定向鉆井技術論文
定向鉆井技術論文
定向鉆井技術是當今世界石油勘探開發(fā)領域最先進的鉆井技術之一，學習啦小編整理了定向鉆井技術論文，有興趣的親可以來閱讀一下!
定向鉆井技術論文篇一
定向井軌跡控制技術
[摘 要]本文就我國定向井鉆井技術的發(fā)展進行了分析探討，并重點對定向井軌道控制技術和定向井軌道控制的影響因素進行了介紹，對促進定向井鉆井技術的發(fā)展具有一定的參考作用。
[關鍵詞]定向井 ;鉆具組合 ;地質(zhì)因素 ;軌跡控制; 螺桿 ;軌跡調(diào)整
中圖分類號：TE243.9 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X(2016)14-0105-01
1 前言
定向鉆井就是使井身沿著預先設計的井斜和方位鉆達目的層的鉆井方法。定向鉆井技術是當今世界石油勘探開發(fā)領域最先進的鉆井技術之一，它是由特殊井下工具、測量儀器和工藝技術有效控制井眼軌跡，使鉆頭沿著特定方向鉆達地下預定目標的鉆井工藝技術，目前在油田開發(fā)中廣泛使用。采用定向鉆井技術可以使地面和地下條件受到限制的油氣資源得到經(jīng)濟、有效的開發(fā)，能夠大幅度提高油氣產(chǎn)量和降低鉆井成本，有利于保護自然環(huán)境，具有顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。
2 井底鉆具組合的選擇和調(diào)整
2.1.1 井底鉆具組合的類型
根據(jù)井底鉆具組合的設計目的或作用效果的不同，可分為以下三類：即增斜、降斜和穩(wěn)斜。而增斜鉆具又可分為馬達增斜(或造斜)和轉(zhuǎn)盤增斜。所以，實際上常規(guī)定向井的最基本鉆具組合有四個，即馬達造斜鉆具、轉(zhuǎn)盤增斜、轉(zhuǎn)盤降斜和穩(wěn)斜。
下面是12-1/4”井眼中，四套基本鉆具組合：
?、?造斜，12-1/4”Bit+9-1/2”馬達+1.5°彎接頭+8”NM・DC(1)+5”HWDP(14)預計 BOR=3°/30m
?、?轉(zhuǎn)盤增斜12-1/4”Bit+12-1/4”STB+8”NMDC(1)+8”DC(2)+12-1/4”STB
+8”DC(1)+12-1/4”STB+8”DC(5)+5”HWDP(20)
預計 BOR=2～4°/30m
?、?降斜，12-1/4”Bit+8”NMDC(1)+12-1/4”STB+8”DC(1)+12-1/4”STB+8”DC(5)+5”HWDP(20)
預計BOR=-(2～3)°/30m
?、?穩(wěn)斜，12-1/4”Bit+12-1/4”STB+8”S・DC(2)+12-1/4”STB+8”DC(1)+12-1/4”STB+8”DC(5)+5”HWDP(20)
在上述組合中，如需要可加一些配合接頭，擾性接頭、震擊器、鍵槽破壞器等。
前面已說過，從鉆具組合的效果上看，可分為四種基本類型。但是實際井眼軌跡控制時，對鉆具組合性能的要求遠非如此簡單。它還要求鉆具組合產(chǎn)生的效果，在幅度上能夠控制，這就是所謂的微增、微降鉆具組合，這也是較難掌握的一點。比如說，BOR=±0.3°/30m的增斜率或降斜率。
