直井定向井井斜控制.ppt

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1、上节回顾：井眼轨迹的基本概念,1、井眼轨迹的基本参数,2、井眼轴线的图示法,井深、井斜角、井斜方位角、磁方位角,柱面图表示法、投影图表示法,井眼轨迹的基本参数,（1）井深：,直井段,上测点,增斜段,最大井斜角,max,降斜段,水平位移,指井口(通常以转盘面为基准)至测点的井眼长度，也有人称之为斜深，国外称为测量井深。井深是以钻柱或电缆的长度来量测。井深既是测点的基本参数之一，又是表明测点位置的标志。 井深常以字母表示，单位为米(m)。井深的增量称为井段，以表示。二测点之间的井段长度称为段长。一个测段的两个测点中，井深小的称为上测点，井深大的称为下测点。井深的增量是下测点井深减去上测点井深。,下

2、测点,井眼轨迹的基本参数,（2）井斜角：,指测点处的井眼方向线与重力线之间的夹角就是该测点处的井斜角。 显然，井眼方向线与重力线都是有向线段。井斜角表示了井眼轨迹在该测点处倾斜的大小。 井斜角常以希腊字母表示，单位为度()。一个测段内井斜角的增量总是下测点井斜角减去上测点井斜角，以表示。,井眼轨迹的基本参数,（3）井斜方位角：,井眼轴线上某点处的井眼方向线投影到水平面上，即为该点的井眼方位线（井斜方位线）。 井眼轴线投影到水平面上以后，过其上每一点作投影线的切线，该切线向井眼前进方向延伸部分，即为该点的井眼方位线，或称井斜方位线。,注意“方向”与“方位”的区别。方位线是水平面上的矢量，而方向线

3、乃是空间的矢量。只要讲到方位，方位线，方位角，都是在某个水平面上；而方向，方向线和狗腿角，则是在三维空间内(当然也可能在水平面上)。井眼方向线是指井眼轴线上某一点处井眼前进的方向线。,井眼轨迹的基本参数,（3）井斜方位角：,井眼轨迹的基本参数,注意，正北方位线是指地理子午线沿正北方向延伸的线段。所以正北方位线和井眼方位线也都是有向线段，都可以用矢量表示。 井斜方位角以字母表示。井斜方位角的增量是下测点的井斜方位角减去上测点的井斜方位角，以表示。井斜方位角的值可以在0360 范围内变化。,（3）井斜方位角：,井斜方位角：以正北方位线为始边，顺时针方向旋转到井眼方位线（井斜方位线）上所转过的角度，

4、即井斜方位角。,井眼轨迹的基本参数,（4）磁偏角,磁偏角分为东磁偏角和西磁偏角。东磁偏角指磁北方位线在正北方位线的东面，西磁偏角指磁北方位线在正北方位线的西面。用磁性测斜仪测得的井斜方位角称为磁方位角，并不是真方位角，需要经过换算求得真方位角。这种换算称为磁偏角校正。,换算的方法如下：,真方位角磁方位角东磁偏角 真方位角磁方位角西磁偏角,井眼轨迹的基本参数,（4）磁偏角,磁偏角地图,井眼轨迹的基本参数,（5）象限角,井斜方位角还有另一种表示方式，称“象限角”它是指井斜方位线与正北方位线或与正南方位线之间的夹角。象限角在 090度之间变化。书写时需注明所在的象限，如N67.5W。,象限方位角校正

5、，更为麻烦。 区别东西磁偏角； 区别在哪个象限里；,井眼轨迹的基本参数,（5）象限角,1. 我国胜利油田的磁偏角大约是西偏5.50。某测点测得井斜方位角为2.50，求真方位角=？ 2. 我国新疆克拉玛依油田的磁偏角大约是东偏4.10。某测点测得井斜方位角为3580，求真方位角=？,3. 西磁偏角5.50，测得方位角292.50，求真方位角=？如果用象限角表示，象限角=？ 4. 东磁偏角50，测得方位角1200，求真方位角=？如果用象限角表示，象限角=？,磁偏角校正(课堂练习),井眼轨迹的基本参数,1. 我国胜利油田的磁偏角大约是西偏5.50。某测点测得井斜方位角为2.50，求真方位角=？ 答：

