定向井鉆井速度的影響因素及對(duì)策分析

朱浩

（長(zhǎng)城鉆探鉆井三公司 遼寧盤(pán)錦 124010）

我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平不斷提升，各行各業(yè)都迎來(lái)了技術(shù)驅(qū)動(dòng)下的新發(fā)展，特別是石油開(kāi)采這一類與社會(huì)發(fā)展息息相關(guān)的行業(yè)更是如此，各種各樣的新技術(shù)層出不窮，保障著石油開(kāi)采的順利進(jìn)行。定向井鉆井技術(shù)正是其中比較具有代表性的一種技術(shù)，它在石油資源開(kāi)發(fā)中扮演著重要角色，盡可能地了解定向井鉆井速度的影響因素，并采取適當(dāng)?shù)拇胧┨嵘溷@井速度，是未來(lái)工作的重中之重。

1 定向井鉆井工藝技術(shù)

定向井鉆井工藝技術(shù)是一種比較常用的鉆井方法，相比于過(guò)去的鉆井技術(shù)，其具有一定的優(yōu)越性，比如可以適應(yīng)惡劣開(kāi)采環(huán)境和復(fù)雜的地質(zhì)條件完成鉆進(jìn)任務(wù)，同時(shí)又具有資金用量少、鉆進(jìn)效率高的特點(diǎn)，正是由于這一系列優(yōu)勢(shì)，定向井鉆井工藝技術(shù)近年來(lái)得到了越來(lái)越多的重視和關(guān)注，在油田開(kāi)采的后期中應(yīng)用效果也得到了證實(shí)，除了能夠保證油氣田開(kāi)采的效率之外，還能有效控制鉆井施工的成本，從根本上提升油田開(kāi)采的綜合效益［1］。另外，定向井鉆井工藝技術(shù)形成的井眼軌跡非常復(fù)雜，也會(huì)給后續(xù)的其他工作帶來(lái)不利影響，因此必須要采取措施控制井眼軌跡，形成穩(wěn)定的、符合其他操作需求的井斜角，同時(shí)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，在鉆井過(guò)程中合理應(yīng)用防打斜措施，借助塔式鉆具、鐘擺鉆具等保證定向井鉆井工藝技術(shù)的應(yīng)用效果。更重要的是，在正式進(jìn)行鉆井施工之前，需要做好鉆井方案設(shè)計(jì)工作，根據(jù)實(shí)際情況設(shè)計(jì)優(yōu)化井眼軌跡，并在施工過(guò)程中不斷測(cè)定和調(diào)整井斜角，并同時(shí)提升鉆井液的攜帶巖屑能力及潤(rùn)滑效果，確保整個(gè)鉆井過(guò)程順利完成。

2 定向井鉆井速度的影響因素

2.1 工程因素

定向井鉆井工藝技術(shù)比較復(fù)雜，其鉆井速度可能會(huì)受到多種因素的共同影響，其中工程因素可能給鉆井速度帶來(lái)不可忽視的限制。第一，在定向井鉆井施工過(guò)程中，鉆進(jìn)的壓力和排量必然會(huì)影響鉆進(jìn)效果，想要切實(shí)保證定向井鉆井速度，目前有一部分施工單位選擇了引進(jìn)先進(jìn)的鉆進(jìn)設(shè)備，確實(shí)在一定程度上確保了順利鉆進(jìn)，另外還有一些施工單位選擇了調(diào)整施工鉆進(jìn)壓力的方式保證鉆進(jìn)速度，在鉆進(jìn)壓力不合理的情況下，鉆頭很難順利進(jìn)入地層結(jié)構(gòu)并完成鉆進(jìn)任務(wù)，鉆進(jìn)設(shè)備的轉(zhuǎn)速也會(huì)受到一定的影響，在鉆進(jìn)排量和理論設(shè)計(jì)排量有較大差異的情況下，定向井鉆井工藝技術(shù)涉及的各類鉆具也很難達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)施工效果，即使鉆進(jìn)工具將地層結(jié)構(gòu)的巖石破碎成方便攜帶的巖屑，也不能順利排出地面，最后必然要影響到定向井鉆井速度。第二，定向井鉆井工藝技術(shù)本身的應(yīng)用價(jià)值毋庸置疑，但是施工作業(yè)的作業(yè)帶也可能影響到實(shí)際的鉆進(jìn)速度，在實(shí)際工作中，工作人員往往需要通過(guò)各種手段保證直井段的施工質(zhì)量，避免出現(xiàn)井斜角偏差，保證定向井鉆井施工能夠正常進(jìn)行。特別需要提到的是，在具體的鉆進(jìn)中，如果不能控制好井斜角，很容易發(fā)生碰井問(wèn)題，在影響定向井鉆井工藝技術(shù)正常應(yīng)用效果的同時(shí)，還可能導(dǎo)致施工安全度下降、施工效率下降等一系列問(wèn)題，這不符合定向井鉆井工藝技術(shù)的使用要求［2］。

