定向井钻井工艺技术探讨

定向井钻井技术已经是国内外各大油田应用的常规钻井技术之一,在定向井钻井工艺技术中,首先需要了解定向井的分类,然后对定向井轨道设计中的相关问题进行知晓,最后对定向井井眼轨迹控制中不同井段的控制原则进行探讨,这样才能保证定向井顺利钻达目标点,实现安全、快速与高效钻井。     

定向钻井轨道设计与轨迹计算的关键问题解析

结合国内外定向钻井技术发展动态和新修订的行业标准《定向井轨道设计与轨迹计算》,重点论述了应引起关注和需要厘清的若干技术问题,并介绍了相关领域的最新技术进展,内容包括:轨迹归算方法、轨道设计方法、二维井身剖面的通用设计方法、侧钻/分支井轨道设计、三维漂移轨道设计、实钻轨迹偏差分析、轨迹入靶评价等。解析这些技术原理和方法,有助于工程技术人员深刻理解定向钻井轨道设计与轨迹监测的技术内涵,有利于使钻井工程设计部门、钻井公司及钻井队、定向井公司、石油公司及监督部门等达成共识和协同工作,并形成一致性的技术规范。      

考虑地层方位漂移特性的定向井轨道设计方法

按照地层划分方位漂移规律进行了定向井轨道设计,建立了井眼轨道的自然曲线模型,给出了更为简洁的井眼轨道数学模型。分析了井斜单元和方位单元之间的耦合关系,得到了计算单元的划分方法。论述了定向井和水平井方位漂移轨道设计的特点,提出了约束方程和设计方法。解决了按地层划分方位漂移规律的井眼轨道设计问题,适用于各种定向井和水平井的漂移轨道设计。定向井和水平井的设计实例验证了该设计方法的科学性和实用性。     

定向井设计的新方法及其应用

如何利用漂移规律来控制方位,是一项重要的研究课题。本文根据方位漂移的基本特征,提出了三维定向井设计的新方法。在井眼轨道的描述模型、设计方法和设计结果等方面,它与常规的二维剖面设计存在着显著的差异。该方法可以确定出定向方位等参数,并给出漂移轨道的实际描述,从而为钻井实践提供真正意义上的理论指导。通过理论分析、计算机计算和设计实例验证了该方法适用于各种圆弧形定向井剖面。     

基于智能钻井的二维井眼轨道设计及修正方法

完全智能钻井系统是未来定向钻井技术的发展方向,其井下系统可以智能识别储层情况,在地面预测出现较大误差时,能够自动设计相应的井眼轨道完成精确中靶的施工目标。在能够获取实际地质信息的前提下,对于存在埋深误差的大面积储层,设计了二维智能井眼轨道。设计的轨道修正闭环控制系统,能有效控制井眼轨迹与设计轨道的符合率。提出的二维井眼轨道模型能够充分反映出智能钻井的技术特点和需求,并具有通用性,可广泛应用于斜直井、定向井、水平井的轨道设计、监测及修正设计,这种新的数学模型和设计方法为智能钻井技术的推广和应用奠定了基础。     

南堡1-3人工岛大斜度定向井钻井技术

为了提高南堡1-3人工岛的整体开发进程,进行了大斜度定向井钻井技术研究。根据井位的分布特点及剖面的防碰设计要求,进行了密集丛式井井眼轨道整体设计;针对该区块储层具有强水敏、强盐敏及玄武岩地层易塌易漏的特点,结合成膜封堵理论,优选出具有强抑制性和强封堵性的KCl成膜封堵低侵入钻井液;通过分析已完钻井玄武岩地层厚度,优选高效PDC钻头与螺杆钻具配合进行复合钻进。现场应用表明,大斜度定向井钻井技术合理规避了南堡1-3人工岛井眼碰撞的风险,有效控制了缩径、阻卡等复杂情况,已完钻井中平均井径扩大率不小于8%,且均一次性投产。大斜度定向井钻井技术为南堡1-3人工岛油气勘探开发提供了工程技术保障。     

小位移深造斜点定向井施工技术

小位移深造斜点定向井技术,有利于减少定向井扭方位及更换钻具组合的次数,能有效降低定向井的成本。主要介绍了小位移深造斜点定向井的剖面设计、定向初始方位角的确定、井眼轨迹控制及安全施工技术等。从2001年起,该技术在江苏油田30口定向井中进行应用,取得较好效果,扭方位次数明显减少,全井未扭方位率达95%,为调整轨迹而更换钻具组合的次数也明显降低,钻井周期也得到一定程度的缩短。     

