定向井鉆井速度的影響因素及提升措施

蔡潤峰

中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術(shù)分公司 天津 300459

引言

眾所周知，油氣資源開采水平的高低，將會直接影響一個國家的經(jīng)濟發(fā)展水平。為了加快我國現(xiàn)代化建設(shè)速度，不僅要加強油氣資源勘測力度，而且也要從鉆井技術(shù)入手，采取科學(xué)措施提升鉆井速度，從而實現(xiàn)增進我國油氣資源開采量的目的。研究表明，大量油氣資源深藏地下，由于地質(zhì)結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，為了提升油田采收率，需要采用企業(yè)采用定向井鉆井技術(shù)，并采取措施提升定向井鉆井效率與速度，方可滿足我國油氣資源的開采需求。因此，采取有效措施提升定向井鉆井速度，將會成為我國采油企業(yè)未來重點工作內(nèi)容。

1 提升定向井鉆井速度的意義

與普通直井相比，定向井鉆井技術(shù)對于地面條件限制要求比較少，并且可加快油氣資源開采效率，所以成為各大油氣普遍采用的鉆井技術(shù)。此外，隨著油氣田開采時間的增加，油氣資源的開采難度大幅度增加，為了提升油氣資源開采效率，挖掘剩余油氣資源的價值，定向井鉆井技術(shù)同樣可以發(fā)揮重要作用[1]。但是，盡管定向井鉆井技術(shù)不斷成熟，鉆井效率持續(xù)增加，但是受制于外部因素制約以及技術(shù)層面限制，導(dǎo)致定向井鉆井速度無法持續(xù)保證，嚴(yán)重影響油氣田開采工作效率。因此，為了提升定向井鉆井速度，需要認(rèn)真剖析影響定向井鉆井速度的因素，逐一消除影響，確保定向井鉆井速度符合油氣田開采需要，對促進油氣資源開采企業(yè)經(jīng)濟效益具有重要意義。

2 定向井鉆井技術(shù)概述

在油氣田開采過程中，開采企業(yè)會應(yīng)用各類技術(shù)完成油氣資源的開采工作，而鉆井技術(shù)的應(yīng)用好壞，將會直接影響油氣資源的開采效率與開采成本。因此，為了使定向井鉆井技術(shù)的應(yīng)用更具針對性，開采企業(yè)應(yīng)了解各類定向井鉆井技術(shù)的優(yōu)缺點，提升定向井鉆井技術(shù)的應(yīng)用質(zhì)量。

2.1 直井段的軌跡控制技術(shù)

在鉆井期間，定向井可以區(qū)分為多個階段，以直井段為例，為了保證鉆頭可以沿著既定路線鉆井，需要使用軌跡控制技術(shù)防止出現(xiàn)軌跡傾斜問題。在鉆井過程中，直井段的鉆具由于受到外部因素作用，稍有控制不當(dāng)，便會出現(xiàn)鉆進軌跡傾斜現(xiàn)象，影響鉆進效果。此時，為了提升直井段的鉆進效果，現(xiàn)場人員需要嚴(yán)格控制鉆進路線，并應(yīng)用技術(shù)手段抵消不良因素對鉆進工作的影響，合理使用鉆進工具，及時調(diào)整偏移軌跡，避免出現(xiàn)斜井問題。需要注意的是，在鉆進過程中，現(xiàn)場人員不僅要合理使用軌跡控制技術(shù)，而且要嚴(yán)格控制鉆頭壓力，且不可使鉆頭壓力超過正常范圍，同時確保井壁與扶正器可以緊貼貼合，正確使用滿眼鉆具，提升直井段的鉆進效果。

2.2 造斜段的軌跡控制技術(shù)

在鉆井階段，造斜段是定向井中的重要組成部分。對于造斜段而言，其指的是以規(guī)劃圖紙中的造斜點為端點，對鉆頭的鉆井角度進行調(diào)整，使其與垂線形成一個夾角，加快定向井的鉆井速度。在鉆井時，現(xiàn)場人員應(yīng)以規(guī)定的角度開展鉆進作業(yè)，及時糾正鉆進偏差，確保井斜角符合要求。此外，在鉆進過程中，現(xiàn)場人員應(yīng)密切留意造斜率是否符合要求，加強現(xiàn)場監(jiān)督力度，正確使用鉆鋌技術(shù)，保證鉆頭的鉆進方向符合預(yù)定軌跡。

