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1、中国石油海洋公司大港事业部中国石油海洋公司大港事业部刘刘 洋洋TELTEL：1581580 022758822275882 QQQQ：378685870378685870 EmailEmail：定向钻井理论与技术中国石油海洋公司大港事业部一、基本概念1、定向钻井：使井身沿着预先设计的 方向和轨迹钻达目的层 的钻井工艺方法。2、应用领域：（1）地面环境条件限制（2）地下地质条件要求（3）处理井下事故的手段（4）提高原油采收率的手段定向钻井理论与技术中国石油海洋公司大港事业部定向钻井理论与技术3、几种特殊的定向井l 水平井：井眼轨迹达到水平（井斜角90左右）以后，井 眼继续延伸一定长度（延伸长度与
2、油层厚度之比不小于6 倍）的定向井。l 大位移井：水平位移与垂深之比（位垂比）不小于2的定 向井。l 丛式井：在同一个井场上或一个钻井平台上，有计划地钻 出两口或两口以上的定向井，可含一口直井。l 分支井：也称为多底井，是指一个井口下面有两个或两个以上井底的定向井。中国石油海洋公司大港事业部定向钻井理论与技术（1 1）水平井的）水平井的应应用用稠油开采中国石油海洋公司大港事业部定向钻井理论与技术（2 2）大位移井的）大位移井的应应用用海油陆探、海油陆采中国石油海洋公司大港事业部定向钻井理论与技术（3 3）多分支井的）多分支井的应应用用中国石油海洋公司大港事业部定向钻井理论与技术鱼骨井 也称为羽
3、状井4、基本参数：井深井斜角 井斜方位角定向钻井理论与技术中国石油海洋公司大港事业部中国石油海洋公司大港事业部定向钻井理论与技术二、轨道设计1、轨道分类：定向井 二维定向井三维定向井常规二维定向井非常规二维定向井 纠偏三维定向井绕障三维定向井中国石油海洋公司大港事业部2、设计原则：（1）应能实现钻定向井的目的；（2）应有利于安全、优质、快速钻进；（3）要满足采油工艺的要求。3、常规二维轨道类型：三段式、 多靶三段式、五段式、 双增式。定向钻井理论与技术中国石油海洋公司大港事业部定向钻井理论与技术三段式多靶三段式中国石油海洋公司大港事业部定向钻井理论与技术五段式双增式中国石油海洋公司大港事业部三
4、、造斜方法及原理（一）动力钻具造斜 动力钻具又称井下马达，包 括涡轮钻具、螺杆钻具、电 动钻具三种。目前我国常用 的是前两种。1、常用造斜工具：弯接头弯外壳偏心垫块定向钻井理论与技术中国石油海洋公司大港事业部2、动力钻具：上轴承 定子和转子 中心轴下轴承涡轮钻具旁通阀钻头转子主轴外壳万向轴定子螺杆钻具定向钻井理论与技术中国石油海洋公司大港事业部3、动力钻具钻井特点转动钻头的动力由地面移到井 下，直接接在钻头之上； 钻柱的功能只是给钻头施加一 定的钻压、形成洗井液通路和承 受井下动力钻具外壳的反扭矩； 井底动力钻具的动力是由电源 或地面泥浆泵提供的、通过钻柱 内孔传递到井下的具有一定动能 和压力
5、的洗井液流体或交流电。定向钻井理论与技术中国石油海洋公司大港事业部4、动力钻具造斜示意图：定向钻井理论与技术中国石油海洋公司大港事业部（二）转盘钻造斜1、常用工具：变向器射流钻头扶正器组合变向器射流钻头定向钻井理论与技术中国石油海洋公司大港事业部四、轨迹控制 及时测量，及时纠正（1）打好垂直井段（2）把好定向造斜关（3）跟踪控制到靶点定向钻井理论与技术1、技术要求：通常用来纠正井眼方位的方法是：调整造斜工具在 井底的作用方位,使用合适的钻具组合.中国石油海洋公司大港事业部定向钻井理论与技术2、常用钻具组合：（1）直井段 （a）满眼钻具钻头+1号钻头稳定器（1-3个）+短钻铤+2号稳定器（挡板）
