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1、2019/1/14,1,定 向 井 工 艺,金地伟业石油应用工程公司,2004年塔里木 技术交流材料,2019/1/14,2,目录 一、定向井基本知识 二、水平井简介 三、定向井技术要求和注意事项 四、螺杆钻具,2019/1/14,3,一、定向井基本知识,2019/1/14,4,一、定向井基本知识,（一）、定向井的应用： 定向井的应用归纳起来有以下几个方面： 1、地面限制 2、地下限制 3、钻井技术需要。 4、经济勘探开发油气藏的需要 此外，因气候限制，如寒冷或沙漠地区，亦可利用丛式井开采油气，以利于集输的保温和油井的管理。,2019/1/14,5,(二)、定向井的分类： l 按段制分： 常规
2、定向井可分为二、三、四、五段，两段制是指在一口定向井中仅含有直井段、增斜井段的定向井。三段制是指在一口定向井中由直井段、增斜井段、稳斜井段三个井段组成的定向井。四段制是指在一口定向井中由直井段、增斜井段、稳斜井段、降斜井段四个井段组成的定向井。五段制是指在一口定向井中由直井段、增斜井段、稳斜井段、降斜井段、稳斜井段五个井段组成的定向井。定向井的剖面均由直、增、稳、降中的某几项来组合 。,2019/1/14,6,l 按设计井眼轴线形状分： 1、两维定向井：是指井眼轴线形状只在某个铅垂平面上变化的定向井，它们的井斜角是变化的，而方位角是不变的。 2、三维定向井：是指井眼轴线超出某一铅垂平面而在三维
3、空间中变化的定向井。三维定向井既有井斜变化，又有方位角的变化。三维定向井又可分为三维纠偏井和三维绕障井。,2019/1/14,7,l 按设计最大井斜角可分为： 1、低斜度定向井：设计的最大井斜角不超过15度，这种定向井由于井斜角小，钻进时井斜、方位不易控制，钻井难度大。 2、中斜度定向井：设计的最大井斜角在15度至45度之间，钻进时井斜、方位较易控制，钻井难度相对不大。是使用最多的一种。 3、大斜度定向井：设计的最大井斜角在46度至85度之间，其斜度大、水平位移大，增加了钻井难度和成本。 4、水平井：设计的最大井斜角在86度至120度之间，并沿（近）水平方向钻进一定长度的井。根据造斜井段的曲率
4、半径又可细分为长、中、中短、短四种曲率半径的水平井。水平井钻进相对较难，多数需要特殊设备、钻具、工具、仪器以及特殊工艺。,2019/1/14,8,l 按定向井的钻井的目的可分为： 1、救援井：为抢救某一口井的井喷、着火而设计施工的定向井。 2、多目标井：为钻达数个目的层位而设计施工的定向井。 3、绕障（三维）井：为绕过地下某种障碍而设计施工的定向井。 4、立槽斜井：采用斜直钻机施工，从井口开始倾斜的定向井。 5、多底井：凡在一个井口下面有两个以上井底的井称多底井。用定向侧钻的方法完成。 定向侧钻是在已钻主井眼内，按预定方向和要求侧钻一口新井的工艺过程。根据侧钻的目的可分为纠斜侧钻、避开落鱼侧钻
5、、二次完井侧钻等。根据侧钻方法可分为套管开窗侧钻和裸眼侧钻。套管开窗侧钻又有套管段铣和斜向器开窗之分。,2019/1/14,9,l 按一个井场或平台钻井数可分为： 1、单一定向井。 2、双筒井：用一台钻机交叉作业，同时钻出井口相距很近的两口定向井或一直一斜。 3、丛式井（组）：凡在一个井场或平台上有计划的钻两口或以上的定向井（含直井），这些井组统称丛式井。丛式井中的任一定向井可为多目标井、大位移井、水平井等井型。,2019/1/14,10,（三）、定向井的基本概念： 1、测深：井眼轴线上任一点到井口的井身长度，称为该点的测深，也称为该点的测量井深。 2、井斜角：某测点处的井眼方向线与通过该点的
