定向井水平井概述.ppt

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1、一、定向井水平井概述,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,定向井已成为常规技术而得到普遍应用。,造斜点,稳斜井段,实钻轨迹,设计轨道,靶区,水 平 位 移,-井斜角,定向井垂直投影图,垂 深,定向井是使井筒沿特定方向 钻达地下预定目标的油气井,什么是定向井？,北,东,靶点,N,E,-方位角,定向井水平投影图,井口,设计轨道,实钻轨迹,为什么要钻定向井？,绕开地面地下障碍物 地下地质条件要求：由于地质构造特点采用

2、直井不能有效地开发油气藏时 钻井技术的需要：遇到井下事故或复杂情况无法处理或者不易处理时。,定向井有哪些类型？,多目标井 具有两个或两个以上目标点的定向井。,丛式井,在一个钻井平台上, 钻出两口或两口以上的定向井。,桩139平台在80度扇形范围内钻成26口定向井,绕障井,绕过障碍物钻达目标点的定向井,大位移井,水平位移,水平位移/垂深2,垂 深,造斜点,侧钻井,从原有井眼侧钻到达目标点的定向井,专业名词,1、井深：井眼轴线上任一点到井口的井眼长度，称为该点的井深，也称为该点的测量井深，或斜深。单位为米。 2、垂深：井眼轴线上任意一点到井口所在平面的距离，称为该点的垂深。单位为米。 3、水平位移

3、：井眼轨迹上任意一点与井口铅垂线的距离，称为该点的“水平位移”，也称该点的闭合距。单位为米。 4、视平移：水平位移在在设计方位线上的投影长度，称为视平移。,专业名词,5、井斜角：井眼轴线上任意一点的井眼方向线与通过该点的重力线之间的夹角，称为该点处井斜角。单位为度。 6、方位角：表示井眼偏斜的方向，它是指井眼轴线的切线在水平面投影的方向与正北方向之间的夹角。它以正北方向开始，按顺时针方向计算。单位为度。 7、磁偏角：它是指地磁北极方向线与地理北极方向线之间的夹角。随着地理位置和时间不同其数值也不同。有正负值之分。 8、磁方位角：用磁性测斜仪测得的方位角,磁偏角：它是指地磁北极方向线与地理北极方

4、向线之间的夹角。随着地理位置和时间不同其数值也不同。有正负值之分。,磁极,a,地理北极,磁极,磁偏角,地理方位,磁方位,专业名词,9、地理方位角：以地理北极为基准的方位角。 地理方位角=磁方位角+磁偏角 10、井斜变化率：单位井段内井斜角的改变速度。以两测点间井斜角的变化量与两测点井段的长度的比值表示。 11、方位变化率：单位井段内方位角的变化值。 12、造斜率：表示造斜工具的造斜能力，其值等于该造斜工具所钻出的井段的井眼曲率。 13、增（降）斜率：增（降）斜井段的井斜变化率。,专业名词,14、全角变化率：它与“狗腿严重度”“井眼曲率”是相同的意义，指的是单位井段内井眼前进的方向在三维空间内的

5、角度变化。它既包含了井斜角的变化又包含着方位角的变化 。其计算方法为： K=25（A2-A1）2+（B2-B1）2sin2(A1+A2)/2 /L K=25（A2-A1）2+（B2-B12sin2(A1+A2)/2/L 16、增斜段：井斜角随井深增加的井段。 17、稳斜段：井斜角保持不变的井段。 18、降斜段：井斜角随着井深增加而逐渐减小的井段。 19、目标点：设计规定的必须钻达的地层位置。通常是以地面井口为坐标原点的空间坐标系的值来表示。,专业名词,20、靶区半径：允许实钻井眼轨迹偏离设计目标点的水平距离。靶区是指目标点所在水平面上，以目标点为圆心，以靶区半径为半径的圆面积。 21、靶心距：

6、在靶区平面上，实钻井眼轴线与目标点之间的距离。 22、工具面：在造斜钻具组合中，由弯曲工具两个轴线所决定的那个平面。 23、反扭角：动力钻具启动加压后，工具面相对于启动前逆时针转过的角度。 24、高边：定向井的井底是个呈倾斜状态的圆平面，该平面上的最高点称为高边。,专业名词,25、工具面角：是指工具面所在位置的参数。有两种表示方法：一种是以高边为基准；一种是以磁北为基准。 A高边工具面角：是以高边方向线为始边，顺时针转到工具面与井底圆平面的交线上所转过的角度。 B、磁北工具面角：是以磁北方向线为始边，按顺时针方向与工具面方向线在水平面上的投影线之间的夹角。等于高边工具面角加上井底方位角。,专业

