《钻井定向钻井》ppt课件

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1、钻井-定向钻井,概述 第一节 定向井的基本概念 第二节 定向井井身剖面设计 第三节 实际井眼轴线的计算和绘制 第四节 定向井的井斜和方位控制 小结,概述,一、定向井的定义 定向钻井是使井眼沿预先设计的井眼轴线（井眼轨迹）钻达预定目标的钻井过程。 （井斜控制是使井眼按规定的井斜、狗腿严重度、水平位移等限制条件的钻井过程）。,概述,二、定向井的引入 1、定向井引入石油钻井界约在19世纪后期，当时的定向井是在落鱼周围侧钻。,2、世界上第一口真正有记录的定向井是1932年美国人在加利福尼亚亨延滩油田完成，当时浅海滩下油田的开发是在先搭的栈桥上竖井架钻井。美国一位有创新精神的钻井承包商改变了选种做法，他

2、在陆地上竖井架，使井眼延伸到海床下，开创了钻井新纪元。,概述,3、1934年，德国的克萨斯康罗油田一口井严重井喷。一位有丰富想象力的工程师提出用定向井技术来解决。在距失控井一定距离钻一口定向井，井底与失控井相交，然后向井内泵入重浆压住失控井，这是世界上第一口定向救援井。,4、二战后生产的发展，海洋石油的开发，井下动力钻具的研制，计算技术的进步促进了定向井技术的发展。,概述,5、我国的第一口定向井是1955年在玉门油田钻成，井号为C215井。1965年在四川油田钻成了我国第一口水平井，磨三井，水平延伸160m，是世界上第二个钻成水平井的国家。,6、四川油田的草16井，1987年钻成，是一口过长江

3、定向井。,7、胜利油田的河50丛式井组，1988年完成，一个陆地平台钻成35口定向井。,概述,三、定向井的应用范围 1、地面限制 油田所处地面不利于或不充许设置井场钻井或搬家安装受到极大障碍。 如： 1）英国的北海油田 2）中国的塔里木油田。,概述,2、地下地质条件要求: 增产 由于地质构造特点，定向井能更有利于发现油藏、增加开发速度。,概述,1）胜利油田辛7411与目标井穿四个油层，相当于4口直井的经济效益 2）磨3井（四川磨溪构造），薄油层，总深度1685m，油层内延伸160m，初产产量比直井高10倍。 3）原苏联申拜油区66 / 45井，块状油层，八个分枝井底，产量增加10倍。,概述,3

4、、钻井技术的需要 需用定向井来处理井下复杂情况或易斜地层的钻井。,概述,1）新疆柯3井，井喷失控着火，几年后请美国人来钻定向救援井。 2）我国自行设计、施工的数口成功的定向救援井：濮2151井（中原油田）、永59井（胜利）、南21井（青海）。均成功地制服了井喷失控事故。 3）侧钻定向井已为一般钻井公司所掌握。 4）川东钻探公司高陡构造区块移动地面井位的钻井技术。 5）江汉油田易斜区块的定向井开发。,概述,4、其它 过江管道的铺设,概述,四、定向井与直井的区别,1、定向井要预先设计井眼轨迹（直井不用）。 2、定向井井斜角、水平位移、井眼曲率大（直井小）。,概述,3、工艺技术区别大： 定向井有定向

5、作业； 经常（三根单根左右）测井斜、方位（ 直井一只钻头一次井斜）； 钻压失真、扭矩大； 起下钻频繁； 对泥浆性能要求严（携屑、润滑、井壁 稳定）。,概述,4、定向井钻具事故多（粘附、键槽、疲劳）。,概述,五、定向井的钻井过程与涉及的内容,1、设计轨迹、钻具组合，制定施工措施。 要求进行轨迹设计、钻具设计（造斜、稳斜与减斜钻具)。 2、直井眼钻进（保直）。,概述,五、定向井的钻井过程与涉及的内容,3、定向造斜造斜工具安置方向计算、定向工艺。 造斜工具的安置 4、轨迹控制测斜、实钻井眼位置计算、钻具组合调整计算、轿正井眼设计。增斜、稳斜、降斜、扭方位。,概述,定向井涉及的关键技术：,计算：（计算

