定向井和水平井钻井技术简介

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1、定向井和水平井钻井技术简介定向井和水平井钻井技术简介第一节第一节 定向井井身参数和测斜计算定向井井身参数和测斜计算 一定向井的剖面类型及其应用一定向井的剖面类型及其应用定向钻井就是定向钻井就是“使井眼按预定方向偏斜，钻达地下预定目标的一门科学技术使井眼按预定方向偏斜，钻达地下预定目标的一门科学技术”。定向钻。定向钻 井的应用范围很广，可归纳如图井的应用范围很广，可归纳如图 9l 所示。所示。定向井的剖面类型共有十多种，但是，大多数常规定向井的剖面是三种基本剖面类型，定向井的剖面类型共有十多种，但是，大多数常规定向井的剖面是三种基本剖面类型， 见图见图 92，称为，称为“J”型、型、“S”型和连

2、续增斜型。按井斜角的大小范围定向井又可分为：型和连续增斜型。按井斜角的大小范围定向井又可分为：常规定向井井斜角常规定向井井斜角55 大斜度井井斜角大斜度井井斜角 5585 水平井井斜角水平井井斜角85（有水平延伸段）（有水平延伸段） 大位移井指总水平位移与总垂深之比大位移井指总水平位移与总垂深之比 n2 的井，对的井，对 n3 的大位移井称为超大位移井。的大位移井称为超大位移井。 二定向井井身参数二定向井井身参数实际钻井的定向井井眼轴线是一条空间曲线。钻进一定的井段后，要进行测斜，被测的实际钻井的定向井井眼轴线是一条空间曲线。钻进一定的井段后，要进行测斜，被测的 点叫测点。两个测点之间的距离称

3、为测段长度。每个测点的基本参数有三项：井斜角、方点叫测点。两个测点之间的距离称为测段长度。每个测点的基本参数有三项：井斜角、方 位角和井深，这三项称为井身基本参数，也叫井身三要素。位角和井深，这三项称为井身基本参数，也叫井身三要素。 1测量井深：指井口至测点间的井眼实际长度。测量井深：指井口至测点间的井眼实际长度。 2井斜角：测点处的井眼方向线与重力线之间的夹角。井斜角：测点处的井眼方向线与重力线之间的夹角。 3方位角：以正北方向线为始边，顺时针旋转至方位线所转过的角度，该方向线是指在方位角：以正北方向线为始边，顺时针旋转至方位线所转过的角度，该方向线是指在 水平面上，方位角可在水平面上，方位

4、角可在 0360之间变化。之间变化。目前，广泛使用的各种磁力测斜仪测得的方位值是以地球磁北方位线为准的，称为磁方目前，广泛使用的各种磁力测斜仪测得的方位值是以地球磁北方位线为准的，称为磁方 位角。磁北方向线与正北方向线之间有一个夹角，称磁偏角，磁偏角有东、西之分，称为位角。磁北方向线与正北方向线之间有一个夹角，称磁偏角，磁偏角有东、西之分，称为 东或西磁偏角，真方位的计算式如下：东或西磁偏角，真方位的计算式如下： 真方位磁方位角十东磁偏角真方位磁方位角十东磁偏角 或或 真方位磁方位角一西磁偏角真方位磁方位角一西磁偏角公式可概括为公式可概括为“东加西减东加西减”四个字。四个字。 4造斜点：从垂直

5、井段开始倾斜的起点。造斜点：从垂直井段开始倾斜的起点。 5垂直井深：通过井眼轨迹上某点的水平面到井口的距离。垂直井深：通过井眼轨迹上某点的水平面到井口的距离。 6闭合距和闭合方位闭合距和闭合方位 （l）闭合距：指水平投影面上测点到井口的距离，通常指靶点或井底的位移，而其他测点）闭合距：指水平投影面上测点到井口的距离，通常指靶点或井底的位移，而其他测点 的闭合距离可称为水平位移。的闭合距离可称为水平位移。 （2）闭合方位：指水平投影响图上，从正北方向顺时针转至测点与井口连线之间的夹角。）闭合方位：指水平投影响图上，从正北方向顺时针转至测点与井口连线之间的夹角。7井斜变化率和方位变化率：井斜变化率