7、名词,26、定向角：在定向或扭方位钻进时，启动井下马达之后，工具面所处位置，用工具面角表示。可用高边工具面角表示，也可用磁北工具面角表示。当用高边工具面角表示时与“装置角”一词的意义和计算法相同。 27、安置角：在定向或扭方位时，当启动马达之前，将工具面安放的位置以工具面角表示，此时的工具面角即为安置角。,专业名词,无磁钻铤：是由蒙乃尔合金或不锈钢制成的不易磁化的钻铤。其用途是为磁性测斜仪提供一个不受钻柱磁场影响的测量环境。其长度由地理位置和井斜方位决定。,无磁钻铤长度选择,专业名词,1） 弯接头：有固定角度弯接头、可调角度弯接头两种。 目前现场常用固定角度弯接头，由接头体、循环套、定向键和固

8、定螺丝组成。加工时它是将公扣轴线与本体轴线相交一个角度既为弯曲角B=57.3(长边-短边)/本体直径,固定角度弯接头,长边,短边,专业名词,坐标系及相互关系： 1地理坐标 2大地坐标（网格坐标） 3相对坐标(井口为原点) 3.1直角坐标 3.2极坐标 相互关系：地球特性决定了不同表达方法，既有联系又有差异。,加地球图片,专业名词,地理坐标： 地面上任意一点的位置通常用经度和纬度来表示。经线和纬线是地球表面上两组正交的曲线，由这两组正交曲线构成的坐标，称为地理坐标系。它是一种球面坐标，表示单位是度。,加图片,专业名词,大地坐标（网格坐标） ： 是地理坐标经过地图投影换算而得出的坐标系统。X对映北

9、向，Y对映东向。我国目前主要用高斯克吕格投影。,示意图,子午线收敛角：子午线的切线方向与网格北的夹角。用a表示。 计算方法: a=sin 是计算点与中央子午线之间经度差。 是计算点所在的纬度。 重力线收敛角：,方位角的校正方法： 网格方位=磁方位+磁偏角-收敛角,磁北 MN,地理北,网格北,井眼方位,磁方位,磁偏角,网格方位,收敛角,专业名词,相对坐标（直角坐标） 以井口为原点的相对坐标。X轴为北坐标，方向与方位参考基准相同，Y轴为东坐标。,示意图,专业名词,相对坐标（极坐标）： 以井口为原点的相对坐标。用闭合距和闭合方位的形式描述空间坐标点。方向与方位参考基准相同。,加图片,专业名词,计算方

10、法 1、最小曲率半径法,代号说明,专业名词,2、曲率半径法,代号说明,专业名词,3、平均角法,代号说明,二定向井设计,1、 井深剖面设计 1） 剖面类型：常用类型有三段制和五段制。三段制为直井段增斜段稳斜段。五段制为直井段增斜段稳斜段降斜段直井段。按定向井设计井深剖面在空间坐标系中的几何形状，又可分为两维和三维剖面。 两维剖面是指设计井眼轴线仅在设计方位线所在的铅垂平面上变化的井； 三维剖面是指在设计井深剖面上既有井斜的变化又有方位角的变化。,二定向井设计,2） 井深剖面设计原则 （1） 根据油田勘探、开发布置要求，保证实现钻井目的； （2） 根据油田的构造特征、油气产状，有利于提高产量和采收

11、率。 （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） 在满足钻井目的前提下，应尽可能选择比较简单的剖面类型，力求使设计的斜井深最短，以减小井眼轨迹控制的难度和钻井工作量，有利于安全快速钻井，降低钻井成本。,二定向井设计,3） 剖面设计中有关因素的选择 （1） 造斜点的选择 A应选择在地层比较稳定的地层，避免在岩石破碎带、漏失地层、流沙层或易坍塌等复杂地层定向造斜，以免出现井下复杂情况影响施工。 B应选在可钻性比较均匀的地层，避免在硬夹层造斜。 C、造斜点的深度应根椐设计井的垂深、水平位移和选用的剖面类型决定，并考虑满足采油工艺的需要。 D、在井眼方

12、位漂移严重的地层，选择造斜点时应尽量使斜井段避开方位自然漂移大的地层或利用井眼方位漂移的规律。 （2）、最大井斜角 （3）井眼曲率 A 尽量保持井眼曲率均匀，不能超过规定的数值； B要保证造斜钻具能顺利通过。该钻具顺利通过的最小曲率半径RT等于125L2/(0.728DF) C 要考虑下入套管的最大允许值KM等于5.5610-6C/C1C2DC,二定向井设计,4） 井深剖面的设计方法：有图版法、作图法、解析法三种。 （1） 解析法设计步骤 A、 根据剖面设计原则选择井身剖面； B、 选择造斜点； C、 计算最大井斜角amax,二定向井设计,最大井斜角amax HOH-HZ-HXZ+R2sin，

