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【摘要】随着油田的发展，定向井钻井技术有着更加广泛的应用前景，本文主要是从定向井的剖面设计、工具的选用、钻井轨道的保证以及水泥注入工艺方面讨论了定向井钻井的工艺技术。
【关键词】定向井 钻井 剖面
定向井是作为一种新型的实用技术，在我国的钻井领域有着非常广泛的应用前景，该技术主要涉及到定向井剖面的设计、工具的选用、钻井轨道的保证以及水泥注入工艺，以下就这几个方面进行定向井钻井相关探讨。
1 定向井的剖面设计
定向井的剖面设计是一个综合的工作，首先需要获得的数据包括靶点的水平位移、井口、方位角以及靶点的坐标，通过计算获得方位角和水平位移，在这个过程中需要同时结合地理位置和井身结构等资料。在设计过程中，为保证整个钻井过程的优质、快完整洁以及快速钻井，需要在综合定向井不同钻探情况，对其剖面类型和钻井液类型以及完井方法进行合理设计。此外，还需根据方位角的变化规律计算出方位漂移率，根据层倾角度和岩性的稳定性与钻头的方位趋势综合设计角度，达到生产要求，获得更高的经济效益。
定向井剖面在设计过程中可以遵循以下原则：
（1）设计的基本原则也是设计的目的，就是通过合理的井身结构、坡面类型以及完井方法设计来获得优质、高效、安全的钻井。
（2）合理的选择靶点层位，制定满足要求的井身结构和井控措施，尽量选用相对简单的剖面来行来降低井眼轨迹控制难度和施工难度，保证钻井速度，同时选定满足操作要求的靶区半径。
（3）综合分析资料统计出方位漂移率。在采取牙轮钻头钻进时尽量利用方位的自然漂移，方位角呈向右增加的趋势，在岩性稳定和层倾角小的情况下钻头的趋势为方位左漂，在定向井的钻头钻进过程中，提前角的确定需要根据实际情况定。
2 工具选用
定向井的主要专用工具主要包含了弯接头、非磁钻铤以及井下马达等。
弯接头在定向井钻井过程中可以使造斜钻具产生侧向力，是实现定向造斜以及扭方位的专用工具。通常，弯接头内同安装有循环套，在壳体上标有标线指示弯曲方向，可以在单点、有线随钻侧斜仪确定工具面的方向。弯接头可以分为固定角度型和可调角度型，按照调节方式以及工作原理的不同，调角度弯接头又可以分为机械式、电动式和液压式等几种，通过地面控制来对弯接头的角度进行调整，满足定向、扭方位造斜以及增斜等要求。可调弯接头的使用可以有效的起钻次数和加快钻井速度，同时也降低了钻井成本。
非磁钻铤的组成主要有铬/镍钢、蒙乃尔钢、奥氏体钢以及锰和铬铁铜合金等，这种钻铤不易被磁化且交个较低，但是在盐水钻井液中其对腐蚀较为敏感。在使用非磁钻铤时，需要控制稳定器对罗盘产生的影响，达到节省非磁钢材的目的。
井下动力钻具包括涡轮钻具、容积式马达以及电动钻具等三类，容积式马达可以保证钻井眼尺寸与原井眼尺寸相同，如果井内存在桥塞，在造斜前需要通过循环保证井底干净，工作转速与空转转速相差不大时更利于钻头的选型，钻具使用较多的是迪那钻具和螺杆钻具。迪那钻具分为Mach1型弹头螺杆马达、Mach2型多头螺杆马达以及Mach3型弹头螺杆马达。它是由定子、转子、旁通阀、轴承总成、万向轴以及传动轴组成。螺杆钻具是由旁通阀、马达、万向轴以及传动轴四个部分组成，其动力是来自循环钻井液，当压力达到一定程度时，钻井液进入钻具马达，由于其螺旋形空腔而带动转子转动，在万向轴的传递下带动传动轴和钻头转动。如果没有钻井液循环以及低泵冲循环时，通过弹簧作用使得阀芯在上部位置而开启旁通孔，钻井液进入钻柱或自钻柱泻出，将钻井液的功率转为为机械能。
3 钻井轨道保证
定向井是沿着设计的井眼轨迹，在既定方向偏离井口垂线一定距离而达到一定目标的井，其分为普通定向井、大斜度定向井以及径向水平丛式井。稳定器的应用可以保证钻井轨道，定向井使用的稳定器可以分为螺旋式稳定器和滚子式稳定器两类，在目前定向井中使用最多的是螺旋式稳定器。
