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1、中国石油吐哈油田分公司,钻井井身质量控制,一、井身质量相关概念 二、直井井身质量 三、定向井井身质量 四、水平井井身质量,汇报提纲,井身质量是指所钻井眼形状的质量，它是钻井工程质量的重要组成部分，是钻井勘探开发目的和要求的保证，还对钻井后续工程（如测井、固井、采油等）的质量和安全产生重要影响。,1.井身质量定义,一、井身质量相关概念,井斜角：又叫井斜，通常定义为井眼轴线上某点的切线与铅垂线的夹角。 方位角：井眼轴线的切线在水平面投影的方向与正北方向之间的夹角。,一、井身质量相关概念,2.井身质量指标,全角变化率：又称狗腿度或者井眼曲率，单位井段长度井眼轴线在三维空间的角度变化。,一、井身质量相
2、关概念,2.井身质量指标,水平位移：指井眼轨迹上的点至井口所在铅垂线的的距离。 井径扩大率：是指所钻井眼的实际井径比所用钻头直径增大的百分比。,一、井身质量相关概念,2.井身质量指标,定向井的靶：定向井的靶是对应某一垂深的水平圆（一口井不一定只有一个靶），判断是否中靶就是看实际井眼轨迹与这一垂深的水平面的交点到靶心的距离是否小于允许的靶圆半径。,一、井身质量相关概念,2.井身质量指标,水平井的靶：是横截面为矩形或圆的水平柱状体，水平井的中靶就是要使轨迹沿着水平柱状体的延伸方向从入靶面到出靶面水平穿过这个柱状体。,一、井身质量相关概念,2.井身质量指标,测斜仪：是钻井过程中用于测量井斜角、方位角
3、的仪器。 测量方式：单点测斜仪 多点测斜仪 记录方式：磁力测斜仪 电子测斜仪,一、井身质量相关概念,3.测量仪器,随钻定向仪：MWD，是用于钻探工程的专业工具，主要作用是能随时把井内探管获取的井底钻具方向的信息，经电缆、电磁波、脉冲信号传送到地面指示装置。,一、井身质量相关概念,3.测量仪器,在泥浆泵排量恒定情况下，改变泥浆的流通面积会造成泥浆液柱压力变化。 通过有规律的控制泥浆流通面积，就会产生规律的泥浆压力变化，从而传输数据。,一、井身质量相关概念 二、直井井身质量 三、定向井井身质量 四、水平井井身质量,汇报提纲,直井：是一条铅垂线的井，地面井口位置与钻达目的层的井底位置的地理坐标一致，
4、并且井眼从井口开始始终保持垂直向下钻进至设计深度的井。在实际钻井施工中，不可能钻出完全垂直的井，通常所说的直井是指接近垂直的井。,（一）直井概述,1.直井定义,勘探方面： 地质资料失真； 错过油气层； 测井困难。,（一）直井概述,2.井斜的危害,开发方面： 打乱布井影响开发方案； 下封隔器、及其座封困难； 影响分层开采、注水开采等作业； 加剧抽油杆与油管间磨损； 下电潜泵困难。,（一）直井概述,2.井斜的危害,钻井工程： 键槽卡钻、起下钻遇阻、井壁坍塌； 钻柱磨损套管； 钻柱疲劳破坏； 钻杆接头产生热龟裂损坏； 下套管困难、套管不居中、影响固井质量。,（一）直井概述,2.井斜的危害,层状地层
5、机理：重压崩掉遗留小台阶直至井眼与斜面垂直为止 方向：60，下倾 影响：倾角越大、成层性越强、钻压越大，则井斜越大。,（二）井斜的原因,1.地质因素,地层各向异性 机理：钻头将沿岩石可钻性最好的方向钻进。 钻进往往沿着强度最低，可钻性最好的方向进行。但预定的钻进方向往往和可钻性最好的方向不重合，故井眼发生偏斜。一般说来由于成层状况、胶结、层理等造成垂直于层面的方向强度低、可钻性好。,（二）井斜的原因,1.地质因素,岩性交替变化 井斜方向：上倾 影响机理： 由软地层硬地层 硬地层支撑，软地层吃入钻进快，偏转力矩造成井斜。 由硬地层软地层 产生台阶力,（二）井斜的原因,1.地质因素,以上三因素均与