13、 S0=S-SXZ+R2（1-cos，） R1=180/K1 R2=180/K2 R0=R1+R2 SXZ=HXZtg， amax=2arctg(H0-H20+S202R0S0 )/(2R0-S0),二定向井设计,D、分段井眼计算： a增斜段 H1=R1sinamax S1=R1(1-COSamax) L1=R1ama/180 b稳斜段1 L2=H20+S20-2R0S0 H2=L2COSamax S2=L2sinamax,二定向井设计,分段井眼计算： C降斜段 H3=R2（sinamax-cosa，） S3=R2(cosa，-cosamax) L3=R2(amax-a，)/180 d稳斜段2

14、 SXZ=HXZtga， LXZ=SXZ2+HXZ2 e总井深L L=HZ+L1+L2+L3+LXZ,二定向井设计,上述公式中符号代表意义 H0过度参数，m； H全井总垂深，m； HXZ自降斜终点到目标点处的垂增，m； HZ造斜点的深度，m； a，降斜终点的井斜角，m； S0过度参数，m； S井口到目标点的水平位移，m； SXZ、LXZ分别为降斜终点到目标点的水平位移和段长，m；,K1，K2分别为选定的增斜率和降斜率， R1，R2分别为增斜段和降斜段的曲率半径，m； H1、S1、L1分别为增斜段的垂增、水平位移增量和段长，m； H2、S2、L2分别为稳斜段1的垂增、水平位移增量和段长，m； H

15、3、S3、L3分别为降斜段的垂增、水平位移增量和段长，m； L全井的总井深，M。,三、定向井工艺过程及控制,定向井常用工具 1） 弯接头：有固定角度弯接头、可调角度弯接头两种。 目前现场常用固定角度弯接头，由接头体、循环套、定向键和固定螺丝组成。加工时它是将公扣轴线与本体轴线相交一个角度既为弯曲角B=57.3(长边-短边)/本体直径 2)无磁钻铤：是由蒙乃尔合金或不锈钢制成的不易磁化的钻铤。其用途是为磁性测斜仪提供一个不受钻柱磁场影响的测量环境。其长度由地理位置和井斜方位决定。 3)定位直接头、托盘接头 4)稳定器、随钻震击器、键槽扩大器、变向器等。稳定器外径对钻具结构作用影响很大，特别是钻头

16、上的稳定器影响更大。,三、定向井工艺过程及控制,定向井常用工具 5）井下动力钻具：涡轮钻具和螺杆钻具。目前最常用的是螺杆钻具。 A螺杆钻具有直螺杆和弯外壳螺杆，具体规范和性能查钻井工具手册。 B螺杆钻具工作原理：螺杆钻具是一种容积式马达，高压钻井液经钻具进入螺杆马达后，液体压力迫使转子旋转，将钻井液的水力能转化为机械能，通过传动轴把扭矩传递到钻头上,定子与转 子截面图,定子,结构：从上到下依次是旁通阀总成、马达总成、万向轴总成、传动轴总成、导向总成（弯螺杆）。新型螺杆具有防掉装置,传 动 轴,转 子,径向轴承,承压轴承,万向轴,螺杆钻具工作特性 （1）螺杆钻具的转速只与排量和结构有关而与工况（

17、钻压、扭矩）无关。 （2）工作扭矩与压降和结构有关与转速无关。 （3）转速和力矩是各自独立的两个参数。 （4）具有硬转速特性和良好的过载能力。 （5）泵压表可以作为井底工况的监视器，由P变化来判断和显示井下工况（钻压和扭矩） （6）转速随排量的变化而线性变化。 （7）工作扭矩和转速均与结构有关。增大马达的每转排量可获得低速大扭矩的特性。 （8）由于密封漏失和摩擦阻力，存在机械效率和水力效率,D影响螺杆钻具使用因素（使用要求） 1 钻井液：满足井下需要的前提下，比重和粘度尽可能的低，比重不大于1，5；固相含量小于5%；PH值在4-10之间，过高或过低都会对螺杆钻具零件产生破坏作用；钻进液中含有芳

18、香烃类物质或其它对定子橡胶有害的化学处理剂，会损伤定子橡胶，减少使用寿命。 2 排量：每种规格的螺杆都有最适应的排量范围，要符合推荐的使用范围；排量太大会使转速过高，降低使用时间，甚至损坏马达；排量太低会降低转速，功率低，甚至打不开旁通阀进而刺坏。 3 钻压：施工中通过逐渐增加钻压，使螺杆钻具的马达压降尽量达到规定值的中上限，以保证螺杆钻具的马达最大限度地输出功率；同时，把钻压控制在推荐的最大钻压以内，过大的钻压会损坏传动轴推力轴承，还会使马达压降过高而发生之滞动现象，如果制动时间过长会使马达严重损坏,D影响螺杆钻具使用因素（使用要求） 4 钻头:钻头水眼压降最大值不超过螺杆额定值。水眼过大使

