(精品)钻井讲义2.ppt

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1、第四节第四节第四节第四节 定向钻井定向钻井定向钻井定向钻井一、井的分类一、井的分类 直井直井斜井斜井定向井定向井特殊工艺井特殊工艺井特殊工艺井特殊工艺井（救援）（救援）（救援）（救援）普通定向井普通定向井普通定向井普通定向井丛式井（组）丛式井（组）丛式井（组）丛式井（组）多目标井多目标井多目标井多目标井开窗侧钻井开窗侧钻井开窗侧钻井开窗侧钻井水平井水平井水平井水平井分支井分支井分支井分支井大位移井大位移井大位移井大位移井井水平探井水平探井阶梯水平井阶梯水平井三维多目标水平井三维多目标水平井开窗侧钻水平井开窗侧钻水平井连通水平井连通水平井超薄油层水平井超薄油层水平井深层水平井深层水平井短半径水平

2、井短半径水平井大位移水平井大位移水平井 石油钻井的分类石油钻井的分类石油钻井的分类石油钻井的分类 直井直井直井直井 定向井定向井定向井定向井 水平井水平井水平井水平井 大位移井大位移井大位移井大位移井 开窗开窗开窗开窗侧钻侧钻井井井井 造斜点造斜点造斜点造斜点稳斜井段稳斜井段稳斜井段稳斜井段实际井筒轨迹实际井筒轨迹实际井筒轨迹实际井筒轨迹计划井筒轨迹计划井筒轨迹计划井筒轨迹计划井筒轨迹靶区靶区靶区靶区水水水水 平平平平 位位位位 移移移移-井斜角井斜角井斜角井斜角垂垂垂垂深深深深 定向井垂直投影图定向井垂直投影图定向井垂直投影图定向井垂直投影图什么是定向井？定向井水平投影图定向井水平投影图 北

3、北北北东东东东靶点靶点靶点靶点N N N NE E E E-方位角方位角方位角方位角井口井口井口井口设计轨迹设计轨迹实际轨迹实际轨迹定向井水平投影定向井水平投影定向井水平投影定向井水平投影什么是定向井？条件的限制条件的限制建筑物建筑物河流河流海洋海洋地下油藏要求地下油藏要求为什么要钻定向井？二、二、井眼轨迹的基本概念井眼轨迹的基本概念1.1.轨迹的基本参数轨迹的基本参数测量方法：非连续测量，间断测量。测量方法：非连续测量，间断测量。“测段测段”，“测点测点”。井深、井斜角和井斜方位角井深、井斜角和井斜方位角-轨迹的三个基本参数。轨迹的三个基本参数。(1)(1)井深井深（或称为斜深、测深）（或称

4、为斜深、测深）井口井口(通常以转盘面为基准通常以转盘面为基准)至测点的井眼长度。至测点的井眼长度。以字母以字母L L表示，单位为米表示，单位为米(m)(m)。井深增量（井段）：井深增量（井段）：下测点井深与上测点井深之差。下测点井深与上测点井深之差。以以L表示。表示。(2)(2)井斜角井斜角()：指井眼方向线与重力线之间的夹角。单位为度指井眼方向线与重力线之间的夹角。单位为度()()。井眼方向线：井眼方向线：过井眼轴线上某测点作过井眼轴线上某测点作井眼轴线的切线，该切线向井眼轴线的切线，该切线向井眼前进方向延伸的部分称井眼前进方向延伸的部分称为井眼方向线。为井眼方向线。井斜角增量井斜角增量()

5、：下测点井斜角与上测点下测点井斜角与上测点井斜角之差。井斜角之差。BA (3)(3)井斜方位角井斜方位角 （井眼方位角、方位角）：井眼方位角、方位角）：在水平投影图上，以正在水平投影图上，以正北方位线为始边，顺时针方北方位线为始边，顺时针方向旋转到井眼方位线上所转向旋转到井眼方位线上所转过的角度。过的角度。井眼方位线（井斜方位线）：井眼方位线（井斜方位线）：某测点处的井眼方向线某测点处的井眼方向线在水平面上的投影。在水平面上的投影。井斜方位角增量井斜方位角增量 ：上下测点的井斜方位角之差。上下测点的井斜方位角之差。B BA A 井斜方位角的变化范围：井斜方位角的变化范围：0 0360 360。