6、地层倾角有关，可见，地层倾角是影响井斜的一个关键因素！ 断层 破碎带疏松不稳定，钻头受力不均、工作不稳造成井斜。 地应力 裂缝发育带,（二）井斜的原因,1.地质因素,基本原理：,（二）井斜的原因,2.下部钻具弯曲对井斜的影响,垂直井内下部钻柱弯曲对井斜的影响： 钻压为零或在合适的小钻压下：钻柱是直的 钻压增至钻压临界值：钻柱发生弯曲。 弯曲钻柱与井壁的接触点称为切点， 弯曲钻柱使钻头偏离井眼轴线一个角度、称为钻头倾斜角(钻头转角)。 切点处钻柱与井壁相磨刮可能产生坍塌； 弯曲钻柱旋转产生交变应力以至疲劳破坏； 钻头转角使钻头不再垂直向下，可能造成井眼倾斜。,（二）井斜的原因,2.下部钻具弯曲对
7、井斜的影响,斜井内下部钻柱弯曲对井斜的影响： 钻头上受的力： 在井眼方向： 井眼方向钻压分量：Pcos 造斜力：F1=钻压分量地层造斜力 =Fi+Ff=Psin+Ff 钟摆力：Fd=F/2,（二）井斜的原因,2.下部钻具弯曲对井斜的影响,当： F1Fd时，平衡 F1Fd时， 井斜角增大 F1达到新的平衡。,（二）井斜的原因,3.其它因素对井斜的影响,设备安装质量不好 钻井操作水平不高 防斜措施不当,（三）井斜的控制,井斜的控制方法：,1.钻具组合：通过增斜力与减斜力之间的平衡关系控制井斜。 提高钻头上的防斜力； 降低钻头上产生的增斜力。 例如：钟摆钻具、满眼钻具、塔式钻具等。 2.MWD随钻跟
8、踪 3.垂直钻井技术,（三）井斜的控制,1.钟摆钻具,工作原理 利用提高钻铤钟摆力的方法增大钻头上的降斜力。 增加降斜力的途径： 增大钻柱(切点以下)刚度 增大切点高度增加钻铤重量 增大切点高度的方法： 在比切点略高处安装一个稳定器,（三）井斜的控制,1.钟摆钻具,稳定器安放位置 稳定器位置的安放是钟摆钻具的关键： 过低：纠斜力偏小，效果差。 过高：稳定器以下可能形成新的切点、使钟摆钻具失效。 理想位置：在保证稳定器以下钻柱不与井壁接触条件下尽可能高。 影响因素：钻铤尺寸、钻压、井眼斜度,（三）井斜的控制,1.钟摆钻具,钟摆钻具的适用条件 不易井斜地区 用于纠斜 钟摆钻具的特点 在直井无防斜作
9、用,（三）井斜的控制,2.满眼钻具,满眼钻具组成 三个以上稳定器外径较大的钻铤 满眼钻具特点 刚性大，填满井眼,（三）井斜的控制,2.满眼钻具,工作原理 刚度大，间隙小，稳定器与井壁多点支撑，在大钻压下不易弯曲所造成的井斜，使钻压对井斜影响小。 地层横向力使稳定器顶住井壁而能承受了部分造斜力。 短钻铤的弹性弯曲在钻头上产生抗斜力。 关键：保证钻铤不发生弯曲，从而防止和减小了钻头出现的偏斜。,（三）井斜的控制,2.满眼钻具,在垂直井眼内 作用：保持井眼沿垂直方向钻进 原理：稳定的居中钻柱减少钻柱弯曲； 近钻头稳定器限制钻头横向位移 和钻头偏转。,（三）井斜的控制,2.满眼钻具,在增斜井眼内 作用
10、：减缓增斜速度 原理：钻头稳定器限制钻头横向位移和 偏转；钻头横向位移使短钻铤产 生弯矩抗拒弯曲。,（三）井斜的控制,2.满眼钻具,在降斜井眼内 作用：限制降斜速度 原理：钻头稳定器限制钻头横向位移和 偏转；短钻铤的弹性恢复力使降 斜减缓。,（四）直井井身质量标准,1.探井,井斜、井底水平位移要求,全角变化率要求,直井井斜、全角变化率连续三点超过规定为不合格； 直井井斜角、全角变化率两项中任一项合格则该井井身质量合格。,（四）直井井身质量标准,2.评价井、开发井,评价井直井井身质量考核标准同开发井部分； 直井井斜、全角变化率连续三点超过规定为不合格； 直井井斜角、全角变化率两项中任一项合格则该
11、井井身质量合格。,一、井身质量相关概念 二、直井井身质量 三、定向井井身质量 四、水平井井身质量,汇报提纲,定向井是使井筒沿特定方向钻达 地下预定目标的油气井。 定向钻井是使井眼沿预先设计的井眼轴线（井眼轨迹）钻达预定目标的钻井过程。,（一）定向井概述,1.定向井定义,2.定向井的应用范围 地面限制 油田所处地面不利于或不充许设置井场钻井或搬家安装受到极大障碍。,（一）定向井概述,2.定向井的应用范围 地下地质条件要求:增产 由于地质构造特点，定向井能更有利于发现油藏、增加开发速度。,（一）定向井概述,2.定向井的应用范围 丛式井平台,丛式井垂直剖面图,（一）定向井概述,2.定向井的应用范围
