定向钻井技术相关探讨

定向钻井技术相关探讨

【摘要】本文主要论述了定向井所采用的工具：弯接头、非磁钻铤以及井下马达等，讨论定向井剖面设计的相关资料和设计准则，利用稳定器保证井眼轨迹，以及相关配套的水泥注入工艺。提高对定向井技术的认识，力求实现安全、高效的钻井。

【关键词】定向井造斜稳定器

定向井钻井技术能有效节约成本，在提高油田采收率和单井产量方面都有着很大的优势，有着很广泛的应用。本文主要是对定向井相关工具和设计进行讨论

1 定向井采用工具

在定向井作业中使用的专业工具主要有弯接头、非磁钻铤以及井下马达等。弯接头是作为定向造斜和扭方位工具使用，其作用是使造斜钻具产生侧向力。一般的弯接头在其壳体标有弯曲方向的标线来确定单点以及有线随钻测斜仪的工作面方向，使用较多的是可调角度和固定角度弯接头。根据调解方式的不同可以大致分为机械式、电动式以及液压式等几大类，在地面控制下，弯接头可以根据需要角度进行调节，实现连续进行定向以及扭方位降斜和增斜。可调弯接头的应用就很大程度的减少了起钻次数，提高了钻井速度，从而节约成本。

非磁钻铤的成分主要是铬/镍钢、蒙乃尔钢、奥氏体钢以及铬铁铜合金，这类成分的钻铤价格低且不易磁化，但对盐水钻井液有着较高的敏感，在使用这类钻铤时，需特别注意稳定器对罗盘的影响。

井下动力钻具有三大类：容积式马达、涡轮钻具以及电动钻具。容积式马达在工作情况下的转速与空转转速的幅度相差较小，钻头的选型范围广；可保证与原井眼完全相同的钻井眼尺寸；在造斜前，可利用井内桥塞实现井底循环干净。使用较多的是迪那钻具与螺杆钻具。迪那钻具的组成主要有定子、转子、旁通阀、轴承总成、万向轴以及传动轴，可以分为mach 1型单头螺杆马达、mach 2型多头螺杆马达、mach 3型单头螺杆马达。螺杆钻具的组成主要是旁通阀、马达、万向轴以及传动轴四个部分，其动力主要是由自循环钻井液提供。带压钻井液进入钻具后，在马达螺旋形空腔作用下带动转子，经过万向轴向传动轴和钻头传递。如果是在无钻井液循环以及低泵冲循环下，由于弹簧作用，阀芯会达到上部而开启旁通孔，钻井液从钻柱泻出或灌入，经过马达后转换成机械能。

2 剖面设计

在进行剖面设计时，设计人员需要综合多方面资料，包括靶点水平位移，井口、方位角以及靶点的坐标位置，对方位角和水平位移进行计算，同时还需要结合井身结构以及地理位置。剖面的设计包括钻井液类型、井深剖面类型以及完井方法，这都需要再不同的钻探情况下结合实际进行设计，以求优质、高速、高效钻井。在设计时还可根绝方位角的变化来对方位漂移率进行统计。角度的设计需要考虑到岩性稳定性、层倾角度以及pdc钻头具有的方位趋势。

剖面设计的原则主要是根据不同的钻探目的，选择合理的靶点以及结合该区域的实钻资料进行方位漂移率的统计。为实现优质、高

速、高效钻井，在对剖面类型、井身接头以及完井方法进行设计时都需要以钻探目的为准，这也是最基本的原则。在选定合理靶点时要保证井身结构和井控措施都是在相关条件满足情况下进行，剖面类型尽量简单来使得井眼轨迹控制和施工的难度不会太大，从而提高速度，同时设定的靶区半径需要满足操作需求。进行方位漂移率统计时要尽量利用方位的自然漂移规律，如果是采用牙轮钻头，方位角的变化会呈现向右增加，这就需要满足右手漂移规律。如果是岩性稳定和较小的层倾角，这时的钻头为方位左漂，所以需要根据实际情况来进行提前角的设定。

3 钻井轨迹的保证

定向井是按预定的井眼轨迹，在既定方向下偏离井垂线一定程度而完成钻井目的的井。一般有普通定向井、径向水平丛式井以及大斜度井等。钻井轨迹的保证很大程度依赖与稳定器的应用，在定向井使用中的稳定器主要有螺旋式和滚子式两种，而最常用的是螺旋式稳定器。

通过稳斜钻具的组合能有效减少稳定器之间、稳定器与钻头之间的距离而增加其刚性，在受压时下部钻具不易变形，有着较好的稳斜效果，同时其刚性的增加也是的井斜和方位达到稳定。对稳定器下部钻井组合的位置进行调整能改变其受力状态，从而实现对井眼轨迹的控制。在出入井口时，需要对稳定器的外景进行严格测量，对其位置和磨损情况进行检查，通常情况下其磨损不得大于2mm。通过对井眼进行修正，可使井眼曲率实现圆滑、平缓过渡，降低了

井下的复杂情况。

4 定向井的水泥注入工艺

目前，在我国进行定向井、水平井注水泥顶替模拟实验研究具有很重要的实际意义。在现有的油田钻井现场，我们对于如何提高定向井、水平井注水泥的顶替效率等方面，并没有完整的系统配套措施，原因是我们对于定向井、水平井等注水泥的顶替机理缺乏全面的认识和研究。因此，我们经过建立实验设备，综合分析研究，发现利用自行研制的水平井及定向井注水泥模拟实验装置能够有效在反映真实效果，所以，我们研制的“混浆密度拟连续测量法”测试顶替效率，配合观测，系统地研究了井斜角、雷诺数、密度差、因素对注水泥过程中顶替效率、效果的影响规律和评价分析。（1）在井斜角和偏心度相对稳定的情况下，水泥的密度差与相应的顶替排量之间，存在着相对稳定的配比，合理地搭配密度与雷诺数可以得到较好的顶替效果。具体地说，就是当井斜角度比较大时，密度差会随之增大，顶替的液体沿环外空低边进入的趋势越加明显，如果偏心度增加严重，顶替液会容易沿着环外空高边率先行进行顶替；而当井斜度角偏小时，随着偏心程度的增加，密度差增大的同时，有目的地减小雷诺数，会对于环空顶替有效果；雷诺数的相应增大同样会使顶替液趋于沿着高边率先顶替，所以，配比合理的密度差和雷诺数，将会使顶替效果更加明显。

（2）当井斜角比较小或井眼相对垂直、层流注入水泥的时候，套管居中时大的正密度差有利于顶替效率的提高；而当油井套管在

井内的中心出现偏移时，正密度差的增大，有利于克服偏心的影响，从而有利于顶替效率的进一步提高。所以当井斜角较大或水平时，套管居中小的密度差顶替效果会比较明显，密度差无论正与负，在顶替时都容易产生分层流动的现象；而当套管出现偏移中心时，正密度差会在重力的作用下和对顶替效率产生影响。

（3）顶替液是沿着高边突进，还是低边突进取决于井斜角、密度差、偏心度以及雷诺数而起作用。一般而言，紊流注水泥顶替效果要优于层流注水泥；层流注水泥时随雷诺数的增加顶替效果逐渐变好。

（4）井斜角对层流注水泥影响很大。当负密度差顶替时轻的顶替液越来越倾向于沿环空高边突进，水平井注水泥时通常发生明显的分层流动现象。随着井斜角的增大，正密度差顶替时重的顶替液越来越倾向于沿环空低边突进，水平井注水泥时甚至发生明显的分层流动现象

参考文献

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