拿某一套穩(wěn)斜鉆具(如上述④號)來說，通過調(diào)整鉆鋌、短鉆鋌的根數(shù)和位置、扶正器的位置和尺寸、或者調(diào)整鉆進參數(shù)，④號鉆具能變成具有任何性能的鉆具，即增斜、穩(wěn)斜、降斜、微增、微降。
下面是兩套微增、微降鉆具組合。
?、?微降，12-1/4”Bit+S・DC(1)(3m)+12-1/4”STB+8”DC(1)+12-1/4”STB+8”DC(5)+5”HWDP(20)
通過鉆壓和轉(zhuǎn)速的調(diào)整，降斜率范圍可達：0.3～0.6°/30m。
?、?微增，12-1/4”Bit+12-1/4”STB+8”DC(1)(9m)+12-1/4”STB+8”DC(1)12-1/4”STB+8”DC(5)
通過鉆壓的調(diào)整，增斜范圍可達：0.3～0.8°/30m。
另外，通過調(diào)整扶正器尺寸，也可得到多種微增、微降鉆具組合。
2.1.2 調(diào)整鉆具組合的原則與方式
如果鉆頭不是按照預定的井眼軌跡前進，就需要在適當?shù)臅r候，起鉆調(diào)整鉆具組合。調(diào)整鉆具的原因有三個：一是井斜不合適;二是方位不合適;三是井斜、方位都不合適。
?、?鉆具組合調(diào)整一般在穩(wěn)斜段進行，調(diào)整鉆具組合時應考慮如下幾點：
A：確認調(diào)整后的鉆具入井后，具有預料的性能;
B：一般情況下，采用微調(diào)的形式，以避免大幅度增斜/降斜導致穩(wěn)斜段狗腿太大;
C：盡量爭取調(diào)整后的鉆具能鉆較長的井段，以避免反復起下鉆調(diào)整鉆具。一是保證快速鉆進，二是避免波浪形井眼軌跡;
D：如果要進行調(diào)方位作業(yè)(糾方位)，應考慮使用較小度數(shù)的彎接頭，避免大狗腿;如果裸眼井段太長，還應考慮馬達糾斜時的安全性，考慮是否可以在下完套管后進行糾方位或者提前在較淺井段進行?？傊?，調(diào)整鉆具組合要準確、及時并且全面考慮井身質(zhì)量和整個鉆井作業(yè)。
?、?從調(diào)整鉆具的目的看，調(diào)整鉆具組合的方式有兩種：一是調(diào)方位，這需要下動力鉆具或組裝方位變向器;二是調(diào)整井斜。
用井下馬達調(diào)方位即下入造斜鉆具組合(彎接頭+井下馬達)。所謂變向器調(diào)方位，是在轉(zhuǎn)盤鉆組合中，加方位變向器，通過方位變向器的作用在鉆頭處產(chǎn)生一個橫向側(cè)向力，鉆頭橫向漂移，從而達到增減方位的目的。
井斜的調(diào)整則較簡單。通過對轉(zhuǎn)盤鉆具的鉆鋌根數(shù)和位置、扶正器的位置與尺寸的調(diào)整來改變鉆具的性能，達到軌跡控制目的。
3 地層因素對井眼軌跡的影響
目前，對地層力的定量分析，還很不理想。對地層因素對井眼軌跡影響的認識，還只是定性階段或半定量階段。由于地下情況異常復雜，地層力的分析目前暫局限于具有一定規(guī)律性的地層，其目的在于確定出地層反作用在鉆頭上的側(cè)向力。在定量分析中至少應考慮以下一些影響因素：
?、?地層傾角;
?、?地層各向異性;
?、?井眼方位與地層上傾方位之間的夾角;
④ 鉆壓;
?、?井斜角。
此外，轉(zhuǎn)速、鉆頭類型等也對地層力發(fā)生影響。