6、真方位角=3570 2. 我国新疆克拉玛依油田的磁偏角大约是东偏4.10。某测点测得井斜方位角为3580，求真方位角=？ 答：真方位角=2.10,3. 西磁偏角5.50，测得方位角292.50，求真方位角=？如果用象限角表示，象限角=？ 答：真方位角=2870； 测得象限角=N67.50W；校正后象限角=N730W； 4. 东磁偏角50，测得方位角1200，求真方位角=？如果用象限角表示，象限角=？ 答：真方位角=1250； 测得象限角=S600E；校正后象限角= S550E ；,磁偏角校正(课堂练习),井眼轨迹的基本参数,井眼轴线的图示法,一、投影图表示法,优点：从图上可直接看出，需要增斜还

7、是需要降斜，需要增方位还是需要减方位。也可根据这张图，可以想象出井眼轴线的空间形状。 缺点：这种垂直投影图不能反映出井身参数的真实值。,相当于机械制图中的视图表示法，在国外使用广泛。 这种图示法包括两张图：一张是水平投影图，相当于俯视图。 一张是垂直投影图，相当于侧视图，其投影面选在原设计方位线所在的铅垂平面上(横坐标V，纵坐标D或H)。 投影图主要用于指导施工。,H,井眼轴线的图示法,二、柱面图表示法：,包括两张图： 一张是水平投影图，相当于俯视图，与投影图表示法相同； 一张是垂直剖面图(横坐标P，纵坐标D或H)，与垂直投影图不同，它不是在某个铅垂平面上的投影。,H,垂直剖面图的形成：实钻井

8、眼是一条空间曲线，设想经过这条曲线上的每一个点作一条铅垂线，所有这些铅垂线就构成了一个曲面。 最大特点：柱面展平后，井眼长度和井斜角都保持不变。,优点：,凭着这两张图，即可了解井眼的空间形状,可以反映出井身参数的真实值，作图容易，利用测斜资料算出每个测点的坐标位置，即可作图。,三、井斜的危害 1、使井眼偏离设计井位 ，将打乱油气田开发的布井方案。 2、使井深发生误差，使所得的地质资料不真实。 3、给钻井工作增加困难，甚至造成井下复杂事故。 4、使钻柱磨损和折断或造成井壁坍塌及键槽卡钻等事故。 5、下套管困难，套管居中，影响固井质量。 6、影响采油及注水工作，常引起油管和抽油杆的磨损和折断，甚至

9、造成严重的井下事故。 所以，井斜过大对油气田的勘探和开发都有很大危害。如何控制井斜是钻井工作的一个重要课题。,四、井斜的原因 主要有地质条件，钻具结构，钻进技术措施，操作技术，以及设备安装质量等。 1、地质条件 地质条件是产生井斜的重要原因。地层倾角；层状结构；各向异性；岩性软、硬交替及断层等。起主要作用的是地层倾角， （1）地层倾角对井斜的影响 当地层倾角小于45时，井眼一般沿上倾方向偏斜 ；当地层倾角大于60时，井眼将顺着地层面下滑发生偏斜 ；而在45至60之间是不稳定区。即有时向上倾斜有时向下倾斜。,3-3 直井钻井技术,（2）层状地层对井斜的影响 钻头在倾斜的层状地层中钻进时，当钻至每

10、个层面交界处时，此处岩层不能长时间支持所加的钻压而趋向沿垂直层面发生破碎。在井眼上倾一侧的小斜台很容易钻掉。相反，在井眼下倾一侧却残留一个小斜台；它就向小变向器作用一样，对钻头施加一个横向力，把钻头推向上倾的一侧，从而引起井斜。,钻进通过层状地层时井眼偏斜的原因 钻头在不同方向上的破碎速度,钻进通过层状地层时井眼偏斜的原因 钻头在不同方向上的破碎速度,（3）地层各向异性 从生产实践和实验室的研究得知，由于岩层的成层状况、层理、节理、纹理以及岩石的成分、结构、胶结物、颗粒大小等因素造成岩层在不同方向上的强度不同，一般来说垂直地层层面的强度较小，钻进时钻头将沿着这个破碎阻力最小的方向倾斜。,（4）