19、轴承得不到良好润滑及降低螺杆承受钻压的能力；过小，泵压达到额定值时排量小，不能发挥螺杆最大功率，系统压力高会影响推力轴承寿命。 5 温度：根据井底温度选择常温（120）或高温（150）螺杆。为能在较高温度下工作，可采取分段循环或中空螺杆加大流量降温。 6 钻压平衡：螺杆工作时存在以下几种力 F-转子、万向轴、传动轴、及钻头重量的和，方向向下。 FMP-马达压力降产生的轴向力,向下。 FPB-钻头水眼压力降产生的轴向力,向下。 W-钻压，方向向上。 上述各力的合力由推力轴承来承受，合力为0是理想状态,三、定向井工艺过程及控制,定向井常用钻具组合 造斜钻具组合：通常采用弯接头井下带动力钻具或弯壳体

20、钻具。 1）215钻头+6 1/4螺杆+弯接头+6 1/4无磁+6 1/4钻铤35根+5钻杆； 2）241钻头+7 3/4螺杆+弯接头+7无磁+7钻铤58根+5钻杆； 3）152钻头+4 3/4螺杆（弯外壳）+120定位直接头+4 3/4无磁钻铤一根+4 3/4钻铤23根+3 1/2钻杆 4）118钻头+95mm螺杆（弯外壳）+105定位直接头+4 1/8无磁+105钻铤13根+2 7/8钻杆；,三、定向井工艺过程及控制,5)造斜原理：因为下部钻具是弯曲的，在井壁的限制下使其发生弹性变形，由此产生的弹性力矩使钻头产生对井壁的斜向力；同时钻头轴线与井眼轴线不重合，使钻头在井底产生不对称切削，从而

21、钻出倾斜的井眼,三、定向井工艺过程及控制,6）影响造斜率的因素： A地层因素：地层各相异性、软硬交错、断层、地层倾角等 B造斜率与弯曲角成正比，与弯曲点以上钻具刚度成正比；与动力钻具长度成反比；动力钻具重量和井斜角也有影响，成反比关系； C）与钻速成反比，钻速越大造斜率越低。 D）造斜率理论计算公式（略）,三、定向井工艺过程及控制,定向井常用钻具组合 增斜钻具组合：利用近钻头稳定器的支点作用，在钻头上产生增斜力，使井斜不断增加。有多种组合方式，各种方式不但增斜率不同，而且控制防位的能力也不同；根据施工需要采用不同的组合方式。常用组合方式有以下几种 A钻头+近钻头稳定器+托盘接头+无磁钻铤+钻铤

22、100120米； B钻头+近钻头稳定器+托盘接头+无磁钻铤+钻铤9米+稳定器+钻铤100120米； C钻头+近钻头稳定器+托盘接头+无磁钻铤+钻铤18米+稳定器+钻铤100120米；,三、定向井工艺过程及控制,定向井常用钻具组合 稳斜钻具组合：由于钻具刚性大，不易产生弯曲，保持钻具在井眼居中，工作状态稳定，由于稳定器支撑作用，最大限度地减少因钻柱弯曲而产生的增斜力和重力作用而产生的降斜力；以及减轻钻头上受到的横向力的作用，从而达到稳定井斜的目的。 钻头+稳定器+短钻铤3米+稳定器+托盘+无磁+稳定器+钻铤+钻杆；这是一种最简单的组合形式，还有几种增加稳定器数量的不同组合方式，实际中灵活掌握。

23、降斜钻具组合：利用重力产生的降斜力，采用适当的钻井参数从而达到降斜的目的；常见组合方式 钻头+无磁钻铤+钻铤（1030米）+稳定器+钻铤。,三、定向井工艺过程及控制,六 井眼轨迹控制及计算、作图 （一）、一口井轨迹控制三大环节： 1、打好直井段：应用防斜打直技术，造斜点深时尤其重要。 2、把好定向造斜关：动力钻具+弯接头组合进行造斜810度，然后使用带扶正器的增斜钻具组合；目前条件具备可以推广应用导向钻井技术，实现造斜与稳斜（或降斜）一次完成，提高钻井速度。在造（增、降）斜过程中，及时测量，随时作图或使用计算机软件计算分析，如造（增、降）斜率达不到设计要求时，及时采取措施。,三、定向井工艺过程

24、及控制,3、跟踪控制到靶点：在轨迹符合率允许，确保中靶的前提下，把握好轨迹调整时机，尽量减少更换钻具次数。尽可能利用地层造斜规律，掌握钻具组合、钻井参数对轨迹数据的影响。当实钻井眼轨迹严重偏离设计井眼方位时，下入造斜钻具组合进行扭方位：其原则是尽量先调整方位后调整井斜；尽量在井深较浅、井斜较小时把方位调整合适；扭方位的过程控制：扭方位的过程就是控制造斜工具定向角的钻进过程。工具定向角决定了造斜工具钻出的井眼是增斜、降斜、稳斜；是增方位还是降方位。定向角决定着造斜工具的造斜能力用于井斜和方位上的分配比例。,三、定向井工艺过程及控制,（二）、轨迹控制的工作内容：,轨迹测量和轨迹计算,施工措施的确定

