1樓：石油工業出版社
鑽井工作不僅要求速度快，而且要求***。井身質量的好壞是油氣井完井質量的前提和基礎，它直接影響到油氣田勘探和開發工作的順利進行。
井身軸線偏離鉛垂方向的現象叫井斜。大量實踐說明，井斜嚴重將給鑽井、油氣田開發及採油等帶來各種危害，甚至引起事故。因此，有關井斜的一些指標是衡量一口井井身質量的重要引數。
井身斜度大了，為鑽達同一目的層所需的進尺就會增加。這樣不僅費用高，而且還可能由於深度的誤差，使地質資料不真實而得出錯誤的結論，漏掉油氣層。井斜過大、井底偏離設計位置過多，將會打亂油氣田開發井網分佈方案，影響油氣層的採收率。
井斜使井眼變曲。鑽具在彎曲井眼中旋轉容易產生疲勞折斷。鑽具在嚴重彎曲的井段內，受下部鑽具拉力的作用，將給井壁和套管以接觸壓力，加劇鑽具和套管的磨損。
同時,在長期的旋轉和起下鑽中，井壁將被鑽具磨起「鍵槽」而造成卡鑽。
固井時，在井斜變化大的嚴重彎曲井段，比鑽具剛度大的套管及測井儀器將不易下入，易發生卡鑽；下入井內的套管由於井斜不能居中，使水泥漿不易充滿整個套管外環形空間而影響固井質量。
綜上所述，井斜的危害是多方面的，後果是嚴重的，需要引起鑽井工作者的注意。
旋轉鑽井發展至今，還很難鑽成一口一點都不斜的直井。井眼總是或多或少要斜的。井斜給鑽井、開採帶來的危害程度與井斜的嚴重程度有關。
輕微的井斜不致造成危害；嚴重井斜可能引發事故甚至使井報廢。那麼，什麼樣的井斜程度才是被允許的呢？這就存在一個井斜控制標準問題。
在此標準之內的井，即可認為是可以接受的「直井」，從而避免徒勞追求絕對直井的行為，把井身質量建立在工程實際的基礎上。
我國井斜控制的標準為井眼曲率不大於3°/100m。至於井斜角及其他規定，要根據各地區的具體情況而定。勝利油田的評價情況見表5-1。
井斜控制評價
二、井內壓力控制1.壓力平衡關係在鑽進過程中，地層壓力ps是靠鑽井液柱作用在井底的壓力p0來平衡的。根據這兩個壓力的相對大小，有可能出現三種情況：
(1)p0=ps，稱為平衡狀態。這是最理想的狀態。在這種狀態下，將取得快速、安全、高效、低成本的鑽進效果。
(2)p0>ps，稱為過平衡狀態。壓差如果過大，會引發一些工程事故，如壓裂地層、卡鑽等，還會降低鑽進速度。如果壓差控制在允許範圍內，在鑽井生產實踐中也還是可行的。
(3)p0由前面的分析可以推斷,不同的鑽井工況下，鑽井液柱作用在井底的壓力p0是不同的。如果暫不考慮岩屑、氣侵或油(水)侵入對鑽井液柱壓力的影響，則有：
靜止時，p0=pm(5-1)起鑽時，p0=pm-psb-pdp(5-2)鑽進時，p0=pm+pc(5-3)下鑽時，p0=pm+psb(5-4)劃眼時，p0=pm+pc+psb(5-5)式中 p0——鑽井液柱作用於井底的壓力；pm——由鑽井液柱重力產生的壓力；psb——波動壓力；pc——環空迴圈壓力損失；pdp——起鑽使液麵下降而減小的壓力。
在劃眼和下鑽時，鑽井液柱作用於井底的壓力具有最大值；而在起鑽和靜止時，鑽井液柱作用於井底的壓力具有最小值，這就是起鑽時容易發生井噴的原因；鑽進時，井底壓力居中。