6、+无磁 钻铤1-2根+3号稳定器+大钻铤1根+4号稳定器+钻铤+加重钻杆+钻杆（b）塔式钻具钻头+大尺寸钻铤1柱+中尺寸钻铤2柱+小尺寸钻铤3柱+钻杆（c）钟摆钻具钻头+钻铤1-3根+稳定器+钻铤+钻杆 （d）吊打钻具钻头+钻铤2柱+钻杆中国石油海洋公司大港事业部定向钻井理论与技术（2）造斜段钻头+井下动力工具+弯接头+无磁钻铤+钻铤+震击器+加重钻杆 +钻杆（3）增斜段 钻头+稳定器（挡板）+无磁钻铤1-2根+稳定器+钻铤1根+稳定 器+钻铤+加重钻杆+钻杆（4）稳斜段 采用满眼钻具组合（5）降斜段钻头+无磁钻厅1-2根+稳定器+钻铤1根+稳定器+钻铤1根+稳定 器+钻铤+加重钻杆+钻杆中国
7、石油海洋公司大港事业部五、扭方位计算扭方位计算包括装置角的计算，动力钻具反扭角的计算，定向 方位角的计算。定向钻井理论与技术中国石油海洋公司大港事业部定向钻井理论与技术装置角：以高边方向线为始边，顺时针旋转到装置方向线上 所转过的角度。反扭角：动力钻具在工作中，液流作用于转子产生扭矩，传 给钻头破碎岩石。液流同时也作用于定子，使定子受到一个反 扭矩。此反扭矩将有使钻柱旋转的趋势，但由于钻柱在井口被 锁住，所以只能扭转一定的角度，此角称作反扭角。定向方位角 = 井斜方位角 + 装置角 + 反扭角 （注：工程上常采用经验数据法或者资料反算法求反扭角）中国石油海洋公司大港事业部六、造斜工具的定向1、
8、定向就是把造斜工具的工具面摆在预定的定位方向线上。 2、定向的分类：地面定向法和井下定向法。地面定向法是在井口将造斜工具的工具面摆到预定的方位线上， 然后通过定向下钻，始终知道造斜工具的工具面在下钻过程中的实 际方位，因而也知道下钻到底时候的实际方位。井下定向法是用正常下钻法将造斜钻具下到井底，然后从钻柱内 下入仪器测量工具面在井下的实际方位；如果实际方位与一定方位 不符，亦可在地面上通过转盘将工具面扭到预定的定向方位上。3、定向方法：定向齿刀法、定向磁铁法、定向键法。定向钻井理论与技术中国石油海洋公司大港事业部定向钻井理论与技术定向齿刀法中国石油海洋公司大港事业部定向钻井理论与技术定向磁铁法
9、中国石油海洋公司大港事业部定向钻井理论与技术定向键法中国石油海洋公司大港事业部定向钻井理论与技术七、轨迹的测量测斜1、测量的方法、媒介和基准（1）借助重力场测量井斜角或高边工具面；测量元件为测角器、罗盘重锤或重力加速度计等；测量基准是铅垂线。（2）借助地磁场测量方位角或磁性工具面；测量元件为罗盘或磁通门等；测量基准是磁性北极，磁性仪器测量的方位角数据必须根据当地的磁偏角修正成真北极，即地理北极的数据。（3）借助天体坐标系测量方位角或磁性工具面；测量元件为陀螺仪。陀螺仪为惯性测量仪器，不以地球上任何一点为基准，下井测量之前必须对陀螺仪的自转轴进行地理北极的方位标定。中国石油海洋公司大港事业部定向
10、钻井理论与技术35 mm 外径测斜仪（常规）罗盘单点照相测斜仪 25 mm 外径测斜仪（高温）罗盘类 35 mm 外径测斜仪（常规） 罗盘多点照相测斜仪 测 25 mm 外径测斜仪（高温） 有线随钻测斜仪 量 电磁类 无线随钻测斜仪 （ 定向 MWD、带地质参数 MWD） 仪 电子多点测斜仪 器 60 mm 外径多点陀螺测斜仪 照相陀螺测斜仪35 mm 外径单点陀螺测斜仪 35 mm 外径多点陀螺测斜仪陀螺类 地面记录定向陀螺测斜仪电子陀螺测斜仪框架式电子陀螺测斜仪 速率积分电子陀螺测斜仪2、测量仪器的类型中国石油海洋公司大港事业部定向钻井理论与技术3、磁罗盘照相测斜仪的结构和工作原理l主要由
