向井鉆與其他設(shè)計具有明顯的不同。在定向井施工過程中，由于其固有的可變性和復(fù)雜性，導(dǎo)致施工環(huán)節(jié)較多，因此對所有參與定向井施工人員的專業(yè)素養(yǎng)和專業(yè)水平要求也較高。在定向井開工前，作為施工人員，必須清楚地了解工作的主要內(nèi)容，以及工作的重點和難點[4]。在實際施工中，還需要明確井的方位和傾角在當(dāng)前位置二次施工時的要求和標(biāo)準(zhǔn)，提高定向井鉆井的整體質(zhì)量。但是，在日常鉆井作業(yè)中，垂直和偏斜的井眼軌跡要求比較多，要求非常高。在設(shè)計定向井的鉆井時，設(shè)計人員大多將井的垂直截面的傾角設(shè)計為零。但是，在分析大量實際定向井作業(yè)時，通常無法確定井垂直剖面的傾斜程度，達(dá)標(biāo)數(shù)值為零，一旦達(dá)不到零，在定向鉆井后期，就會使后續(xù)作業(yè)復(fù)雜化，增加鉆井壓力，直接影響后期的鉆井效果和鉆井速度[5]。為此，現(xiàn)在需要提高鉆井垂直段的產(chǎn)能，并在施工過程中考慮到后續(xù)操作的復(fù)雜性，以減少后期工作的難度。同時，要求豎井施工的操作者在井的豎向段的施工中必須控制好每口井段的位移和角度的變化，并嚴(yán)格記錄數(shù)據(jù)[6]。

1.2 明確鉆井軌跡影響因素

從定向井軌跡分析來看，定向井內(nèi)部結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。無論是曲率的變化，還是定向井的穩(wěn)定性，鉆井作業(yè)都難以順利進(jìn)行。實踐表明，鉆井技術(shù)受以下因素影響：地質(zhì)因素、地層傾角、方位角、鉆具底部節(jié)點、地層鉆井各向異性參數(shù)等[7]。為此，為了提高定向井的鉆井速度，需要科學(xué)掌握鉆井軌跡，明確影響井各段軌跡的因素，地質(zhì)因素是鉆井過程中尤其不可忽視的客觀因素。他們的存在是不可避免的[8]。地質(zhì)條件因地區(qū)而異，必須考慮鉆井軌跡的不同影響，需要分析鉆井?dāng)?shù)據(jù)的深度和該區(qū)域的鉆井模式。該地區(qū)定向鉆進(jìn)還需要考慮井斜變化、井眼截面變化和方位角變化。在分析影響鉆井軌跡的三個重要因素，即鉆頭力、鉆具底部設(shè)計和鉆井參數(shù)時，只有綜合考慮這些數(shù)據(jù)才能提高斜井的鉆井速度。

2 提高定向井鉆井速度的重要性

目前，定向井施工技術(shù)在我國油田產(chǎn)業(yè)獲得了廣泛的應(yīng)用，并且也取得了不錯的應(yīng)用效果（見圖1）。

圖1 定向井鉆井技術(shù)示意圖

然而，盡管定向井施工具有完善的技術(shù)體系，但是在具體施工環(huán)節(jié)，由于存在設(shè)計以及施工等因素的影響，導(dǎo)致定向井的鉆井速度遲遲得不到提升，并且在速度上略遜于傳統(tǒng)直井鉆井技術(shù)。為了提升油氣田的開采效率，必須要從鉆井速度上入手，采取有效辦法提升定向井鉆井速度，使之符合我國油田行業(yè)的發(fā)展要求。但是由于我國不同地區(qū)的地質(zhì)條件存在差異，給定向井鉆井技術(shù)的應(yīng)用帶來了極大的挑戰(zhàn)[9]。因此，要求油田工作人員針對影響鉆井速度的因素進(jìn)行分析，采取有針對性手段提升定向井鉆井速度，不僅可提升油氣資源的開采效率，而且也有助于為油田企業(yè)獲得更多的經(jīng)濟(jì)效益。