6、机技术） 轨迹设计、钻具设计、轨迹预测、定向参数。 从井口到目的点，要有不同的井段连接，有增斜与降斜要求，而造斜能力受工具和工艺水平的限制，同时还应考虑如何安全钻进。故必须设计井眼轨迹。,概述,工具：造斜（增、降、稳斜）工具、扭方位工具。 仪器：测斜仪。 施工经验。,定向井涉及的关键技术：,第一节 定向井的基本概念,井眼曲线的表示方法： 垂直平面与水平平面,N,O,O,第一节 定向井的基本概念,垂直平面上： 每一点的井深与空间井眼的井深一样,每一点的井斜角与与空间井眼对应的井斜角一致。（不是直接投影）,第一节 定向井的基本概念,水平面上： 为空间井眼的水平投影,A,N,E,B,A,B,S,O,

7、第一节 定向井的基本概念,一、定向井的基本要素,N,O,O,测深 井口至测点处的井 眼实长，米。 井斜角 测点处井眼方向 线（切线，指前）与重力 线间的夹角，度。,第一节 定向井的基本概念,一、定向井的基本要素,N,O,O,井斜变化率 井斜角对井深的变化率，度/30米 垂深 测点的垂直深度，米,第一节 定向井的基本概念,一、定向井的基本要素,N,O,O,方位角 测点处正北方向至井眼方向线在水平面投影线间夹角，度 方位变化率 方位角对井深的变化率，度/30米,第一节 定向井的基本概念,水平位移测点至井口所在的铅垂线的距离，米 闭 合 距井底的水平位移，米 闭合方位角在水平投影图上测点处正北方向与

8、闭合方位线间的夹角，度,N,E,A,B,O,第一节 定向井的基本概念,视 平 移测点水平位移在设计方位线上的投影，米,N坐标、E坐标和H坐标 测点在以井口为原点的NEHO三维坐标系里的北（N）、东（E）、垂深（H）三个坐标分量，米。,第一节 定向井的基本概念,二、井眼曲率及其计算方法 1.定义： 井眼的曲率K： 井眼切线的倾角r对于井深的变化率,K表示曲线偏离直线的程度。,r1,r2,L,第一节 定向井的基本概念,对方位不变的情况,L,R,即只有井斜沿轴线的变化，R为曲率半径。也叫井斜变化率。,第一节 定向井的基本概念,水平投影上的方位变化 (叫水平投影曲率） 不等于该段井眼的实际方位变化率，

9、因其该段的水平投影长度一般不等于空间实际长度。,l,S,第一节 定向井的基本概念,2. 空间曲线法求井眼曲率 依据： 根据微分几何原理，一条空间曲线的曲率K有公式,dH,dE,dN,L,第一节 定向井的基本概念,具体方法： 在井轴上取一微段dl（因是微段，弦 带替了弧曲线）由上图可知,N,A,B,H,N,E,HA,O,A,第一节 定向井的基本概念,将上三式再次求导并带入下式化简整理得,对一个测段来说,可得井眼曲率,第一节 定向井的基本概念,三、狗腿度概念 钻进一定长度（30米）的井眼角度（空间全角）变化。,第一节 定向井的基本概念,小结,一、井眼轨迹表示方法 二、定向井基本要素 测深、垂深 井

10、斜角、方位角 井斜变化率、方位变化率 水平位移、闭合剧、闭合方位角 视平移 三、井眼曲率 空间全角 四、狗腿度,第一节 定向井的基本概念,已知几个测段数据如下（测段长均为30米）：,计算每个测段的井眼曲率。,第二节 定向井井身剖面设计,基本概念 井身剖面设计原则 造斜点 井眼曲率 最大井斜角 剖面类型 设计方法,主要内容：,第二节 定向井井身剖面设计,目的： 选择满足要求的井身剖面类型 设计剖面结构参数,井身剖面： 所钻井眼达到目标点的井眼路径或轨迹。 井身剖面是由各种不同类型的单一形状组成的。,第二节 定向井井身剖面设计,一、名词解释,O,A,B,C,D,E,直井段: 井斜为0 造斜点： 开

11、始增加井斜的位置 造斜率： 造斜工具在单位长度 井眼能增加的井斜值 增斜率： 单位长度井眼增加的 井斜值 降斜率： 单位长度井眼降低的 井斜值,第二节 定向井井身剖面设计,一、名词解释,O,A,B,C,D,E,造斜段（增斜段）： 增加井 斜的井段 降斜段： 降低井斜的井段 稳斜段： 控制井斜不变的井段 靶点： 钻井的目标点,二、定向井井身剖面设计的原则 1、保证实现钻定向井的目的 根据不同的定向井钻井目的对定向井井身剖面进行合理设计 例如： 裂缝性油藏：横穿裂缝 薄油层：大斜度或水平井 低渗块状油层：多底井,第二节 定向井井身剖面设计,1、保证实现钻定向井的目的 救援：目标层位、靶区半径、简单

