定向井鉆井工藝技術優(yōu)化措施分析

王吉龍，牛 意，余 潞

（1.中海石油有限公司天津分公司，天津 300459；2.中海油能源發(fā)展股份有限公司工程技術分公司，天津 300459）

1 石油資源開采工作存在的挑戰(zhàn)

最新的人口數(shù)量普查結果顯示，我國擁有超過14億人口，屬于名副其實的人口大國，所以對能源的消耗十分驚人。隨著我國逐步進入工業(yè)化社會，為了加快經(jīng)濟發(fā)展速度，我國每年需要進口大量的油氣資源，使得能源供給問題越加嚴峻。此外，盡管我國擁有廣袤的國土面積，但是油氣資源的開采規(guī)模仍然存在很大缺口，并且部分油田的開采已經(jīng)日益枯竭，所以為了解決能源短缺問題，需要針對我國油氣資源開采現(xiàn)狀開發(fā)出更加現(xiàn)代化的油氣資源開采技術，從而降低我國油氣資源的開采難度。與此同時，相比國外發(fā)達國家，我國油氣資源開采技術相對落后，開采成本居高不下，極大地限制了我國油氣資源的開采速度。另外，盡管我國國土面積大，但是不同區(qū)域的地質特征存在很大差異，鉆井作業(yè)存在很大的風險，不僅會影響油氣資源開采效率，而且也會加大安全事故出現(xiàn)概率，威脅作業(yè)人員生命安全。當前，為了開采更多油氣資源，我國加大了深井、超深井的開采規(guī)模，所以對開采技術的應用水平提出了很高的要求。對于深井、超深井而言，井底溫度高于普通油氣井，地質結構更加復雜，巖石致密程度更高，所以對鉆井技術與工具的應用有著極高要求，同時也直接影響鉆井企業(yè)的經(jīng)濟效益?？傊?，作為影響國家經(jīng)濟發(fā)展的重要戰(zhàn)略資源，石油資源開采效率將會直接影響鉆井企業(yè)與國家的經(jīng)濟利益，所以為了提升油氣資源開采效率，鉆井企業(yè)有必要、有責任解決好鉆井工藝技術面臨的眾多難題。

2 定向井鉆井的特點與難點

2.1 定向井鉆井工藝技術概述

與其他鉆井工藝技術相比，定向井鉆井工藝技術不僅可以提升油氣資源開采效率，而且針對結構特殊的地質，定向鉆井工藝技術可以有效降低特殊地質結構對開采效率的影響，降低開采成本，提升鉆井流程的合理性，并且也可給予鉆井工作更有效的安全保障，提升鉆井企業(yè)開采效率與經(jīng)濟效益。與此同時，隨著我國油氣資源開采的不斷擴大，當前定向井鉆井工藝技術的應用已經(jīng)十分普遍，并且可在處于開采后期的油田得到有效應用，使剩余油氣資源得到有效開采，進一步發(fā)揮處于開采后期油田的價值，降低鉆井成本，屬于一種節(jié)能降耗的鉆井工藝技術。

2.2 定向井鉆井的特點與難點

對于定向井鉆井工藝技術而言，其工作原理是采用定點鉆井的方式進行油氣田的開采工作。在應用定向井鉆井工藝技術前，鉆井企業(yè)應根據(jù)油氣田地質結構特點，有針對性地選擇定向井鉆井工藝技術。隨著我國油氣田開采規(guī)模的不斷擴大，定向井鉆井工藝日益成熟，但是在鉆頭材質、鉆頭大小以及工藝選擇等方面仍然存在很大的優(yōu)化空間，所以鉆井企業(yè)應以定向井鉆井技術特點為切入點，選用科學的優(yōu)化措施，提高定向井鉆井質量與開采效率，同時注重施工的規(guī)范性，有針對性選擇定向井鉆井流程，實現(xiàn)提升定向井鉆井技術水平的目的。除此之外，由于油氣田鉆井工作環(huán)節(jié)眾多，所以鉆井工作十分危險，對安全工作提出了很多要求。因此，在應用定向井鉆井工藝技術時，鉆井企業(yè)應注重安全管理工作，加大定向井鉆井安全生產管理力度，積極排查安全隱患，給予鉆井人員更加細致的安全培訓，并合理選擇定向井鉆井工藝技術，確保定向井鉆井工作可以安全開展，防止出現(xiàn)各類安全事故，降低鉆井難度。由于定向井存在多種類型，不同類型的定向井對鉆井工藝技術的要求存在差異，為了提升鉆井施工安全性，鉆井企業(yè)應注重規(guī)范鉆井施工程序，完善鉆井施工章程，避免相鄰井眼出現(xiàn)打穿事故，提升施工的安全性。

