定向井

定向鉆井目前已成為陸地和海上油田開發(fā)的主要手段。定向井在石油勘探與開發(fā)中得到了廣泛的應(yīng)用。在地面上難以建立井場和安裝鉆井設(shè)備進行鉆井的地區(qū)，要勘探開發(fā)地下的油氣資源，唯一的辦法就是從該地區(qū)附近打定向井。在海洋或湖泊等水域上勘探開發(fā)石油，最好是建立固定平臺，或采用移動式鉆井平臺，或從岸邊打定向井、叢式定向井。當(dāng)在鉆達(dá)油氣層所經(jīng)過的地層中有難以穿過的復(fù)雜地層時，用定向井可以繞過這些復(fù)雜地層，稱為繞障定向井。在發(fā)生斷鉆具、卡鉆以及井噴著火等惡性事故的情況下，采用側(cè)鉆井、救援井是處理此類事故的有效方法。近年來，各類水平井、大位移井、多分支井和二維及三維多目標(biāo)井的出現(xiàn)和發(fā)展，更是把定向井的應(yīng)用推進到了優(yōu)化油藏開發(fā)方案，增加產(chǎn)量，提高采收率的范圍。另外，在非石油勘探開發(fā)領(lǐng)域，例如煤層氣、鹵水、地?zé)?、天然氣水合物、固體礦產(chǎn)等的勘探和開采，以及地下核試驗的采樣等，定向鉆井技術(shù)也有著非常廣泛的應(yīng)用。

地面限制

油田埋藏在高山、城鎮(zhèn)、森林、沼澤海洋、湖泊、河流等地貌復(fù)雜的地下，或井場設(shè)置和搬家安裝碰到障礙時，通常在他們附近鉆定向井。

地下地質(zhì)條件要求

用直井難以穿過的復(fù)雜層、鹽丘和斷層等，常采用定向井。

如：安718段塊的井漏、二連地區(qū)巴音區(qū)塊的井，自然方位120-150度。

鉆井技術(shù)需要

遇到井下事故無法處理或不易處理時，常采用定向井技術(shù)。如：掉鉆頭、斷鉆具、卡鉆等。

經(jīng)濟有效的勘探開發(fā)油氣藏的需要

Ⅰ原井鉆探落空，或鉆通油水邊界和氣頂時，可在原井眼內(nèi)側(cè)鉆定向井。

Ⅱ遇多層系或斷層斷開的油氣藏，可用一口定向井鉆穿多組油氣層。

Ⅲ對于裂縫性油氣藏可鉆水平井穿遇更多裂縫、低滲透性地層、薄油層都可鉆水平井，提高單井產(chǎn)量和采收率。

Ⅳ在高寒、沙漠、海洋等地區(qū)，可用叢式井開采油氣。

（1）油氣資源供應(yīng)的緊缺形勢和目前油氣生產(chǎn)遇到的問題，為定向鉆井技術(shù)提供了廣闊的發(fā)展空間。

目前油氣開發(fā)遇到的主要問題可概括為3個方面：一是新老油田如何提高采收率，新油田如何優(yōu)化布井方案，老油田如何開采出更多的剩余油，二是海上油田如何開發(fā)更能降低成本，提高產(chǎn)量；三是一大批低滲油藏、稠油油藏、裂縫油藏、薄油藏、邊際油藏等特殊油藏如何開發(fā)更為有效。定向鉆井技術(shù)在解決這些問題中都是大有可為的。

（2）中靶精度和軌跡符合率將大大提高。軌道設(shè)計曲線、軌跡控制模式和軌跡計算方法，將趨向于三者高度統(tǒng)一。

造斜工具和隨鉆測量、隨鉆定向技術(shù)的發(fā)展，已經(jīng)大大提高了中耙精度和軌跡符合率。在未來的發(fā)展中，軌跡符合率必將列為定向井軌跡質(zhì)量的重要評定項目。軌跡符合率高，意味著軌跡優(yōu)化，有利于采油作業(yè)。目前軌道設(shè)計曲線可以有4種，但是軌跡控制模式卻只有一種“恒裝置角模式”，理論上只能鉆出恒裝置角曲線，無法準(zhǔn)確鉆出其他3種曲線設(shè)計的軌道。軌跡符合率的進一步提高，必然要求軌跡控制模式與軌道設(shè)計曲線的高度統(tǒng)一。