12、（快速、经济）,第二节 定向井井身剖面设计,落鱼侧钻： 避开落鱼、一定水平位移 整块油藏： 按开发井网布置要求,第二节 定向井井身剖面设计,2、考虑地面条件限制 地面条件是确定定向井井位和丛式井平台位置的重要依据，还需考虑交通、采油、油气集输等方面的需要。,第二节 定向井井身剖面设计,3、正确选择造斜点、井眼曲率、和最大 井斜角 原则： 上述参数的选择应有利于采油、修井作业和钻井施工。,第二节 定向井井身剖面设计,（1）造斜点的选择 原则： 选在比较稳定、均匀的地层 尽量在软中硬地层造斜，并考虑钻 头类型 尽量在方位漂移不大的地层造斜 应考虑垂深、水平位移、与最大井斜的要求， 造斜点高则水平位

13、移大，井斜小、低则相 反。,第二节 定向井井身剖面设计,（2）最大井斜角： 45o测井、完井施工难度大、扭方位困 难、扭矩大、井壁不稳 一般15o45o。,第二节 定向井井身剖面设计,第二节 定向井井身剖面设计,（3）井眼曲率 井眼曲率变化的影响： 过小：造斜井段过长，增加轨迹控制工作量 过大：造成钻具偏磨、摩阻过大、键槽、其它井下作业（如测井、固井、射孔、采油等）的困难。 控制原则： 定向井中应控制其最大值 5o-12o/100m，最大不超过16o/100m。,考虑因素： a 保证井下动力钻具顺利通过的井眼曲率 （动力钻具刚度较大不充许弯曲而保持直线状态）,第二节 定向井井身剖面设计,通过简

14、单的几何分析，并作一些近似处理有曲率半径P.128(7-19),设计时需：,b、套管允许弯曲应力对井眼曲率的限制 套管尺寸较大，弯曲后最容易出现的破坏是丝扣滑脱或破坏，通过数学力学分析并考虑丝扣处应力集中得到下式:P.128(7-20),第二节 定向井井身剖面设计,4、剖面设计应有利于安全、快速钻进， 降低钻井成本 在满足钻井目的前提下，尽量选用比较简单的剖面 类型； 尽量利用地层自然造斜规律； 尽量利用拥有的造斜工具造斜能力； 尽量使井身轨迹短，尽可能保持较长的直井段。,第二节 定向井井身剖面设计,三、井身剖面类型的选择 1、常规二维剖面 二维定向井剖面指设计井眼轴线仅在设计方位线所在铅垂平

15、面上变化的定向井剖面。,第二节 定向井井身剖面设计,特点： 造斜点较浅（可减少最大井斜角） 使用范围： 靶点较浅、水平位移较大时常采用。 因造斜段完成后井斜角和方位角变化不大，轨迹控制容易，一般井斜角为15o-55o。,第二节 定向井井身剖面设计,O,A,B,1.1 直、增、稳三段制剖面 最常用和最简单的井身剖面。,应用范围： 常用于靶点较深，水平位移较小的定向井、多目标井等。 特点： 难度较三段制剖面大，主要原因是有降斜段。降斜段会增大扭矩、摩阻（如小水平位移深定向井采用三段制剖面轨迹难控制）。,第二节 定向井井身剖面设计,O,1.2 直、增、稳、降、稳 五段制剖面,2、特殊二维剖面 为了减少摩阻 2.1 悬线剖面 2.2 抛物线剖面,第二节 定向井井身剖面设计,O,3、三维定向井剖面 三维定向井剖面指在设计的井身剖面上既有井斜角的变化又有方位角的变化。 常用于在地面井口位置与设计目标点之间的铅垂平面内，存在井眼难以通过的障碍物（如：已钻的井眼、盐丘等），设计井需要绕过障碍钻达目标点。 三维绕障设计 纠编三维设计,第二节 定向井井身剖面设计,O,四、定向井井身剖面的设计方法 1、内容和步骤 （