3 定向鉆井工藝技術的實際應用

在正式鉆井工作前，鉆井企業(yè)應針對油氣田地質結構選用合適的定向井鉆井技術。此外，在實施定向井鉆井工藝技術時，鉆井企業(yè)不僅要制定合理的鉆井方案，而且要在鉆井工具齊全的狀態(tài)下完成相關鉆井作業(yè)，確保井眼軌跡符合施工方案要求。當前，隨著我國定向井鉆井技術應用的不斷增多，我國在定向井鉆井工藝技術的研究方面取得十分喜人的成績，無論是鉆井工程方案，還是定向井鉆井作業(yè)操作流程，均已經(jīng)達到很高水平。例如，隨著無線隨鉆測量技術的引入，其可以準確地勘測地層信息，并將鉆井軌跡實時傳輸至監(jiān)控系統(tǒng)，方便鉆井人員了解鉆井軌跡與相關參數(shù)，為后續(xù)高質量鉆探工作奠定基礎。另外，為了保證定向井鉆井工作可以順利開展，除了選用合理的定向井鉆井技術外，還需要針對水平井區(qū)段、穩(wěn)斜井區(qū)段以及垂直區(qū)段的特點，科學地設計鉆井工藝流程，使復雜的工藝操作簡單化，提升鉆探角度的精準性，保證鉆井工藝質量符合設計要求。另外，在鉆井前，鉆井人員應對施工方案進行合理編制，提出各類可能出現(xiàn)問題的解決方案，加快問題處理速度，確保定向井鉆井工藝技術可以得到有效應用。

4 定向井鉆井工藝技術的優(yōu)化策略與優(yōu)化措施

由于定向井鉆井工藝技術具備諸多應用優(yōu)勢，所以其成為當前油氣田開發(fā)過程中普遍使用的鉆井工藝技術。在實際應用定向井鉆井工藝技術時，為了確保鉆進軌跡符合施工方案要求，節(jié)約鉆井成本，需要鉆井企業(yè)以高度的責任意識對定向井鉆井工藝技術進行優(yōu)化，提升定向井鉆井工藝技術應用水平，使之與我國油氣資源開采目標相契合。

4.1 定向井鉆井工藝技術的優(yōu)化策略

在鉆井過程中，鉆井企業(yè)為了降低施工成本，確保鉆井工作可以如期完成，需要在鉆井過程中使用定向井鉆井工藝技術，從而實現(xiàn)提升開采效率的目的。在應用定向井鉆井工藝技術時，為了使定向井鉆井工藝技術符合油氣田開采要求，鉆井企業(yè)應根據(jù)油氣田地質條件以及實際開采工作遇到的問題為基礎，合理設計鉆井數(shù)量，并針對問題提出合理的解決與技術優(yōu)化方案，注重降低定向井鉆井能耗，縮減鉆井成本，提升鉆井軌跡精度，細化鉆井作業(yè)流程，不斷提高定向井鉆井工藝技術應用水平。

4.2 定向井鉆井工藝技術優(yōu)化措施

（1）優(yōu)化定向井鉆井井眼軌跡控制措施

在鉆井過程中，常規(guī)鉆井區(qū)段與垂直段井區(qū)擁有近乎一致的井眼軌跡。但是，對于垂直段井區(qū)而言，如果垂直段井區(qū)井眼軌跡控制不當，不僅會加快鉆頭磨損程度，而且也會影響后續(xù)開采作業(yè)的安全開展。因此，為了嚴格控制垂直段井區(qū)的井眼軌跡，應在作業(yè)前針對垂直段井區(qū)的特點，合理選擇鉆頭型號，確保鉆頭性能符合后續(xù)施工要求。在確定井眼位置后，應對鉆井區(qū)域地質情況進行勘測，如果鉆井區(qū)域的油氣含水量高，則要注意避開此類位置，否則將會影響鉆井質量。此外，為了緩解鉆頭的沖擊力，提升鉆頭使用時間，應選擇鉆進性卓越的地層開展造斜鉆井作業(yè)，并且有助于提升井眼軌跡的控制精度，防止井壁發(fā)生破壞，提升鉆井作業(yè)的安全性。為了使井眼軌跡控制精度符合要求，在制定井眼軌跡方案時，應收集盡可能全面的數(shù)據(jù)，唯有全面的數(shù)據(jù)支撐，才可提升井眼軌跡方案制定的合理性。在收集數(shù)據(jù)過程中，可借助現(xiàn)代化設備，例如，隨鉆井測試設備、井眼數(shù)據(jù)采集設備等，及時對井眼軌跡參數(shù)進行監(jiān)測，如發(fā)現(xiàn)問題可以及時進行處理，防止問題進一步擴大，或者可通過采集數(shù)據(jù)對鉆井工具進行優(yōu)化與改進，確保造斜井段施工可以安全、高效開展。