11、岩性软硬交错变化对井斜的影响 当钻头从软地层进入硬地层时，如图（a）所示。钻头在A测接触到硬岩石，而在B侧还是软岩石，这样在钻压作用下，由于A侧岩石的硬度大，可钻性小，钻头刀刃吃入地层少，钻速慢；而在侧岩石的硬度小，可钻性大，钻头刀刃吃入地层多，钻速快。这样钻出井眼自然会偏斜。另外，由于钻头两侧受力不均，在侧的井底的反力的合力比侧大，将产生一个弯距M，扭转钻头，使其沿着地层上倾方向发生倾斜。,当钻头由硬地层进入软地层时，如图（b）所示，开始时由于地层在软地层一侧吃入多，速快，而在硬地层一侧吃如少，钻速慢，井眼有向地层下倾方向倾斜的趋势。但当钻头快钻出硬地层时，此处岩石不能在支撑钻头的重负荷，岩

12、石将沿着垂直于层面方向发生破碎，在硬地层一侧留下一个台肩，迫使钻头回到地层上倾方向。所以钻头由硬地层进入软地层也有可能仍然向地层上倾方向发生倾斜。 此外，断层和破碎带也常常会引起井斜。 总的来说，由于地质条件的影响，地层将作用于钻头一个横向造斜力，使钻头偏离原来的井眼轴线，一般情况下是使井眼向地层上倾方向发生偏斜。,2、钻具原因 钻具导致井斜的主要因素是钻具的倾斜和弯曲。一是引起钻头倾斜，在井底形成不对称切削；二是使钻头受到侧向力的作用，迫使钻头进行侧向切削。 （1）导致钻具的倾斜和弯曲的原因： 由于钻具直径小于井眼直径钻具和井眼之间有一定的间隙。 钻压使下部钻具受压弯曲。弯曲钻柱将使靠近钻头

13、的钻具弯曲更大。 下入井内的钻具本来就是倾斜和弯曲的。,(2)钻柱的一、二次弯曲对井斜的影响 钻井实践表明，轻压吊打，井打的比较直，钻铤稳定垂直，但钻压小钻速慢头如图 a 。钻压逐步增大，当增至某一值p1时下部钻铤失去稳定状态，产生图 b的一次曲，钻铤与井壁相切于切点1。P1是使钻铤丧失稳定的轴向压力的临界值称为一次弯曲临界钻压，钻头倾角增大；如果再增大钻压，弯曲程度继续增大，切点不断下移，如图 c.钻头倾角继续增大，,当增大至第二次弯曲邻界钻压P2时，下部钻铤产生二次弯曲。这时靠下部得弯曲部分不与井壁接触靠上面的弯曲部分与井 壁接触与新的切点了，且切点提高如图 d。钻头倾角减小。 3、安装设

14、备安装质量对井斜的影响 天车、游车和转盘三点不在一条铅垂线上；转盘安装不平而引起钻具一开始就倾斜等。,五、斜井内钻柱的受力分析 1、钻压 w 由于井斜， 钻压不是沿井眼轴线方向施加给钻头，而是偏离一个角度。此时钻压可分解为与井眼轴线相平行得力P0和与井眼轴线相垂直的力FI P0=Pcos 它对井斜没有什麽影响，而是使井眼沿着原井眼轴线的方向继续向下钻进。 Fi=Psin 式中P钻压； 钻头倾斜角。 Fi将使钻头偏离井眼轴线，即增斜力 。,斜井内钻柱切点以下钻柱受力情况,2、钟摆力 Fd 斜井内钻柱切点以下钻柱在垂直于井壁方向产生一个分力。此力使钻头侧向破碎岩石，使井眼恢复垂直状态，即为钟摆减斜

15、力。的减斜力Fd近 Fd1/2Wsin 式中W切点以下钻铤的重量； 井斜角。 3、地层造斜力 Ff 取决于地层倾角和各向异性等因素。在多数情况下增斜，也可能降斜 综合考虑上述诸力的作用，在钻头上作用一对相互矛盾着的力，即：造斜力 F1=Psin+Ff 或 F1=PsinFf 自然增斜时Ff取正号，自然降斜时取负号 。降斜力 F1/2Wsin,斜井内钻柱切点以下钻柱受力情况,目前常采用控制井斜的方法有：满眼钻具、钟摆钻具、偏心偏重钻铤及塔式钻具。 一、钟摆钻具的工作原理及使用特点 1、工作原理 就是利用斜井内切点以下钻铤重量产生的钟摆减斜力，把钻头推向井壁下方，以达到逐渐减小井斜的目的。 2、钟