云安7—1井超深侧钻技术

云安７－１井完钻井深５８１０ｍ，是目前四川地区侧钻点最深的定向井，也是近年来川东地区井眼条件最复杂的深定向井之一。重点介绍了该井定向侧钻及井眼轨迹控制的设计与施工情况。同时探讨了深定向井防止漏、喷、塌、卡等井下复杂情况的主要技术措施。     

云安7－1井超深侧钻技术

云安７－１井完钻井深５８１０ｍ，是目前四川地区侧钻点最深（４０００ｍ）的定向井，也是近年来川东地区井眼条件最复杂的深定向井之一。重点介绍了该井定向侧钻及井眼轨迹控制的设计与施工情况。同时探讨了深定向井防止漏、喷、塌、卡等井下复杂情况的主要技术措施。     

考虑方位漂移时定向井待钻轨道设计方法

在方位漂移井中实钻轨迹更容易偏离设计轨道，经常需要进行待钻轨道设计。为了利用已钻井段的方位漂移规律更方便地控制后续井段的井眼轨迹，提出了一种考虑方位漂移的定向井待钻轨道设计方法。该方法构造了一种稳定性好、收敛快的迭代格式来确定一个特殊点，使以该点为目标设计的待钻轨道考虑方位漂移后正好穿过实际目标点。确定特殊点时，取实际目标点作为迭代初值，以其为目标设计的待钻轨道考虑方位漂移后必然与实际目标点所在水平面相交于一点，记下实际目标点相对于该交点的坐标增量，将其加到迭代初值上作为新的迭代初值，如此反复迭代，直至实际目标点相对于交点的坐标增量在一定误差范围内，则最后的迭代初值即为要找的特殊点。实例计算表明，该方法是可行的。由于该方法与不同单目标定向井轨道设计方法之间有很好的兼容性，可广泛应用于考虑方位漂移的单目标定向束轨道设计中。     

靶段定向井轨道设计方法

提出了靶段定向井的概念,给出了靶段定向井两维或三维轨道设计的判据。着重对三维靶段定向井判面设计方法进行了研究,给出了选择靶段定向井轨道类型的方法,而且给出了计算实例,对于现场设计施工具有一定的指导意义。     

定向井井眼轨道预测方法研究及其应用

对定向井片眼轨道进行预测是实现井眼轨道定量控制的关键.本文提出了井眼轨道预测控制的力-位移模型.在此基础上,建立了描述侧向切削问题的多元幂积模式,推导了预测井斜、方位及其变化率的基本预测公式,形成了井眼轨道预测控制系统,并进一步研制了适于井场快速预测的自适应信号跟踪顶测软件,针对IBM-PC微机,开发了定向井井眼控制预测软件包DTCPS.多例预测实践表明,使用该软件包预测井眼轨道,精度较高,相符程度较好.     

川东北河坝区块大斜度井轨道优化设计技术

中国石油化工股份有限公司川东北河坝区块大斜度定向井，在不同工况作业（如正常、滑动钻进、起下钻等）过程中都存在着造斜段轨迹控制难度大、施工摩擦阻力大等难题。为此，从井眼轨道设计入手，在系统分析常用轨道设计方法的基础上，得出除了查图法和作图法外，一般应采用解析法进行设计的认识，设计思路：首先根据给定设计条件求出不同轨迹关键参数，然后求出轨道节点数据，最后求出轨道分点数据。结合该区块大斜度定向井的特点，对轨道设计中的关键参数、轨道剖面类型等进行优化，优化设计原则：①轨迹设计必须满足地质靶点、中靶方位以及现场施工条件（如钻机型号、定向仪器等）的要求；②井眼轨迹几何形状最优化设计首先须满足常规导向钻具组合造斜率的要求、特定套管柱和井眼轨迹的相互适应性，其次要求轨迹最短、管柱的摩擦阻力相对最小，最后要求轨迹光滑过渡和井眼曲率均匀。优化设计的步骤：先根据地质参数（如靶点垂深、水平位移等）和工艺水平（如定向工具型号、性能等），对造斜点以下井段进行钻井方式和钻具组合设计，然后才能对大斜度井井眼轨道进行优化设计。将所形成的大斜度定向井轨道优化设计技术成果应用于HB1 1D等多口大斜度井钻井设计和施工作业中，均顺利实现了地质中靶和完井作业，为该区块后续部署井的轨道设计提供了依据。     

