定向井钻井速度的影响因素及提升措施

定向井钻井速度的影响因素及提升措施

张庆锋

胜利石油工程有限公司黄河钻井总公司 山东 东营 257000

摘要：目前，油气层工业化开采及精确定位依赖定向井钻井技术，但目前在油气层中钻进时，还存在定向井轨迹控制困难、井壁稳定性差、定向井钻井风险高等问题。针对上述问题，文章广泛调研了胜利油田济阳区块地质构造，分析了影响井眼轨迹及井壁稳定性的因素，结合地层特性进行井眼轨迹设计及钻井液体系优选，提出了一套具有针对性的定向井轨迹控制技术。

关键词：胜利油田；定向井；轨迹控制；钻井液性能

引言

胜利油田油藏分布性质都具有“小而薄”“零散分布”的 特点，油气层难以整体开发，有些区块无法形成具有工业价值的油流 。积极新储量开发的挑战需要依赖石油科技的进步，其中钻井技术的提高是最关键环节，定向井技术又是油气层精确定位的核心技术。定向井技术的研究与应用能够有效降低开采成本、提高土地利用率及减少管线铺设， 后期对储层进行压裂增产改造时，也可以实现多层、多段统一压裂，大大提高了油气井整体开发效果。

1 定向井钻井速度的影响因素

1.1钻井速度影响因素

定向钻井明显不同于其他设计。在定向井施工过程中，由于其固有的变异性和复杂性，施工环节较多，对所有参与定向井施工的人员的专业素质和专业水平都有较高的要求。定向井开工前，作为施工人员，必须明确工作的主要内容，以及工作的重点和难点。在实际施工中，还应明确当前位置井向、井斜二次施工的要求和标准，以提高定向井钻井的整体质量。然而，在日常钻井作业中，对垂直井和斜井轨迹的要求越来越高，要求也非常高。在设计定向井钻井时，大多数设计人员将井的垂直剖面的倾角设计为零。然而，在分析大量实际定向井作业时，通常无法确定垂直井段的倾斜程度，标准值为零。一旦达不到零，将使后续作业复杂化，增加钻井压力，直接影响定向钻井后期的钻井效果和钻井速度。因此，现在有必要提高钻井垂直剖面的生产率，并考虑施工过程中后续操作的复杂性，从而减少后期工作的难度。同时要求竖井施工人员在竖井垂直段施工过程中，控制各竖井段的位移和角度变化，并严格记录数据。

1.2识别钻井轨迹的影响因素

从定向井轨迹分析来看，定向井的内部结构更为复杂。无论是曲率的变化还是定向井的稳定性，钻井作业都难以顺利进行。实践表明，钻井工艺受以下因素影响：地质因素、地层倾角、方位角、钻具底部节点、地层钻井各向异性参数等。因此，为了提高定向井的钻井速度，有必要科学掌握钻井轨迹，明确影响各井段轨迹的因素。地质因素尤其是钻井过程中不可忽视的客观因素。它们的存在是不可避免的。不同地区的地质条件不同，必须考虑钻井轨迹的不同影响。有必要分析钻探数据的深度和该地区的钻探模式。该地区定向钻井还需要考虑井斜、井眼剖面和方位角的变化。在分析影响钻井轨迹的三个重要因素，即钻头力、井底设计和钻井参数时，只有综合考虑这些数据，才能提高斜井的钻井速度。

2 定向井钻井系列技术

2.1 井眼轨迹优化技术

为实现定向井安全高效的钻进，首先需要确定井眼轨迹的类型，并根据岩石物性、地层沉积情况、钻具组合、钻井参数、轨迹规则程度等因素，综合考虑对井眼轨迹的影响。

2.1.1 井眼轨迹影响因素分析

（1）地层因素：岩石各向异性，由于岩石组成成分、结构特点的差异造成岩石不同方向上强度、 硬度等力学性质存在差异的性质称之为岩石的各向异性。一般用岩石各向异性系数 Ka 值来衡量其各向异性程度，Ka 值越大，钻头越易 沿着岩石强度小的方向倾斜，且形成的井眼会趋于椭圆形， 同步加大井眼轨迹偏移程度；软硬互层，钻头在软地层中钻 进时机械钻速高，在硬地层中钻进时机械钻速低，当遇到软 硬互层的地层时，两侧形成的速度差，就会导致钻头被强行 扭转，钻孔沿地层上倾方向偏移。