25、,钻进新井段,绘制实钻轨迹图，与设计对比分析；利用计算机软件计算分析,造斜、稳斜、降斜钻具组合确定，施工方式的选择与确定，造斜率选择，装置角计算，钻井参数确定,执行施工措施,三、定向井工艺过程及控制,1） 装置角的概念及其工作性质 A装置角的概念：造斜工具定向角与井眼方向线所在平面的夹角，以井眼方向线为起点顺时针方向0360表示。当工具面角用高边工具面表示时，定向角其意义及计算与装置角相同；用磁性工具面角表示时 装置角=磁性工具面角测量点的井眼方位。 B工作性质： 0 90 增斜增方位 90 180降斜增方位 180270降斜降方位 270360增斜降方位； 0全力增斜；180全力降斜；方位不

26、变 95左右全力增方位，265全力降方位，井斜不变。,三、定向井工艺过程及控制,C装置角的图解法：(适用于井斜300之内) OA长度表示井斜，NOA表示原眼方位，NOB表示新井眼方位，DAB、DAC表示装置角，ON表示坐标N轴方向线，AE表示工具造斜率，OB、OC表示新眼井斜。,三、定向井工艺过程及控制,)扭方位模式的概念：为求解装置角与轨迹曲线之间的关系，而设定的条件或前提。 A：斜面法扭方位模式：设想在扭方位过程中，钻出来的井眼轨迹都处于某个空间斜面上，则轨迹可能就是一条斜平面上的曲线。该方法中保持造斜率不变，钻出来的井眼轨迹是斜面园弧曲线。,斜面法扭方位模式示意图,三、定向井工艺过程及控

27、制,B：柱面法扭方位模式：设想在扭方位过程中，钻出来的井眼轨迹都处于某个柱面上，则轨迹可能就是一条柱面上的曲线。该方法中保持装置角不变，钻出来的井眼轨迹是柱面曲线。,三、定向井工艺过程及控制,工具面的监控模式：定向（或扭方位）的核心问题就是对造斜工具的工具面进行控制。是指监控工具面变化的具体方法。（注意工具面表示方式） A：保持工具面不变可以实现斜面法模式；（工具面用磁性表示） B：保持装置角不变可以实现柱面法模式；（工具面用高边表示）,三、定向井工艺过程及控制,实际工作中的有关计算公式： A：斜面法扭方位的计算 实际造斜率计算公式： K=COS-1（cosa1cosa2+sina1sina2

28、cos）/L 度/米(1) COSa2=cosa1cosr+sina1sinrcos r=kL -(2) tan=sinrsin/(sina1cosr+cosa1sinrcos)-(3) sin= sinsinr/sina2 -(4) COS=(sina1cosr+cosa1sinrcos)/ sina2 -(5),三、定向井工艺过程及控制,（1） 已知井斜角a1 a2 ；造斜率K ，段长L ，的数值，求装置角 。 =arcCOS（(COSa1COSrCOSa2)/sina1sinr）-(6) =arcCOS（(sina2COSsina1cosr) /cosa1sinr） -(7) （2） 特

29、殊情况扭方位: 装置角90度扭方位 =arctan(tanr/sina1) a2=arcos(cosa1cosr) 井斜角增大 稳斜扭方位： =arcCOS（tan0.5r/tana1） =arccos(cosr-cos2a1 )/sin2a1) 或= 2sin0.5r/sina1 全力扭方位： =arcCOS（-tanr/tana1） =arc sin(sinr/sina1) （最大） a2=arcos(cosa1/cosr) 井斜角减小,三、定向井工艺过程及控制,井眼方向随装置角的变化关系： 0 90 增斜增方位 90 180降斜增方位 180270降斜降方位 270360增斜降方位 0全

30、力增斜；180全力降斜； 方位不变 由于偏增角的存在，有（2）三种特殊情况；井斜角随装置角的变化是不对称的；稳斜扭方位的装置角是变化值，90和270不是全力扭方位。 偏增角：是90度扭方位和稳斜扭方位两种扭方位的装置角之间的夹角。 井斜角对方位角增量的影响是：井斜角增大，方位角增量减小。,偏增角方位,三、定向井工艺过程及控制,柱面法扭方位的计算(恒装置角模式) （1）恒装置角模式的基本公式: a=rcos =tanln(tan0.5a2/tan0.5a1)弧度 tan=/ln(tan0.5a2/tan0.5a1) a2=2arctan exp/tan+ln(tan0.5a1) （2）井眼方向随