2.2 人員因素

定向井鉆井工藝技術(shù)十分復(fù)雜，因此往往會(huì)受到許多因素的共同影響，除了工程因素之外，人員因素也會(huì)給定向井鉆井速度帶來(lái)不可估量的影響。換而言之，定向井鉆井施工人員的綜合素質(zhì)水平會(huì)影響鉆進(jìn)的速度和效果。例如，在施工人員不了解定向井鉆井工藝設(shè)備的情況下，難以正確操作設(shè)備并保證鉆進(jìn)正常進(jìn)行，施工的速度自然就會(huì)減緩［3］。再如，負(fù)責(zé)對(duì)定向井鉆井的方向進(jìn)行控制的工作人員如果沒(méi)有專業(yè)化的學(xué)習(xí)經(jīng)歷，很難在復(fù)雜的地質(zhì)條件下保證鉆進(jìn)方向的正確性，一旦出現(xiàn)偏差，很可能發(fā)生鉆進(jìn)速度大幅度下降的問(wèn)題。而在利用定向井鉆井工藝技術(shù)進(jìn)行施工的過(guò)程中，工作人員能否結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)的具體情況對(duì)井斜角、方位角等偏差進(jìn)行糾正，也可能影響到井眼軌跡的合理性，并會(huì)導(dǎo)致定向井施工速度降低的問(wèn)題。此外，定向井鉆井工藝技術(shù)的鉆進(jìn)速度在很大程度上取決于鉆井液，在實(shí)際的施工中如果不能保證鉆井液配制人員的專業(yè)水平，后續(xù)的鉆進(jìn)速度必然要大打折扣。

2.3 井眼軌跡因素

2.3.1 鉆頭力

定向井鉆井工藝技術(shù)的應(yīng)用條件比較復(fù)雜，在石油開(kāi)采的過(guò)程中，時(shí)常會(huì)遇到各種復(fù)雜的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，這些地質(zhì)結(jié)構(gòu)將會(huì)對(duì)傾向方位角、下部鉆具組合、鉆頭偏轉(zhuǎn)角度等造成一定的負(fù)面影響，并直接減緩施工鉆井的速度。為了進(jìn)一步提升定向井鉆井的效率，部分技術(shù)人員充分分析了地質(zhì)結(jié)構(gòu)的開(kāi)采數(shù)據(jù)，并根據(jù)不同地層結(jié)構(gòu)下地層傾斜角等數(shù)據(jù)的變化情況，確定了調(diào)整井斜角和開(kāi)采方向的重要方法，在專業(yè)化鉆頭和鉆井液的作用下，才能保證定向井鉆井工藝技術(shù)的應(yīng)用效率。從實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，井眼軌跡因素對(duì)定向井鉆井的速度有很大的影響，如鉆頭力就是不容忽視的因素之一，鉆頭主要負(fù)責(zé)對(duì)巖石結(jié)構(gòu)進(jìn)行破碎等，將鉆頭力作用在巖石上，即可保證其順利施工，而鉆進(jìn)速度一般取決于沿井眼前進(jìn)方向的分力，工作人員需要控制好鉆頭力，將鉆頭加壓控制在160～180kN的范圍內(nèi)，是保證其順利鉆進(jìn)的必然要求［4］。

2.3.2 下部鉆具結(jié)構(gòu)