3 定向井鉆井速度的影響因素

影響定向井速度的因素主要有兩個方面，即：設(shè)計因素與施工因素。

3.1 設(shè)計因素

在定向井鉆井過程中，如果鉆井速度不達(dá)標(biāo)，不僅會影響鉆井效率，而且也會影響最終的鉆井質(zhì)量。在計算鉆井速度過程中，設(shè)計人員除了要考慮鉆井地區(qū)的實際特點外，還要對設(shè)計人員本身的專業(yè)素質(zhì)、經(jīng)驗等方面有著嚴(yán)格要求。但是，由于部分設(shè)計人員經(jīng)驗有限，加之專業(yè)能力不夠突出，導(dǎo)致定向井鉆井速度的設(shè)計值無法滿足實際要求，定向井結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理，從而影響定向井的鉆井效率[10]。另外，由于我國具有廣袤的國土面積，不同地區(qū)的地形特點、地質(zhì)與水文條件等存在差異，導(dǎo)致難以科學(xué)地確定定向井鉆井速度。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，三維設(shè)計技術(shù)已經(jīng)在鉆井速度設(shè)計方面獲得了廣泛應(yīng)用（見圖2），但是由于地質(zhì)條件比較復(fù)雜，并且鉆井過程中存在大量障礙物，給鉆井速度設(shè)計工作帶來了極大的挑戰(zhàn)。對于三維設(shè)計技術(shù)而言，其在井眼曲率校核的精確度方面仍然存在許多問題，所以也會因此影響定向井鉆井速度設(shè)計的精準(zhǔn)性與合理性。

圖2 定向井三維軌跡

3.2 施工因素

以圖3所示的定向井施工現(xiàn)場為例，在實際定向井鉆井過程中，主要有以下因素影響鉆井速度，具體為：1）在定向井鉆井過程中，如果回水閥門的泵壓與排量不符合鉆井施工要求，將會導(dǎo)致表層鉆進(jìn)階段頻頻出現(xiàn)打滑現(xiàn)象，甚至?xí)l(fā)井漏事故，不僅會增加鉆井成本，而且也會降低定向井鉆井速度，影響鉆井效率。2）在鉆井過程中，如果施工區(qū)域為直井段，為了防止鉆頭與井壁發(fā)生接觸，需要及時調(diào)整鉆進(jìn)方向。如果井距方向調(diào)整存在問題，將會提升鉆頭與井壁相互接觸的概率。在實際鉆進(jìn)過程中，由于鉆井人員疏忽大意，導(dǎo)致碰井問題時常出現(xiàn)，從而對鉆井速度形成不利影響。3）鉆井過程需要不同專業(yè)的人員進(jìn)行相互配合，由于配合熟練度不高，致使鉆井速度得不到明顯改善。4）在鉆井過程中，由于地層阻力的影響，導(dǎo)致鉆頭時常脫離規(guī)定的鉆進(jìn)路徑，致使鉆進(jìn)速度下降，如果沒有做出有效應(yīng)對，不僅會加劇鉆進(jìn)方向的偏離程度，而且也會對鉆井速度產(chǎn)生限制作用，引發(fā)極為嚴(yán)重的風(fēng)險問題。

圖3 定向井施工現(xiàn)場

4 提高定向井鉆井速度的有效辦法

在定向鉆井整個過程中，應(yīng)考慮到由于定向井本身的穩(wěn)定性較差，經(jīng)常會出現(xiàn)各種不同的施工意外狀況，不僅導(dǎo)致鉆井的速度難以提升，甚至?xí)︺@井的工作人員造成身體傷害。在定向井鉆井過程中，為了提升鉆井速度與效率，需要通過做好以下工作。

4.1 加大定向井鉆井設(shè)計重視力度

為了使定向井鉆井速度可以持續(xù)提升，對于設(shè)計人員而言，在設(shè)計定向井前，應(yīng)對采油現(xiàn)場進(jìn)行仔細(xì)勘察，利用實地勘察的方式了解鉆井區(qū)域的地質(zhì)與地勢條件，并在專業(yè)軟件以及大量實際經(jīng)驗的幫助下，高質(zhì)量的完成定向井鉆井速度的設(shè)計工作，為后續(xù)鉆井工作順利開展提供詳實的技術(shù)保障。