6、(3)(3)井斜方位角井斜方位角：井斜方位角的另一种表示方式：井斜方位角的另一种表示方式：象限角：指井斜方位线与象限角：指井斜方位线与正北方位线或与正南方位正北方位线或与正南方位线之间的夹角。线之间的夹角。象限角的变化范围：象限角的变化范围：0 09090之间。之间。磁偏角：磁偏角：磁北方位与正北方位磁北方位与正北方位之间的夹角。之间的夹角。磁偏角校正：磁偏角校正：真方位角磁方位角东磁偏角真方位角磁方位角东磁偏角真方位角磁方位角西磁偏角真方位角磁方位角西磁偏角由基本参数计算得到的参数。由基本参数计算得到的参数。(1)(1)垂直深度垂直深度（垂深）：（垂深）：轨迹上某点至井口所在水平轨迹上某点至

7、井口所在水平面的距离。垂深增量称为垂增（面的距离。垂深增量称为垂增（）。）。(2)(2)水平投影长度水平投影长度LpLp（水平长度、平长）：水平长度、平长）：井眼轨迹上某点至井口的长度在水平面上的投影，井眼轨迹上某点至井口的长度在水平面上的投影，即井深在水平面上的投影长度。即井深在水平面上的投影长度。水平长度的增量称为平增（水平长度的增量称为平增（LL）。）。(3)(3)水平位移水平位移（平移）：（平移）：轨迹上某点至井口所在铅垂轨迹上某点至井口所在铅垂线的距离（或：在水平投影面上，轨迹上某点至井口的线的距离（或：在水平投影面上，轨迹上某点至井口的距离）。距离）。平移方位线：在水平投影面上，井

8、口至轨迹上某点的连平移方位线：在水平投影面上，井口至轨迹上某点的连线。线。我国将完钻时的水平位移称为我国将完钻时的水平位移称为闭合距闭合距。2 2轨迹的计算参数轨迹的计算参数(4)(4)平移方位角平移方位角 ：平移方位线所在的方位角。平移方位线所在的方位角。(5)(5)坐标和坐标：坐标和坐标：南北坐标轴，以正北方向为正；南北坐标轴，以正北方向为正；东西坐标轴，以正东方向为正。东西坐标轴，以正东方向为正。(6)(6)视平移：视平移：水平位移在水平位移在设计方位线设计方位线上的上的投影长度。投影长度。NaAaENaAal垂深垂深D l平长平长Lp l平移平移S l平移方位角平移方位角 l视平移视平

9、移V lN坐标坐标 lE坐标坐标计算参数：计算参数：EN3.3.狗腿角与井眼曲率狗腿角与井眼曲率NaAabEN对一条空间曲线可以有不同的表示方法。对一条空间曲线可以有不同的表示方法。三维坐标法：三维坐标法：柱面图示法：柱面图示法：垂直剖面图垂直剖面图（柱面展开图）（柱面展开图）+水平投影图水平投影图 柱柱面面：设设想想经经过过井井眼眼轨轨迹迹上上每每一一个个点点作作一一条条铅铅垂垂线线，所所有有这这些些铅铅垂垂线线构构成成的的曲曲面面称称为为柱柱面面。将将柱柱面面展展平平，就形成了垂直剖面图。就形成了垂直剖面图。可可以以反反映映出出真真实实的的井井身身参参数数，如如：井井深深、井井斜斜角角、垂

10、深；垂深；作图简便。作图简便。4 4 井眼轨迹的图示法井眼轨迹的图示法1.1.三三维坐坐标法法 坐标系：坐标系：0-D-N-E0-D-N-E 借助辅助面，能形象直借助辅助面，能形象直观地反映出井眼的形状和观地反映出井眼的形状和走向。但不能反映出真实走向。但不能反映出真实的井身参数，且作图难度的井身参数，且作图难度大。大。2.投影图示法投影图示法 垂直投影图垂直投影图 +水平投影图水平投影图 轨迹在过井口和轨迹在过井口和目标点的铅垂面上目标点的铅垂面上的投影。的投影。原点：井口原点：井口 纵坐标：纵坐标：横坐标：横坐标：轨迹在水平面轨迹在水平面上的投影。上的投影。原点：井口原点：井口 坐标轴：坐