井眼軌跡是一個(gè)比較復(fù)雜的概念，其最終形成的軌跡情況，可能受到穩(wěn)定器類型、穩(wěn)定器與井眼間隙、穩(wěn)定器的數(shù)量和位置等因素的影響，目前常用的穩(wěn)定器主要包括螺旋穩(wěn)定器和滾子穩(wěn)定器，其中滾子穩(wěn)定器存在方位難以控制的問(wèn)題，特別是在涉及軟土地層的時(shí)候更是如此，因此目前螺旋穩(wěn)定器的應(yīng)用頻率比較高。另外，穩(wěn)定器和鉆頭之間往往會(huì)存在一定的差異，二者的直徑不可能完全一致，這中間的空隙被稱為井眼間隙，井眼空隙的存在，必然要影響到井眼軌跡，工作人員一般可通過(guò)更換符合要求和井口實(shí)際情況的扶正器解決這一問(wèn)題，在分析增斜率的情況下，盡可能規(guī)避井眼間隙帶來(lái)的負(fù)面影響。另外，合理應(yīng)用穩(wěn)定器能夠保證鉆進(jìn)方向的穩(wěn)定性，但是它本身的結(jié)構(gòu)特征決定了其可能導(dǎo)致阻卡嚴(yán)重的問(wèn)題，在常規(guī)鉆進(jìn)施工中一般可用到3 個(gè)穩(wěn)定器，首先將近鉆頭穩(wěn)定器與鉆頭相連，控制不必要的彈性形變，同時(shí)控制中間扶正器的尺寸，并結(jié)合井斜幅度調(diào)整扶正器與鉆頭的距離，可在一定程度上規(guī)避鉆具結(jié)構(gòu)給鉆進(jìn)速度帶來(lái)的負(fù)面影響。

2.3.3 鉆井參數(shù)

定向井鉆井工藝技術(shù)比較復(fù)雜，其鉆進(jìn)速度受到諸多因素的共同影響，比如說(shuō)鉆頭的壓力和旋轉(zhuǎn)速度不同的情況下，井眼運(yùn)行路線就可能發(fā)生變化，在鉆頭壓力不斷增加的情況下，斜力與方向變斜也會(huì)發(fā)生變化，鉆進(jìn)的速度就會(huì)受到影響。在具體操作中，技術(shù)人員往往會(huì)通過(guò)對(duì)鉆頭壓力進(jìn)行調(diào)整等方法控制井斜角變化，從而確保定向井鉆井工藝技術(shù)正常應(yīng)用［5］。

3 提升定向井鉆井速度的重要性

定向井鉆井工藝技術(shù)正在我國(guó)石油資源開(kāi)采過(guò)程中發(fā)揮著不可替代的重要作用，越來(lái)越多的施工單位對(duì)這一技術(shù)給予了認(rèn)可和關(guān)注，但是這并不意味著其已經(jīng)完全成熟，在具體鉆進(jìn)施工中，定向井鉆井工藝技術(shù)體系仍然存在許多不足之處，無(wú)論是鉆進(jìn)設(shè)計(jì)還是施工操作，都存在許多亟待解決的問(wèn)題。在上文提到的幾方面影響因素的作用下，定向井鉆井工藝技術(shù)的鉆進(jìn)速度時(shí)至今日仍然得不到保障，和過(guò)去常見(jiàn)的直井鉆井技術(shù)比較起來(lái)有一定的欠缺，在這種情況下技術(shù)人員不斷進(jìn)行嘗試和探索，通過(guò)各種各樣的方式保障鉆進(jìn)速度逐步增長(zhǎng)，這為我國(guó)石油資源開(kāi)采提供了更加穩(wěn)定的技術(shù)支持。特別是在復(fù)雜地質(zhì)條件下，對(duì)定向井鉆井工藝技術(shù)的鉆井速度進(jìn)行優(yōu)化，更是完全符合石油資源開(kāi)采壓力日益增加、開(kāi)采成本不斷降低的行業(yè)發(fā)展要求。

