概述

鉆井技術(shù)發(fā)展的最高階段是自動(dòng)化鉆井。所謂自動(dòng)化鉆井就是：鉆井全部過程依靠傳感器測(cè)量各種參數(shù)，并采用計(jì)算機(jī)采集，進(jìn)行綜合解釋與處理，然后再發(fā)出指令，最后由各相關(guān)設(shè)備自動(dòng)執(zhí)行，使整個(gè)鉆井過程變成一個(gè)無人操作的自動(dòng)控制過程。在鉆井泥漿泵自動(dòng)控制過程當(dāng)中，井下隨鉆測(cè)量和井下自動(dòng)控制是關(guān)鍵環(huán)節(jié)，同時(shí)也是關(guān)鍵技術(shù)，二者結(jié)合起來實(shí)際上是井眼軌跡自動(dòng)控制技術(shù)—導(dǎo)向鉆井技術(shù)。

導(dǎo)向鉆井技術(shù)

導(dǎo)向鉆井技術(shù)是鉆井工程領(lǐng)域的高新技術(shù)，代表著世界最先進(jìn)的鉆井發(fā)展方向。目前，在世界范圍內(nèi)水平井、大位移井，分支井等高難度的復(fù)雜井蓬勃發(fā)展，并得到大規(guī)模應(yīng)用，傳統(tǒng)的鉆井技術(shù)難以適應(yīng)這些高難度井的作業(yè)需要，必須依靠先進(jìn)的導(dǎo)向技術(shù)才能保證井眼軌跡的準(zhǔn)確無誤。

鉆井泥漿泵導(dǎo)向方式

導(dǎo)向方式主要有兩種：

1）幾何導(dǎo)向：

由井下隨鉆測(cè)量工具（MWD/LWD）測(cè)量幾何參數(shù)，井斜、方位和工具面的數(shù)值傳給控制系統(tǒng)，由控制系統(tǒng)及時(shí)糾正和控制井眼軌跡。

2）地質(zhì)導(dǎo)向：

地質(zhì)導(dǎo)向是在擁有幾何導(dǎo)向能力的同時(shí)又能根據(jù)隨鉆測(cè)井（LWD）得出的地質(zhì)參數(shù)（地層巖性、地層層面、油層特點(diǎn)等），實(shí)時(shí)控制井眼軌跡，使鉆頭沿著地層的最優(yōu)位置鉆進(jìn)。這樣可在預(yù)先不掌握地層特性的情況下實(shí)現(xiàn)最優(yōu)控制。

地質(zhì)導(dǎo)向可利用近鉆頭處實(shí)時(shí)采集的地質(zhì)地層參數(shù)，超前預(yù)測(cè)和識(shí)別油氣層，并根據(jù)需要調(diào)整井眼軌跡，引導(dǎo)鉆頭準(zhǔn)確鉆達(dá)油氣富集區(qū)域。 地質(zhì)導(dǎo)向的技術(shù)關(guān)鍵是近鉆頭處地層參數(shù)、井眼軌跡參數(shù)和鉆頭工作參數(shù)的實(shí)時(shí)測(cè)量。

導(dǎo)向工具

導(dǎo)向鉆井的實(shí)現(xiàn)主要靠導(dǎo)向工具，導(dǎo)向工具分兩大類：

1）滑動(dòng)式導(dǎo)向工具

滑動(dòng)式導(dǎo)向工具的特征是導(dǎo)向作業(yè)時(shí)鉆柱不旋轉(zhuǎn) ，鉆柱隨鉆頭向前推進(jìn)，沿井壁滑動(dòng)。 滑動(dòng)式導(dǎo)向存在許多缺點(diǎn)：鉆柱的扭矩、摩阻大；井眼清洗不徹底；械鉆速慢等等，但目前仍占主導(dǎo)地位。

定向鉆井大多使用井下動(dòng)力鉆具，主要的滑動(dòng)式導(dǎo)向工具有：彎外殼馬達(dá)、可調(diào)彎接頭、可變徑穩(wěn)定器等。滑動(dòng)式導(dǎo)向工具組合方式：鉆柱+MWD/LWD+動(dòng)力鉆具+鉆頭。

2）旋轉(zhuǎn)式導(dǎo)向系統(tǒng) （RSS）

旋轉(zhuǎn)式導(dǎo)向工具直接引導(dǎo)鉆頭沿期望的軌跡鉆進(jìn)，從而避免鉆柱躺在井壁上滑動(dòng)，使井眼得到很好的清洗，同時(shí)允許根據(jù)地層選擇合適的鉆頭。這樣可顯著地減輕或消除滑動(dòng)式導(dǎo)向工具的不足。

