定向井钻井工艺技术优化措施研究

0 前言

随着全球能源需求的持续增长，石油和天然气资源的勘探与开发不断向复杂地质条件及非常规油气藏方向推进，定向井钻井技术作为现代油气勘探开发的重要手段，已广泛应用于油气田开发领域。相比传统直井，定向井能够有效避开复杂构造区域，提高油气藏动用程度，降低开发成本，提高油气采收率。但是在定向井钻井过程中将面临众多的问题，这些问题直接影响钻井效率和安全性[1]。为提升定向井钻井施工的可靠性和经济性，对定向井钻井工艺技术进行合理的优化十分关键，本研究基于定向井钻井的特点以及难点，提出合理的技术优化措施，以提高钻井作业的效率和安全性。

1 定向井钻井工艺难点分析

定向井钻井技术是现代油气田开发中不可或缺的关键技术 [2]。定向井钻井技术虽然具有显著优势，但其实施过程中存在多种工艺难点，这些难点不仅增加了钻井作业的复杂性，也对设备和人员提出了更高要求。轨迹精准控制是定向井钻井面临的首要技术难点，在复杂地层条件下，井眼轨迹容易受到地层倾角和应力状态等因素影响而偏离设计路径，特别是在大斜度井段和水平段，保持预定的井斜角和方位角更为困难，需要精确的导向工具和实时调整策略。井壁稳定性维持是定向井钻进中的关键难点，定向井的弯曲段和水平段井壁承受不均匀应力，容易发生坍塌或扩径，尤其是在页岩和盐岩等特殊地层中，井壁失稳问题更加突出，需要优化钻井液配方和钻进参数以应对这一问题。钻具摩阻与扭矩管理也是定向井施工的显著难点，随着井深和斜度增加，钻具与井壁接触面积增大，摩阻和扭矩显著增加，导致钻进效率下降，甚至可能引发卡钻事故，这要求合理选择钻具组合，使用高性能润滑剂，并采用优化的钻进参数。携屑效率低下是水平井和大斜度井面临的突出问题，在这些井段中，重力不再有效辅助岩屑运移，增加了井眼清洁的难度，岩屑床的形成会导致钻柱阻卡和钻速下降等一系列问题，需要通过提高环空流速和实施机械清井等措施解决。随钻测量系统需要在恶劣的井下环境中可靠工作，并将数据准确传输到地面，泥浆脉冲和有线钻杆等传输方式各有局限性，在深井和强干扰环境下尤为突出。断层和异常压力带等地质复杂区域会给轨迹控制带来极大挑战，可能导致钻头偏斜或井涌等安全问题，这需要精确的地质预测和快速响应能力。

2 定向井钻井工艺技术优化措施研究

2.1 对井眼轨道进行科学的设计

井眼轨迹的科学设计是定向井钻井工艺技术优化的核心环节，直接关系到钻井效率及最终开发效益。井眼轨迹设计首先应基于详实的地质资料分析，设计人员需充分研究目标区域的地层分布和储层物性等地质信息，识别可能影响轨迹实施的断层和异常压力带等地质复杂区域。三维地震资料和周边井资料的综合解释，能够提供更为准确的地下结构模型，为轨迹设计提供可靠依据，特别是对于复杂储层和特殊地质条件，需进行精细刻画，确保井眼轨迹能够精准穿越目标层位。轨迹几何参数的优化是设计工作的技术核心，根据井眼用途和目标位置，科学确定井斜增加率和水平段长度等关键参数，垂直段深度应考虑地表条件和浅层地质特点，造斜点选择需权衡地层稳定性和造斜难度，增斜段设计应保证平稳过渡，避免剧烈变化导致的钻具失稳，稳斜段则需维持稳定的井斜角，减少轨迹波动，水平段设计则应最大化与储层接触面积，优化产能贡献 [3]。

2.3 对井身结构进行优化和精确控制

套管方案优化是井身结构优化的核心内容，传统多级套管设计模式在定向井中面临诸众多问题，创新的窄间隙井身结构和单调缩径井身结构能够有效解决长段定向井的技术难题。通过优化各级套管的下入深度和材质匹配，在保障安全的前提下，最大限度扩大最终井眼尺寸，为后期完井创造有利条件，针对高难度定向井，可采用套管钻井技术，将套管下入与钻进工艺合二为一，有效解决井壁不稳定问题。固井质量控制是保障井身结构完整性的关键环节，定向井弯曲段和水平段的固井面临着水泥浆置换不均和固井工具失效等特殊挑战。通过优化水泥浆体系，采用可降解隔离器和机械中心器，实施脉冲加压固井工艺等技术手段，能够显著提升固井质量，特别是对关键井段，可采用随钻测井数据指导固井参数设计，实现精细化施工控制。井眼尺寸控制是井身结构实施的技术难点，定向井不同井段的力学环境和岩性条件各异，容易导致井眼尺寸不均。通过优化钻头和扩眼器的结构设计，合理配置井底钻具组合，控制钻井参数，能够实现井眼尺寸的精确控制。针对易缩径和易扩径地层，可采用近钻头测径工具进行实时监测，及时调整钻进策略，确保井眼尺寸满足设计要求。

2.4 科学的使用钻井液技术

定向井钻井液体系选择首先应基于全面的地质工程一体化分析，技术人员需综合评估地层岩性和流体特性等因素，选择最适合的钻井液基础体系。在浅层非关键井段，可采用经济型水基钻井液，在复杂地层和关键井段，高性能水基钻井液或油基钻井液更具优势，对于超高温高压和超长水平段，合成基钻井液则展现出卓越性能。定向井弯曲段和水平段的独特水力学环境，要求钻井液具备双态性流变特性，在高剪切区域表现为低粘度，降低循环压力损失，在低剪切区域维持高粘度，提升携屑能力。通过精确调控聚合物分子量和浓度，优化增稠剂与稀释剂配比，添加纳米级流变调节剂等技术手段，能够实现这一看似矛盾的目标。润滑减阻性能是定向井钻井液的关键技术指标，随着井眼轨迹复杂度增加，钻具与井壁接触面积扩大，摩阻和扭矩显著增加，高效润滑钻井液通过形成稳定的润滑膜，显著降低摩擦系数。定向井弯曲段和水平段井壁受力复杂，易发生坍塌和缩径等问题，纳米级封堵材料能够渗入微裂缝并形成弹性封堵层，特种抑制剂能够中和地层活性，降低水化膨胀，可降解纤维材料则形成三维网络结构，增强井壁强度。在水平段和大斜度井段，重力不再有效辅助岩屑运移，形成岩屑床的风险大幅增加，通过调整钻井液粘弹性，提高低切变率下的屑块悬浮能力，控制环空流速，保持在临界紊流状态，实施机械清井，采用间歇式高黏度清井剂，应用脉冲流技术，通过流体波动提升携屑效率。

3 结论

综上所述，随着油气资源勘探向深层和非常规油气藏拓展，定向井技术需要适应更高的温度和地层复杂性。定向井钻井涉及较长井段的斜井和水平井段，容易受到井下复杂条件的影响，通过优化定向井钻井工艺技术，有助于减少井下复杂情况，提高钻井安全性，降低钻井事故率，同时可以减少井下复杂情况的发生，提高钻井效率，缩短钻井周期，降低钻井作业成本。

参考文献

[1]冯毓品，李旭日.定向井钻井工艺技术优化措施研究[J].清洗世界，2021，37（09）：161-162.

[2] 张清岫. 定向井钻井工艺技术优化措施探讨[J]. 西部探矿工程，2021，33（07）：67-68.

[3]潘军营.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，2019，39（13）：249-250.