4 提升定向井鉆井速度的對(duì)策

4.1 控制井壁的穩(wěn)定性

中國(guó)特色社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)取得的基本技術(shù)成果，給石油開(kāi)采行業(yè)各種技術(shù)的發(fā)展提供了基礎(chǔ)，在定向井鉆井工藝技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中，工作人員就選擇了利用壓力觀測(cè)技術(shù)等基礎(chǔ)性技術(shù)對(duì)井壁穩(wěn)定性進(jìn)行控制的方案，確實(shí)取得了比較可觀的效果。定向井鉆井工藝技術(shù)的步驟比較多，每一個(gè)步驟的質(zhì)量又會(huì)影響著下一步的操作，保證井壁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，是保證定向井鉆井工藝技術(shù)鉆進(jìn)速度的重中之重。目前來(lái)看，保證井壁結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的措施主要為結(jié)合外界壓力變化對(duì)鉆井壓力進(jìn)行調(diào)整，使二者之間達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡等，除此之外，還有一部分施工單位選擇結(jié)合地質(zhì)密度合理調(diào)控壓力變化，使壓力處在合理范圍內(nèi)，避免負(fù)壓環(huán)境導(dǎo)致井壁結(jié)構(gòu)坍塌的問(wèn)題。另外，在起鉆的過(guò)程中一般需要對(duì)起壓速度進(jìn)行有效控制，避免泥漿倒吸影響到后續(xù)的正常操作，在此基礎(chǔ)上調(diào)整排量數(shù)據(jù)、將地層破碎產(chǎn)生的巖屑排到地面，避免井壁結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定導(dǎo)致的一系列問(wèn)題。為了確保井壁結(jié)構(gòu)萬(wàn)無(wú)一失，也可以向井中添加1%～2%的防塌劑，從而保證井壁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，避免井下失水率超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)。所謂的防塌劑往往具有非常突出的聚合力，如常見(jiàn)的PAM、降濾試劑、聚合醇等都是如此，能夠保證定向井內(nèi)部結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，為后續(xù)順利鉆進(jìn)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

4.2 優(yōu)化定向井剖面的設(shè)計(jì)

井眼軌跡是影響定向井鉆井工藝技術(shù)鉆進(jìn)速度的重要因素，為了有效控制井眼軌跡的實(shí)際情況，應(yīng)加強(qiáng)定向井剖面設(shè)計(jì)工作，與設(shè)計(jì)人員進(jìn)行良好溝通，在保證定向井設(shè)計(jì)人員綜合素質(zhì)的基礎(chǔ)上，將定向井剖面模式中的三段制、四段制及五段制軌道設(shè)計(jì)模式的不同特點(diǎn)傳達(dá)到位，使設(shè)計(jì)人員能夠根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況選擇最佳的井眼軌跡類型［6］。更重要的是要在確定下來(lái)井眼軌跡的基礎(chǔ)上，對(duì)造斜點(diǎn)、造斜率等關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行有效優(yōu)化，避免鉆進(jìn)過(guò)程中產(chǎn)生過(guò)大的摩擦阻力，保證現(xiàn)場(chǎng)鉆進(jìn)施工順利進(jìn)行，達(dá)到提升定向井鉆井工藝技術(shù)鉆進(jìn)速度的效果。

4.3 優(yōu)化定向井鉆井技術(shù)