6、是指单位长度内的井斜角度变化情况，方位变井斜变化率和方位变化率：井斜变化率是指单位长度内的井斜角度变化情况，方位变 化率是指单位长度内的方位角变化情况，均以度化率是指单位长度内的方位角变化情况，均以度100 米来表示（也可使用度米来表示（也可使用度30 米或米或 度度100 英尺等）。英尺等）。 8方位提前角（或导角）：预计造斜时方位线与靶点方向线之间的夹角。方位提前角（或导角）：预计造斜时方位线与靶点方向线之间的夹角。 三三全角变化率全角变化率（狗腿严重度）（狗腿严重度） 狗腿严重是用来测量井眼弯曲程度或变化快慢的参数（以度狗腿严重是用来测量井眼弯曲程度或变化快慢的参数（以度100 英尺表示

7、）。可用解析英尺表示）。可用解析 法、图解法、查表法、尺算法等来计算狗腿严重度法、图解法、查表法、尺算法等来计算狗腿严重度 k。 全角变化率按全角变化率按(9-1)式计算式计算:式中：式中：ab测量点测量点 a 和和 b 间井段的全角变化率，间井段的全角变化率，()/30m；ab测量点测量点 a 和和 b 间的井段长度，间的井段长度，m；a测量点测量点 a 处的井斜角，处的井斜角，()；b测量点测量点 b 处的井斜角，处的井斜角，()；ab测量点测量点 a 和和 b 间的方位角变化量间的方位角变化量（a 和和 b 两测量点方位角两测量点方位角 a 和和 b 终边的终边的 夹角，夹角，()。注：

8、计算中，如果注：计算中，如果 ab 即（即（ab）的绝对值大于）的绝对值大于 180，当（，当（ab）0 时，则时，则 abab -360；当（；当（ab）0 时，则时，则 1212 -360；当（；当（12）0 时，则时，则 1212 +360。2曲率半径法曲率半径法此法假设两测点间的测段是条等变螺旋角的圆柱螺线，螺线在两端点处与上、下二测点此法假设两测点间的测段是条等变螺旋角的圆柱螺线，螺线在两端点处与上、下二测点 处的井眼方向相切。处的井眼方向相切。R12=L12/（|21|）57.3 H12= R12( sin2 sin1)| S12= R12(cos1 cos2 ) N12=S12(

9、 sin2 sin1) E12=S12( cos1 cos2) 第二节第二节 定向井剖面设计定向井剖面设计在开钻前认真进行设计，可以大大节约定向钻井的成本。影响井眼轨迹的因素很多，其在开钻前认真进行设计，可以大大节约定向钻井的成本。影响井眼轨迹的因素很多，其 中一些因素很难进行估算（如在某些地层中的方位漂移情况等）。因此，在同一地区得到中一些因素很难进行估算（如在某些地层中的方位漂移情况等）。因此，在同一地区得到 的钻井经验很重要，这些经验可以在其他井设计过程中起重要的参考作用。的钻井经验很重要，这些经验可以在其他井设计过程中起重要的参考作用。 一设计资料一设计资料要进行一口定向井的轨道设计工

10、作，作业者至少应提供靶点的垂深、水平位移和方位角，要进行一口定向井的轨道设计工作，作业者至少应提供靶点的垂深、水平位移和方位角， 或提供井口与靶点的座标位置，通过座标换算，计算出方位角和水平位移。此外，定向井或提供井口与靶点的座标位置，通过座标换算，计算出方位角和水平位移。此外，定向井 工程师还要收集下列资料：工程师还要收集下列资料：1作业区域和地理位置。通过作业区域，通常可以找到该地区已完井的钻井作业资料作业区域和地理位置。通过作业区域，通常可以找到该地区已完井的钻井作业资料 （野猫井除外），并对地层情况、方位漂移有一定的了解，根据地理位置，可以计算或查（野猫井除外），并对地层情况、方位漂移

11、有一定的了解，根据地理位置，可以计算或查 得到地磁偏角。得到地磁偏角。 2地质设计书和井身结构。了解有关地层压力、地温梯度、地层倾角、走向、岩性、断地质设计书和井身结构。了解有关地层压力、地温梯度、地层倾角、走向、岩性、断 层，可能遇到的复杂情况，以及油藏工程师的特殊要求等。层，可能遇到的复杂情况，以及油藏工程师的特殊要求等。3作业者对造斜点、造斜率、增（降）斜率的要求，以及安全圆柱、最大井斜等井身作业者对造斜点、造斜率、增（降）斜率的要求，以及安全圆柱、最大井斜等井身 质量的要求。质量的要求。 4了解钻井承包商的情况，如泥浆泵性能，井下钻具组合各组件的基本情况等。了解钻井承包商的情况，如泥浆

