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1、定向井专业知识培训教材,定向井钻井设计和井眼轨迹控制技术,定向井钻井设计技术 基本概念 定向井的定义 沿着预先设计的井斜和方位（井眼轴线）钻达目的层位的钻井方法，成为定向钻井。 定向钻井的应用 地面限制,油田埋藏在高山、城镇、森林、沼泽海洋、湖泊、河流等地貌复杂的地下，或井场设置和搬家安装碰到障碍时，通常在他们附近钻定向井。 地下地质条件要求 用直井难以穿过的复杂层、盐丘和断层等，常采用定向井。 如：安718段块的井漏、二连地区巴音区块的井，自然方位120-150度。 钻井技术需要 遇到井下事故无法处理或不易处理时，常采用定向井技术。如：掉钻头、,断钻具、卡钻等。 经济有效的勘探开发油气藏的需
2、要 原井钻探落空，或钻通油水边界和气顶时，可在原井眼内侧钻定向井。 遇多层系或断层断开的油气藏，可用一口定向井钻穿多组油气层。 对于裂缝性油气藏可钻水平井穿遇更多裂缝、低渗透性地层、薄油层都可钻水平井，提高单井产量和采收率。 在高寒、沙漠、海洋等地区，可用丛式井开采油气。,定向井分类 随着定向钻井技术的发展，定向井的种类越来越多。 按设计井眼轴线形状分 两维定向井：井眼轴线在某个铅垂平面上变化的定向井，井斜变化，方位不变化。 三维定向井：井眼轴线在三维空间变化的定向井，井斜变化，方位变化。可分为：三维纠偏井和三维绕障井。,按设计最大井斜角分 低斜度定向井：井斜小于15度，钻井时井斜、方位不易控
3、制，钻井难度大。 中斜度定向井：井斜在15-45度之间，钻井时井斜、方位易控制，钻井难度相对较小，是使用最多的一种。 大斜度定向井：井斜在46-85度之间，其斜度大，水平位移大，增加了钻井难度和成本。 水平井：井斜在86-120度之间，其钻井相对较难，需要特殊设备、钻具、,工具、仪器。 按钻井的目的分 救援井、多目标井、绕障井、多底井等。 按一个井场或平台的钻井数分 单一定向井 双筒井：一台钻机，钻出井口相距很近的两口定向井。 丛式井（组）：在一个井场或平台上，钻出几口或几十口定向井和一口直井。,定向井的基本概念 井深、垂深、测深、井斜角、井斜方位角、井斜变化率、方位变化率、水平位移、靶半径、
4、靶心距、磁偏角、井眼曲率（全角变化率活狗腿严重度简称狗腿角）等。 井眼曲率：在单位井段内井眼前进的方向在三维空间内的角度变化。既包含井斜角变化又包含方位角变化。单位：/25m,在钻井施工中，控制井眼曲率是十分重要的。实践表明，在井眼曲率过大的狗腿井段，易出现一系列问题（卡钻、断钻具等），给钻井带来不利影响。因此，定向井在进行钻井设计时都要根据不同的钻井条件，分别提出允许的最大全角变化率，以保证钻井、完井、采油、和修井等作业的顺利进行。 在实际施工中，要保证全角变化率在允许的范围内，否则，会出现一系列的事故或复杂。例如： 霸105xx井，设计垂深1990米（A1780/B1880），直井段117
5、4米，井斜6.1,度，方位270度与设计方位相反。水平位移70.16米。定向造斜后，全角变化率达到6.08度/25米。造成完钻通井时卡钻。 京22-32xx，设计垂深2650米（A2430/B2600），直井段1954米，井斜7.55度，方位200度，2153m（造斜点）水平位移达47m，闭合方位190.250，与设计方位（113.820）相差76.430。由于上直段没有打直，定向时边造斜边扭方位，至2387m时井斜达到400，方位1100 ，钻至井深2460m期间，因井眼曲率变化大发生断钻铤事故三起。全角变化率达到8.17度/25米。原因：单点测斜三次：,井深885 m ,井斜0.10,方位