6、重力线之间的夹角称为该点的处的井斜角。井眼方向线和重力线都是有向的直线。 3、井斜方位角：井斜方位角是指以正北方向线为始边，顺时针旋转至井斜方位线所转过的角度。 4、井斜变化率：单位井段内井斜角的绝对变化值称为井斜变化率，通常以两测点间的井斜角的变化量与两测点间井段的长度比值表示。 5、井斜方位变化率：单位井段内井斜方位角的绝对变化值称为井斜方位变化率，通常以两测点间的井斜方位角的变化量与两测点间井段的长度比值表示。 6、垂深：垂深即测点的垂直深度，是指井身上任一点至井口所在平面的距离。,2019/1/14,11,7、水平位移：井眼轴线上某一点在水平面上的投影至井口的距离，又称闭合距。 8、闭
7、合方位或总方位：是指以正北方位线为始边顺时针转至闭合距方位线上所转过的角度。 9、N（北）坐标E（东）坐标：是指测点以井口为原点的水平面坐标系里的坐标值。 10、视平移：是井身上某点在某一垂直投影面上的水平位移，这个“水平位移”不是真实的水平位移。所以称之为视平移。 11、最大井斜角：无论设计剖面还是实钻剖面，全井井斜角的最大值，称为最大井斜角。 12、磁偏角：在某一地区内，其磁北极方向线与地理北极方位线之间的夹角，称为该地区的磁偏角。 13、全角变化率：“全角变化率”、“狗腿严重度”、“井眼曲率”，都是相同的意义。指的是在单位井段内三维空间的角度变化。它既包含了井斜角的变化又包含着方位角的变
8、化。,2019/1/14,12,二、定向井设计,（一）、井身剖面的设计原则 1、能实现钻定向井的目的； 2、应尽可能利用地层的自然造斜规律； 3、在选择造斜点、井眼曲率、最大井斜角等参数时，应有利于钻井、采油和修井作业； 4、在满足钻井目的的前提下，力求使设计的全井斜井深最短，有利于安全、优质、快速钻井，降低钻井成本； 这方面要考虑以下几个问题： （1）、选择合适的井眼曲率； （2）、选择易钻的井眼形状； （3）、选择适当的造斜点； （4）、设计的井身剖面形状应与井身结构同时考虑。 （5）、优质的钻井液。,2019/1/14,13,一般情况下，在给定的设计条件有：地面井位坐标、目标点坐标和目的
9、层垂直深度，井底垂深。根据这些基本参数，通过坐标换算，可计算出设计方位角和设计水平位移。坐标换算方法如下： X （地理北） 井口（Xa，Ya） O Y（地理东） 上图给定的井位坐标即井口坐标（Xa，Ya），目标点坐标(Xb,Yb)和目的层垂深H 。 坐标换算公式如下： X= Xb- Xa Y= Yb- Ya 计算出X、Y的正负数值后确定目标所在的象限。然后计算方位的精确值。 位移 S= X2+Y2 =arctgY/X(以上图为例)。,Y,s,目标点(Xb,Yb),X,2019/1/14,14,二、剖面设计中有关因素的选择,1、 造斜点的选择： （1） 造斜点应选择在比较稳定的地层，避免在岩石破
10、碎带，漏失地层，流砂层或容易坍塌等复杂地层定向造斜，以免出现井下复杂情况，影响定向施工。 （2） 应选在可钻性较均匀的地层。避免在硬夹层定向造斜。 （3） 造斜点的深度应根据设计井的垂直井深，水平位移和选用的剖面类型决定，并要考虑满足采油工艺的需要。 （4）在井眼方位漂移严重的地层钻定向井，选择造斜点位置时，应尽可能使斜井段避开方位漂移大的地层。,2019/1/14,15,2、 最大井斜角的选择： 大量定向钻井的实践证明，井斜角小于15，方位不稳定，容易漂移。井斜角大于45，测井和完井作业施工难度较大，扭方位困难，转盘扭矩大，并易发生井壁坍塌等现象。所以，常规定向井的最大井斜角尽可能控制在15
11、45范围内。 3、 井眼曲率的选择： 常规定向井井眼曲率的选择范围是： （1） 井下动力钻具造斜井段的造斜率取516/100m； （2）转盘钻增斜井段的增斜率取48/100m； （3）转盘钻降斜井段的降斜率取62/100m。,2019/1/14,16,（三）井身剖面设计的内容和步骤：,一般情况下，在给定的设计条件有：地面井位坐标、目标点坐标和目的层垂直深度，井底垂深。根据这些基本参数，通过坐标换算，可计算出设计方位角和设计水平位移。 1、选择剖面类型； 2、确定造斜率和降斜率，选择造斜点； 3、求得剖面上的未知参数，一般情况下这个未知数是全井的最大井斜角； 4、进行井身计算，包括各井段的井斜角