12、泵性能，井下钻具组合各组件的基本情况等。 二设计原则二设计原则1能实现钻定向井的目的能实现钻定向井的目的定向井设计首先要保证实现钻井目的，这是定向井设计的基本原则。设计人员应根据不定向井设计首先要保证实现钻井目的，这是定向井设计的基本原则。设计人员应根据不 同的钻探目的对设计井的井身剖面类型、井身结构、钻井液类型、完井方法等进行合理设同的钻探目的对设计井的井身剖面类型、井身结构、钻井液类型、完井方法等进行合理设 计，以利于安全、优质、快速钻井。计，以利于安全、优质、快速钻井。如救险井的钻井目的是制服井喷和灭火，保护油、气资源。因此，救险井的设计应充分如救险井的钻井目的是制服井喷和灭火，保护油、

13、气资源。因此，救险井的设计应充分 体现其目的：一是靶点的层位选择合理。二是靶区半径小（小于体现其目的：一是靶点的层位选择合理。二是靶区半径小（小于 10 米），中靶要求高；米），中靶要求高； 三是尽可能选择简单的剖面类型，以减小井眼轨迹控制和施工难度，加快钻井速度。四是三是尽可能选择简单的剖面类型，以减小井眼轨迹控制和施工难度，加快钻井速度。四是 井身结构、井控措施等应满足要求。井身结构、井控措施等应满足要求。 2尽可能利用方位的自然漂移规律尽可能利用方位的自然漂移规律 在使用牙轮钻头钻进时，方位角的变化往往有向右增加的趋势，称为右手漂移规律。提前在使用牙轮钻头钻进时，方位角的变化往往有向右增

14、加的趋势，称为右手漂移规律。提前 角的大小，要根据地区的实钻资料，统计出方位漂移率来确定，开发井一般取角的大小，要根据地区的实钻资料，统计出方位漂移率来确定，开发井一般取 27 度。度。PDC 钻头对方位右漂具有较好的抑制效果。在地层倾角小、岩性稳定时，钻头对方位右漂具有较好的抑制效果。在地层倾角小、岩性稳定时，PDC 钻头具钻头具 有方位左漂的趋势，这主要是由于有方位左漂的趋势，这主要是由于 PDC 钻头的切削方式造成的。因此，要使用钻头的切削方式造成的。因此，要使用 PDC 钻头钻头 钻进的定向井，提前角要适当地小一点。钻进的定向井，提前角要适当地小一点。 3根据油田的构造特征，有利于提高

15、油气产量，提高投资效益。根据油田的构造特征，有利于提高油气产量，提高投资效益。 4有利于安全、优质和快速钻井，满足采油和修井的作业要求。有利于安全、优质和快速钻井，满足采油和修井的作业要求。 三剖面设计中应考虑的问题三剖面设计中应考虑的问题 1选择合适的井眼曲率选择合适的井眼曲率井眼曲率不宜过小，这是因为井眼曲率限制太小会增加动力钻具造斜井段、扭方位井段井眼曲率不宜过小，这是因为井眼曲率限制太小会增加动力钻具造斜井段、扭方位井段 和增（降）斜井段的井眼长度，从而增大了井眼轨迹控制的工作量，影响钻井速度。和增（降）斜井段的井眼长度，从而增大了井眼轨迹控制的工作量，影响钻井速度。井眼曲率也不宜过大，否则钻具偏磨严重、摩阻力增大和起下钻困难，也容易造成键槽井眼曲率也不宜过大，否则钻具偏磨严重、摩阻力增大和起下钻困难，也容易造成键槽 卡钻，还会给其他作业（如电测、固井以及采油和修井等）造成困难。因此，在定向井中卡钻，还会给其他作业（如电测、固井以及采油和修井等）造成困难。因此，在定向井中 应控制井眼曲率的最大值，一般取应控制井眼曲率的最大值，一般取 716100 米，最大不超过米，最大不超过 20100 米。不同的米。不同的 井段要选用不同的井眼曲率，具体如下：井段要选用不同的井