16、摆减斜力的计算。 Fd1/2Lqmsin 式中Fd钟摆减斜力 KN L切点以下钻铤长度，m qm泥浆中每米钻铤的重量KN/m 井斜角 度,钟摆钻具示意图,从上式可看出，对一定斜度的井眼来说，井斜角是一定的，因此增大钟摆减斜力。 一是使用大尺寸钻铤或加重钻铤，增大qm在同一钻压下，不易被压弯，且切点位置高，切点以下钻铤长度L增大减斜力增大。 二是使切点略高一些。在钻铤上安装一个稳定器，以提高切点以下钻铤的长度使减斜作用增大。（如图）。除此之外，稳定器对下部钻铤还起到扶正作用，因而可减小钻头倾斜角，限制增斜力的作用。当然，最理想的办法是大尺寸钻铤加稳定器，这样组成的钟摆长度大，重量也大，其减斜效果

17、最好。,钟摆钻具示意图,3、影响钟摆减斜力的因素,4、稳定器安放位置 对钟摆钻具来说，稳定器的安放位置十分重要，它是这种钻具的技术关键。如果安放位置偏低则减斜力小，效果差；如果安放便高，则稳定器以下钻铤可能与井壁形成新的切点，使钟摆钻具失效。形成新的切点稳定器理想位置的理论计算相当复杂和繁琐。我们介绍我国著名石油钻井专家杨勋尧提出扬勋尧提出的Lz计算公式如下,钟摆钻具稳定器的安放位置,式中：A=2qmSin,第三章 钻进技术 3-2 井斜的控制方法,5、钟摆钻具使用特点 （1）钟摆钻具组合的钟摆力随井斜角的大小而变化。所以，钟摆钻具组合多数用于对于井斜角已经较大的井进行纠斜。 （2）钟摆钻具组

18、合的性能对钻压特别敏感。钻压增大，则增斜力增大，钟摆力减小，所以钟摆钻具组合在使用中必须严格控制钻压,。 （3）在井尚未斜或井斜角很小时，多使用满眼钻具组合，仅在对轨迹要求特别严的直井（段）中，才使用钟摆钻具组合进行“吊打”。 （4）扶正器与井眼的间隙对钟摆钻具组合性能的影响特别明显，当扶正器直径因磨损而减小时应急时更换或修复。 （5）多扶正器的钟摆钻具组合，需要较复杂的设计合计算。 （6）钻具的缺点是在直井内无防斜作用。,二、偏重钻铤的防斜原理及使用特点 1、工作原理 偏重钻铤是在普通钻铤的一侧钻一排孔眼，造成一边重一边轻（如图）当钻具旋转时就产生一个朝向重边的离心力，钻具每转一圈与钟摆力重

19、合一次，对井壁产生较大的冲击纠斜力，达到降斜的目的。偏重钻铤在直井中更具有防斜作用，斜井中有偏重钻铤的纠斜作用。,偏重钻铤,偏重钻铤的纠斜作用,2、离心力的计算 F=mr2 式中 F离心力（或向心力）； m物体质量； r圆的半径； 角速度。 离心力与物体质量、圆半径以及角速度的平方成正比。故采用高转速。偏重钻铤接近钻头，另外，钻铤重边和轻边的饿重量差要适当，推荐为钻铤总量的0.5-5%，不能低于0.1%，也不能大于10%。一般9米长的偏重钻铤就起到良好的纠斜作用。 3、偏重钻铤的结构 在地层倾角达到30时的几十口井上， 使用偏重钻铤进行了防斜和纠斜实验， 井斜一般均在3以内，结构尺寸见图。 另

20、外，在江汉油田和冷湖油田， 所用偏重钻铤是用159毫米钻铤做成， 长9米，钻眼103个，孔深平均18毫米， 孔径60毫米，,3、偏重钻铤使用特点 （1）偏重钻铤是一种有效的防斜钻具，可用于易斜地区，并能使用较大钻压。无论是在开钻时就下井使用，或者在钻开易斜层之前下井使用，它都有良好防斜效果。它即可用于防斜，也可用于纠斜。当井斜角达到规定限度前，可用偏重钻铤在较高钻压下纠斜，而且效果很好。 （2）在钻定向井时，如需减斜或者要将井眼恢复垂直，使用偏重钻铤也很有效，而且还可以使用较大钻压。 （3）这种钻具的结构简单，使用方便。一般在偏重钻铤之上接普通钻铤即可，不需要安放稳定器，便于起下钻，时效也高。