石油資源是十分重要的社會(huì)發(fā)展資源，保證石油資源穩(wěn)定供應(yīng)是確保社會(huì)經(jīng)濟(jì)建設(shè)正常穩(wěn)定進(jìn)行的必然手段，目前我國(guó)的石油資源勘探工作及開(kāi)發(fā)工作都越來(lái)越成熟，層出不窮的先進(jìn)技術(shù)保證了石油資源開(kāi)采的效率和質(zhì)量。定向井鉆井工藝技術(shù)在這個(gè)過(guò)程中同樣扮演了重要角色，因此技術(shù)人員開(kāi)始對(duì)定向井鉆井工藝技術(shù)進(jìn)行了一系列優(yōu)化。（1）科學(xué)且合理地設(shè)置鐘擺結(jié)構(gòu)。在傳統(tǒng)的直井鉆井施工中，鐘擺結(jié)構(gòu)的誤差率比較高，很可能導(dǎo)致鉆井質(zhì)量下降的問(wèn)題，因此工作人員往往需要單獨(dú)校正鉆井水平方向，而在對(duì)鐘擺結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整以后，其開(kāi)始在定向鉆井的整體軌跡設(shè)定與規(guī)范中發(fā)揮作用，在鉆井位置和方向發(fā)生變化的情況下，鐘擺結(jié)構(gòu)將會(huì)第一時(shí)間反饋問(wèn)題，工作人員即可以此為基礎(chǔ)及時(shí)調(diào)整后續(xù)的鉆進(jìn)位置，在重新鉆進(jìn)后繼續(xù)觀察鐘擺結(jié)構(gòu)的情況，如存在問(wèn)題進(jìn)一步進(jìn)行調(diào)整。（2）優(yōu)化鉆井施工是提升定向井鉆井速度的必然選擇。在實(shí)際的石油資源開(kāi)采過(guò)程中，鉆進(jìn)施工的難度最大、最容易出現(xiàn)一系列問(wèn)題，而對(duì)定向井鉆井作業(yè)施工進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，則能夠從一定程度上降低發(fā)生鉆進(jìn)問(wèn)題的可能性。鉆井作業(yè)優(yōu)化設(shè)計(jì)通常指的是對(duì)井筒剖面設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，設(shè)計(jì)人員可以根據(jù)實(shí)際情況，在充分考慮地層結(jié)構(gòu)特征的情況下，對(duì)定向井的井斜角度和方位角度進(jìn)行調(diào)整，并合理確定造斜井區(qū)段、穩(wěn)斜井區(qū)段及水平井區(qū)段的選擇方案，保證鉆井施工方案的合理性。另外，還需要合理選擇鉆井工具，在確保施工參數(shù)合理性的基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)鉆井工具的更換輪替，確保定向井鉆井工藝技術(shù)能夠正常發(fā)揮作用，保證鉆進(jìn)的速度和效率。特別需要提到的是，為了確保定向井鉆井工藝設(shè)計(jì)的合理性，工作人員應(yīng)對(duì)造斜點(diǎn)的有關(guān)參數(shù)進(jìn)行分析，并在有必要的情況下選用分段施工技術(shù)，結(jié)合鉆井區(qū)段和鉆井參數(shù)的差異，選擇適當(dāng)?shù)你@井工具。同時(shí)，要加強(qiáng)井眼軌跡測(cè)量工作，對(duì)有關(guān)的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)核，確保井眼軌跡測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度，并對(duì)障礙井進(jìn)行規(guī)避，從而避免其給鉆進(jìn)施工造成不必要的負(fù)面影響。最后，還需要充分認(rèn)識(shí)到定向井鉆井工藝技術(shù)安全保障問(wèn)題，根據(jù)鉆進(jìn)施工的經(jīng)驗(yàn)和成功案例，在分析安全風(fēng)險(xiǎn)的情況下制定安全制度。

4.4 設(shè)計(jì)最佳的井身軌跡

除上文所述的策略之外，對(duì)井身軌跡進(jìn)行優(yōu)化也有一定的積極作用，工作人員可結(jié)合實(shí)際情況，對(duì)井眼的前進(jìn)方向進(jìn)行控制，使之能夠與設(shè)計(jì)要求保持一致。這樣一來(lái)，鉆井過(guò)程中產(chǎn)生的摩擦阻力將會(huì)變小，鉆頭的旋轉(zhuǎn)速度將不會(huì)受到任何影響，無(wú)論是起鉆還是下鉆的過(guò)程中，其施工速度都會(huì)有所提升，能夠使定向井鉆井工藝技術(shù)發(fā)揮應(yīng)有的作用。

5 結(jié)語(yǔ)

石油資源被譽(yù)為工業(yè)的血液，保證石油資源開(kāi)采穩(wěn)定性、提升石油資源開(kāi)采效率，是從業(yè)人員一直以來(lái)追求的目標(biāo)，在各種新技術(shù)不斷出現(xiàn)的今天，加強(qiáng)對(duì)施工開(kāi)采技術(shù)的探索更是意義重大。定向井鉆井工藝技術(shù)的速度會(huì)受到多方面因素的共同影響，工作人員可采取控制井壁的穩(wěn)定性、優(yōu)化定向井剖面的設(shè)計(jì)、優(yōu)化定向井鉆井技術(shù)、設(shè)計(jì)最佳的井身軌跡等一系列措施，確保定向井鉆井速度達(dá)到設(shè)計(jì)數(shù)值，為保證石油資源順利開(kāi)采打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。