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1、定向井知识培训教材 钻井工程技术研究院二六年五月第二节 定向井钻井技术学习目标：了解负压钻井技术，熟悉平衡钻井及近平衡钻井技术，掌握定向钻井技术，能够进行定向操作。准备工作：（1）井眼畅通，钻井泵及固控设备运转正常。（2）根据井底井斜角、方位角及地层岩性，选择相应的定向接头和弯接头。（3）检查动力钻具是否符合要求。（4）检查是否无磁钻铤内的磁铁块嵌装是否牢固； （5）装好测斜仪，检查测斜绞车固定是否牢固、刹车是否可靠，钢丝是否完好不打扭。一、定向井的基本概念定向井是按照一定的目的和要求，沿预先设计的井斜角、方位角和井眼轴线形状进行钻进的井。定向井相对直井而言它具有一定的井斜角和方位角，而直井是
2、井斜角为零的井，虽然实钻井眼都存在一定井斜度，但它仍然是直井。1定向井的发展史定向井首先是从美国发展起来的，在十九世纪后期，美国的旋转钻井代替了顿钻钻井。当时没有考虑控制井身轨迹的问题，认为钻出来的井必定是铅垂的，但通过后来的井筒测试发现，那些垂直井远非是垂直的。并由于井斜原因造成了侵犯别人租界而造成被起诉的案例。最早采用定向井钻井技术是在井下落物无法处理后的侧钻。早在1895年美国就使用了特殊的工具和技术达到了这一目的。有记录定向井实例是美国在二十世纪三十年代初在加利福尼亚油田钻成的。 第一口救援井是1934年在东德克萨斯康罗油田钻成的。救援井是指定向井与失控井具有一定距离，在设计和实际钻井
3、让救援井和失控井眼相交，然后自救援井内注入重泥浆压住失控井。目前最深的定向井由BP勘探公司钻成，井深达10654米； 水平位移最大的定问井是BP勘探公司于己于1997年在英国北海的 Rych Farn油田钻成的M11井，水平位移高达10114米。 我国定向钻井技术的发展可以分为三个阶段，5060年代开始起步，首先在玉门和四川油田钻成定向井及水平井：玉门油田的C215井和四川磨三井，其中磨三井总井深168米，垂直井深350米，水平位移4442米，最大井斜92，水平段长160米；70年代扩大试验，推广定向井钻井技术；80年代通过进行集团化联合技术攻关，使得我国定向钻井软件到硬件都有了一个大的发展。
4、 2定向钻井的分类 按定向钻井的用途分类可分为以下几种类型：普通定向井多目标定向井 丛式井定向井 救援定向井水平井空间三维多目标水平井分枝井、多底井3 定向井基本术语1）井深：指井口（转盘面）至测点的井眼实际长度，人们常称为斜深。国外称为测量深度（Measure Depth）。2）测深：测点的井深，是以测量装置（Angle Unit）的中点所在井深为准。3）井斜角：该测点处的井眼方向线与重力线之间的夹角（见图11）。井斜角常以希腊字母表示，单位为度。4）井斜方位角：是指以正北方位线为始边，顺时针旋转至井斜方位线所转过的角度（见图12）。井斜方位角常以希腊字母表示，单位为度。实际应用过程中常常简
5、称为方位角。 5）磁方位角：磁力测斜仪测得的井斜方位角是以地球磁北方位线为准的，称磁方位角。 图11井斜角示意图 图12井斜方位角示意图6）磁偏角：磁北方位线与真北方位线并不重合，两者之间有一个夹角，这个夹角称为磁偏角。磁偏角又有东磁偏和西磁偏角之分，当磁北方位线在正北方位线以东时，称为东偏角；当磁北方位线在正北方位线以西时称为西偏磁偏角。进行磁偏角校正时按以下公式计算：真方位角磁方位角东偏磁偏角真方位角磁方位角一西偏磁偏角图13磁偏角示意图7）井斜变化率：是指井斜角随井深变化的快慢程度，常以Ka表示，井斜变化率的单位常以每100米度表示。8）井深方位变化率：实际应用中简称方位变化率，是指井斜
6、方位角随井深变化的快慢程度，常用K表示。井斜方位变化率的单位常以每100米度进行表示。9）全角变化率（狗腿严重或井眼曲率）：从井眼内的一个点到另一个点，井眼前进方向变化的角度（两点处井眼前进方向线之间的夹角），该角度既反映了井斜角度的变化又反映了方位角度的变化，通常称为全角变化值。两点间的全角变化值相对与两点间井 眼长度L变化的快慢及为全角变化率。 10）垂深（垂直井深）：即某测点的垂直深度，以H表示。是指井身任意一点至转盘面所在平面的距离。11）水平投影长度：是指自井口至测点的井眼长度在水平面上的投影长度。以S表示。12）水平位移：简称平移，是指测点到井口垂线的距离。在国外又称为闭合距（Cl
7、osure Distance）。13）平移方位角：又称为闭合方位角（Closure Azimuth），常用表示，是指以正北方位线为始边顺针方向转至平移方位线上所转过的角度。14）视平移：又称为投影位移，井身上的某点在垂直投影面上的水平位移。在实际定向井钻井过程中，这个投影面选在设计方位线上。所以视平移也可以定义为水平位移在设计线上的投影。15）高边：在斜井段用一个垂直于井眼轴线的平面于井眼（这时的井眼不能理解为一条线，而是一个具有一定直径的圆）相交，由于井眼是倾斜的，故井眼在该平面上有一个最高点，最高点与井眼圆心所形成的直线即为井眼的高边。16）工具面：工具面就是造斜工具弯曲方向的平面。17）