21、 （4）偏重钻铤在井下工作安全可靠，不易产生井漏和卡钻的危险。但使用偏重钻铤时则不会出现这种危险。另外，使用偏重钻铤时，在井内不易发生卡钻或或键槽等复杂情况 （5）在使用偏重钻铤时要特别注意防止泥包，以免影响防斜效果。,三、塔式钻具的应用 1、概念：所谓塔式钻具就是在钻柱下部使用几段变径的钻铤，紧靠钻头处的钻铤直径最大，往上直径递减，其形如塔一样，故取名为塔式钻具。 2、塔式钻具的特点 下部钻具的重量大，刚度大，重心低，在较大钻压下不易歪曲，与井眼间隙小，有利于钻头的平稳工作。 3、塔式钻具应用 塔式钻具一种防斜钻具。钻出的井眼比较规则，井斜变化率不大，主要应用于井径易扩大的地层（如松软地层、

22、盐岩层等）；因为在这类地层中由于井径扩大，使带稳定器的钻具（钟摆钻具、满眼钻具等）起不到扶正和填满作用，防斜作用很差。 4、塔式钻具组合 （1）178155.6146毫米塔式钻具，主要用于深井 （2）228.6203.2178毫米的塔式钻具主要用于超深井效果良好。 5、塔式钻具使用注意的问题 由于环形间隙较小，循环泥浆时泵压高，转盘负荷可能增大，钻头易泥包，易坍地层易卡钻等。,四、刚性满眼钻具控制井斜的技术 1、扶正器满眼钻具 （1）扶正器满眼钻具定义： 满眼钻具一般是由几个外径与钻头直径相近的稳定器（3-5个）与一些较大尺寸的钻铤所组成。 （2）扶正器满眼钻具的防斜原理 基本上有两条，一是由

23、于此种钻具比光钻铤刚度大，并能添满井眼，因而在大钻压下不易弯曲，并能保持钻具在井内居中，减小钻头倾斜角。所以能减小和限制由于钻柱弯曲产生的增斜力。二是在地层横向力的作用下，稳定器能支撑在井壁上限制钻头的横向移动，同时能在钻头处产生一个抵抗地层力的纠斜力。主要表现下面三个方面： 1、在垂直或接近垂直井眼中钻具的防斜作用。 2、增斜时钻具的防斜作用 3减斜时钻具的作用。,在钻具上至少要有三个稳定点，即除靠近钻头有一稳定器外，其上面应再安放两个稳定器才能保持有三点接触井壁。如果只有两点接触（如图a所示），钻具就能循沿一条曲线，不能保证井眼的直线性。 满眼钻具的防斜作用 如果有三点接触就不会发生这种情

24、况（图3-16b）而可以通过三点直线性来保持井眼的直线性和限制钻头的横向移动。,图为 稳定器与井壁接触情况,2、满眼钻具抵抗地层横向力作用,1、满眼钻具在垂直井眼中钻进,（3）扶正器满眼钻具的特点： 满眼钻具刚性大，与井眼的间隙小，在大钻压下不易弯曲，能保持钻具在井内居中减小钻头的倾斜角。 直井中当地层横向力不大时，能保持直眼钻进，在钻遇增斜或减斜地层时也能有力地控制井斜变化率，使井斜不致过快地增大或减小，不会形成狗腿或键槽等影响井身质量的隐患。 （4）扶正器位置的确定 下面介绍扬勋尧提出的扶正器满眼钻具组合，简称YXY组合。 （1）YXY组合的结构,YXY满眼钻具组合结构,YXY组合一般包括

25、四个扶正器，如图所示自下而上，分别为： 近钻头扶正器：紧装在钻头之上，简称近扶。近扶直径较大，与钻有直径仅差12毫米。在易斜地区，近扶的长度可加长；在特别易斜的地层，可将两个扶正起串联起来，作为近扶。近扶的主要作用，是依靠其支撑在尚未扩大的井壁上，抵抗钻头所受的侧向力，有效地防止钻头侧向切削。同时，近扶由于直径大，刚性大也可有效地防止钻头倾斜，从而阻止钻头的不对称切削 中扶正器：简称中扶或二扶。中扶的位置需要经过严格的计算。中扶的直径与近扶相同。中扶的主要作用是保证中扶与钻头之间的钻柱不发生弯曲，从而防止钻头对井底的不对称切削。 上扶正器：简称上扶或三扶。安置位置在中扶之上一个钻铤的单根处。上