稳斜钻具的组合使用可以减小稳定器之间、钻头与稳定器之间的相对距离，加强了下部钻具的刚性，使其在受压下变形收限制而达到稳斜效果，达到稳定井斜与方位的目的。稳定器下部钻具组合中的位置调整可以改变钻具组合的受力状态，保证对井眼轨迹的控制。在稳定器进出井口时，需要对其外径、磨损情况以及在钻具组合中的安放位置作详细检查，通常情况下，稳定器的外径磨损要小于2mm。对井眼进行修整，可以保证井眼曲线曲率平稳、圆滑变化，能有效的应对井下复杂情况。
4 水泥注入工艺分析
在现今油田钻井现场，因为对定向井的水泥顶替机理缺乏全面的认知，在顶替效率方面没有系统、完整的配套措施。可以通过建立实验设备进行综合分析，在相关研究资料显示，可以通过混浆密度拟连续测量法来对顶替效率进行测试，与观测相结合就能系统的研究井斜角、密度差、雷诺数以及相关因素对水泥过程中顶替效率和效果的影响进行分析。
在井斜角与偏心度相对稳定时，水泥密度差和顶替排量之间为相对稳定的配比，通过合理搭配密度和雷诺数就能获得较好的顶替效果。对其分析可发现，在井斜角角度较大的情况下，密度也会随之加大，这就增加了顶替液体沿环外空低边进入的趋势，如果出现偏心度严重增加，顶替液会轻松沿环外空高边率进行顶替；如果井斜角角度偏小，在偏心程度增加，密度差增加时，通过减小雷诺数能有效的增加环空顶替效果；在雷诺数加大时，顶替液会沿着高边率优先顶替，因此，要想获得更好的顶替交过就需要制定合理的密度差与雷诺数。
如果井斜角角度小或井眼相对垂直，层流注入水泥时套管居中，加大正密度差能有效的提高顶替效率；如果套管在井内出现便宜，加大正密度差能减小偏心的影響，利于顶替效果的提高。在井斜角水平或较大时，套管居中小的密度差会有更好的顶替效果，无论密度差的正负，都容易在顶替过程中产生分层流动；套管偏离中心时，正密度差会对顶替效率产生影响。
井斜角、偏心度、密度差以及雷诺数决定了顶替液是沿高边还是低边突进。通常情况下，紊流注水泥较层流注水泥有着更好的顶替效果，而层流注水泥会随着雷诺数的加大而效果变好。井斜角对层流注水泥的影响较大，随着井斜角的加大，正密度差顶替时重的顶替液会更容易沿环空低边突进，水平井注水泥时甚至还会发生明显的分层流动现象。
参考文献
[1] 杭程.定向井中井斜角随井深变化分析及预防措施[J]. 西部探矿工程，2013.1
[2] 韦丙珂.探讨定向井直井段防斜技术现状与发展趋势[J].中国科技博览， 2013.5
【关键词】定向井 钻井 剖面
定向井是作为一种新型的实用技术，在我国的钻井领域有着非常广泛的应用前景，该技术主要涉及到定向井剖面的设计、工具的选用、钻井轨道的保证以及水泥注入工艺，以下就这几个方面进行定向井钻井相关探讨。
1 定向井的剖面设计
定向井的剖面设计是一个综合的工作，首先需要获得的数据包括靶点的水平位移、井口、方位角以及靶点的坐标，通过计算获得方位角和水平位移，在这个过程中需要同时结合地理位置和井身结构等资料。在设计过程中，为保证整个钻井过程的优质、快完整洁以及快速钻井，需要在综合定向井不同钻探情况，对其剖面类型和钻井液类型以及完井方法进行合理设计。此外，还需根据方位角的变化规律计算出方位漂移率，根据层倾角度和岩性的稳定性与钻头的方位趋势综合设计角度，达到生产要求，获得更高的经济效益。
定向井剖面在设计过程中可以遵循以下原则：
（1）设计的基本原则也是设计的目的，就是通过合理的井身结构、坡面类型以及完井方法设计来获得优质、高效、安全的钻井。
（2）合理的选择靶点层位，制定满足要求的井身结构和井控措施，尽量选用相对简单的剖面来行来降低井眼轨迹控制难度和施工难度，保证钻井速度，同时选定满足操作要求的靶区半径。
（3）综合分析资料统计出方位漂移率。在采取牙轮钻头钻进时尽量利用方位的自然漂移，方位角呈向右增加的趋势，在岩性稳定和层倾角小的情况下钻头的趋势为方位左漂，在定向井的钻头钻进过程中，提前角的确定需要根据实际情况定。
2 工具选用
定向井的主要专用工具主要包含了弯接头、非磁钻铤以及井下马达等。
弯接头在定向井钻井过程中可以使造斜钻具产生侧向力，是实现定向造斜以及扭方位的专用工具。通常，弯接头内同安装有循环套，在壳体上标有标线指示弯曲方向，可以在单点、有线随钻侧斜仪确定工具面的方向。弯接头可以分为固定角度型和可调角度型，按照调节方式以及工作原理的不同，调角度弯接头又可以分为机械式、电动式和液压式等几种，通过地面控制来对弯接头的角度进行调整，满足定向、扭方位造斜以及增斜等要求。可调弯接头的使用可以有效的起钻次数和加快钻井速度，同时也降低了钻井成本。