充分了解和掌握鑽井液柱作用於井底的壓力的變化規律，就能根據不同壓力平衡狀態採取不同的措施。
2.壓井方法當井內鑽井液柱作用於井底的壓力小於地層壓力時，地層流體流入井內的現象叫做溢流。如不及時發現，並迅速採取控制措施制止溢流，地層流體會無控制地大量入井，造成井噴。
理論與實踐都證明：採用平衡壓力鑽井技術，由於井底壓差很小，條件稍有變化就會破壞井內壓力平衡，所以發生溢流的概率是比較高的。早期發現溢流、迅速控制溢流、恢復和重建壓力平衡是防止井噴的關鍵，也是實施平衡壓力鑽井技術的基礎保證與配套措施。
1)控制井口的方法發現溢流顯示、證明地層流體已流入井內後，應立即停止作業，儘快安全控制井口，關閉封井器，最大限度地保持井內的鑽井液，為以後的順利壓井創造條件。不同的鑽井作業情況發生溢流後的控制措施是不同的。
(1)鑽進時。發生溢流後控制井口的操作程式是：停泵、停鑽→上提方鑽桿使接頭露出轉盤面→開啟節流閥→關閉防噴器→關閉節流閥將井關閉→記錄鑽桿壓力和套管壓力→記錄鑽井液池內的鑽井液增量，準備壓井。
(2)起、下鑽時。發生溢流後停止作業，將鑽柱坐入轉盤內→搶接鑽具回壓閥→開啟節流閥→關閉防噴器→關節流閥將井關閉→記錄鑽桿壓力和套管壓力→記錄鑽井液池鑽井液增量→開泵取得立管壓力→決定下一步行動。
(3)空井時。如果溢流嚴重，有立即發生井噴的可能，應迅速關閉全閉防噴器；如果井內有電纜，應該果斷切斷；如果沒有立即發生井噴的危險，則應迅速下入儘可能多的鑽具，然後按起、下鑽時的程式進行控制。
上述控制程式目的在於迅速制止地層流體繼續流入井筒，儘可能地保持井內的鑽井液量，為下一步的壓井創造條件。
在等待壓井的過程中，井口壓力可能會不斷上升，應注意觀察。當井口壓力上升到某個允許值時(如井口裝置的最高工作壓力、套管最小抗內壓強度、地層破裂壓力等)，就要從節流閥處洩壓，使井口壓力保持在安全範圍內，同時記錄放出的鑽井液量。
2)壓井迴圈的特點發生溢流後關閉防噴器，有控制地向井內注入一定密度的加重鑽井液，迴圈排除溢流的作業稱為壓井。壓井是出現溢流或發生井噴後恢復和重建井內壓力平衡的唯一方法。
採用一般的迴圈方法(井口敞開迴圈)是無法制止和排除溢流的。因為溢流發生時井內的壓力平衡已經被破壞。泵入的加重鑽井液在迴圈過程中仍會受到地層流體侵入而降低密度，仍無法平衡地層壓力。
因此，壓井迴圈時必須用節流閥在井口造成一定的區域性阻力來增加環形空間的壓力，即在井口造成回壓。由於流體都能傳遞壓力，該回壓也同樣作用於整個井筒和井底，再加上鑽井液柱的壓力，即可平衡地層壓力，制止地層液體的繼續流入。顯然，在壓井迴圈過程中，隨著環形空間內加重鑽井液柱高度的增加，受侵鑽井液被逐漸排出，井口回壓應逐漸降低。
當環空全部充滿加重鑽井液後，單是鑽井液柱壓力就可平衡地層壓力，不再需要井口回壓。調節節流閥的開啟度即可控制井口回壓。節流閥處於全開狀態時回壓為零，標誌著溢流完全被排除，井內壓力平衡得到恢復。
綜上所述，壓井迴圈的特點可歸納為：在控制井口的前提下，使用小排量進行迴圈，同時不斷調節節流閥的開啟度，造成不同的井口回壓作用於井底，自始至終保持回壓與鑽井液柱壓力之和等於地層壓力，直到加重鑽井液充滿整個環空，恢復井內的壓力平衡為止。