（3）未來定向鉆井工作的重心將由靶前井段向靶區(qū)井段轉(zhuǎn)移。工作重心的轉(zhuǎn)移，有可能引出新的定向井類型。

目前的定向鉆井工作主要集中在靶前井段，重點是既要打得快、打得好，還要準(zhǔn)確中靶。除了水平井以外，靶區(qū)井段都比較短，沒有多少工作量和難度。但是從發(fā)展趨勢看，水平井、多分支井和三維多目標(biāo)井等出現(xiàn)后，意味著進入耙區(qū)以后，軌跡在靶區(qū)的延伸、發(fā)展和布置越來越受到重視。特別是三維多目標(biāo)井，國外稱為“Designer Wells”，國內(nèi)根據(jù)其軌跡特點翻譯為“三維多目標(biāo)井”并不完全恰當(dāng)。因為“Designer Wells”所體現(xiàn)的重要設(shè)計思想沒有被翻譯出來。實際上，“Designer Wells”的出現(xiàn)，表明靶區(qū)井段在油藏開發(fā)中的重要性，設(shè)計者將更多地考慮軌跡在靶區(qū)內(nèi)的延伸、變化和發(fā)展，從而優(yōu)化開發(fā)方案，提高產(chǎn)量和采收率。一個新油藏的開發(fā)，利用多種軌跡類型的定向井優(yōu)化開發(fā)方案，這種發(fā)展趨勢在論文（SPE 92085）中已初現(xiàn)端倪。順著這個趨勢，未來很有可能出現(xiàn)一種完全適應(yīng)于設(shè)計者意愿的新型定向井。

（4）隨鉆技術(shù)和導(dǎo)向鉆井技術(shù)的發(fā)展，最終將被引導(dǎo)到提高采收率的方向，可能會出現(xiàn)剩余油導(dǎo)向鉆井技術(shù)。

目前正在發(fā)展的各種隨鉆技術(shù)（隨鉆測憊、隨鉆測井、隨鉆地層評價、隨鉆地震等）和各種導(dǎo)向（軌跡導(dǎo)向、地質(zhì)導(dǎo)向等）鉆井技術(shù)，一方面極大地提高了軌跡控制能力，另一方面使得井下信息的實時獲得量大大增加，極大地提高了地下的透明度?？紤]到老油田剩余油的開采有著巨大的潛力和吸引力，隨鉆技術(shù)和導(dǎo)向鉆井技術(shù)必然會向著開發(fā)剩余油的方向努力，利用某種原理，引導(dǎo)鉆頭向著剩余油富集的位置和方向鉆進。

定向井技術(shù)是當(dāng)今世界石油勘探開發(fā)領(lǐng)域最先進的鉆井技術(shù)之一，它是由特殊井下工具、測量儀器和工藝技術(shù)有效控制井眼軌跡，使鉆頭沿著特定方向鉆達(dá)地下預(yù)定目標(biāo)的鉆井工藝技術(shù)。采用定向井技術(shù)可以使地面和地下條件受到限制的油氣資源得到經(jīng)濟、有效的開發(fā)，能夠大幅度提高油氣產(chǎn)量和降低鉆井成本，有利于保護自然環(huán)境，具有顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。定向井就是使井身沿著預(yù)先設(shè)計的井斜和方位鉆達(dá)目的層的鉆井方法。

其剖面主要有三類：

（1）兩段型：垂直段 造斜段；

（2）三段型：垂直段 造斜段 穩(wěn)斜段；

（3）五段型：上部垂直段 造斜段 穩(wěn)斜段 降斜段 下部垂直段。

水平井是定向井的一種，一般的油井是垂直或傾斜貫穿油層，通過油層的井段比較短。而水平井是在垂直或傾斜地鉆達(dá)油層后，井筒轉(zhuǎn)達(dá)接近于水平，以與油層保持平行，得以長井段的在油層中鉆進直到完井。這樣的油井穿過油層井段上百米以至二千余米，有利于多采油，油層中流體流入井中的流動阻力減小，生產(chǎn)能力比普通直井、斜井生產(chǎn)能力提高幾倍。

