【文章內容簡介】 術 中，最簡單最早的定向井鉆井技術是采用干燥空氣作為鉆井液。后來選用天氣然作為鉆井液。當在產氣區(qū)鉆井或接近天然氣管線的區(qū)域使用天然氣鉆井，成本是較低的。另一種選擇的氣體是用惰性氮氣代替空氣作為循環(huán)介質。氮氣可以是液氮，或在現(xiàn)場用中空纖維膜制氮裝備生產的氮氣?，F(xiàn)場制氮這種方法，目前國外普遍采用。 兩相鉆井液，從單一的氣相和單一的液體的所液兩相的混合就可獲得任一所期望得到的鉆井液密度。氣體和液體的混合物，有時也稱為輕質鉆井液（低密度鉆井液），按氣相和液相的結構及相對體積數(shù)，輕質鉆井液又分為霧、泡沫和充氣 鉆井液，在通常的壓力和溫度情況下，它們的結構及性能取決了氣相和液相的相對體積分數(shù)。不同的鉆井液具有不同的密度 . 液態(tài)鉆井液，當?shù)貙涌紫秹毫νǔ３^同一深度的淡水或鹽水靜液壓力時，使用常規(guī)液鉆井液，控制鉆井液的密度就可利用地層壓力自然形成定向井條件。 定向井總論 20 世紀 90 年代，定向井鉆井技術開始在國外迅速發(fā)展，目前全球裝備的定向井鉆井數(shù)量已經(jīng)超過 萬口，到 2021 年將超過 2 萬口。在許多發(fā)達國家，定向井鉆井已經(jīng)成為常規(guī)鉆井技術，例如，美國、加拿大兩國的定向井鉆井已經(jīng)占到本國鉆井總量的 1/5 左右。定 向井鉆井技術有很多優(yōu)點，例如，它能有效解決傳統(tǒng)鉆井污染油氣層的難題，大大減輕鉆井對地層的傷害。它從根本上解決了井漏難題，還能有效發(fā)現(xiàn)各種隱蔽性的油氣層，從而開采那些用傳統(tǒng)方法、設備、工藝發(fā)現(xiàn)不了的油氣田。定向井鉆井技術還能大大提高油氣開采效率，例如，第一，產量方面，根據(jù)某些國外企業(yè)的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，與常規(guī)方法鉆水平井相比，定向井鉆井技術能夠使水平井產量提高約 10 倍；第二，速度方面，定向井鉆井的速度比常規(guī)鉆井提高了10 多倍，有的甚至超出約 20 倍。 在國外，定向井鉆井技術已經(jīng)在多種技術路線上形成系統(tǒng)、完備、穩(wěn)定、 有效的裝備和工藝技術體系，如氣體鉆井、霧化鉆井、泡沫鉆井、充氣鉆井、淡水或鹵水鉆井液鉆井、常規(guī)鉆井液鉆井和泥漿帽鉆井等。從專利文獻看，國外定向井鉆井技術主要集中在井控、鉆井液、程序設計、特殊工具等方面。不過，隨著定向井鉆井技術的不斷更新，其專利部署空間在持續(xù)拓展。在油氣鉆探和開采這個特殊行業(yè)，靠所謂基礎專利壟斷國際技術標準的局面沒有出現(xiàn)，今后也很難出現(xiàn)。 目前，我國各油氣田都在應用定向井鉆井技術，國內定向井鉆井數(shù)量在快速增加，可望在五年內從不足全國鉆井總數(shù)的 %增加到 3%～ 5%。隨著我國大批鉆探隊 伍開赴海外并廣泛使用新技術，我國在海外擁有的定向井鉆井數(shù)量也將快速增加。在我國石油行業(yè)，定向井鉆井技術已經(jīng)成為成熟、系統(tǒng)化的技術。