目前旋轉(zhuǎn)式導(dǎo)向工具主要有：VDS自動(dòng)垂直直井鉆井泥漿泵系統(tǒng)、SDD自動(dòng)直井鉆井系統(tǒng)、ADD自動(dòng)定向鉆井系統(tǒng)、RSD旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)，RCLS旋轉(zhuǎn)閉環(huán)鉆井系統(tǒng)等。

旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井特點(diǎn)

1）在鉆柱旋轉(zhuǎn)的情況下，具有導(dǎo)向能力；

2）可以與井下馬達(dá)一起使用；

3）配有全系列標(biāo)準(zhǔn)的地層參數(shù)及鉆井泥漿泵參數(shù)檢測(cè)儀器；

4）配有地面&井下雙向通訊系統(tǒng)，可根據(jù)井下傳來的數(shù)據(jù)，在不起鉆的情況下從地面發(fā)出指令改變井眼軌跡；

5）工具設(shè)計(jì)制造模塊化、集成化；

6）可以在150℃以上的高溫井中使用；

7）不需要特殊的鉆井參數(shù)，就可以保證最優(yōu)的鉆井過程；

8）導(dǎo)向自動(dòng)控制，以保證準(zhǔn)確光滑的井眼軌跡。

旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向主要技術(shù)參數(shù)

1）測(cè)量井深：指井口至測(cè)點(diǎn)間的井眼實(shí)際長(zhǎng)度。  

2）垂直井深：通過井眼軌跡上某點(diǎn)的水平面到井口的距離。

3）造斜點(diǎn)：從垂直井段開始傾斜的起點(diǎn)。  

4）井斜角：測(cè)點(diǎn)處的井眼方向線與重力線之間的夾角。  

5）方位角：以正北方向線為始邊，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)至方位線所轉(zhuǎn)過的角度，該方向線是指在水平面上，方位角可在0—360°之間變化。

6）井斜變化率： 井斜變化率是指單位長(zhǎng)度內(nèi)的井斜角度變化情況。以度／100米來表示也可使用度／30米或度等）。 

7）方位變化率：方位變化率是指單位長(zhǎng)度內(nèi)的方位角變化情況，以度／100米來表示（也可使用度／30米等）。  

8）狗腿嚴(yán)重度：狗腿嚴(yán)重是用來測(cè)量井眼彎曲程度或變化快慢的參數(shù)（以度／30米表示），狗腿嚴(yán)重度 既包括了井斜角的變化也包括了方位角的變化，是鉆進(jìn)過程當(dāng)中需要重點(diǎn)關(guān)注的數(shù)據(jù)

9）GR-自然伽馬

GR是測(cè)量地層里面的放射性含量，巖石里粘土含放射性物質(zhì)最多。通常，泥巖GR高，砂巖GR低。

10）CAL-井徑

井徑就是測(cè)量井眼尺寸的大小。比如用八寸半的鉆頭鉆的井眼，測(cè)量的井徑或?yàn)榘舜绨耄虼笥诎舜绨耄ǚQ擴(kuò)徑），或小于八寸半（稱縮徑）。測(cè)量的井徑是對(duì)所鉆井泥漿泵眼尺寸大小的直觀認(rèn)識(shí)。

11）AC-聲波

人們常說的聲波即是聲波時(shí)差，單位為毫秒每英尺，聲波時(shí)差小，也就是聲波在地層傳播的時(shí)間少，說明地層比較致密和堅(jiān)硬。反之地層比較疏松。

12）CN-中子

用放射源向地層發(fā)射高能粒子轟擊地層的原子來測(cè)量中子，我們也叫中子孔隙度，也叫總孔隙度，測(cè)量的是流體體積占整個(gè)巖石的百分比。

13）電阻率 resistivity

電阻率分為微側(cè)向和雙側(cè)向（包括淺側(cè)向和深側(cè)向），它們的區(qū)別就在于探測(cè)深度不一樣，深側(cè)向探測(cè)深度最大，淺側(cè)向次之，微側(cè)向最小。由于泥漿對(duì)地層的侵入不同，井眼為圓心在不同的半徑范圍內(nèi)，地層有完全被泥漿侵入、部分被泥漿侵入、未被泥漿侵入，這分別對(duì)應(yīng)微側(cè)向、淺側(cè)向、深側(cè)向探測(cè)的地層。