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1、SST ESS,定向井及水平井钻井技术,一、定向井基本概念二、定向井轨道参数三、定向井轨道设计四、实钻轨迹测量计算五、轨迹控制技术,定向井钻井技术,第一部分,第二部分,定向井工具仪器,内 容,一、常用测量仪器二、几何导向井下工具仪器三、地质导向井下工具仪器,第一节、定向井概述第二节、井眼轨迹基本概念,内容,第一章 定向井水平井基本概念,第一节、定向井概述,概 述,定向井技术是当今世界石油勘探开发领域最先进的钻井技术之一。采用定向井技术可以使地面和地下条件受到限制的油气资源得到经济、有效的开发，能够大幅度提高油气产量和降低开发成本，有利于环境保护，具有显著的综合经济效益。近年来,定向井的数量不断
2、增加。,井的分类,直井,斜井,定向井,特殊工艺井（救援）,普通定向井丛式井（组）多目标井开窗侧钻井水平井分支井大位移井,井,水平探井阶梯水平井三维多目标水平井开窗侧钻水平井连通水平井超薄油层水平井深层水平井短半径水平井大位移水平井,石油钻井的分类,直井 定向井 水平井 大位移井 开窗侧钻井,一位英国的科学家给定向井这样定义：使井筒按特定的方向偏斜，钻遇地下预定目标的一门科学和艺术。 我国的学者给它的定义是：按照预先设计的井斜角、方位角和井眼轴线形状进行钻进的井。,定向井概念：,什么是定向井？,定向井垂直投影图,什么是定向井？,定向井水平投影图,定向井水平投影,什么是定向井？,条件的限制,建筑物
3、河流海洋地下油藏要求,为什么要钻定向井？,用于开发城市、古建筑、湖泊、障碍物的油藏,为什么要钻定向井？,用于山丘、沙漠、河流等油田开发,为什么要钻定向井？,地下油层的需要,为什么要钻定向井？,丛式井就是一个平台上钻多口井（两口或两口以上），可能有直井、定向井、水平井或其它井。丛式井可分为： 陆地平台丛式井 海洋钻井平台丛式井,什么是丛式井？,多目标井就是靶点在两口或两口以上，可以是定向井、水平井或其它井。,什么是多目标井？,套管开窗井是指在原套管内开窗侧钻的井，它包括套管开窗内侧钻直井、定向井和水平井。,什么是套管开窗侧钻井？,钻套管开窗侧钻井的目的： 使老井复活, 使老油田恢复产能。 充分利
4、用原井场和原井的上部井眼，利用原来的输油输气管线，节省投资。 利用侧钻技术，在事故井、报废井中侧钻成定向井、水平井，可节省钻井周期。 利用侧钻井技术，可以钻成多底井、分支井。,什么是套管开窗侧钻井？,解决水锥问题,什么是套管开窗侧钻井？,大位移井或大位移延伸井(Extended reach well)， 早期，国外将大位移井定义为：垂深与水平位移之比大于或等于1的井。 随着钻井的技术进步，通常将水平位移超过3000米、垂深与水平位移之比大于或等于2的井称之为大位移井。,什么是大位移井？,（1）寻找更大储量，扩大油气资源。（2）减少投资，节约成本。,为什么要钻大位移井？,3km,5km,1km,
5、位移1000米控制范围3.14平方公里,位移3000米，控制范围为28.26平方公里,位移5000米，控制范围为78.5平方公里,海上丛式大位移井可减少海洋钻井平台的数量,为什么要钻大位移井？,用于开发浅海滩涂油田,我国有广阔的海岸线和丰富的浅海滩涂油气藏对于沿岸极浅海域，钻大位移井可以实现海油陆采、节省建平台或人工岛的投资。,为什么要钻大位移井？,1）多底井 一个主井眼中钻出两个以上的井眼,什么是分支井？,2）分支井 一个主井眼中侧钻出多个小井眼，大部分是指分支水平井，,什么是大位移井？,水平井属于定向井家族的分支，它的最基本特点是设计的井眼轨迹同油层的走向基本一致。其最大井斜度达到90或水