31、装置角的变化关系： 不存在偏增角问题；90扭方位既是稳斜扭方位也是全力扭方位；方位变化率与井眼曲率成正比，与井斜角的正弦成反比。,三、定向井工艺过程及控制,(三)、井眼轨迹计算方法及作图 1、 测斜数据的规定和处理 测斜计算的依据是测斜数据。每个测点的测斜数据有三项：测深L、井斜角a、方位角。 （1）测点编号：自上而下进行编号，第一个不等于零的测点为第一测点， 向下依次排序。每个测点的参数皆以该点编号作为下标符号。 （2）测段标号：自上而下进行编号，规定i-1点与i点之间所夹的测段为第i测段。 （3 第0测点：人为规定的，井斜角为0。第一测点井深大于25米时，0测点井深比第一测点井深小25米；

32、第一测点井深小于25米时，0测点井深及井斜均为0。 （4）用磁性测斜仪器测得的为磁方位角，要进行校正。 （5）当某个测点井斜数据为0时，规定其方位与相邻测点方位相等。,三、定向井工艺过程及控制,方位角增量的绝对值取小于180的数值； 特别注意平均方位角增量C计算方法： 当（i-i-1）180时：i=i-i-1-360 C=（i-i-1）/2 -180 当（i-i-1）-180时：i=i-i-1+360 C=（i-i-1）/2 +180 当（i-i-1）=180时：,三、定向井工艺过程及控制,1、常 用井眼轨迹计算方法： A 平衡正切法：将井眼轴线看成为两相邻测点的切线组成的折线。（略） B 园

33、柱螺线法(曲率半径法)：将相邻两测点之间的井眼轴线为一空间等变螺旋角的园柱螺线，它在垂直剖面图的井身轴线为一段园弧，在水平投影图上的井身投影也是一段园弧。（略） C 最小曲率法：认为相邻两测点之间的井眼轴线为空间某斜面上的一段园弧。,三、定向井工艺过程及控制,D 平均角法：认为相邻两测点之间的井眼轴线为一直线，该直线的井斜角和方位角等于上下两测点相应角度的算术平均值。即 av=(a1+a2)/2 v=(1+2)/2 a1=0时 v=2；a2=0时v=1 L为两相邻测点间的段长。 H=Lcosav H垂深增量 S=Lsinav S段水平位移 N=Lsinavcosv=Scosv N为S在正北方向

34、上的分量 E=Lsinavsinv=Ssinv E为S在正东方向上的分量 N=N1+N2+Nn N为N矢量和 E=E1+E2+En E为E矢量和 S=N2+E2 S为闭合位移 B=arctgE/N B为闭合方位 H=H1+H2+Hn H为累计垂深 将上述计算结果逐点添入表格（见附表） S0设计闭合位移 B0设计闭合方位 N0=S0sinB0 E0=S0cosB0,三、定向井工艺过程及控制,定向井轨迹的绘图 （1）定向井常规绘图：有两种方法。一种是垂直剖面图与水平投影图；一种是垂直投影图与水平投影图。 垂直剖面图与水平投影图的绘制：垂直剖面图以垂深为纵坐标，水平投影长度为横坐标。水平投影图以北南

35、坐标Ni为纵坐标，东西坐标Ei为横坐标。 垂直投影图与水平投影图：垂直投影图以垂深为纵坐标，视平移为横坐标。水平投影图以北南坐标Ni为纵坐标，东西坐标Ei为横坐标。,（1） 邻井距离扫描图的绘制： 最近距离扫描图：以正在钻进的井为基准井，以已经存在的井为比较井。以基准井上的每个点为基准点，在比较井上寻找一个比较点，使两点的距离等于基准井到比较井距离最近。 A：数据准备：将比较井上每个点的坐标都换算为基准井坐标系的值。 B：计算公式：JM=（NM-NB）2+（EM-EB）2+（DM-DB）2 C：寻找最近点 D：以极坐标绘图。 水平距离扫描图：过基准井上每一个基准点M作一个水平面，该水平面与比较

36、井的交点Z就是水平距离点。MZ两点连线与正北顺时针夹角是扫描方位。 JM=（NM-NB）2+（EM-EB）2 。然后以极坐标绘图。 法面距离扫描图：过基准井上每一个基准点M作该点处井眼方向线的法平面，该法平面与比较井的交点Z就是扫描点，MZ连线就是扫描径JM 。,三、定向井工艺过程及控制,施工前准备 1）井眼准备：钻达定向深度后，调整好泥浆性能，充分循环好确保井眼清洁、畅通。 2)定向工具的准备： （1)螺杆：规范符合要求，两端丝扣完好，旁通阀灵活好用，下井前在井口开泵试运转正常后方可下井。认真丈量长度作好记录。 （2)弯接头：规范符合要求，认真检查定向键与弯向一致，循环套良好无冲蚀无堵塞、固