非磁钻铤的组成主要有铬/镍钢、蒙乃尔钢、奥氏体钢以及锰和铬铁铜合金等，这种钻铤不易被磁化且交个较低，但是在盐水钻井液中其对腐蚀较为敏感。在使用非磁钻铤时，需要控制稳定器对罗盘产生的影响，达到节省非磁钢材的目的。
井下动力钻具包括涡轮钻具、容积式马达以及电动钻具等三类，容积式马达可以保证钻井眼尺寸与原井眼尺寸相同，如果井内存在桥塞，在造斜前需要通过循环保证井底干净，工作转速与空转转速相差不大时更利于钻头的选型，钻具使用较多的是迪那钻具和螺杆钻具。迪那钻具分为Mach1型弹头螺杆马达、Mach2型多头螺杆马达以及Mach3型弹头螺杆马达。它是由定子、转子、旁通阀、轴承总成、万向轴以及传动轴组成。螺杆钻具是由旁通阀、马达、万向轴以及传动轴四个部分组成，其动力是来自循环钻井液，当压力达到一定程度时，钻井液进入钻具马达，由于其螺旋形空腔而带动转子转动，在万向轴的传递下带动传动轴和钻头转动。如果没有钻井液循环以及低泵冲循环时，通过弹簧作用使得阀芯在上部位置而开启旁通孔，钻井液进入钻柱或自钻柱泻出，将钻井液的功率转为为机械能。
3 钻井轨道保证
定向井是沿着设计的井眼轨迹，在既定方向偏离井口垂线一定距离而达到一定目标的井，其分为普通定向井、大斜度定向井以及径向水平丛式井。稳定器的应用可以保证钻井轨道，定向井使用的稳定器可以分为螺旋式稳定器和滚子式稳定器两类，在目前定向井中使用最多的是螺旋式稳定器。
稳斜钻具的组合使用可以减小稳定器之间、钻头与稳定器之间的相对距离，加强了下部钻具的刚性，使其在受压下变形收限制而达到稳斜效果，达到稳定井斜与方位的目的。稳定器下部钻具组合中的位置调整可以改变钻具组合的受力状态，保证对井眼轨迹的控制。在稳定器进出井口时，需要对其外径、磨损情况以及在钻具组合中的安放位置作详细检查，通常情况下，稳定器的外径磨损要小于2mm。对井眼进行修整，可以保证井眼曲线曲率平稳、圆滑变化，能有效的应对井下复杂情况。
4 水泥注入工艺分析
在现今油田钻井现场，因为对定向井的水泥顶替机理缺乏全面的认知，在顶替效率方面没有系统、完整的配套措施。可以通过建立实验设备进行综合分析，在相关研究资料显示，可以通过混浆密度拟连续测量法来对顶替效率进行测试，与观测相结合就能系统的研究井斜角、密度差、雷诺数以及相关因素对水泥过程中顶替效率和效果的影响进行分析。
在井斜角与偏心度相对稳定时，水泥密度差和顶替排量之间为相对稳定的配比，通过合理搭配密度和雷诺数就能获得较好的顶替效果。对其分析可发现，在井斜角角度较大的情况下，密度也会随之加大，这就增加了顶替液体沿环外空低边进入的趋势，如果出现偏心度严重增加，顶替液会轻松沿环外空高边率进行顶替；如果井斜角角度偏小，在偏心程度增加，密度差增加时，通过减小雷诺数能有效的增加环空顶替效果；在雷诺数加大时，顶替液会沿着高边率优先顶替，因此，要想获得更好的顶替交过就需要制定合理的密度差与雷诺数。
如果井斜角角度小或井眼相对垂直，层流注入水泥时套管居中，加大正密度差能有效的提高顶替效率；如果套管在井内出现便宜，加大正密度差能减小偏心的影響，利于顶替效果的提高。在井斜角水平或较大时，套管居中小的密度差会有更好的顶替效果，无论密度差的正负，都容易在顶替过程中产生分层流动；套管偏离中心时，正密度差会对顶替效率产生影响。
井斜角、偏心度、密度差以及雷诺数决定了顶替液是沿高边还是低边突进。通常情况下，紊流注水泥较层流注水泥有着更好的顶替效果，而层流注水泥会随着雷诺数的加大而效果变好。井斜角对层流注水泥的影响较大，随着井斜角的加大，正密度差顶替时重的顶替液会更容易沿环空低边突进，水平井注水泥时甚至还会发生明显的分层流动现象。
参考文献
[1] 杭程.定向井中井斜角随井深变化分析及预防措施[J]. 西部探矿工程，2013.1
[2] 韦丙珂.探讨定向井直井段防斜技术现状与发展趋势[J].中国科技博览， 2013.5