6、平段的井斜角达到85度以上。且在目的层内维持一定长度的水平的或近水平井段。,水平井定义：,八十年代以来水平井钻井技术的不断成熟主要归功于整个定向钻井技术的发展，它是定向钻井技术发展的重大进步。,什么是水平井？,水平井垂直剖面图,什么是水平井？,为什么要钻水平井？,油层,直井,水平井,水平井能够大幅度提高油井产量,长半径： R 285m K 6/30m中半径： R= 28586m K620/30m短半径： R= 5712m K1000米） 井眼轨道控制段最长使用标准的钻具及套管 全井斜深增加最多“狗腿严重度”最小 钻井费用增加使用常规钻井设备 各种下部钻具组合较长可使用多种完井方法 不适合薄油层
7、和浅油层可采用多种举升采油工艺 转盘扭矩较大测井及取芯方便 套管用量最大井眼及工具尺寸不受限制 穿过油层长度与总水平位移比最小,长半径水平井 水平井钻井技术已经进入新的历史时期，但是长曲率半径系统仍然有着它的应用领域，在勘探和探明油田面积方面利用长半径系统成功地钻出了许多水平井。对于海上钻井平台，大跨度或综合考虑障碍的井口位置和在城市下面的油田等，最好使用长半径。通常来说，长曲率半径水平井是采用常规的井下工具。这一类型的水平井的造斜点比较靠近井口；由于曲率半径大，能达到较大的水平位移。,中曲率半径水平井的优缺点,中半径弯曲井段所需要的垂直深度比长半径系统的深度小得多，许多复杂的井段能够在中曲率
8、半径水平井的垂直井段顺利通过。并且能在钻弯曲井段和水平井段之前下入套管将其封固。当然，这样做可能因为增加下套管井深而多一些费用，但是在比较短的弯曲井眼中钻进能够节省时间和减少潜在的井眼复杂情况。 但是与长半径相比，中半径水平井也有一些缺点。这主要是中半径水平井造斜率较大，所以接头的弯曲力矩、管串本体的材料应力必须引起工程作业的重视；并且在比较松软的地层中钻进，中半径水平井的大曲率所造成的侧向力在井壁上产生键槽并可能钻出新井眼。 从经济方面考虑，与长半径水平井相比较，中半径水平井垂直井段要长这段费用较低；虽然中半径水平井自造斜后开始，其单位费用率高，但它减少了弯曲井段的进尺。国外有资料说明了这方
9、面的比较，认为总的费用大致与长半径水平井相当。,特点：位移小，弯曲段垂深小，特别适用目的层覆盖层为复杂油层的井。它能在钻弯曲井眼段之前把上部井眼封起来，减少钻进复杂情况，保证关键井段的顺利进行。由于短曲率半径水平井弯曲段所需的垂直段小，这就使得泵油设备可以被下到垂直井段的深部接近产油层的位置，而且无需过量的弯曲或过长的油泵抽油杆。另外，由于短半径造斜率大，与长半径和中半径水平井相比，短半径水平井中靶的总垂深误差要相对小。 短半径水平井也有一些缺点，它的工具不像其它系统那样牢固，并且不完全符合API标准。按照目前一些钻机的设计来说，短半径系统所使用的工具在井场维修和处理比较困难，必须对钻机以及井