6、200；井深1313 m，井斜00，方位00；井深1720m吊测未成，继续钻进至定向。 安56-17x1井，设计垂深3180米（A2980米），侧钻点1920米。当钻至2420米(27度、192度)，甩掉单弯（1度），稳斜。井深2668米（25度、203度），起钻，下如单弯（1.25度）增斜扭方位，2790米（32度、187度），造成全角变化率超标达到4.17度/25米。完钻电测5次通井。 定向井轨道设计,常规两维定向井轨道设计 轨道设计的内容和不骤： 根据地质要求，选择轨道类型。 确定增斜率和降斜率，选择造斜点。 求得全井最大井斜角。 计算各井段的井斜角、垂深、水平位移、井斜方位角和井深。
7、作垂直轨道图和水平投影图，必要时绘出控制安全圆柱。,轨道设计的方法： 常规定向井轨道有三段制剖面和五段制剖面，由地质条件、要求，可演化为多靶三段制剖面（务38井5靶）、双增型剖面等。 选择造斜点： 地层比较稳定，避免在破碎带、漏失层、流砂层、易坍塌等复杂地层造斜。如：州16断块，在900-1100米之间有火沉岩。安718断块，在1560米以上下技术套管（漏失层）。,可钻性较均匀的地层，避免在硬夹层造斜。 垂深大位移小的定向井，应下压造斜点，以发挥直井段钻井优势；垂深小位移大的定向井，应提高造斜点，可减少定向施工的工作量。 在井眼方位漂移严重的地层钻定向井，造斜点位置尽可能使斜井段避开方位漂移大
8、的地层或利用方位自然漂移规律钻达目标点。如：岔33断块、岔74断块，在2200-2500米方位自然漂移无规律。霸断块，在1500-1800米方位漂移严重。别古庄地区的井，自然方位在180度左右。,三维（绕障、纠偏）定向井轨道设计 丛式井设计 要考虑的因素： 井口位置确定后，要注意井架大门的朝向，避免井眼轨迹交叉。 相邻两井的造斜点应错开一定距离，一般不小于30米。 轨道的防碰校核。如在平台的控制面积范围内有已钻井，且与设计轨道相距不远，则应用防碰技术进行设计和校核。,在满足地质和甲方要求的前提下，第一口井设计位移小的井，第二口井设计位移大的井。第二口井尽量上移造斜点，降低施工难度。 在满足地质
9、和地面条件要求的前提下，井架大门的朝向，要考虑当地气候和风向，降低劳动强度。 水平井轨道设计 华北：1996年四公司，任平2井，水平段150米。2003年10月22日开钻高36平4井（三公司）-钻探薄油层（5米）。,大位移井设计 大位移井的技术特性：随着定向井、水平井钻井技术的发展，出现了大位移井（ERD）钻井技术。ERD定义为水平位移与垂深之比大于2，且水平位移大于3000米的定向井。稳斜角大于60度。 由于位移延伸，导致大位移井比水平井更具有特殊性：磨阻、扭矩大。井眼曲率低。循环压耗大，钻井液当量密度高。井眼长、井斜大、携砂困难。轨迹控制难度大。井下安全程度降低。（1998年学习时，位移6
10、000米，美,国公司在加拿大打的） 二、定向井井眼轨迹控制技术 随着技术的迅速发展，各种先进的仪器（有线和无线测斜仪）在现场使用越来越广泛，大大提高了轨迹控制精度和质量。因此，采油厂对井身质量和靶区半径的要求也越来越严格。定向井井眼轨迹控制技术，必须不断的完善和进步。 定向前的准备工作 地质和工程设计分析：,准备施工前，必须对地质和工程设计进行认真地阅读和分析，并查阅已钻邻井资料和本区块的地质特性，制定好每一口井的具体施工方案。然后，准备好施工的仪器和工具，在地面进行试运转和校核。 计算出方位角的允许偏差： = arcsinR/S R-靶区半径 S-设计水平位移 例如：某定向井设计垂深3000
11、米，靶心垂深2850米，靶心方位301度，靶心位移358米，靶心半径25米，造斜点1670米。试计算靶心方位角的允许偏差值？,解：因为= arcsinR/S 所以= arcsin25/358= arcsin0.0698=4（度） 答：靶心方位角的允许偏差值为4度。 定向前直井段的施工方法： 直井段施工的最基本要求是严格控制井斜角，将井眼钻直，以便为定向造斜做好准备。 钻直井段常用的钻具组合：略,根据直井段长短和地层是否易斜，考虑作业者的施工经验和控制轨迹的水平，制定合理的测斜计划，建议直井段不超过200米测斜一次。 对定向前直井段较长（超过1000米）或直井段井斜角较大等情况，必须进行多电测斜