11、标轴：缺点：垂直投影图不能真实地反映井深缺点：垂直投影图不能真实地反映井深L 和井斜角和井斜角等轨迹参数。等轨迹参数。视平移视平移 VEVDSNLPV目标点设计 方位线3.柱面展开图示法（二图法）柱面展开图示法（二图法）垂直剖面图垂直剖面图+水平投影图水平投影图 过轨迹上的每一过轨迹上的每一点作铅垂线，所有点作铅垂线，所有铅垂线便构成一个铅垂线便构成一个曲面，称为柱面。曲面，称为柱面。将此柱面展开就形将此柱面展开就形成成垂直剖面图垂直剖面图。原原 点：井口点：井口 纵坐标：纵坐标：垂深垂深 D横坐标：横坐标：优优 点点（1）容易想象轨迹形状）容易想象轨迹形状（2）能真实反映井身参数）能真实反映

12、井身参数（3）作图简便）作图简便平长平长 LP水平投影图水平投影图投影面：水平面投影面：水平面坐标系：以井口为原点、坐标系：以井口为原点、坐标轴、坐标轴、坐标轴。坐标轴。表达的参数：表达的参数：坐标值、坐标值、坐标值、水平位移坐标值、水平位移S、水平长度水平长度Lp、闭合距、井斜方位角闭合距、井斜方位角、平移方位角平移方位角、闭合方位角。闭合方位角。2垂直剖面图垂直剖面图垂直剖面：过井眼轴线上各点垂线组成的柱面展开图。垂直剖面：过井眼轴线上各点垂线组成的柱面展开图。坐标系：原点（井口）、横坐标（水平长度）、坐标系：原点（井口）、横坐标（水平长度）、纵坐标（垂深）纵坐标（垂深）表达的参数：垂深表

13、达的参数：垂深D、水平长度水平长度Lp、井深、井深Dm、井斜角井斜角。1 1).测量内容量内容 井深井深Dm、井斜角井斜角 、方位角方位角1.1.测斜方法及测斜仪简介测斜方法及测斜仪简介 2).2).测斜斜仪分分类 电源 钟机 相机测角装置密封减震扶正3).3).测斜斜仪结构构三、三、轨迹测量及计算轨迹测量及计算 组成：组成：井斜刻度盘、罗盘、十字摆锤、照井斜刻度盘、罗盘、十字摆锤、照明和照相系统。罗盘的明和照相系统。罗盘的N N极始终指地磁北极。极始终指地磁北极。（1 1）井斜角的测量）井斜角的测量 当测斜仪随井眼倾斜时，仪器轴线即为测点切线，当测斜仪随井眼倾斜时，仪器轴线即为测点切线，而十

14、字摆锤始终指向重力线方向，重力线与仪器轴而十字摆锤始终指向重力线方向，重力线与仪器轴线的夹角即为井斜角。由摆锤在井斜刻度盘底片上线的夹角即为井斜角。由摆锤在井斜刻度盘底片上的位置读取。的位置读取。（2 2）井斜方位角的测量）井斜方位角的测量 摆摆锤所在铅垂线与仪器轴线（井眼方向线）构锤所在铅垂线与仪器轴线（井眼方向线）构成井斜铅垂面，该井斜铅垂面与水平面的交线就成井斜铅垂面，该井斜铅垂面与水平面的交线就是井斜方位线，即摆锤在罗盘面上的投影与罗盘是井斜方位线，即摆锤在罗盘面上的投影与罗盘中心的连线。中心的连线。4).磁性照相测斜仪的工作原理磁性照相测斜仪的工作原理（3）井斜角和方位角的记录）井斜

15、角和方位角的记录 底片成像，地面读取。底片成像，地面读取。测斜底片图 1 1测点点编号：号：测斜自下而上，斜自下而上，测点点编号号则自上而下。第一个井斜自上而下。第一个井斜 角不等于零的测点作为第角不等于零的测点作为第1 1测点。测点。2 2测段段编号：自上而下号：自上而下编号。第号。第i-1 i-1 测点与第点与第 i i 测点之点之间所所夹的的测段为第段为第i i测段。测段。3 3第第测点：第点：第测点的井深大于点的井深大于25m 25m 时，第，第测点的井深比第点的井深比第测点的井深小测点的井深小25m25m，且井斜角规定为零。第测点的井深小于或等于且井斜角规定为零。第测点的井深小于或等