10、场的其它装置作适当的调整才能工作。 从经济上讲，短半径水平井与其它方法比较，由于种种原因很难进行作业。例如，目前短半径系统的水平段长度只是中半径或长半径系统水平段的1030%左右。并且由于机械钻速低，短半径的单位费用是长半径和中半径的10倍。虽然在同一目的层，完成一口短半径水平井，其总费用可能与长半径系统和中半径系统相当，但是它的水平段长度小得多，因此在采收率方面肯定是不及长半径和中半径水平井。,短曲率半径水平井的优缺点,第二节 井眼轨迹的基本概念,目的：掌握有关参数的概念及这些参数之间的关系。一轨迹的基本参数测量方法：非连续测量，间断测量。“测段”，“测点”。井深、井斜角和井斜方位角-轨迹的
11、三个基本参数。(1) 井深（或称为斜深、测深） 井口(通常以转盘面为基准)至测点的井眼长度。 以字母L表示，单位为米(m)。 井深增量（井段）：下测点井深与上测点井深之差。 以L表示。,一轨迹的基本参数(2) 井斜角()： 指井眼方向线与重力线之间的夹角。单位为度()。井眼方向线： 过井眼轴线上某测点作井眼轴线的切线，该切线向井眼前进方向延伸的部分称为井眼方向线。井斜角增量( )： 下测点井斜角与上测点井斜角之差。BA,(3) 井斜方位角 （井眼方位角、方位角）： 在水平投影图上，以正北方位线为始边，顺时针方向旋转到井眼方位线上所转过的角度。井眼方位线（井斜方位线）： 某测点处的井眼方向线在水
12、平面上的投影。井斜方位角增量 ：上下测点的井斜方位角之差。 BA 井斜方位角的变化范围：0360 。,(3) 井斜方位角：井斜方位角的另一种表示方式：象限角：指井斜方位线与正北方位线或与正南方位线之间的夹角。象限角的变化范围： 090之间。磁偏角： 磁北方位与正北方位之间的夹角。磁偏角校正：真方位角磁方位角东磁偏角真方位角磁方位角西磁偏角,由基本参数计算得到的参数。(1) 垂直深度（垂深）：轨迹上某点至井口所在水平面的距离。垂深增量称为垂增（）。(2) 水平投影长度Lp（水平长度、平长）： 井眼轨迹上某点至井口的长度在水平面上的投影，即井深在水平面上的投影长度。水平长度的增量称为平增（L）。(
13、3) 水平位移（平移）：轨迹上某点至井口所在铅垂线的距离（或：在水平投影面上，轨迹上某点至井口的距离）。平移方位线：在水平投影面上，井口至轨迹上某点的连线。我国将完钻时的水平位移称为闭合距。,二轨迹的计算参数,(4) 平移方位角 ： 平移方位线所在的方位角。(5) 坐标和坐标： 南北坐标轴，以正北方向为正； 东西坐标轴，以正东方向为正。(6) 视平移： 水平位移在设计方位线上的投影长度。,二轨迹的计算参数,三、井眼曲率K（“狗腿严重度”、“全角变化率”）： 指井眼轨迹曲线的曲率。 平均曲率: 狗腿角（）的计算：Lubinski公式： 钻井行业标准计算公式：,该测段的狗腿角，()；c该测段的平均
14、井眼曲率，()/30m；c该测段的平均井斜角，（）。,三、井眼曲率,对一条空间曲线可以有不同的表示方法。三维坐标法：柱面图示法：垂直剖面图（柱面展开图）+水平投影图 柱面：设想经过井眼轨迹上每一个点作一条铅垂线，所有这些铅垂线构成的曲面称为柱面。将柱面展平，就形成了垂直剖面图。可以反映出真实的井身参数，如：井深、井斜角、垂深；作图简便。,四、井眼轨迹的图示法,水平投影图投影面：水平面坐标系：以井口为原点、坐标轴、坐标轴。表达的参数：坐标值、坐标值、水平位移S、 水平长度Lp、闭合距、井斜方位角、 平移方位角、闭合方位角。2垂直剖面图垂直剖面：过井眼轴线上各点垂线组成的柱面展开图。坐标系：原点（井口）、横坐标（水平长度）、 纵坐标（垂深）表达的参数：垂深D、水平长度Lp、井深Dm、井斜角 。,