26、扶的直径一般与近扶和中扶相同，但要求可以放松。 第四扶正器：简称四扶，一般情况下可以不装，仅在特别易斜的地层才装，安装位置在上扶之上一个钻铤单根处。直径要求与上扶相同。上扶与四扶的作用在于增大下部钻柱的刚度，协助中扶防止下部钻柱轴线发生倾斜。,（5）满眼钻具的使用 满眼钻具组合的使用要注意以下问题： 在已经发生井斜的井内使用不能减小井斜角，只能做到稳斜，主要功用是控制井眼曲率。 使用满眼钻具组合的关键在于一个“满”字，即扶正器与井眼的间隙对满眼钻具组合的性能影响非常显著。在使用中应使间隙近可能小。设计间隙一般为d=dh=-ds=0.81.6mm。在使用中，因扶正器的磨损，间隙将增大。当间隙d达

27、到或超过两倍的设计值时，应急时更换或修复扶正器。 保持“满”的另一个关键在于井径不的扩大。这要求有好的钻井液护壁技术。但即使钻井液护壁技术不好，井径的扩大总要经过一定的时间才会发生。只要抢在井径扩大以前钻出新的井眼，则仍可保持“满”的效果。这就要求加快钻速。我国现场工作人员将此概念总结为“以快保满，以满保直”。 在钻进软硬交错，或倾角较大的地层时，要注意适当减小钻压，并要勤划眼，以便消除可能出现的“狗腿”。 不宜在井眼曲率较大的井段使用。,3-4 定向井钻井技术 一、概述 二、定向井设计与计算 三、定向井专用工具 四、定向井井眼轨迹控制,一、概述,1、定向井的概念 定向井：是指按照预先设计的轨

28、迹钻进，具有井斜和方位 变化的井。 它是由特殊井下工具、 测量仪器和工艺技术有效控 制井眼轨迹，使钻头沿着特 定方向钻达地下预定目标的 钻井工艺技术。,2、定向井的基本应用,（1）地面限制： 高山、森林、城镇、重要建筑、沼泽； 良田、草场； 海洋、湖泊、河流、盐田。,（2）地下地质条件要求。 用直井难以穿过的复杂层、盐丘和断层等 。,（3）处理井下事故的特殊要求。 遇到井下事故无 法处理或不易处理时 ，常采用定向井技术 。如：掉钻头、断钻 具、卡钻等。,（4）提高经济效益的特殊需要。,土耳其天然碱矿对接井施工,（5）增产措施、煤矿安全、工程救险等。,3、定向井的类型 按施工技术方法： 自然弯曲

29、定向井 人工弯曲定向井 按设计井眼轴线形状： 二维平面定向井 三维平面定向井 按设计最大井斜角： 低斜度定向井（最大井斜15） 中斜度定向井 （最大井斜 15 45） 大斜度定向井（最大井斜 45 85） 水平井（最大井斜85） 按井底结构分类： 单底定向井 多底定向井,4、定向井的井眼轨迹设计,（1）定向井相关术语 造斜点：开始定向造斜的位置。 造斜率：表示造斜工具的造斜能力，其值等于所钻井段的 井眼曲率。 靶点：钻井工程设计中规定的必须钻达的地层位置,亦称 之为目标点。 靶区半径：允许井眼轨迹偏离靶点的距离。 靶区：以靶区半径为半径的圆面。,1) 直井段:设计井斜角为零度的井段。 2) 造

30、斜点（）:开始定向造斜的位置称为造斜点。通常以该点的井深来表示。 3) 造斜率（）:造斜工具的造斜能力,即该造斜工具所钻出的井段的井眼曲率。 4) 造(增)斜段:井斜角随井深增加的井段。,井身在垂直平面内的投影,（2）定向井的井眼轨迹类型 二维定向井 三维定向井 （1）三段式 （2）多靶三段式 （3）五段式 （4）双增式,（3）井眼轨迹设计步骤 选择井眼轨迹形状； 确定造斜点（侧钻点、分支点）； 选定造斜率、确定最大井眼曲率； 求得井眼轨迹的待定参数； 井身计算及井眼轨迹绘图。,二、定向井设计与计算,1 、井眼轨迹的基本参数 （1）监测参数: 井深：是指井口至测点的井眼长度。 井斜角：井眼方向