2.3 穩(wěn)斜段的軌跡控制技術(shù)

一般來說，穩(wěn)斜段是定向井鉆井的最后階段。在穩(wěn)斜段鉆井工作中，現(xiàn)場人員需要借助無線隨鉆技術(shù)，密切監(jiān)測鉆頭的實際工作狀態(tài)，及時調(diào)整鉆進參數(shù)，保證穩(wěn)斜段施工質(zhì)量符合要求。與此同時，在無線隨鉆技術(shù)的幫助下，現(xiàn)場人員可以對鉆頭工作角度、井斜角等參數(shù)進行監(jiān)測，如果鉆頭鉆進方向與既定路線發(fā)生偏差，現(xiàn)場人員可以調(diào)整鉆頭方向，確保鉆進軌跡與預(yù)定方向保持一致。對于現(xiàn)場條件有限且無法使用無線隨鉆技術(shù)時，現(xiàn)場人員可以將單點測斜儀、多點測斜儀與穩(wěn)斜鉆具結(jié)合使用，確保穩(wěn)斜段鉆井工作質(zhì)量符合油氣資源開采要求。

3 影響定向井鉆井速度的因素

在定向井鉆井過程中，影響鉆井速度的主要因素有三個方面，即：工程因素、地質(zhì)因素與技術(shù)因素，下面將對此進行詳盡敘述。

3.1 工程因素

因工程因素制約，導(dǎo)致定向井鉆井過程中速度達(dá)不到最佳狀態(tài)，影響鉆井效率。例如，在正式鉆井工作開始前，開采企業(yè)沒有對現(xiàn)場地質(zhì)環(huán)境條件進行調(diào)研，使得鉆井方案缺乏針對性，所以定向井鉆井速度無法滿足方案預(yù)定要求。與此同時，在定向井鉆井階段，鉆井參數(shù)確定以及選擇合適的鉆井機械同樣十分重要，但是部分開采企業(yè)對上述內(nèi)容不重視，例如，鉆井參數(shù)調(diào)整不當(dāng)以及未能選擇合適的鉆井機械，從而導(dǎo)致鉆具破損率大幅度增加，影響鉆井速度。

3.2 地質(zhì)因素

在定向井鉆井過程中，地質(zhì)因素將會對鉆井速度產(chǎn)生明顯影響。眾所周知，我國地大物博，各個區(qū)域的地質(zhì)條件存在顯著差異，所以要針對地層特點，選擇合適的鉆井工具或鉆井技術(shù)，方可確保鉆井工作可以正常進行。此外，如果地層傾角、地層巖性存在差異，則同樣也會影響鉆井速度。對于定向井鉆井工作來說，一旦鉆進軌跡與預(yù)定方案存在差異，則現(xiàn)場人員需要及時調(diào)整鉆進方向，否則將會出現(xiàn)斜井問題。因此，在開始鉆進工作前，開采企業(yè)應(yīng)重視勘察地質(zhì)條件，及時調(diào)整鉆進方案，確保鉆井速度不會因地質(zhì)因素產(chǎn)生影響。