結(jié)合地層力分析和鉆具三維力學分析，通過側(cè)向切削模型和軸向鉆速模型，確定三維分位移，從而預測井眼軌跡。這是理論上軌跡預測的總體思路?？碧皆旱奶K義腦博士在這方面做了一些研究，但預測結(jié)果只是動力鉆具造斜部分。而最關鍵的轉(zhuǎn)盤鉆具組合的軌跡預測以及如何利用和控制地層因素影響等方面的工作還有待下一步進行。下面就地層因素的幾個方面說明它們對井眼軌跡的影響。
?、?通過軟、硬交錯的地層，通常鉆頭傾向于垂直地層層面鉆進;
② 如果層狀地層傾角大于45°，通常鉆頭傾向與地層層面鉆進;
?、?如果預計鉆進方向同于地層上傾方向，方位將按鉆頭自然漂移趨勢漂移，而井斜將增加很快;如果預計鉆進方向在地層上傾方向的左邊，鉆頭將向右漂移;如果預計鉆進方向在地層上傾方向的右邊，鉆頭將向左漂移。
?、?一般來說，上部地層傾角不大，比較疏松，方位漂移不大;而下部地層有一定傾角，且結(jié)構(gòu)致密，方位漂移較大。鉆頭鉆遇礫石層，方位漂移較嚴重。
總而言之，對地層因素對鉆頭漂移的影響的認識，還很不充分。一般來說，對某一地區(qū)地層自然漂移影響的認識有一個摸索的過程，只有多實踐、勤思考、善總結(jié)，才能做到較好地利用地層因素為軌跡控制服務。
4、總結(jié)
隨著全球油氣資源的可持續(xù)利用問題的日益突出，定向井技術發(fā)展和創(chuàng)新已迫在眉睫，我們應該依靠現(xiàn)有的條件，充分利用其它學科先進的技術，改善目前的鉆具，合理的使用地質(zhì)導向技術，加快新技術如自動化、智能化技術的應用水平與程度，為定向井技術的發(fā)展開拓更為廣闊的空間。
參考文獻
[1]王岳.石油鉆井技術智能化發(fā)展研究[J].知識經(jīng)濟，2011(08).
[2]岳小騏. 定向井軌道設計與控制技術研究[J].技術研究，2006(12).
定向鉆井技術論文篇二
定向井軌跡控制關鍵技術
摘 要 定向井鉆井技術被應用到石油鉆井中是在19世紀中后期，在定向井鉆井過程中，井眼軌跡控制技術是施工的關鍵。文章介紹了定向井井眼軌跡剖面優(yōu)化設計技術，對井眼軌跡施工中的直井段、造斜段和穩(wěn)斜井段控制技術進行了闡述。只有全面掌握這些關鍵施工環(huán)節(jié)，才能施工定向井游刃有余，保證定向井施工順利進行。
關鍵詞 軌跡控制;剖面優(yōu)化;關鍵技術;定向鉆井
中圖分類號：TE243 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597(2014)05-0060-01
從19世紀后期起定向井被逐漸應該到石油鉆井領域，1955年在玉門油田鉆成C2-1井，是我國第一口定向井。定向井主要應用在因地面障礙物遮擋而無法進行開發(fā)的油藏、地下地質(zhì)條件復雜，有斷層遮擋的油藏、處理事故復雜而進行的側(cè)鉆等方面。定向井，尤其是叢式平臺定向井可以極大限度增加油氣藏的裸露面積，提高油氣采收率，節(jié)約井場用地，降低鉆井綜合成本，已經(jīng)成為石油勘探開發(fā)領域的不可或缺的實用鉆井技術之一。定向井井眼軌跡控制技術是定向井施工的關鍵技術，它是決定一口定向井能否順利施工，實現(xiàn)地質(zhì)要求目標的關鍵。
1 井眼軌跡剖面優(yōu)化設計技術
定向井井眼軌跡剖面優(yōu)化設計技術是施工一口定向井的基礎，只有井眼軌跡設計的準確、合理，才能保證定向井順利施工，實現(xiàn)地質(zhì)目標。
1.1 井眼軌跡剖面優(yōu)化設計原則
