钻井也用到“精确制导”吗?实际上钻井的“精确制导”就是要通过持续控制井眼的前进方向,使实钻轨迹与设计轨道尽量贴合,从而使实钻井眼顺着最初设计的轴线钻达目标靶区。
井眼轨迹控制应遵循的原则主要有:(1)确保能中靶的同时,还应使钻进效率获得有效提升,若钻具组合或测斜仪器更换过于频繁,无疑会加大钻井成本,并使井下状况更为复杂;(2)尽可能多地使用转盘钻的扶正器钻具组合来进行控制;(3)进行轨道设计时,应最大限度贴合钻井工区实际的地质条件,通过加强对地层自然造斜规律的运用,以降低用工具进行轨迹控制的时间。
钻井施工中影响井眼轨迹的主要因素有地质特性(包括地层可钻性、各向异性、地层的自然倾斜、岩石类型与强度等)、钻具组合结构(包括钻头类型,稳定器的位置、数量、尺寸,钻具的刚性、倾斜和弯曲等)、井眼轨迹几何形状(包括井斜角、井斜方位角、井眼直径等)、钻井工艺参数(包括钻压、转速、泵压等)。井眼轨迹是上述诸因素互相作用的结果。没有一种数学模型可以准确地反映井眼轨迹,现场凭经验进行施工,必然会造成实钻井眼轨迹偏离设计的井眼轨道这一事实。
定向井的井眼轨迹大致可分为直井段、造斜段、增斜段、稳斜段、降斜段和扭方位井段等,不同井段需要采用的井下工具组合、钻井工艺等不同才能按要求控制井眼轨迹:(1)定向钻斜井段的造斜方法有弯曲导管定向造斜、造斜器法造斜、倾斜钻机定向造斜、喷射法造斜、井下动力钻具和弯接头定向造斜等,其中常用的造斜钻具组合为:钻头+普通钻铤(0~30米)+挠性接头+震击器+无磁钻铤+弯接头+井下动力钻具+加重钻杆。(2)转盘钻增斜井段常用的钻具组合为:钻头+近钻头稳定器+无磁钻铤+钻铤(无磁钻铤和钻铤的总长度为18~30米)+稳定器+钻铤(10米)+稳定器+钻铤+随钻震击器+加重钻杆+钻杆。(3)稳斜井段常用的稳斜钻具组合为:钻头+近钻头稳定器+短钻铤(3~6米)+稳定器+无磁钻铤+稳定器+钻铤+键槽破坏器+挠性接头+震击器+加重钻杆。(4)降斜井段常用降斜钻具组合为:钻头+短钻铤(3~8米)+稳定器+无磁钻铤+稳定器+钻铤+键槽破坏器+挠性接头+震击器+加重钻杆+钻杆。(5)扭方位主要是为了更好的控制方向,其钻具组合与造斜井段类似,但应该少下钻铤,避免压差卡钻的发生。
为了精确控制井眼轨迹,技术人员研发了多种多样的井眼轨迹控制工具与工艺技术,主要包括:导向钻井技术,即利用导向造斜工具、随钻测量仪和高效钻头联合组成的钻井系统,对井眼轨迹进行随钻监测、适时调控的钻井方式;滑动导向钻井,即采用滑动钻进和旋转钻进相配合的方式调整井眼轨迹的导向钻井;旋转导向钻井,即用全旋转方式调整井眼轨迹的导向钻井;几何导向钻井,即利用导向钻井系统,引导钻头沿着设计井眼轨道钻进的钻井方式;地质导向钻井,即利用随钻测井和随钻地层评价技术,引导钻头准确钻达预定的目标地层的钻井方式。闭环钻井系统已经实现商业化应用,它是能够随钻测量井眼轨迹,并能自动导向控制井眼轨迹钻达设计目标的钻井系统,为自动化智能化钻井打下基础。
通过对井眼轨迹的时刻监测,并应用相关工具及技术对井眼轨迹进行实时控制,使井眼轨迹能够按照设计的井眼轨道钻进,井眼轨迹控制直接关系到钻井目标的成败,因此,海上深水钻井、沙漠钻井和页岩气工厂化钻井都离不开定向井和水平井等,钻井的“精确制导”将会越来越重要。