三、軌跡控制定向鑽井技術是在井口與井底需要有一定水平位移時，採用合理的井身軌跡及特殊的鑽井措施鑽達目的層的一種鑽井技術。與直井比較，定向井不但有井斜、方位的變化，還需保證自始至終沿井身軌跡鑽進、上環中靶。因此，定向鑽井技術要比一般鑽井技術複雜和困難得多，是目前最熱門的鑽井技術之一。
利用定向鑽井技術，可根據需要鑽出水平井、叢式井、側鑽井及救援井等,極大地豐富了鑽井生產的內容，為油氣資源的勘探開發提供了有效的技術手段。
鑽定向井始於20世紀30年代。井下動力鑽具的出現、井下測量儀器的逐步完善以及鑽井技術與經驗的積累，使定向鑽井技術從50年代開始廣泛應用於陸地和海上。60年代至70年代，計算機用於定向井的設計和施工以及隨鑽測量技術的出現，使定向井的鑽速、鑽深、鑽遠、鑽準等方面大大地提高,進一步顯示出定向鑽井技術在加速油氣田勘探開發,克服鑽直井所遇到的某些難以解決的技術問題等方面所具有的優越性。
目前，定向鑽井技術的應用一般集中在以下幾個方面：
(1)地下地質條件特殊，鑽直井的勘探開發效果不好。採用定向鑽井技術鑽出大斜度井、水平井，能最大限度地穿越油氣層,暴露油氣層;最大限度地提高產量和採收率。
(2)地面條件限制。鑽探高山、湖泊、海洋、荒漠地區的油氣藏時，採用定向鑽井技術，鑽成叢式井、多底井，可極大地節省投資，降低生產成本。
(3)鑽井技術的需要。處理鑽井事故時，常常採用定向鑽井技術。對井下落物長期不能撈獲的井進行側鑽；對井口失控、井噴失火的井，鑽救援井溝通進行壓井處理，從而保證鑽井生產的安全。
定向鑽井技術包含的主要內容有井身軌跡設計、井身軌跡控制、井身軌跡測量。下面主要介紹二維定向井的基本工藝技術。
1.井身軌跡設計在定向鑽井中，井身軌跡是鑽井施工的基礎和依據。因此，井身軌跡的設計是否合理，在很大程度上決定著定向鑽井的成效。
常規井身軌跡是由不同長度、曲率和先後順序的鉛直段、斜直段(穩斜段)和造斜段(增斜或減斜段)組成的。這三種井段可以組成多種井身軌跡形狀，最常見的主要有兩種。
一種是「直—增—穩」井身軌跡，我國現場上稱為「三段式」井身軌跡。其顯著特徵是井身結構簡單、井底水平位移可以很大，所以多用於打探井和救險井等。這種井身軌跡又可分為低造斜點和高造斜點兩類。
穩斜段可長可短，甚至可以沒有穩斜段。「三段式」井身軌跡為滿足鑽井生產條件和要求提供了極大的靈活性，被廣泛應用於定向鑽井中,特別是近年發展起來的水平井和大斜度井。
另一種是「直—增—穩—降—穩」井身軌跡，現場上稱之為「s型」井身軌跡或「五段式」井身軌跡，多用於叢式井鑽井。「s型」井身軌跡設計也可以靈活變化。例如，增斜後的穩斜段可以很長，也可以很短，甚至為零；降斜後的穩斜段也是可長可短；井底井斜角可大可小，甚至為零，垂直進入目的層，如圖5-8所示。
圖5-8 定向井軌跡示意圖
實際上，可以說「三段式」井身軌跡只是「s型」井身軌跡的一種特殊情況而已。「s型」井身軌跡可以作為所有常規二維定向井井身軌跡的代表，使井身軌跡的設計得到和諧的統一。
常規井身軌跡設計應遵循以下原則：