12、、垂深、水平位移及井深。 5、做垂直剖面投影图、水平投影图。,2019/1/14,17,（四）优化丛式井总体设计：,1、优选平台个数； 2、优选平台位置； 3、优选一个平台内钻井口数； 4、优化地面井口的排列方式； 5、优选丛式井组各井口与目标点间的井眼轨道形状。,2019/1/14,18,二、水平井简介,2019/1/14,19,1、水平井基本概念,所谓水平井，通常指最大井斜角不小于86且在产层内横向钻进的特殊形式的油气井。通常人们把进入油气层井眼的井斜角不低于86的井段称为水平井段。能沿油层走向形成这种水平位移的特殊定向井归纳为水平井，它主要被广泛应用到下列几方面。可减少油田开发过程中水锥
13、,气锥问题，可开发低渗透致密油藏和重油；可开发天然裂缝性油藏，边水驱动和气驱动油藏，不易钻探的油藏；热采应用；低产能油藏；不规则油藏及薄层油藏。,2019/1/14,20,2、水平井基本术语,入靶点：是指地质设计规定的目标起始点。 终止点：是指地质设计规定的目标结束点。 靶前位移：是指入靶点的水平位移。 水平段长：入靶点与终止点的轨道长度。 梯形靶：即纵向为a米,横向b米的夹角内。 圆柱靶：即沿水平段设计井眼轴线的半径为R米的圆柱。 矩形靶：即纵向为a米,横向为b的长方体。,水平井除具有普通定向井的一些基础的技术术语外,其本身的特点仍有下面的一些基本术语,2019/1/14,21,3、水平井的
14、基本类型,水平井的分类通常按造斜率（或曲率半径)分为三种类型： 长半径水平井：造斜率K300m。 中半径水平井：造斜率K=6-20/30m，曲率半径R=100-300m。 短半径水平井：造斜率K=5-l0/30m，曲率半径R=6-l2m。造斜率K=1.5-3/（在6-18m）的过程中由垂直变为水平。,2019/1/14,22,4、水平井常用剖面类型,水平井常用的剖面主要有下列四种： 双增稳剖面，即直井段一增斜段一稳斜段一增斜段一水平段。 双增剖面，即直井段-增斜段-增斜段一水平段。 三段制剖面，即直井段一增斜段一水平段。 三增剖面，即直井段一增斜段一增斜段一增斜段一水平段。,2019/1/14
15、,23,5、水平井剖面设计,可行的最简单造斜曲线是从造斜点井斜接近零度时开始，以单一连续的弧钻进到90井斜的单一均匀曲线。如果马达造斜钻具增斜特性的变化小于水平目标区的容许误差，那么这一设计便是最佳设计。由于大多数马达造斜钻具增斜特性的变化和误差都大大地超过水平目标区的允许误差。为了补偿这些变化和误差，就有必要在造斜井段设计增加一段调节用的斜直井段。, 剖面设计要求,2019/1/14,24,5、水平井剖面设计,单曲率斜直剖面的设计,2、水平井剖面设计要求与类型, 水平剖面设计类型,变曲率一斜直剖面设计,理想造斜曲率剖面设计,2019/1/14,25,四、水平井井眼轨迹控制工艺模式与技术, 以
16、动力钻为主的水平井井眼轨迹控制模式, 直井段充分利用成功的高压喷射和防斜打直技术，严格的将造斜点前的直井段井眼轨迹控制在允许范围之内，快速优质地钻完该井段。,对入靶前地层较稳定的水平井，造斜段的施工以弯壳体动力钻具为主要钻进方式，以转盘钻具组合通井铲除岩屑床和修整井眼，并完成稳斜段或造斜率较低的调整段，以二至三套钻具组合在二至三趟钻内钻完0-90造斜段。,2019/1/14,26,四、水平井井眼轨迹控制工艺模式与技术, 对入靶前地层稳定性较差的水平井，造斜段的施工以单弯动力钻具与转盘钻具组合相结合的钻进方式，用动力钻具在易造斜井段按设计先打出高造斜率，再用转盘钻具组合钻掉可钻性差的井段（即后打出低造斜率)。对设计造斜率较低的疏松地层,在采用动力钻具或转盘钻具组合时，都应当使用比正常井段造斜率高一级的钻具组合来完成。, 对地质设计靶区垂深误差要求在5一10m、而平面误差大于5m的水平探井和水平开发井，以转盘钻钻具组合为主要钻进
