定向井钻井技术的现状及应用

张文涛

摘要：随着经济的发展和石油资源需求量的增加，石油的勘探开发也不断深入，定向钻井技术也得到了快速的发展，定向井钻井技术能够使钻进速度更快、井筒更加光滑，以降低作业成本，实现油气资源的经济高效开发。本文阐述了定向井钻井专用工具的发展现状，分析了定向井钻井技术的应用，同时也对定向井钻井技术的发展进行了展望。

关键词：定向井；现状；应用

随着钻井技术的发展，定向井钻井技术已经日渐成熟，在油田钻井中广泛使用。定向井在施工过程中难度较大，因此需要对施工前的一系列准备工作进行仔细检查。另外定向井钻井的设计工作至关重要，设计要达到快速、整洁、优质的目标，设计人员要收集大量的基础资料，然后根据不同井的钻探情况、井身剖面类型、钻井液类型及完井方法等统计出方位漂移率，还要根据经济效益的要求，依据静态资料确定设计的角度。

一、定向井钻井专用工具的发展现状

钻井工具的发展水平，在一定程度上决定了钻井技术的发展高度，经过近几年的发展，钻井工具在应用过程中得到不断的改进，目前应用的主要工具是弯接头、非磁钻铤、井下马自达等。弯接头内通常安装循环套，壳体上划有弯曲方向的标线，用作单点或有线随钻侧斜仪确定工具面的方向，它的主要作用是使造斜钻具产生侧向力。弯接头的种类较多，目前使用较多的是可调弯接头，因为，可调弯接头在使用过程中，优势明显，具有减少起钻次数、加快钻井速度、降低钻井成本等优点。

井下马达是动力来源，大概分为三大类，涡轮钻具、容积式马达和电动钻具。各个马达都有其自身的特点，在使用过程中，都具有很广泛的应用价值。它可以在开始造斜前将井内桥塞循环干净，另外，空转转速与工作转速相差的幅度较小有利于钻头选型。螺杆钻具由万向轴、旁通阀、转子、定子、和传动轴四部分组成。螺杆钻具的工作动力来自循环钻井液，在压力一定时，钻井液泵入钻具，进入马达的螺旋形空腔使转子转动，然后经万向轴传递到传动轴和钻头上。当无钻井液循环或低泵冲循环时，在弹簧的作用下，阀心处于上部位置，此时旁通孔开启，钻井液可灌入钻柱或自钻柱泄出，所有钻井液流经马达所作的功转换为机械能。

二、定向井钻井技术的应用

该仪器在定向井中常用，通常我们说的定向井是指井眼轨道已经预先设计好的，偏离井口垂线既定方向有一定的距离，具有一定的目标的井。定向井的分类有一定的规律，通常可分为普通定向井、大斜度井、径向水平丛式井等。螺旋式和滚子式稳定器是两种主要的定向井稳定器，钻井过程中，使用最频繁的是螺旋式稳定器。稳斜钻具组合，可以减小零部件之间的相对距离，主要是稳定器之间，稳定器与钻头之间的距离，可以达到加强下部钻具刚性的目的，這样就能够确保下部钻具不会受压也不会变形，可以达到稳斜的效果，此外，这样的组合还可以达到稳定井斜和方位的目的。稳定器出、入井口时，要对稳定器的外径进行认真测量，同时认真检查部件是否出现磨损和稳定器在钻具组合中的安放位置。通常来说，稳定器的外径磨损有严格的界定，即小于2毫米。实际施工过程中，在修整井眼过程中，可以使井眼曲率变化平缓、圆滑，有利于减少井下复杂情况。

三、定向井钻井技术的发展

1、工程和地质数据的随钻测量与实时获取

钻井数据的测量与实时获取是提高定向钻井水平的基础，特别是面对提高钻井延伸位移和高密度钻井的情况。高密度钻井需要在一个井场钻多口井，在一个区域钻成百上千口井，对井位进行精确定位，确保井间合理距离非常重要。为获取深部地层信息及其准确性，提高数据传输速率，石油公司一直在努力提高其数据获取和传输技术。发展趋势是利用更尖端的MWD/LWD工具来获取实时地质信息，特别是易漏失地层，应了解地层孔隙压力，优化套管下放位置，降低钻井风险，以提高钻井效率。利用随钻地震和近钻头LWD技术来预测钻头前方地层特性，保持井眼轨迹在储层中，实现地质导向钻井。智能钻杆以其高速的传输速度、高容量的传输能力，能使作业者实时获取井下信息，将是未来井下数据传输的主要方向之一。

2、更加注重井眼质量和工具可靠性

技术进步使得定向钻井工作量大幅增长，井眼轨迹越来越复杂，同时业界对井眼质量和作业效率要求不断提高，反过来促进了定向钻井技术的发展。通过提高井眼质量和工具的可靠性，减少井下复杂事故和工具失效引起的非生产时间，使得“一趟钻”完成1个钻井开次成为可能。以旋转导向系统为代表的定向钻井技术在水平井的定向控制中收到了大幅提速的效果，降本效果显著，通过一系列改进，提高了工具性能和造斜能力，使得大斜度水平井的二开“一趟钻”完钻成为可能。

4、人工干预向自动化、智能化转变

自动化钻井分4个阶段，第1阶段是定向井工程师根据马达和钻井液脉冲上传的数据进行决策，具有滞后性。第2阶段是利用智能钻杆或电磁波、连续波等进行高速MWD/LWD数据的传输，使定向井工程师迅速做出决策。第3阶段是自动导向能力，将程序嵌入到钻机控制系统，上传的数据不需要经过定向井工程师决策，使得钻机实现更快、更精确的导向。在不久的将来，将达到第4阶段，定向井和地质工程师可以不在井场，从远程作业中心控制和管理多台钻机。目前，远程作业中心能够实现地质导向和监督井场作业，但不能直接控制井下工具，还需要定向井工程师人工干预控制井眼轨迹。最终的发展方向是将井眼轨迹的设计加载到钻机上，将工具放入井下，让钻机自动钻进。

四、结束语

定向井钻井由于其技术难度较大，所以在使用过程中要注意的事项比较多，但随着技术的不断完善和油田开发的需要，该项技术会在油田中应用的越来越广泛，定向钻井技术也会在应用中不断完善和成熟，为我国油气开发做出更大贡献。