11、井斜刻度盘、罗盘、 十字摆锤、照明和照相系统 组成。罗盘的S极始终指北。重锤始终指向重力方向。中国石油海洋公司大港事业部定向钻井理论与技术同心圆代表不同的井斜角，“十字” 所在的同心圆就是该井深处的井 斜角。径向放射线代表不同的方位，“十 字”所在放射线就是该井深处的井 斜方位角。注意:定心罗盘盘面上标志的字母 正好与实际的地理方位相反。中国石油海洋公司大港事业部定向钻井理论与技术（1）MWD基本操作理论在MWD井下仪器串的电子测量短节内有3个重力加速度传感 器和3个磁通门传感器及温度传感器，完成井眼姿态的井斜、 方位、工具面及井温的测量。通过进行一定规律及次序的数 据编码，控制脉冲发生器关闭
12、阀和打开阀，从而控制钻杆内 泥浆的流量变化，使得在钻杆内产生泥浆压力正脉冲信号供 地面一起接收，从而实现泥浆压力脉冲数据串的传输。MWD 地面系统从立管传感器上得到微弱的立管压力变化信 号，通过滤除干扰、解码、数据处理，得到井下仪器的测 量数据，传送给钻井工程师以便指导钻井施工。4、 MWD中国石油海洋公司大港事业部定向钻井理论与技术（2）正脉冲产生原理l平时针阀打开，立管压力正常；针阀被堵时压力突然增高，发出一个 脉冲信号。压力增高代表“1”；压力不增高代表“0”。l针阀的运动是由探管编码的测量数据通过调制器控制电路来实现。l在地面连续检测立管压力的变化，通过译码转换成不同的测量数据。中国石
13、油海洋公司大港事业部（3）地面系统的组成和功能泵传感器工控机（计算机）系统接口箱SIB 立管压力传感器司钻阅读器立管压力传感器（泵传感器）：检测压力变化，并转化成电信号输出到地面接口箱。系统接口箱（SIB）：处理来自泵压传感器的原始信号，将处理好信号送往计算机。工控机（计算机）：内装仪器操作程序软件包，是仪器系统的主要控制和显示装置。司钻阅读器（RFD）：提供静态测量和工具面显示，可以适时调整钻井参数。定向钻井理论与技术中国石油海洋公司大港事业部（4）井下仪器串（1）脉冲发生器：将探管和驱动器传输来的电信号，通过电磁阀和 蘑菇头的运动来限制泥浆通过，从而产生一定的压差，即泥浆压力脉冲 。 （2
14、）驱动器：将探管传输来的数据信息转化成电信号，并可以通过 电容将电池提供的电量放大向脉冲器电磁阀瞬时通电，控制电子阀的 工作。 （3）电池：井下仪器串的动力来源，为仪器串供电（31V36V）。（4）探管：将测得井下的各项数据转化成电子信号传输给驱动器 ，驱动脉冲产生脉冲信号。定向钻井理论与技术中国石油海洋公司大港事业部定向钻井理论与技术八、轨迹质量评价1、中靶计算l 已知条件：目标点坐标（Dt，Nt，Et） 和 实钻井眼轨迹数据。（1） 计算中靶点p点的水平坐标：（2 2） 靶心距的计算：靶心距的计算：中国石油海洋公司大港事业部定向钻井理论与技术（3）中靶精度计算 当DJ0时，为脱靶； 当DJ=00.6时，为合格井； 当DJ=0.60.85时，为良好井； 当DJ0.85时，为优质井。中国石油海洋公司大港事业部定向钻井理论与技术2、轨迹符合率计算已知条件：设计轨道数据 和 实 钻井眼轨迹数据。（1）计算每个测点到设计轨道的水平距离：测点井深 (Li)L1L2L3Ln 水平距 (Ji)J1J2J3Jn中国石油海洋公司大港事业部定向钻井理论与技术（2）计算水平距离的加权平均值JJ：(3) 轨迹符合率的计算：敬请各位多多指导!谢谢大家！中国石油海洋公司大港事业部