(1)能實現鑽定向井的目的。對於裂縫性油層、厚度小的油層，為了增大油層的裸露面積、提高產量，往往設計成水平井或多底井。為滿足採油工藝的要求，叢式定向井多數設計成「s型」井身結構。
為了避開井下障礙或防止井眼交叉，井身結構還可以設計成三維「s型」。對於救險井，主要是要求準確鑽達目標。因事故需側鑽的定向井，只要避開井下落魚(即井下落物)，斜出一定的水平位移即可。
(2)儘可能利用地層的造斜規律，可以大大減少人工造斜的工作量和困難。
(3)要有利於滿足採油工藝的要求。井眼曲率不宜過大，以利於改善抽油杆的工作條件；最好是垂直井段進入油層，以便於坐封封隔器以及進行其他增產措施。
(4)要有利於安全、優質、快速鑽井。這就要求選擇合適的井眼曲率、井身軌跡、造斜點以及相關的井身結構。
2.井身軌跡控制井身軌跡控制包括井斜控制和方位控制兩個方面。在定向鑽進過程中，為確保井眼按預定的井身軌跡發展，需要進行井身軌跡控制。
一旦井眼偏離井身軌跡，也需要進行井身軌跡控制。因此，井身軌跡控制是定向鑽井技術中最重要的內容之一。
井斜控制即控制井眼井斜角的變化,可以採用兩種方法：一種是利用造斜工具造斜或增斜。有特殊需要時，也可以利用造斜工具來降斜。另一種方法是利用井底鑽具組合進行增斜、降斜和穩斜。
方位控制是控制井眼方位角的變化,也可採用兩種方法：一種是利用地層特性的自然漂移與井底鑽具組合達到目的。另一種方法是利用造斜工具強行改變井眼方位。
無論是井斜控制還是方位控制，都要利用兩種基本工具,造斜工具和井底鑽具組合。在定向鑽井發展初期，人們就開始利用造斜工具控制井斜和方位。隨著造斜工具的發展，有關造斜工具的理論和現場使用已日益成熟。
至於井底鑽具組合，雖然人們很早就發現它對井斜和方位的變化都有很大影響，但在很長時間內對它的研究不夠。從20世紀50年代起，美國學者魯賓斯基開始研究鑽具組合的力學效能，主要用於打直井。直到60年代，才有人提出定向鑽井的井底鑽具組合的力學模型。
井底鑽具組合的研究一時間成了熱門，不少學者使用不同的數學、力學方法進行研究和分析，至今方興未艾。
3.井身軌跡測量定向井測量資料是控制井身軌跡的依據。在井身軌跡的控制過程中,需要及時、準確地瞭解和掌握定向井基本引數的變化，才能採取相應措施，確保井身軌跡沿預定路徑發展。
定向鑽井實踐證明：要完成高質量的定向井，除了合理的井身軌跡設計和有效的井身軌跡控制外，還需要使用效能優良的定向井測量儀器和裝備。目前這種趨勢日益明顯。
從20世紀50年代至今，井身軌跡測量技術發展極快，主要經歷了以下過程：鑽桿列印地面定向→氟氫酸玻璃管定向→單、多點磁性測斜儀定向→單、多點陀螺測斜儀定向→有線隨鑽測斜定向系統定向→無線隨鑽測斜定向系統定向。
鑽桿列印地面定向和氟氫酸玻璃管定向方法效率低、精度差，已被淘汰。單、多點磁性測斜儀和陀螺測斜儀是目前定向井施工中使用最多的測斜工具。有線隨鑽測斜定向系統是20世紀70年代中期研究成功的，廣泛用於造斜段測量。
無線隨鑽測斜定向系統是70年代末期出現的，已在北海油田及美國某些油田使用，尚處於發展及完善階段。
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