31、线与铅垂线之间 的夹角。,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。,方位角：,（2）计算参数: 垂深：是指井眼轨迹上的点至井口水平面的距离。 N坐标和E坐标 ：井眼轨迹上的点在以井口为原点的水平面 坐标系里的坐标值。 水平位移：是指井眼轨迹上的点至井口所在铅垂线的距离。 井斜变化率：单位长度井段内井斜角的变化值。 方位角变化率：单位长度井段内方位角的变化值。 全角变化值：沿井眼前进方向上，两测点之间的空间角度变 化。也称为“狗腿角” 。 全角变化率：单位长度井段内的全角变化值。,（3）井眼轨迹设计步骤 选择井眼轨迹形状； 确定造斜点（侧钻点、分支点）； 选定造斜率、确定最

32、大井眼曲率； 求得井眼轨迹的待定参数； 井身计算及井眼轨迹绘图。,三、定向井专用工具,1、造斜钻头 2、井下动力钻具 3、定向接头 4、无磁钻杆（或无磁钻铤） 5、扶正器（稳定器） 6、震击器 7、键槽破坏器 8、悬挂短节 9、浮阀 10、挠性接头,造斜钻头,螺杆钻具,无磁承压钻杆、无磁钻铤,上图：斜口引鞋 右图：定向接头,（2）定向造斜工具（井下动力钻具） a、定向弯接头+螺杆钻具 优点：结构简单。缺点：造斜率低，钻头偏移大。 b、单弯螺杆定向造斜钻具 优点：造斜率高。缺点：万向轴受力复杂。 c、双弯螺杆定向造斜钻具 利用弯外壳+弯接头组合，通过改变两个结构弯角的大小来实现造斜率的调整。 d

33、、动力钻具带偏心垫块,四、定向井井眼轨迹控制,1、基本概念 （1）实质：井眼轨迹控制的实质，就是不断地控制井眼的前进方向。井眼方向由井眼的井斜角和井斜方位角来表示的。 （2）要求：在实钻过程中，设法使实钻的井眼轨迹尽可能符合设计的井眼轨道。 （3）井眼方向控制内容： -井斜角的控制：增斜、降斜、稳斜 -井斜方位角控制：增方位、降方位、稳方位,2、轨迹控制的主要内容 （1）造斜工具或钻具组合的选择 （2）造斜工具的装置方位计算 装置角的计算； 动力钻具反扭角的计算； （3）实时进行轨迹测量和轨迹计算。 测量仪器的选择，测量密度和测点密度的选择； 根据轨迹计算结果，提出下步轨迹控制要求； 井眼前进

34、方向的预测。 （4）井下定向工艺和钻进工艺,4、造斜工具的装置角 （安装角、工具面角） 井斜铅垂面与造斜工具面的夹角(还不够准确！)； 以井斜铅垂面为基准，顺时针旋转到造斜工具面上所转过的角度； 在井底平面上，以高边方向线为基准，顺时针旋转到工具面与井底圆的交线上所转过的角度；,5、工具面角与井斜角、方位角之间的变化关系： 工具面角在、象限，方位均增加；工具面角在、象限，方位均减小； 工具面角在 、象限，井斜角都是增加的；但工具面角在 、 象限，井斜角并非都是减小的。只在绿色区域是减小，在粉红色区域内仍然是增大的。,6、直井段施工技术 总原则：防斜打直 （1）按照地层条件布置和设计钻孔。 （2

35、）确保设备安装和开孔质量。 （3）采用合理的钻进方法和规程参数。 （4）正确选用钻具 钟摆钻具 偏重钻具 满眼钻具或简易钢性钻具： 特殊结构的防斜钻具 主动垂钻系统,7、定向井造斜段施工技术 （1）造斜工具的定向方法,（2）定向造斜工具（井下动力钻具） a、定向弯接头+螺杆钻具 优点：结构简单。缺点：造斜率低，钻头偏移大。 b、单弯螺杆定向造斜钻具 优点：造斜率高。缺点：万向轴受力复杂。 c、双弯螺杆定向造斜钻具 利用弯外壳+弯接头组合，通过改变两个结构弯角的大小来实现造斜率的调整。 d、动力钻具带偏心垫块,（3）造斜井段施工要求 a、采用随钻跟踪测斜，计算和作图结合预测井眼轨迹变化趋势，如造

