定向钻井提速技术研究

摘要：近年来，随着油气资源的不断开采，勘探和开发难度越来越大，这对钻井技术提出了更高的要求。在油田开发过程中，定向钻井技术一直以来都受到了石油行业的高度关注，定向井钻井技术随着石油行业的发展取得了较大的进步。为了进一步提升定向井钻井的效率，石油行业针对定向钻井展开了大量的研究，其中定向钻井提速技术是其中一个重要的研究课题。本文就定向钻井提速技术的应用进行分析。

关键词：定向井；提速工具；应用

1. 定向钻井技术

定向钻井是在普通钻井技术的基础上发展起来的，在石油开发过程中，一些特定的钻井施工需要在钻进时制定钻探的方向和位置，因此，钻机在钻进过程中就需要加强对钻井轨迹以及钻进方向的控制，如果在钻井过程中钻进方向或者钻井轨迹出现了偏差就会导致定向钻井施工失败。

在针对某一探明位置的油藏进行钻探时，可以根据油藏特点选择利用定向钻井来完成钻探工作，这就要求在钻井施工前将钻进的方向以及轨迹进行提前设定，并在钻井过程中加强对钻井方向以及钻井轨迹的控制和检测，这样才能保证准确钻达油藏位置。但随着现代油气藏开发速度的提升，油气的开采量也在不断增加，在钻井过程中经常会遇到针对同一位置的油藏储层同时进行多个钻井施工作业，这时候多个钻井作业就需要采用定向钻井技术，同时还要保证钻井作业完整后能够保持油藏低下的连通性，这对定向钻井技术来说是一个不小的挑战。在一些自然地质情况比较差的地区，如果针对同一油藏同时开展两个定向钻井施工，那么这两个钻井施工的地面位置可能会存在较大的间隔，这就要求钻井要有非常高的精度。一旦钻井过程中出现了偏差，就会导致钻井失败，而定向钻井能在很大程度上减少这种误差。

2. 定向钻井提速技术

近年来，我国钻井技术取得了较大的进步，在钻井施工过程中PDC钻头的使用较为普遍，钻头质量的提升对钻井速度也有很大的促进作用。为了满足在不同的地质条件下钻井速度提升的要求，PDC钻头也出现了多种不同的类型，不同类型的PDC钻头之间差异性也比较大，因此，在是的定向钻井过程中要根据地质条件、钻井参数等因素的不同来有针对性的选择钻头的类型。

2.1 钻井提速的技术难点

定向钻井过程中最大的难点就是井眼剖面的设计。井眼剖面设计对后期定向钻井质量有很大影响。因此，定向钻井剖面要根据地质条件和钻井特征来进行优化设计，以充分降低钻井施工难度，并最大程度提升定向钻井速度。

在定向钻井施工前，要专门针对施工地点的地质、地貌进行勘察，对施工环境有具体的掌握，并对相似地质条件下定向钻井的成功经验进行借鉴，对能够影响定向钻井的因素进行分析并提出解决措施，并在此基础上对钻井经验轨迹以及钻进参数进行科学的设计，这样才能保证定向钻井的一次性成功，这样才能保证定向钻井顺利进行，同时也能有效的提升定向钻井的速度。

2.2 钻井速度的影响因素

定向钻井的提速首先要保证钻井的施工质量，在此基础上针对钻具的组合、钻头的类型、螺杆的类型以及相关的参数设计等进行优化选择。在进行钻具组合的选择时，要充分考虑钻井参数、钻铤长度等一些影响因素，另外还要对螺杆以及相关的钻井机械设备进行合理的选择。在钻具的优化组合过程中，首先要根据钻井实际的位移差异来确定螺杆、钻铤、上稳定器等相关设备尺寸以及规格，只有这样才能保证在整个定向钻井施工过程中各个钻具设备能够实现协调运行，才能最大程度提升定向钻井的速度。目前，在定向钻井施工井过程中，钻头型号的以及相关参数的选择对钻井质量以及钻井速度有很大的影响，通常情况下，在定向钻井过程中PDC钻头的使用比较广泛，因此PDC钻头在钻井过程中表现出来的性能非常可靠，但是随着现代钻井技术的进步，PDC钻头的类型也越来越丰富，而PDC钻头对定向钻井的速度以及定向都有较大的影响，因此要这对不痛经的地质情况以及实际的施工过程来选择合理的PDC钻头类型。比如，一些保径比较长的PDC钻头往往会对定向钻井的定向造成较大的影响。因此，对于定向钻井来说，型号比较新的PDC钻头在实际的使用过程中不一定能表现出良好的性能，而一些在实际使用过程中对地质情况适应性比较强的PDC钻头往往能够起到提升定向钻井速度和精度的作用。钻井行业中使用的螺杆的型号比较少，在定向钻井过程中，螺杆的选择要根据实际钻井施工的动力以及扭矩要求来进行合理的选择，同时还要结合实际钻井施工特点来针对性地选择。在实际的钻井过程中，为了保证钻井的速度，一般情况下都会选择扭矩较大的螺杆，这样在钻井过程中不仅能够保证钻头的动力供应能够保持充足，同时大扭矩的螺杆还能在很大程度上起到缓解钻压的作用，就定向钻井来说，大扭矩的螺杆能够极大提升定向钻井速度。