在該技術領域，我國各油田已經(jīng)成功試用或者應用泡沫鉆井、空氣鉆井、氮氣鉆井、尾氣鉆井、天然氣鉆井、充氣鉆井、霧化鉆井等主要技術路線。尤為可喜的是我國不但研究、開發(fā)、改進了大量定向井鉆井技術方案，而且設計、制造了大量的定向井鉆井裝備，逐步實現(xiàn)了主要裝備的國產化，并逐步開始向海外輸出技術、工藝和裝備 我國是鉆井技術應用大國，例如，僅在國內，我國每年新打鉆井 1 萬多口。我國在世界鉆井 技術的發(fā)展方向上有話語權，適合制定擁有自主知識產權的國內技術標準。 2021 年 8月，我國石油天然氣工業(yè)標準化委員會下屬的“石油鉆井工程專業(yè)標準化委員會”聯(lián)合國內三大石油集團，以及企業(yè)下屬的主要研究院所，召開了“ SY/T6543《定向井鉆井技術規(guī)范》標準宣貫暨定向井鉆井技術國際交流會”。此次會議發(fā)布、解釋了 SY/T6543《定向井鉆井技術規(guī)范》的第 1 部分，設計方法；第2 部分，井口壓力控制裝置及地面裝置配備要求；第 3部分，施工規(guī)等。隨著鉆井技術標準化工作的深入發(fā)展，我國還將陸續(xù)發(fā)布其他相關標準。例如，“石油鉆井工 程專業(yè)標準化委員會”將升級為“國家石油鉆井工程專業(yè)標準化委員會”。除了固井專業(yè)組，該委員會下屬的海洋鉆井工藝組、特殊工藝井組、鉆井工藝組、泥漿組都將在今年下半年舉行專業(yè)會議，審定其他一些工業(yè)標準。隨著標準化工作的深入開展，我國定向井鉆井領域的基礎技術體系將浮出水面，我國企事業(yè)單位可望通過專利對技術標準涵蓋的工藝、方法、裝備等形成有效的控制。 通過在井隊上的實習，我也了解了一口井的全過程！ 井場概況 井場是在陸地上打井時為便于鉆井施工，在井口周圍平整出來的一片平地，面積根據(jù)鉆機鉆探能力的大小而定，鉆 6km 深井的鉆機約需 120 90m2，鉆 3km 井深的鉆機約需 100 60m2，再小于此的鉆機，井場可小到 60 80m2。井場用于放置鉆井設備如井架、動力機、泥漿泵及循環(huán)系統(tǒng)、以及存放鉆桿、套管等管材，放置水罐、油罐、洗井液罐及堆放洗井液材料、各種配件等。并設有值班房、發(fā)電房、庫房等臨時建筑。 井場的空場大小應能滿足搬家、安裝、固井及處理事故等作業(yè)時大批車輛進出、擺放的需要。 井場的形狀大體上為長方形，可因地制宜以減少土方量。但公路應從井架大門前方通入井場，不應從鉆井設備后部通入（即所謂倒井場），油罐等也不應 放于井場入口附近，以免井場上出現(xiàn)井噴、失火等險情時搶險車輛無法進入井場。對離礦區(qū)較遠的探井，尚需有生活設施如宿舍、廚房、飯廳等。 鉆井過程 一口井從開始鉆鑿到完成，要經(jīng)過很多道工序。 （ 1） 準備工作 ①定井口位置 地質師根據(jù)地質上或生產上的需要確定井底位置。當井身軸線按鉛垂線設計時，井口中心與井底中心位置在同一鉛垂線上，這就是直井。如果井身軸線對鉛直線而言是斜的或是曲線形狀，則井口中心位置將不與井底中心在同一鉛垂線上，這就是定向井。 ②修公路 為了將各種設備與物資運入井場，需要修公路。因有時滿載車 總重可達 30~40t 或更多，公路應能通行重車。公路不平將減小車速，并使車輛過早損壞。 ③平井場 在井口周圍平整出一塊場地以供施工之用。井場面積因鉆機而異，大型鉆機約需 120 90m2，中型鉆機約為 100 60m2，形狀大致呈長方形，可因地制宜。 ④打基礎 為了保證設備在打井過程中不會因下陷不均勻而歪斜，要打基礎（或稱基墩）。小些的基礎可用方木或預制件，大型的基礎則在現(xiàn)場用混凝土澆灌。 ⑤安裝 立井架，安裝鉆井設備、泥漿泵，安放或挖掘泥漿池、泥漿槽等。 （ 2） 鉆進 當前世界各地普遍使用的鉆井方 法是旋轉鉆井法（或稱轉盤鉆法），此法始于 1900 年。 ① 鉆進 直接破碎巖石的工具叫鉆頭。鉆進時用足夠的壓力把鉆頭壓到井底巖石上，使鉆頭的刃部吃入巖石中。鉆頭上邊接鉆柱，用鉆柱帶動鉆頭旋轉以破碎井底巖石，井就會逐加深。加到鉆頭上的壓力叫鉆壓，是靠鉆柱在洗井液中的重量（即鉆柱在空氣中的重量減去在洗井液中的浮力后的重量）的一部分產生的。鉆柱把地面上的動力傳給鉆頭，所以，鉆柱是從地面一直延伸到井底的，井有多深，鉆柱就有多長。隨著井的加深，鉆柱也逐漸增長，其重量也逐漸加大，以致于會超過鉆壓的需要。過大的鉆壓將會引起 鉆頭、鉆柱、設備的損壞，所以必需將大于鉆壓的那部分鉆柱重量吊懸起來，不使作用到鉆頭上。 ② 洗井 井底巖石被鉆頭破碎以后形成小的碎塊，稱為鉆屑，也 常稱為砂。鉆屑積多會妨礙鉆頭鉆鑿新的井底，引起機械鉆速下降 .所以必需及時地把鉆屑從井底清除掉，并攜出地面，這就是洗井。 洗井用洗井液進行。洗井液可以是以水、油為基礎的懸浮液，也可 以是空氣或天然氣等氣體。當前用得最多的是以水為基礎的水基洗井液，即粘上分散于水中所形成的懸浮液。也有人把洗井液稱為鉆井液，但多數(shù)人則把各種洗井液統(tǒng)稱之為泥 漿。用氣體洗井時則稱為空氣鉆井。 鉆柱是中空的管柱，把洗井液經(jīng)鉆柱內孔注入井中，從鉆頭水眼中流出以清洗鉆頭并沖向井底，將鉆屑沖離井底，鉆屑隨同洗井液一同進入井眼與鉆柱之間的環(huán)形空間，向地面返升，一直返到地面，其流程見圖 21。 鉆屑在地而上從洗井液中分離出來并被清除掉，稱為除砂。不含鉆屑的洗井液再被注入井內，重復使用。洗井液為氣體時則不再回收。 在鉆進時，洗井是與破碎巖石同時進行的。為了維持洗井液不間斷地循環(huán)，就需用泵連續(xù)灌注。液體在流經(jīng)管路時是要損耗能量的，即要克服流動阻力而損耗洗井液所具有的壓力 。因此，泵的出口壓力應較高以維持循環(huán)。 ③接單根 在鉆進過程中，由于井在不斷加深，鉆柱也要及時接長，每次接入一根鉆桿叫做接單根。打一口井要接很多次單根。 ④起下鉆 為了更換磨損了的鉆頭，需將全部鉆柱從井中取出，換了新鉆頭以后再重新下入井中，叫起鉆和下鉆。一口井要用很多只鉆頭才能鉆成，所以起下鉆的次數(shù)是很多的。為了提高效率，節(jié)省時間，起下鉆時不是以單根鉆桿為單位進行接卸，而是以二或三根鉆桿為一接卸單位，稱為立根。立根長度一般為 24~28m。為了配合這么長的立根，井架高度一般為 41m 左右。 也可能是其 它原因，如打撈落入井中的物件，解決卡鉆等工作也需要進行起下鉆的操作。 ⑤固井 一口井在鉆鑿過程中，要穿過各種性質不同的地層：有的地層巖石堅硬，井眼形成以后可以維持較長時間而不致坍塌；有的地層則很松軟、破碎，形成的井壁不穩(wěn)定，井壁上的巖