36、斜率达不到要求，及时采取相应措施进行调整。 b、按照设计的钻进参数钻进，要求司钻送钻均匀，使井眼曲率变化平缓，井眼轨迹圆滑。 （调整钻进参数改变造斜率；改变近钻头钻具组合） c、控制好井斜方位的变化，因地层等因素造成方位严重漂移，影响中靶或邻井安全限定区域时，使用造斜钻具及时对方位角进行调整。,（4）井斜角变化率的控制 a、普遍使用“弯外壳螺杆钻具组合”造斜； b、井下动力钻具的长度影响造斜率，螺杆钻具比涡轮钻具更易造斜； c、弯壳体螺杆结构弯角度数一般在02 范围按0.25级差进行分级，若弯角太大，钻具不易下井，大弯角钻具多用于强行扭方位； d、改变钻压和调整工具面角均能改变造斜率； e、地

37、层特性（各向异性、硬度）影响造斜率； f、由于加工精度原因，相同弯角的钻具可能造斜率不同； g、较深的硬地层造斜井段，PDC钻头优于牙轮钻头，PDC钻头的寿命长、进尺多，而牙轮钻头产生金属碎屑的危险性相对较大。,（5）扭方位施工 如果井眼轨迹的方位漂移量过大，通过预测有脱靶的危险，这时要强行改变井眼轨迹的前进方向，即扭方位，使之恢复到能中靶的方位上来。 a、扭方位钻具组合的结构及钻进参数与常规定向造斜钻具的基本相同； b、尽可能选择可钻性和稳定性较好的地层实施扭方位作业； c、由于深井形成的反扭角较大，因此扭方位施工一般采用随钻测斜仪配合作业； d、全力扭方位时会伴随井斜角减小效应，因此扭完方

38、位后，再通过增斜手段调整井斜角，保证得到较好的井眼轨迹；,（6）造斜段施工技术措施及注意事项 a、下井的增斜钻具结构要符合设计要求； b、发现下井的增斜钻具不合理，要及时调整或更换； c、必须严格按照设计或定向技术人员制定的钻井参数施工； d、增斜钻进时，泵压适中并满足增斜要求； e、如果钻具刚性变大，下钻时注意遇阻情况，地层较软时防止钻出新井眼； f、根据测井数据及时作图，分析出井眼轨迹的实际情况； g、钻完一个单根后，测量井底数据并分析钻具是否满足设计要求，如不符合及时调整钻进参数或更换钻具组合。,（7）复杂情况及处理 造斜不成功 原因 相应措施,8、 水平段施工技术 （1）水平井井眼轨迹

39、控制的特点 中靶要求高 水平井的目标（靶体）是三维立体的，而常规定向井的目标通常是二维的。 控制难度大 工具造斜率、仪器误差、工具面角等不确定因素。 特殊工具多 使用带伽马参数的MWD进行矿层顶底板的识别；为克服摩阻使用水力加压器等。 井下管柱受力复杂 摩阻变大，起下钻、钻压困难；钻具轴向压力大，引起钻具变形，无法正常施加钻压。,钻井液密度选择范围变小，容易出现井漏或井塌 随着井斜角的增大，地层破裂压力将减小，而坍塌压力将 增大，另外，随着水平段的延长，井内钻井液的激动压力和抽 吸压力将增大，容易造成井漏或井塌。 携带岩屑困难，井眼中容易形成岩屑床 当井斜在45 60时会成“岩屑床”。严重时会

40、堵塞井眼环空。 电缆下入困难 采用泵送的方式。 固井难度大 套管由于自重贴在下井壁，居中困难；水泥浆在凝固过程中析出的自由水集中在井眼的上侧，形成一条“水槽”。 完井工艺难度大 井眼曲率较大时，套管难以下入。射孔、电测作业困难。,（2）水平井井眼轨迹控制的技术措施 造斜率略高勿低 造斜钻具和实际造斜率要高出设计值10% 20%左右。 造斜率先高后低 降斜容易增斜难。 （造斜段）合理控制轨迹垂深 垂深误差的累计对造斜率起到显著的放大作用。 早扭方位 井斜较小时扭方位较容易，井斜较大时扭方位变得困难。,1、井斜的危害有哪些 2、井斜的原因有哪些 3、地层倾角对井斜的影响规律 4、斜井内钻柱的受力 5、钟摆钻具使用特点扶正器满眼钻具 6、满眼钻具组合的使用要注意以下问题,课后思考题,