3. “PDC+扭力冲击器”提速技术

目前，常规PDC钻头磨损严重，机械钻速低，进尺少，成本高。而牙轮钻头机械钻速低，磨损严重，使用时间一般不超过70小时，更换频繁，起下钻时间增加，耗时较长，且有掉牙轮的风险。采用“PDC钻头+扭力冲击器”组合使用效果较好，机械钻速相比牙轮钻头提高274%，减少了起下钻时间，节约了工期，减少了井下风险。

3.1 扭力冲击器工作原理

在井下，PDC钻头的运动是极其无序的，包括横向、纵向和扭向的振动及这几种振动的组合。井下振动会损坏单个PDC切削齿,导致钻头寿命降低，以及产生不规则井眼降低井身质量。扭力冲击器扭力冲击发生器配合PDC钻头一起使用，其破岩机理是以冲击破碎为主，并加以旋转剪切岩层，主要作用是在保证井身质量的同时提高机械钻速。扭力冲击器消除了井下钻头运动时可能出现的一种或多种振动（横向、纵向和扭向）的现象，使整个钻柱的扭矩保持稳定和平衡，巧妙地将泥浆的流体能量转换成扭向的、高频的、均匀稳定的机械冲击能量并直接传递给PDC钻头，使钻头和井底始终保持连续性。

由扭力冲击器提供的额外的扭向冲击力完全改变了PDC钻头的运作，其每分钟750-1500次高频稳定的冲击力，相当于每分钟750-1500次切削地层，这就使钻头不需要等待扭力积蓄足够的能量就可以切削地层。这时候PDC钻头上有两个力在切削地层，一个是转盘提供的扭力，一个是扭力冲击器提供的力——并直接给到钻头本身（对钻杆并不产生任何作用和改变整个冲击能量的荷载，只作用在钻头体本身上）。这时钻杆的扭矩基本是稳定的，钻杆传达的扭矩可以完全用于切削地层，而不会浪费。

3.2 扭力冲击器技术特点

（1）扭力冲击器钢体外壳和钻头套筒独特的倒扣交错式连接牢固可靠。扭力冲击器外部物理尺寸紧凑，内部机械结构合理，泥浆流道通畅，无任何橡胶件，无任何电子元器件。另外，即使扭力冲击器失效，它也只是相当于一个钻头短节和PDC钻头一起继续旋转并不影响继续钻进，并不需要对此进行起下钻，但性能相当于又回到之前不用扭力冲击器的状态中，这时的机械钻速会降低，但没有任何其他风险。

（2）使用扭力冲击器会大大增加机械钻速和钻井导向性，使PDC更有效地剪切破碎地层。

（3）泥浆流量和流速越大，扭力冲击器的冲击能量也越大，对钻头产生的机械钻速以及冲击的频率也越高。

（4）扭力冲击器扭力冲击发生器由于是从扭向上产生的稳定均匀的高频冲击，所以只适用于金刚石钻头。产生的所谓振动或冲击，不会对PDC钻头的金刚石覆合片产生损坏，反而会延长PDC钻头寿命，同时也减弱其他钻具的疲劳强度，延长其他钻具的寿命。

4. 结论与认识

近年来，随着油气资源的不断开采，勘探和开发难度越来越大，这对钻井和定向井技术提出了更高的要求，而定向钻井提速是钻井工作人员普遍关心的问题。目前，采用“PDC钻头+扭力冲击器”组合是有效的定向钻井提速方法，随着钻井和定向井技术的发展，未来的定向钻井技术不管是在速度上还是精度上都会有较大的飞越。

参考文献

[1]肖平.定向钻井提速的技术应用[J].中国石油和化工标准与质量,2021,41(23):183-184.

[2]张洪宁,张建龙,覃德彪,尹强,袁辉.基于提高钻速的待钻井眼轨道设计方法[J].钻采工艺,2021,44(01):13-17.