双靶点定向井轨道优化设计方法

研究了双靶点定向井轨道优化设计方法 ,着重对三维双靶点定向井剖面设计方法进行了研究。提出了两种双靶点定向井轨道设计方法 (极限曲率法和极限切点法 ) ,不仅推导出全部计算公式 ,而且给出计算实例 ,对于现场设计施工具有一定的指导意义。     

基于地质导向的给定井眼方向待钻轨道设计

在地质导向钻进过程中，井眼方向及其变化规律是井眼轨道监测与控制的关键参数，给定目标点井眼方向待钻轨道设计是水平井轨迹控制的重要技术之一。分析认为给定井眼方向的待钻轨道剖面由“斜面圆弧段＋直线段＋斜面圆弧段”组成，是最简单且合理的剖面形式，为了避开求解非线性约束方程组，使得求解过程具有一致收敛性，并且所有计算公式在理论上都是精确解，因此提出了逐点寻优设计法待钻轨道设计方法，并对其进行了改进，形成了非常有效的改进型逐点寻优设计法；算例分析表明改进型逐点寻优设计法是可行的，其计算过程、普适性、精确性及稳定性均得到了保证，因此可广泛应用于定向井、水平井、大位移井、多目标井的待钻井眼轨道设计。     

胡状地区小靶径多靶点定向井钻井技术

小靶径多靶点定向井具有靶区半径小、井斜角大、水平位移长、靶点多的特点。主要介绍了小靶径多靶点定向井的井位优选、井身剖面设计、井眼轨迹控制及安全施工技术等。中原油田近年在胡状地区部署了10口小靶径多靶点定向井,通过推广复合钻井技术、应用高效PDC钻头,形成了一套适合该类型井的优快钻井技术,取得了良好的经济效益。     

定向井水平井轨道设计和轨迹计算分析三维可视化技术

介绍外企在海上采用的丛式井钻井技术方法,主要概述了海上的丛式井设计软件、不同井段的钻井 工艺技术和对轨迹的施工要求。对比了目前国内定向井水平井技术发展和软件技术的现状,以及与国外同类软件 的一些差距。介绍了Navigator软件的设计思路和工程理念,阐述了软件在轨道设计方面应该解决哪些问题,迅速 获得优化的设计结果;实钻计算方面提供了现场工程师需要知道的所有与轨迹控制有关的轨道参数,分别给出了 侧钻井设计和施工过程中的锁定靶区的应用实例。     

双靶点定向井轨道优化设计方法

研究了双靶点定向井轨道优化设计方法,着重对三维双靶点定向井剖面设计方法进行了研究。提出了两种双靶点定向井轨道设计方法（极限曲率法和极限切点法）,不仅推导出全部计算公式,而且给出计算实例,对于现场设计施工具有一定的指导意义。     

导眼与扩眼组合钻进模式在定向井轨迹控制中的应用

定向井由于受诸多因素影响,其实钻轨迹有时并不沿着设计轨道钻进,给钻井施工带来很大挑战。不考虑地层特性、钻井参数、井眼轨迹等影响因素,采用简单实用且可满足工程要求的公式,计算和分析了单弯单稳螺杆钻具组合的理论几何造斜率。研究了井眼及钻具尺寸对造斜率的影响,发现相同条件下小井眼比大井眼更易获得高造斜率。由此提出在造斜率要求较高的井段,可先钻一个小尺寸导眼,再扩眼到设计尺寸的组合钻进模式。以X井为例,证实了在轨迹控制困难的定向井中,采用该组合模式后,满足工程要求且降低作业成本,缩短钻井周期。研究结果为井身结构设计和定向井轨迹控制提供了理论指导和借鉴。     

极限曲率法及其应用

水平井井眼轨道预测和控制问题的技术关键是准确计算各种造斜工具的造斜能力.在综合分析定向井轨道预测方法和水平井预测控制特点的基础上,提出了一种计算导向动力钻具和各种转盘钻钻具组合造斜能力的新方法——“极限曲率法”,并对国际上当前流行的“三点定圆法”及极限曲率法作了讨论和对比;给出了极限曲率法在计算工具造斜能力和工具选型、系列工具的总体设计和井眼轨道的预测控制这三方面的应用实例,表明该方法是一种与实践相符程度较高、实用性较好的新方法.