12、，并进行测斜数据处理，计算出结果后方可定向施工。 定向造斜施工 目前，定向施工方法大体分为两种：单点测斜仪定向方法和随钻测斜仪定向方法。,单点测斜仪定向方法：略 随钻测斜仪定向方法：略 定向井轨迹计算和绘图 各井段钻具组合及特性。略 定向井井身质量要求 定向井井身质量评定项目所采用的数据以磁性单、多点测斜仪测量的数据为准。,井斜角以0.25度为基本测读单元；方位角以1度为基本测读单元。 三、举例说明 州23xx井是一口双靶预探井，位于河北省固安县旧州乡西庄字村南偏西550米处，在冀中坳陷廊固凹陷柳泉-曹家务构造带虎珀营构造泉66断块上。设计完钻垂深2650米。设计A靶垂深1650米，设计方位1
13、53.95度，设计位移105.20米；设计B靶垂深2300米，设计方位153.88度，设计位移686.60米，井眼轨迹为三段双靶制定向井。,本井实际井深3345米，钻井周期40.82天，建井周期50.71天，井身质量、固井质量、一次中靶率均达到100。因取心、地质观察、掉钻头测钻、钻时较慢（2000米以下不许使用PDC钻头）等因素，钻机月速仅2039.63米/台月，平均机械钻速只有8.71米/小时。现将整个施工过程介绍如下： 1. 直井段（167米） 钻具组合：216mmHAT127+159mmNDC+159mmLDC +214mm螺扶+159mmLDC +214mm螺扶+159mmLDC 5
14、柱+127mm钻杆,钻井叁数： 钻压80KN 转速203N/MIN、 排量38L/S 泵压12MPA 单点测斜数据：井深400米 井斜0.2度 方位70 度 井深597米 井斜0.6度 方位145度 井深807米 井斜0.2度 方位170度 井深1005米 井斜0.5度 方位250度 井深1155米 井斜0.2度 方位210度,井深1160米，起钻，换钻头。原钻具、原参数钻进直造斜点。 井深1260米 井斜0.2度 方位160度 2.定向造斜井段（1374.28米） 钻具组合：216mmJD437+172mm(1度)单+159mmNDC+159mmLDC11根+127mm钻杆 下钻到底，开泵，
15、泵压9MPa，无进尺。起钻，钻头落井。综合考虑后，决定：打水泥填井侧钻。,侧钻井段（1260米） 钻具组合：216mmJD437+172mm螺杆2度弯接头+159mmNDC+159mmLDC11根+127mm钻杆 钻井叁数： 钻压50-80KN 排量38L/S 泵压12MPA 随钻测斜数据：井深1294米 井斜4度 方位159度 井深1314米 井斜9度 方位160度 井深1325米时，通过返出的砂样和计算可知：侧钻成功，方位与设计方位,相同，故起钻。下入稳斜钻具，钻至造斜点处定向。 3.稳斜井段（1325米） 钻具组合：216mmPDC（5翼）+159mmNDC+159mmLDC +214m
16、m螺扶+159mmLDC +214mm螺扶+159mmLDC 5柱+127mm钻杆 钻井叁数： 钻压80KN 转速203N/MIN、 排量38L/S 泵压12MPA 井深1375.71米时，测斜，绞车钢丝绳断裂，仪器落井。起钻。下入单弯螺,杆，先复合钻进，到1540米时，再定向。 4.定向造斜井段（1375.71米） 钻具组合：216mmH517+172mm(1度)单+159mmNDC+159mmLDC11根+127mm钻杆 钻井叁数： 钻压100-120KN 转速73+180N/MIN、 排量38L/S 泵压12MPA 单点测斜数据：井深1374米 井斜11.5度 方位168度,井深1475米 井斜12.0度 方位169度 随钻测斜数据：井深1544米 井斜12.0度 方位169度 井深1559米 井斜15.5度 方位166度 井深1587米 井斜22.5度 方位161度 井深1616米 井斜27.7度 方位157度 井深1635米 井斜32.0度 方位