（2）技术因素：钻具组合，如合适的钻铤尺寸能够减少粘滑值，合理的钻头性能（钻头尺寸、结构、切削能力） 能够减少钻头的漂移， 具有推靠能力的近钻头井下动力钻具能够降低钻头受到的侧向力；钻进参数，为了提高钻井效率，通常会以大钻参钻井，如高钻压、高转速、高排量，但结合各区块独特的地质特征，适当降低钻井参数能够减少下部钻具组合受到的冲击， 进而降低钻头的漂移程度，从安全高效的角度提高了钻井效率；井眼轨迹设计的合理性，过大的井斜角将会导致下部钻具受到的径向、轴向力大大增加，提高了井眼轨迹偏移的风险。

2.1.2 井眼轨迹设计及优化

定向井井眼轨迹类型有两种，一种是钻进方位已知的二维定向井，另一种是钻井方位未知，钻井过程中井眼轨迹随时变化的三维定向井。目前，斯伦贝谢新型旋转导向工具及配套软件能够根据地层及岩石具体情况，实现井眼轨迹的实时模拟、优化并按预定轨迹钻进，突破了三维定向井的技术屏障。

但由于有些油气层勘探开发效益较低，在钻井过程中一般采用最有效的传统定向井井型，如“直增稳”的三段式、 “直增稳降直”的五段式或“直增稳增稳”的二次增斜式井型，这种井型具有简易、经济的特点。

2.2 井眼轨迹控制技术

井眼轨迹的控制主要从两个方面入手，一方面是造斜工具（马达、旋转导向等），另一方面是测量工具（随钻测斜工具、随钻测井工具）。针对马达， 现较为先进的工具有螺杆钻具等。

3 提高定向井钻井速度的有效办法

3．1 加大定向井钻井设计重视力度

为了使定向井钻井速度可以持续提升，对于设计人员而言，在 设计定向井 前，应对施工现场进行仔细勘察，利用实地勘察的方式了解钻井区域的地质与地势条件，并在专业软件以及大量实际经验的帮助下，高质量的完成定向井钻井速度的设计工作，为后续钻井工作顺利开展提供详实的技术保障。

3．2 注重增强定向井壁的稳定性

在钻井过程中，如果定向井的井壁稳定性不达标，不仅会引发安全事故，而 且也会对钻井速度起到限制作用，影响钻井效率。因此，在钻井前，相关人员应采取措施增强定向井井壁的稳定性，具体为：1）在平衡压力钻井技术的帮助下，钻井人员应严格执行具体要求，使井壁的压力处于平衡状态，防止发生塌井事故，并且要对钻井速度严格控制，钻井速度不得小于标准要求 。2）在钻井液中添加 一定量的防塌剂，并对钻井液的排量进行严格控制，将岩屑快速地排放出去，使井壁的稳定性符合钻井要求。

4 结语

综上所述，定向井钻井工艺技术作为我国石油行业中应用范围最为广泛的油井开采施工技术，保证其施工效果对于整个石油行业的开采来说都发挥了举足 轻重的实际作用。石油开采工作的相关工作人员充分认识到了定向井钻井工艺技术优化的重要性，通过对井眼的运行轨迹采取多种技术手段进行有效控制，并根据井段的不同设计和实际开采情况选择贴合度较高的施工设计方案，同时将提高定向井钻井工艺的实际施工水平作为工作重心，积极探索定向井钻井工艺技术的有效优化措施，达到提高油井开采效率的最终目的。

参考文献：

[1]侯治江.定向井钻井工艺技术优化措施分析[J].化工管理,

[2]夏志华.定向井钻井工艺技术优化措施分析[J].中国石油和化工标准与质量