37、定可靠，定向键无损坏，用定向杆试插顺利，间隙合适。 （3)无磁、稳定器、短钻铤、托盘、配合接头等丈量好长度及内外径，对所用钻具要通径，保证仪器能顺利通过。稳定器外径对稳斜、增、降斜效果影响很大。,三、定向井工艺过程及控制,施工前准备 （4）使用弯螺杆时，定位直接头检查内容与弯接头相同将其与弯螺杆扣上紧后准确测量定位键与弯向的角差，作好记录。注意弯曲点到钻头距离、扶正器直径对造斜率影响很大。 （5）作好定向仪器、设备的检查与准备工作。单点、有线、无线仪器使用要求和注意事项详见仪器使用要求。 （6）严格执行设计，认真按设计要求进行组织施工，制定施工措施；直井段认真测斜，数据齐全准确，及时作图，计算

38、出井斜、方位的最大和最小值；以及靶心的井斜和方位值，根据直井测斜数据重新作出轨迹设计；严防工具造斜能力低于需要仍盲目抢进尺，严防井段不够被迫填井。 (7) 根据仪器、螺杆工作压差范围，装配适当的水眼， （8）钻具丈量要精确，井深计量要准确，否则将严重影响轨迹（大位移、水平井尤其重要），甚至造成填井事故。,三、定向井工艺过程及控制,2下钻过程中的注意事项 （1）下做好造斜钻具在井口的组合、紧扣工作，认真检查规范与质量是否符合要求； （1） 螺杆轴向轴承间隙是否符合要求，检查轴承外壳的下部与驱动轴之间是否有泥浆从径向轴承流出（4-10），用弯螺杆时，定位直接头检查内容与弯接头相同，将其与弯螺杆扣上

39、紧后准确测量定位键与弯向的角差，作好记录 （2） 钻控制下放速度小于1.5米/秒,遇阻不能硬压，先不要开泵，把钻具旋转不同角度试下，如果严重把工具面对准井眼高边划眼；不能大段划眼，特别是疏松地层防止出新眼； （3）发现钻具水眼有倒返泥浆现象时，要立即起出1-2柱，开泵循环，注意开泵方式、MWD信号、泵压。否则通井。 （4） 防止井口工具、钳牙、手套、铅油刷等固体物掉入钻具。 （5）造斜段结束后,下稳斜钻具必须扩眼，禁止遇阻硬压，防止小井眼卡钻。,三、定向井工艺过程及控制,钻进过程中注意事项： （1）了解螺杆工作压力和钻压范围，控制 （2）下钻到底后先小排量开泵，井底清洗干净逐渐加至正常钻压。

40、（3）工具面的控制：单点定向时，反扭角先根据经验钻两根，再根据实际效果验证，同时；通过送钻均匀使泵压稳定来保持工具面稳定。使用有线或无线随钻时，控制钻压、送钻速度、泵压在合理范围内，保持工具面稳定。 （4） 对测量数据认真分析记录，每趟钻第一个单根井段，至少测量两次，数据有异常不可盲目钻进。异常原因可能有：仪器自身、磁干扰、工具面误差、造斜率、地层、钻井参数等因素。 （5）及时计算分析，及时采取措施。做到轨迹平滑，最大曲率不超标准。 （6） 进行单点、MWD测斜时，要在井下正常情况下进行。无井漏、油气水侵、比重均匀、环空干净，不许泥浆严重倒返，防粘卡、防环空蹩堵、防沉砂卡钻。 （7） 使用MW

41、D时，要记录下钻到底空转立管压力和正常钻进立管压力，如果有异常及时分析原因，采取相应措施；特别是当发生泵压突然下降与仪器信号消失同时发生时，禁止上提钻具，防止定位接头与无磁之间脱扣，仪器掉在井眼里无法无打捞。 做好防碰工作。施工前有防碰预案，施工中及时扫描，操作上注意分析判断，严防将邻井套管打坏。,三、定向井工艺过程及控制,定向井、丛式井的管理规定 1.优化井身剖面设计、简化剖面类型，根据设计油中方位、位移合理选择造斜点，选择简易三段制剖面或二段制剖面。 2.选择合理的井斜角，反推造斜点，井斜角15o 20o之间，最经济、也便于井斜与方位的控制。 3. 直井段优选钻具结构，坚持高转数、轻钻压吊