俗話說，沒有規(guī)矩，不成方圓，在進行定向井井眼軌跡設計時，同樣需要遵循一些規(guī)矩和原則，定向井設計原則主要體現(xiàn)在以下3個方面。
1)要以實現(xiàn)地質(zhì)目的為基本原則;鉆定向井的目的有很多種，或是要穿越多個含油地層，實現(xiàn)勘探開發(fā)效果的突破;或是要避開地下斷層，挖潛剩余油;或是要使井眼軌跡在目的層中延伸最大，增加油氣藏泄露面積;或是事故復雜無法進行處理而進行的側(cè)鉆;或者為了節(jié)省井場占地而進行的叢式平臺定向井;或是要避開地面障礙物而鉆的定向井等。無論是哪種形式的定向井，都要以實現(xiàn)地質(zhì)目的為基本原則。
2)要利于現(xiàn)場施工，能夠?qū)崿F(xiàn)安全、優(yōu)質(zhì)、高效鉆井為目標;在進行一口定向井軌跡剖面設計時，一定要優(yōu)選造斜點，選擇在地層穩(wěn)定、軟硬適中的位置，一定要避開那些容易坍塌、容易漏失、容易縮頸、壓力異常等層位進行造斜。同時根據(jù)地質(zhì)目標的不同，會使定向井的井斜角有所不同，在進行定向井井斜角選擇時，既不能過大，也不能過小，過大超過45°會使施工難度加大，易發(fā)生井下事故復雜，過小小于15°又會使方位不穩(wěn)定，增加調(diào)整的頻次，因此在實現(xiàn)地質(zhì)目標前提下盡量使井斜角處在15°-45°之間。在選擇造斜率時，要權(quán)衡所鉆地層和工具的實際造斜能力，盡量降低造斜率和造斜井段的長度，以實現(xiàn)快速鉆井。
3)要滿足后期的采油工藝要求，在滿足地質(zhì)目標和安全鉆井的情況下，盡量降低井眼曲率，以便改善后期抽油桿和油層套管之間的偏磨，同時也利于后期改造安全采油泵和其它井下作業(yè)。
1.2 井眼軌道類型選擇
按照我國定向井標準來說，在定向井井眼軌跡優(yōu)化設計時主要有三種井眼軌跡剖面可以選擇，既直-增-穩(wěn)三段制剖面、直-增-穩(wěn)-降四段制剖面和直-增-穩(wěn)-降-直五段制剖面可供選擇，在定向井進行井眼軌跡優(yōu)化設計時，根據(jù)地質(zhì)目標的不同而選擇適合的井眼軌跡，但是各種井眼軌跡各有優(yōu)缺點，直-增-穩(wěn)三段制井眼軌跡設計操作簡單，造斜井段短，利于現(xiàn)場施工操作，在沒有特殊要求的情況下會盡量選擇這種井眼軌跡剖面，直-增-穩(wěn)-降四段制軌跡剖面易形成巖屑床，起下鉆容易捋出鍵槽，造成起下鉆摩阻增大，甚至卡鉆，給井下安全帶來極大隱患，一般不常用。而直-增-穩(wěn)-降-直井眼軌跡剖面類型更適合后期的采油工程作業(yè)，因其在目的層處于垂直狀態(tài)，利于采油泵的安全下入。綜上所述，在定向井井眼軌跡設計時，應該盡量考慮當前施工狀態(tài)和后期采油工程的需要，盡量選擇三段制直-增-穩(wěn)剖面類型或者五段制直-增-穩(wěn)-降-直剖面類型，下面著重對三段制井眼軌跡控制技術進行深入探討。
2 井眼軌跡控制技術