3.3 技術(shù)因素

定向井鉆井技術(shù)應(yīng)用水平差異，將會直接影響最終的鉆井速度，不同技術(shù)方式對鉆井速度的影響十分明顯。因此，為了保證定向井鉆井速度符合開采方案要求，需要開采企業(yè)重視技術(shù)因素，并在鉆井前組織人員了解定向井鉆井工藝與技術(shù)，提升現(xiàn)場作業(yè)人員的專業(yè)素質(zhì)，增強實際鉆井工作經(jīng)驗，做好地質(zhì)情況調(diào)研工作，及時根據(jù)現(xiàn)場情況調(diào)整定向井鉆井方案，保證鉆進軌跡與鉆井速度符合要求。此外，概括地說，技術(shù)因素對鉆井速度的影響可以概括為以下幾方面[2]：①鉆壓的確定。在鉆井過程中，鉆頭力度的大小與地下巖層的硬度有關(guān)，當(dāng)有堅硬物體在鉆進軌跡當(dāng)中時，現(xiàn)場人員應(yīng)適當(dāng)增加鉆頭壓力，確保鉆井速度符合要求。②下部鉆具的組合。為了控制井眼軌跡，需要確保下部鉆具具有良好的穩(wěn)定性。在鉆井過程中，下部鉆具穩(wěn)定器的類型與數(shù)量要予以針對性的選擇，井眼與穩(wěn)定器之間的距離要精準(zhǔn)計算，確保井眼運行軌跡符合鉆井方案要求。在定向井鉆井過程中，穩(wěn)定器主要有兩類類型，即：螺旋與滾子兩種。如果鉆井地點為中硬土，螺旋穩(wěn)定器則更具適用。隨著鉆井深度的不斷增加，井口直徑會逐漸增加，此時要及時調(diào)整穩(wěn)定器防止出現(xiàn)斜井問題，加快鉆井速度。③調(diào)整鉆井相關(guān)參數(shù)。在定向井鉆井過程中，鉆頭壓力、旋轉(zhuǎn)速度等參數(shù)會影響鉆井速度。因此，在鉆井時，現(xiàn)場人員要根據(jù)鉆井情況隨時對參數(shù)進行調(diào)整，可適當(dāng)增加轉(zhuǎn)速，加快定向井鉆井效率。

4 提升石油定向井鉆井速度的具體措施

為了進一步加快定向井鉆井速度，開采企業(yè)可通過以下措施實現(xiàn)提升定向井鉆井速度的目的。

4.1 有針對性的優(yōu)化鐘擺結(jié)構(gòu)

在定向井鉆井工作中，為了保證鉆井工作可以有序進行，優(yōu)化鐘擺結(jié)構(gòu)是很有必要的。其中，在直井鉆井階段，為了出現(xiàn)鉆井偏差問題，開采企業(yè)應(yīng)對鐘擺結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，確保鉆井軌跡符合要求，加快鉆井速度。此外，優(yōu)化后的鐘擺結(jié)構(gòu)可以及時對鉆頭的鉆進軌跡進行監(jiān)測，了解鉆頭的鉆進狀態(tài)，如有斜井問題可以第一時間進行修正，加快定向井鉆井速度。

4.2 保持井壁的穩(wěn)定性

在定向井鉆井過程中，為了加快鉆井速度，井壁穩(wěn)定性是否符合要求是十分關(guān)鍵的。在鉆井時，如果發(fā)生井壁坍塌問題，不僅會影響鉆井工作的安全性，同樣也會影響鉆進效率。因此，開采企業(yè)應(yīng)采取措施確保井壁的穩(wěn)定性符合標(biāo)準(zhǔn)要求，密切監(jiān)測鉆井壓力值的波動情況，確保鉆井壓力值始終保持平衡狀態(tài)[3]。此外，開采企業(yè)應(yīng)做好鉆井前的勘探工作，了解地質(zhì)條件，以地層密度為基礎(chǔ)，合理設(shè)定鉆井壓力值，防止出現(xiàn)井壁坍塌。與此同時，在鉆井過程中，確保鉆井速度保持合理區(qū)間，防止因抽吸現(xiàn)象而降低井壁的穩(wěn)定性。如有必要，為了增加地層的承載性能，開采企業(yè)可通過灌注鉆井泥漿的方式提升井壁的穩(wěn)定性。如果井壁的剝蝕性能比較差，可將一定比例的防塌劑添加到井壁表層、中層，降低失水問題出現(xiàn)概率，使井壁更加穩(wěn)定。最后，在鉆井時，為了保持井壁的穩(wěn)定性，現(xiàn)場人員應(yīng)對井壁表層、中深層的失水量進行監(jiān)測，可通過添加防塌劑、聚合醇等藥劑將失水量控制在合理區(qū)間，有助于提升井壁的穩(wěn)定性。

4.3 優(yōu)化定向井鉆井技術(shù)