42、打保直，坚持定点监测、跟踪作图，随时掌握轨迹变化情况及时采取措施。 4. 定向时井斜角必须达到8o以上，方可下增斜钻具，设计最大井斜角在15o左右的井，尽可能采用螺杆钻具一次将井斜打够。方位根据区块地层的自然造斜规律并考虑到转盘钻进时的方位右手漂移规律，方位可定到设计方位下限偏低，使定向结束后的方位延伸线在控制半径之内。,三、定向井工艺过程及控制,定向井、丛式井的管理规定 5.钻进中要坚持定点测斜，及时作图分析轨迹变化情况，及时改变钻进参数，包括钻压、转数，做到扭方位要及时，严防井斜角的大起大落和井身轨迹严重出控制线，严格执行公司的内控标准。 6.全井控制造斜率和方位变化率，严防全角变化率超标

43、，保证井身质量。 7.为保证造斜中靶，分公司要求按设计半径的75%控制。 8.靠改变近钻头稳定器尺寸来小范围的调整井斜与方位，改变钻进参数，也可起到小范围调整的效果。 9.合理利用地层的自然造斜规律，减少扭方位的次数，提高轨迹控制精度。 10. 推广导向钻井技术，使井眼轨迹平滑中靶。,三、定向井工艺过程及控制,丛式井防碰 1. 接到设计后要搞清平台施工口数、大门方向、口井井口坐标与端点坐标，也就是说，搞清方位与位移，确定合理打井顺序，避免人为造成交叉，增大施工难度。 2. 平台井表层要口井增加10m，在造斜点的选择上由浅入深，最少错开100m。 3. 同井场30m半径有邻井的，由设计中心做出防

44、碰扫描，技术员要认真阅读设计，同平台井防碰扫描数据由技术管理科做。 4. 施工难度大的井，要提前做出绕障设计，并且要求井队技术人员要引起高度重视认真执行。 5.同平台的直井段最好选择同一种钻具组合，钻进时采用高转数、轻钻压、吊打保直。同时做好单点监测工作跟踪作图。要求必须绘制出直井段局部放大平台防碰图，为施工中提示防碰作为参考。,三、定向井工艺过程及控制,丛式井防碰 6. 平台施工必须有防碰措施，首先根据设计防碰扫描结果，提示最近点的大致位置。其次结合技术管理科所做的平台防碰图，提醒司钻注意防碰井段。在防碰井段有蹩跳钻的情况下，必须停钻分析原因，是地层因素引起的扶正器蹩，还是碰邻井套管，捞砂样

45、看泥浆中是否有铁屑返出，观察老井口。 7. 原因分析不清，不可盲目钻进，必须起钻报测井测磁性定位与对比两条曲线。如发现测井曲线异常，必须对老井试压、通径，重新做三维绕障施工。 8.在平台井直井段的施工中，严防轨迹侵占邻井施工空间，为下一轮井提供安全防碰条件。在思想上引起高度重视，决不可存在侥幸心理。,三、定向井工艺过程及控制定向井的安全生产措施,防压差卡钻（粘卡） 使用优质泥浆，加入润滑剂降低泥饼摩擦系数，能够在井壁上形成高质量泥饼。在能够维护井壁稳定、平衡地层压力的情况下，尽量降低泥浆密度。 勤活动钻具，23分钟活动一次，活动距离不小于2米。 井斜较大或井眼轨迹不好的井，加入固体润滑剂。,三

46、、定向井工艺过程及控制定向井的安全生产措施,防压差卡钻（粘卡） 使用合理的钻具结构，尽量增加接触点，减少接触面积。如果钻头在井底无法活动时，只好将钻具重量的1/22/3压在钻头上，以将下部钻具压弯增加接触点减少接触面积。 一旦发生粘卡应以适当上提配合下砸为主，不允许大吨位上提，以免事故复杂化,三、定向井工艺过程及控制定向井的安全生产措施,防止键槽卡钻 尽量简化井身结构，控制造斜率，减小狗腿度。 有键槽出现时，下入键槽扩大器来破坏键槽。发现键槽后，不要轻易改变入井钻具结构 起钻到键槽位置遇卡时不能硬提以免将钻具卡死。起钻至井斜、方位变化井段应低速起出。上提遇卡不能强提，以下放为主 在井身质量允许

47、条件下，增斜率不能过大，扭方位不能过急，避免出急弯井段,一旦发生键槽卡钻，原则是下压、下砸、轻提、转动，倒划眼解除，严禁大吨位上提，卡点较深的井可利用钻具自重下压，卡点较浅的井，可在地面上接一地面下击器，下击解卡。,三、定向井工艺过程及控制定向井的安全生产措施,起钻要防止抽吸，稳斜钻进时要定期进行短起下钻。,造斜点,水 平 位 移,垂 深,靶前位移,水平段,水平井的靶：,圆柱型,矩形,井眼井斜角达到90度左右并延伸一定井段的定向井,什么是水平井？,定向井,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,水平井有哪些类型？,长半径：R 285m K 6/30m 中半径： R= 28586m K= 620/30m 短半径： R= 5712m K= 15/m,