1)直井段防斜打直。直井段防斜打直是定向井井眼軌跡控制的基礎井段，直井段產(chǎn)生井斜的原因主要有地質(zhì)因素、工程因素和井眼擴大的影響。地質(zhì)因素是我們不可控制的因素，因此要想實現(xiàn)防斜打直我們只能從工程因素和井眼擴大方面想辦法。首先在鉆具組合方面我們要進行下部鉆具組合的選擇，在現(xiàn)場施工中我們主要選擇滿眼鉆具組合和鐘擺鉆具組合進行防斜打直。滿眼鉆具組合只能夠防斜，而不能夠糾斜，在滿眼鉆具組合的使用中關鍵在一個“滿”字上，就是要扶正器與井壁之間間隙盡可能地小，以保障滿的狀態(tài)，防止井斜的產(chǎn)生。鐘擺鉆具組合的原理是當鐘擺擺過一定角度時，會產(chǎn)生一個回復力，這個回復力會隨著鐘擺擺過的角度增多而增加。在鐘擺鉆具組合使用過程中，對鉆壓特別敏感，當鉆壓加大時，鐘擺鉆具組合鐘擺力減小，而增斜力增大，這樣就起不到防斜和糾斜的目的;當鉆壓較小時，鐘擺鉆具組合才呈現(xiàn)防斜和糾斜性能，所以在實際使用中，鐘擺鉆具組合不能使鉆壓完全釋放，會在一定程度上影像機械鉆速的提高。因此在進行防斜打直過程中，我們要根據(jù)不同的情況選擇不同的鉆具組合。
2)造斜段軌跡控制技術。造斜過程就是從造斜點開始強制鉆頭偏離井口鉛垂線增斜鉆進的過程，這一時期的主要任務就是如何讓鉆頭偏離井口鉛垂線，使造斜過程更順利，施工中首先對直井段的井斜、方位數(shù)據(jù)進行處理，根據(jù)直井段井斜、方位的偏差以靶點目標重新進行待鉆軌跡修正設計，重新計算出定向各段的造斜率大小，來指導定向造斜施工。造斜初期連續(xù)定向幾個單根，摸清楚造斜工具和造斜鉆具組合在所施工區(qū)塊的實際造斜率，然后通過調(diào)整滑動鉆進和復合鉆進的比例，使實鉆井眼軌跡盡量貼近設計井眼軌跡，直至造斜完成。造斜過程就是從造斜點開始強制鉆頭偏離井口鉛垂線增斜鉆進的過程，這一時期的主要任務就是如何讓鉆頭偏離井口鉛垂線，使造斜過程更順利。
3)穩(wěn)斜段軌跡控制技術。在造斜結(jié)束后，對于直-增-穩(wěn)三段制結(jié)構(gòu)的井眼軌跡剖面來說，接下來的任務就是進行穩(wěn)斜井段的施工。穩(wěn)斜井段施工最好選用無線隨鉆測量儀器進行跟蹤控制，實現(xiàn)動態(tài)監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)實際井斜角、方位角偏離設計值及時進行調(diào)整，保證中靶。但有時在沒有無線隨鉆測斜儀器時，就需要下入穩(wěn)斜鉆具組合，應用單、多點測斜儀定點測斜，使實鉆軌跡離開設計軌跡“不要太遠”，既要保證中靶，又要提高機械鉆速。一方面如果實鉆井眼軌跡與設計井眼軌跡剖面偏離太遠，那么就可能造成脫靶，使井身質(zhì)量不合格;另一方面的意思就是如果始終要求實鉆井眼軌跡與設計井眼軌跡誤差很小，那么勢必要非常頻繁的測斜，頻繁的起下鉆更換鉆具組合，必將影響機械鉆速，增加鉆井周期。
3 結(jié)論
1)在定向井井眼軌跡剖面設計時，要以實現(xiàn)地質(zhì)目標為目的，盡量選擇簡單、造斜井段短的剖面類型，保證定向井順利施工。
2)進行定向井井眼軌跡控制時，直井段防斜打直是基礎，把好定向造斜關是關鍵，跟蹤控制到靶點是目標。
參考文獻
[1]王清江，毛建華，等.定向鉆井技術[M].石油工業(yè)出版社，2009.
[2]王清江，等.定向井井眼軌跡預測與控制技術[J].鉆采工藝，2008(07).
作者簡介
徐鳳和(1974-)，助理工程師，現(xiàn)在大慶鉆井二公司三項目部30505隊工作。
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