12、钻井技术的需要 需用定向井来处理井下复杂情况或易斜地层的钻井。 井喷失控需要钻定向救援井。 易斜区块的定向井开发。,（一）定向井概述,（二）定向井井身剖面设计,1.名词解释,直井段: 井斜角为0 造斜点：开始定向造斜的位置 增斜段：井斜角随井深增加的井段 定向造斜段：造斜点以下的增斜段 稳斜段：井斜不变的井段 降斜段：井斜角随井深增加而减小的井段,（二）定向井井身剖面设计,2.定向井井身剖面设计的原则,保证实现钻定向井的目的 根据不同的定向井钻井目的对定向井井身剖面进行合理设计。 例如： 裂缝性油藏：横穿裂缝 薄油层：大斜度或水平井 低渗块状油层：多底井,（二）定向井井身剖面设计,2.定向井井
13、身剖面设计的原则,保证实现钻定向井的目的 救援：目标层位、靶区半径、简单（快速、经济） 落鱼侧钻：避开落鱼、一定水平位移 整块油藏：按开发井网布置要求,（二）定向井井身剖面设计,2.定向井井身剖面设计的原则,正确选择造斜点、全角变化率、最大井斜角 造斜点的选择原则： 选在比较稳定、均匀的地层 尽量在软中硬地层造斜，并考虑钻头类型 尽量在方位漂移不大的地层造斜 应考虑垂深、水平位移、与最大井斜的要求 造斜点高则水平位移大，井斜小、低则相反,（二）定向井井身剖面设计,2.定向井井身剖面设计的原则,正确选择造斜点、全角变化率、最大井斜角 最大井斜角： 45o测井、完井施工难度大、扭方位困难、扭矩大、
14、井壁不稳 一般15o45o,（二）定向井井身剖面设计,2.定向井井身剖面设计的原则,正确选择造斜点、全角变化率、最大井斜角 全角变化率： 全角变化率过小则造斜井段过长，增加轨迹控制工作量；过大则造成钻具偏磨、摩阻过大、键槽、其它井下作业（如测井、固井、射孔、采油等）的困难。 全角变化率控制原则：定向井中应控制其最大值 5o-12o/30m，最大不超过16o/30m。,（二）定向井井身剖面设计,2.定向井井身剖面设计的原则,剖面设计应有利于安全、快速钻进，降低钻井成本 在满足钻井目的前提下，尽量选用比较简单的剖面类型； 尽量利用地层自然造斜规律； 尽量利用造斜工具造斜能力； 尽量使井身轨迹短，尽
15、可能保持较长的直井段。,（二）定向井井身剖面设计,3.井身剖面类型的选择,常规二维剖面 二维定向井剖面指设计井眼轴线仅在设计方位线所在铅垂平面上变化的定向井剖面。,（二）定向井井身剖面设计,3.井身剖面类型的选择,直、增、稳三段制剖面 最常用和最简单的井身剖面。 特点： 造斜点较浅、最大井斜角较小 使用范围： 靶点较浅、水平位移较大时常采用，造斜段完成后井斜角和方位角变化不大，轨迹控制容易。,（二）定向井井身剖面设计,3.井身剖面类型的选择,直、增、稳、降、稳五段制剖面 应用范围： 常用于靶点较深，水平位移较小的定向井、多目标井等。 特点： 难度较三段制剖面大，主要原因是有降斜段。降斜段会增大
16、扭矩、摩阻。,（二）定向井井身剖面设计,3.井身剖面类型的选择,三维定向井剖面 三维定向井剖面指在设计的井身剖面上既有井斜角的变化又有方位角的变化。 常用于在地面井口位置与设计目标点之间的铅垂平面内，存在井眼难以通过的障碍物，设计井需要绕过障碍钻达目标点。 三维绕障设计 纠编三维设计,（二）定向井井身剖面设计,4.定向井井身剖面的设计方法,掌握原始资料 地质要求，地面限制、地质剖面、地层造斜规律、工具能力，钻井技术、故障提示、井口及井底坐标等 确定剖面类型 确定造斜点、造斜率 计算最大井斜角 计算剖面上各井段井斜角、方位角、垂深、水平位移、段长 校核曲率,（三）定向井轨迹控制,1.定向井轨迹控制基本概念,要求：在实钻过程中，设法使实钻的井眼轨迹尽可能符合设计的井眼轨道。 实质：井眼轨