（2）優(yōu)化設計定向井鉆井作業(yè)施工方案

在鉆井過程中，可以定向井井斜角度以及方位角度為基礎，從而完成造斜井的區(qū)段設計工作，使定向井鉆井作業(yè)施工得到進一步優(yōu)化。以區(qū)段施工要求為基礎，定向井鉆井作業(yè)施工的優(yōu)化方式有以下兩個方面：①在定向井鉆井工作中，油氣田的區(qū)段、地層被劃分出很多個區(qū)域，為了確保鉆井作業(yè)可以安全開展，防止在造斜角施工中出現(xiàn)安全隱患，需要對定向井鉆井工藝進行優(yōu)化設計，提升鉆井作業(yè)的安全性。②在制定定向井鉆井工藝技術方案時，方案中應用完整的管理體系，例如，施工技術管理、設備管理以及工程信息管理等。借助完善的工程管理體系，可實時監(jiān)測井眼軌跡參數(shù)，確保井眼軌跡可以得到嚴格控制，同時也可有效防止安全事故發(fā)生，提升鉆井企業(yè)的經(jīng)濟效益，加快油氣田的鉆井效率。因此，鑒于定向鉆井工藝技術如此重要，所以鉆井企業(yè)應從優(yōu)化設計定向井鉆井作業(yè)施工管理入手，有針對性地選用定向井鉆井工藝技術，提高鉆井作業(yè)施工技術應用水平，合理優(yōu)化鉆井工具，保證井眼軌跡符合鉆井方案要求。最后，針對障礙井區(qū)段作業(yè)，鉆井作業(yè)過程中應加強井眼軌跡監(jiān)測頻率，密切留意是否存在井斜情況，及時檢測巖屑樣本，做好完備的防碰措施。概括的說，唯有科學、合理的定向井鉆井作業(yè)施工方案以及先進的設備技術，才可為鉆井企業(yè)營造良好的鉆井環(huán)境，所以在應用定向井鉆井工藝前務必要優(yōu)化方案的每一處細節(jié)，確保井眼質量符合施工方案要求。

（3）優(yōu)化定向鉆井工藝技術

隨著機械自動化技術、計算機技術的不斷成熟，各個行業(yè)開始注重將計算機技術與機械自動化技術相互結合并加以運用。對于鉆井工作而言，計算機技術、機械自動化技術的加入，可以使鉆井工具得到最大限度的優(yōu)化與改進，加快鉆井工程的實施效率，緩解鉆井工作人員的工作強度，使定向井鉆井工作開展得更加順利、有序?，F(xiàn)階段，動力鉆具、穩(wěn)定器以及高精度檢測工具在定向井鉆井工作中得到了廣泛應用，相關工作人員可在鉆井前對上述設備進行了解，知曉上述設備的功能與特性，同時做好設備調校工作，及時保養(yǎng)高精度監(jiān)測儀器，合理使用各類儀器、設備，為后續(xù)定向井鉆井工作打好基礎。此外，在定向井中，為了防止井噴、鉆井液污染儲層等事故發(fā)生，鉆井人員應對各類井控設施進行合理使用。由于不同地層區(qū)段的地質條件不同，應以地層區(qū)段的地質條件為參照，合理組合鉆井工具，有助于提升鉆井效率與質量。最后，針對斜井區(qū)段的鉆井施工，為了提升套管使用時間，減少套管的磨損程度，應選用低轉速、高壓力的鉆井方案進行施工，可以有效減少鉆井成本，最大限度提升定向井鉆井施工質量。

（4）利用鉆柱力學以及井眼仿真設計

利用計算機強大的算力支持，可將仿真軟件安裝在計算機中，并利用仿真軟件對井下鉆柱力學的表現(xiàn)方式進行仿真設計，構建科學的力學模型，有助于提升大斜度定向井鉆井工作的合理性，確保定向井鉆井工作可以有序開展。此外，在定向井鉆井仿真軟件的幫助下，工程人員可直接在計算機中對不同施工方案進行模擬，從中選擇出最合理的定向井鉆井工藝技術方案。與此同時，鉆井工具的屈服特性好壞，將直接影響鉆井工作的工作狀態(tài)，所以可借助三軸應力法，對鉆井工具的抗拉強度進行驗算，確保鉆頭在旋轉時，其軸向載荷不會超過彎曲臨界荷載。與此同時，在鉆井過程中，要對井眼的清潔狀態(tài)進行監(jiān)測，利用計算機構建井眼模型，計算出井眼的清潔狀態(tài)對后續(xù)鉆進工作的影響程度。如果井眼清潔狀態(tài)不達標，將會產生卡鉆問題，影響鉆井效率與質量。因此，在鉆井作業(yè)時，應針對地質特點嚴控控制鉆進速度，做好井眼清潔工作，密切監(jiān)測井眼清潔狀態(tài)，保證后續(xù)工作可以順利進行。

5 結語

當前，我國經(jīng)濟發(fā)展正處于騰飛的時代，隨著我國石油資源需求量的不斷擴大，傳統(tǒng)鉆井技術無法適應未來發(fā)展要求。因此，未來加大油氣資源的開采效率，需要根據(jù)我國鉆井工程特點，不斷地對定向井鉆井工藝技術進行研究與優(yōu)化，幫助鉆井作業(yè)人員了解定向井鉆井工藝技術特點，注重將現(xiàn)代化技術與定向井鉆井工藝技術相結合，使定向井鉆進工藝技術應用水平不斷提升，對加快我國油氣資源的開發(fā)程度可起到十分重要的意義。