8、磁性工具面角：造斜工具弯曲的平面与正北方位所在平面的夹角。18）高边工具面角：造斜工具弯曲方向的平面与井斜方位角所在平面的夹角。19）装置角：造斜工具弯曲方向的平面与原井斜方向所在平面的夹角，通常用表示。20）反扭矩：在用井底动力钻具钻进时，都存在一个与钻头转动方向相反的扭矩，该扭矩被称为反扭矩。21）反扭角：使用井底动力钻具钻进时，都存在一个与钻头转动方向相反的扭矩，由于该扭矩的作用，使得井底钻具外壳向逆时针方向转动一个角度，该角度被称为反扭角。22）贮层顶部：水平井段控制油层的顶部23）贮层底部：水平井段控制油层的底部24）设计入口角度：进入储层顶部的井斜角度25）着陆点：井眼轨迹中井斜角
9、达到90的点26）入口窗口高度：入靶点垂直方向上下误差之和27）入口窗口宽度：入靶点水平方向左右误差之和28）出口窗口高度：出靶点垂直方向上下误差之和29）出口窗口宽度：出靶点水平方向左右误差之和30）着陆点允许水平偏差：着陆点允许水平方向前后的误差31）单弯动力钻具：动力钻具壳体上具有一个弯曲角度的动力钻具，特点是造斜率较弯接头组合高，钻头偏移较小 第二节 水平井钻井技术简介所谓水平井，是指一种井斜角大于或等于86，并保持这种角度钻完一定长度水平段的定向井。1、水平井的类型及各种类型水平井的特点（1）水平井的类型：根据水平井曲率半径的大小分为：长曲率半径水平井（小曲率水平井）；中曲率半径水平
10、井（中曲率水平井）；短曲率半径水平井（大曲率水平井）。（2）不同曲率水平井的基本特征及优缺点 不同曲率水平井的基本特征表井型 项目 长半径水平井中半径水平井短半径水平井造斜率630米6-2030米150-30030米曲率半径304914米29187米126米井眼尺寸无限制1214-434614-434钻井方式转盘钻或导向钻井系统造斜段：特种马达或导向钻井系统水平段：转盘钻或导向钻井系统以使用特种工具的转盘钻进为主，目前也使用特种马达方式钻 杆常规钻杆15100米使用抗压钻杆铰接驱动钻杆测量工具无限制有线随钻测斜仪，MWD，但井眼6 18时不能使用转盘钻井时使用多点测斜仪马达钻井时使用有线随钻测
11、斜仪地面设备常规钻机常规钻机需要配备顶部驱动系统或动力水龙头完井方式无限制无限制裸眼或割缝管表1 水平井分类造斜率分类造斜率半径国际长28/25.4 m2865716 m中830/25.4m716191 m中短3060/25.4m19195 m短60200/25.4m9528 m国内长8/30m286.5m中820/30m286.586m中短2070/30m8524m短70300/30m245.77m 不同曲率水平井的优缺点优点缺点长半径水平井1.穿透油层段最长 2.使用标准的钻具及套管3.“狗腿严重度”最小4.使用常规钻井设备5.可使用多种完井方法6.可采用多种举升采油工艺7.测井及取芯方便
12、8.井眼及工具尺寸不受限制1.井眼轨道控制段最长2.全井斜深增加最多3.钻井费用增加4.各种下部钻具组合较长5.不适合薄油层和浅油层6.转盘扭矩较大 7.套管用量最大8.穿过油层长度与总水平位移比最小中半径水平井1.进入油层时无效井段较短2.使用的井下工具接近常规工具3.使用动力钻具成导向钻井系统4.离构造控制点较近5.可使用常规的套购及完井方法6.并下扭矩及阻力较小7.较高及较稳定的造斜率8.井眼轨迹控制井段较短9.穿透油层段较长（1000米）10.井眼尺寸不受限制11.可以测井及取芯12.从一口直井可以钻多口水平分枝井13.可实现有选择的完井方案1. 要求使用MWD测量系统2. 要求使用加
13、重钻杆或抗压缩钻杆短半径水平井l.井眼曲线段最短2.侧钻容易3.能够准确击中油层目标4.从一口直井可以钻多口水平分枝井5.直井段与油层距离最小6.可用于浅油层7.全井斜深最小 8.不受地表条件的影响1非常规的井下工具2非常规的完井方法3穿透油层段短（120180米）4井眼尺寸受到限制5起下钻次数多6要求使用顶部驱动系或动力水龙头7井眼方位控制受到限制8目前还不能进行电测2、 定向井、水平井基本施工步骤简介1）定向井井位的确定 井位坐标要求：基本数同一般直井。丛式井坐标需一同下发，以便作出丛式井整体设计。注明各中靶点的坐标及垂直深度，提供最新井位构造图。2）地面井口位置的选择工程、地质设计及测量人员根据井位坐标和地面实际条件确定井口位置和井架整托方向（丛式井）。井口位置选择尽量利用地层自然造斜规律。多目标井井口位置在第一靶点和最后一个靶点联线的延长线上。井架立好后需要进行井口坐标的复测。2003年钻井四公