為保證定向井鉆井速度符合開采要求，提升定向井鉆井效率，開采企業(yè)應(yīng)投入更多精力對定向井鉆井技術(shù)進行優(yōu)化。以直井段為例，開采企業(yè)可對鐘擺結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，如果井身斜度增加，可將鐘擺提升來降低斜向作用力，確保井身斜度符合鉆井施工方案要求。另外，針對地下結(jié)構(gòu)特性不同的特點，開采企業(yè)應(yīng)對現(xiàn)有鉆井工藝技術(shù)進行優(yōu)化，或者選型更加現(xiàn)代化的鉆井工藝，例如，預(yù)測技術(shù)、井眼軌跡控制技術(shù)與隨鉆測量技術(shù)等，加強對井眼軌跡監(jiān)測的力度，確保井眼軌跡的連續(xù)性、光滑度符合要求，有助于加快鉆井效率，提高鉆井速度。

4.4 規(guī)范操作定向儀

在鉆井時，定向儀操作不規(guī)范，將會影響鉆井速度。在實際鉆井作業(yè)時，開采企業(yè)要求有經(jīng)驗的人員來操作定向儀，確保鉆進軌跡符合要求。在使用定向儀過程中，多個現(xiàn)場作業(yè)人員應(yīng)在鉆井時規(guī)范的操作定向儀，不得私自違規(guī)操作，防止安全事故出現(xiàn)。另外，在鉆井前，作業(yè)人員應(yīng)對定向儀的工作狀態(tài)進行查驗，做好保養(yǎng)工作，確保定向儀的測量精度符合標(biāo)準(zhǔn)要求，提升定向儀工作的精準(zhǔn)性[4]。一般來說，隨著定向井鉆井速度增加，鉆頭遇到的阻力也會增加，所以定向儀切不可在造斜彎曲時使用?？傊?，為了加快鉆井速度，除了要加強現(xiàn)場作業(yè)人員培訓(xùn)力度外，還要保證定向儀的精度在標(biāo)準(zhǔn)要求范圍之內(nèi)，隨時解決定向儀工作過程中出現(xiàn)的問題。

4.5 優(yōu)化井眼軌跡控制技術(shù)

提升定向井鉆井速度，關(guān)鍵是嚴(yán)格控制井眼軌跡。在鉆井過程中，一次定向成功概率越高，則鉆井作業(yè)效率越高。所以，在鉆井時應(yīng)用無線隨鉆設(shè)備，可以對鉆頭運動軌跡進行監(jiān)測，跟蹤并控制鉆頭的工作狀態(tài)，確保井眼軌跡符合要求。以增斜作業(yè)為例，以設(shè)計方案為基礎(chǔ)，準(zhǔn)確計算井眼曲率剖面，使井眼軌跡符合設(shè)計方案，防止出現(xiàn)軌跡不規(guī)則問題。在穩(wěn)斜井區(qū)段作業(yè)時，控制頻率應(yīng)加大，時刻測量鉆頭的運動軌跡，利用軟件對測量信號進行分析、計算，快速糾正軌跡運動偏差，提升鉆井速度。

4.6 按時清理井眼

在定向井鉆井過程中，開采企業(yè)應(yīng)對井眼清理工作加以關(guān)注，在規(guī)定的時間內(nèi)指派人員對井眼進行清理，提升定向井鉆井速度。與此同時，在鉆井時，巖屑不穩(wěn)定問題時常在作業(yè)中出現(xiàn)，所以現(xiàn)場人員使用專業(yè)處理液對井眼進行清理，消除鉆屑穩(wěn)定性差問題，加快鉆井工作效率。另外，在清理井眼前，開采企業(yè)應(yīng)完成井眼清理方案的制定，優(yōu)化清理方法，確?？梢栽谝蟮臅r間內(nèi)完成清理工作，降低鉆井成本。最后，開采企業(yè)應(yīng)做好人員培訓(xùn)工作，了解井眼清理要點，做好檢查工作，確保井眼清理符合后續(xù)鉆井工作要求。

5 結(jié)束語

速度決定經(jīng)濟效益，在定向井鉆井工作中，面對可能影響鉆井速度的諸多不利因素，開采企業(yè)應(yīng)明確鉆井工作要點，提前完成地質(zhì)勘測工作，合理制定鉆井作業(yè)方案，加強鉆井現(xiàn)場監(jiān)督力度，采取有效措施提升定向井鉆井速度，對提升我國定向井鉆井工藝水平具有重要意義。