勝利油田定向井技術(shù)聞名全國，勝利油田鉆井院和勝利油田鉆井工程技術(shù)公司已形成了普通定向井、多目標(biāo)定向井、救援定向井、叢式定向井、水平井、分支井等幾十種類型的定向井施工工藝。勝利油田黃河鉆井總公司和渤海鉆井總公司的定向井施工能力享譽國內(nèi)外。

隨著定向鉆井技術(shù)的發(fā)展，定向井的種類越來越多。

按設(shè)計井眼軸線形狀分

Ⅰ兩維定向井：井眼軸線在某個鉛垂平面上變化的定向井，井斜變化，方位不變化。

Ⅱ三維定向井：井眼軸線在三維空間變化的定向井，井斜變化，方位變化?？煞譃椋喝S糾偏井和三維繞障井。

按設(shè)計最大井斜角分

Ⅰ低斜度定向井：井斜小于15度，鉆井時井斜、方位不易控制，鉆井難度大。

Ⅱ中斜度定向井：井斜在15-45度之間，鉆井時井斜、方位易控制，鉆井難度相對較小，是使用最多的一種。

Ⅲ大斜度定向井：井斜在46-85度之間，其斜度大，水平位移大，增加了鉆井難度和成本。

Ⅳ水平井：井斜在86-120度之間，其鉆井相對較難，需要特殊設(shè)備、鉆具、工具、儀器。

按鉆井的目的分

救援井、多目標(biāo)井、繞障井、多底井等。

按一個井場或平臺的鉆井?dāng)?shù)分

Ⅰ單一定向井

Ⅱ雙筒井：一臺鉆機，鉆出井口相距很近的兩口定向井。

Ⅲ叢式井（組）：在一個井場或平臺上，鉆出幾口或幾十口定向井和一口直井。

中文名稱

海上定向井

英文名稱

marine directional well

定　　義

不是單一的垂直向下，而是具有某些既定方向的斜井。

應(yīng)用學(xué)科

資源科技（一級學(xué)科），海洋資源學(xué)（二級學(xué)科）

由于定向井的特殊井身結(jié)構(gòu), 潛油電泵應(yīng)用于定向井受到限制, 所遇到的主要技術(shù)問題有: 潛油電泵機組在定向井的安裝, 只有潛油電泵機組安全通過定向的最大“ 狗腿角”,才能將機組下到設(shè)計井段; 潛油電泵在特殊井段———水平井段的采油工藝問題。針對定向井的開采井段絕大多數(shù)在穩(wěn)斜段, 因此, 主要解決潛油電泵機組在定向井的安裝問題, 包括三大技術(shù)難關(guān): 潛油電泵機組的整體抗彎曲變形能力; 動力電纜、引接電纜的安全保護; 潛油電機保護器的適用性。

該項研究的主要成果是：①在定向井設(shè)計理論研究中，發(fā)現(xiàn)了井身曲線上的一個定線的形狀如何，其曲線上各點井斜角加權(quán)平均值均非常近似等于一個恒為定向點到目標(biāo)點的穩(wěn)斜角。②獨創(chuàng)的一套井身方位邊續(xù)漂移的定向井方法，不但是三維定向井軌道設(shè)計方法上的一個大突破，同時也填補了定向井設(shè)計技術(shù)上的一個空白。③一次成功地打成了石海局系統(tǒng)第一口T222井）。④系統(tǒng)掌握了定向井軌道設(shè)計、軟件開發(fā)、軌跡控制、鉆井工具應(yīng)用等一套技術(shù)方法，創(chuàng)建了一支定向井鉆井技術(shù)隊伍，形成了一。該項研究共完成8口定向井實驗井，最大垂深3950m，最大平移577m，4度，平均機械鉆速9．03m，平均靶心距11．69m，一次成功率達(dá)100％，優(yōu)質(zhì)率25％，良好25％。在三維設(shè)計技術(shù)上處于全國領(lǐng)先地位。