4.2 注重增強(qiáng)定向井壁的穩(wěn)定性

在鉆井過程中，如果定向井的井壁穩(wěn)定性不達(dá)標(biāo)，不僅會引發(fā)安全事故，而且也會對鉆井速度起到限制作用，影響鉆井效率。因此，在鉆井前，相關(guān)人員應(yīng)采取措施增強(qiáng)定向井井壁的穩(wěn)定性，具體為：1）在平衡壓力鉆井技術(shù)的幫助下，鉆井人員應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行具體要求，使井壁的壓力處于平衡狀態(tài)，防止發(fā)生塌井事故，并且要對鉆井速度嚴(yán)格控制，鉆井速度不得大于標(biāo)準(zhǔn)要求。2）在鉆井液中添加一定量的防塌劑（見圖4），并對鉆井液的排量進(jìn)行嚴(yán)格控制，將巖屑快速地排放出去，使井壁的穩(wěn)定性符合鉆井要求。

圖4 鉆井用防塌劑

4.3 不斷優(yōu)化定向井鉆井技術(shù)

在優(yōu)化定向井鉆井技術(shù)時，需要對直井段的鉆進(jìn)工作予以嚴(yán)格控制，以免影響后續(xù)鉆井工作。對于鉆井人員而言，其要不斷利用并開發(fā)出符合我國鉆井工程特點的新技術(shù)，并在鉆井時積極利用現(xiàn)代化鉆井設(shè)備，嚴(yán)格控制井身軌跡，根據(jù)地質(zhì)條件的差異合理調(diào)整鉆進(jìn)速度，確保定向井鉆井工作可以快速完成。當(dāng)前鉆井多用復(fù)合鉆頭，可有效提升掘進(jìn)能力（見圖5）。

圖5 復(fù)合鉆頭

4.4 設(shè)計最佳的井身軌跡

鉆井人員應(yīng)對井身軌跡進(jìn)行嚴(yán)格控制，確保井眼的前進(jìn)方向與設(shè)計要求保持一致。不僅有助于降低鉆進(jìn)過程中的摩擦力，而且也可確保鉆頭始終保持高速運轉(zhuǎn)的狀態(tài)。在鉆井過程中，起鉆與下鉆是鉆井工作中重要的一環(huán)，合理地控制井身軌跡，將會是確保起鉆與下鉆過程中鉆頭的摩擦阻力達(dá)到最大值的必要條件，同時也有助于加快鉆井速度。

4.5 應(yīng)用復(fù)合鉆井方法

復(fù)合鉆井技術(shù)的應(yīng)用，除了可以保證鉆井質(zhì)量、降低鉆井難度外，還可以提升鉆井速度，確保定向井鉆井工作可以使鉆井軌跡得到嚴(yán)格控制，及時調(diào)整鉆進(jìn)方向，確保定向井鉆井工作可以按時且高質(zhì)量的完成。應(yīng)用旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向地面決策控制系統(tǒng)控制鉆井方向和軌跡（見圖6）。

圖6 旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向地面決策控制系統(tǒng)操作

5 結(jié)語

由此可見，隨著我國社會對油氣資源需求量的不斷增加，加大對鉆井技術(shù)的應(yīng)用研究力度就顯得特別重要。在鉆井過程中需要對鐘擺的設(shè)定加以重視，同時還需要考慮到不同地區(qū)在開展定向井鉆井時，井斜、井段軌跡的標(biāo)準(zhǔn)，確保鉆井整體效率的提升，提高定向井鉆井的速度。合理的控制鉆井速度影響因素，能為油田作業(yè)的開展帶來積極影響。對于定向井而言，如果鉆井速度過慢，將會影響定向井后續(xù)油氣資源的開采質(zhì)量與效率。因此，在定向井鉆井工作中，為了提高鉆井速度，保障開采企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，油氣資源開采企業(yè)應(yīng)針對影響定向井鉆井速度的因素進(jìn)行綜合分析，并提出有效的鉆井速度提升方法，同時在實際鉆井作業(yè)中采取措施降低各類因素對鉆井速度的影響，對全面提高定向井鉆井速度具有十分重要的意義。