16、于25m25m时，规定第测点的井深和井斜角均为零。时，规定第测点的井深和井斜角均为零。4 4若若i i=0=0，对第第i i测段取：段取：i i=i-1i-1；对第对第i+1i+1测段取：测段取：i i=i+1i+1 。5 5在一个测段内，井斜方位角变化的绝对值不得超过在一个测段内，井斜方位角变化的绝对值不得超过180180。i i-i-1i-1180180时，i i=i i-i-1i-1-360-360 c c=(=(i i+i-1i-1)/2-180)/2-180 i i-i-1i-1-180-180时，i i=i i-i-1i-1+360+360 c c=(=(i i+i-1i-1)/2

17、+180)/2+1802、对测斜计算数据的规定、对测斜计算数据的规定ab1.1.测点坐点坐标值计算公式算公式3 3、轨迹计算方法、轨迹计算方法(Ni，Ei)SiNE目标点方位线02.2.测段坐段坐标增量的增量的计算算国内外测段计算方法国内外测段计算方法正切法正切法 假设测段为假设测段为直线，其方直线，其方向与下测点向与下测点方向一致。方向一致。平衡正切法平衡正切法 假设测段为两假设测段为两段等长度的折段等长度的折线，其方向分线，其方向分别与上、下测别与上、下测点方向一致。点方向一致。平均角法平均角法 假设测段为直假设测段为直线，其方向为线，其方向为上、下测点方上、下测点方向的向的“和方向和方向

18、”。圆柱螺线法圆柱螺线法 假设测段为圆假设测段为圆柱螺线，螺线柱螺线，螺线在两端点处与在两端点处与上、下两测点上、下两测点方向相切。方向相切。最小曲率法最小曲率法 假设测段为空假设测段为空间斜平面圆弧，间斜平面圆弧，圆弧在两端处圆弧在两端处与上、下测点与上、下测点方向相切。方向相切。计算算测点坐点坐标的关的关键：计算算测段坐段坐标增量（增量（D D、L L、N N、E E）计算算测段坐段坐标增量的关增量的关键：确定：确定测段的几何形状段的几何形状 如何确定如何确定测段的几何形状？段的几何形状？平均角法平均角法 假设假设:测段是一条直线，该直线的方向测段是一条直线，该直线的方向是上下二测点处井眼

19、方向的是上下二测点处井眼方向的“和方向（矢量和）。和方向（矢量和）。测段计算公式：测段计算公式：c=（i-1+i）/2 c=（i-1+i）/2 D=Dmcosc Lp=Dmsinc N=Dmsinccosc E=Dmsincsinc2.2.测段坐段坐标增量的增量的计算算四、四、定向井井眼轨道定向井井眼轨道常规定向井：常规定向井：b=15 6060大斜度井：大斜度井：b=60 8585 b：最大稳斜角。最大稳斜角。水平井：水平井：b=90上翘井：上翘井：b=90 120120大位移井：大位移井：水平位移与垂深之比大于水平位移与垂深之比大于2.0。井井眼眼轨轨道道的的类类型型二维二维井眼井眼轨道轨

20、道三维三维井眼井眼轨道轨道 设计井眼轴线仅在设计方位线所在铅垂平面设计井眼轴线仅在设计方位线所在铅垂平面上变化的井眼轨道。上变化的井眼轨道。二二维维井眼井眼轨轨道由垂直井段、增斜井段、道由垂直井段、增斜井段、稳稳斜斜井段和降斜井段井段和降斜井段组组合而成。合而成。在设计井眼轴线上，既有井斜在设计井眼轴线上，既有井斜角变化又有方位角变化的井眼轨道。角变化又有方位角变化的井眼轨道。三维井眼轨道设计用于绕障井三维井眼轨道设计用于绕障井和现场待钻修正井眼轨道设计。和现场待钻修正井眼轨道设计。1 1定向井轨道分类定向井轨道分类非常规二维定向井：非常规二维定向井：除了直线和园弧曲线外，除了直线和园弧曲线外

21、，还有某种特殊曲线，如悬链线，二次抛物线等。还有某种特殊曲线，如悬链线，二次抛物线等。常规二维定向井：常规二维定向井：2.2.常规二维定向井轨道有四种类型：常规二维定向井轨道有四种类型：三段式，多靶三段式，五段式和双增式三段式，多靶三段式，五段式和双增式。五、井身轨迹控制1.1.定向井造斜工具定向井造斜工具 造造斜斜：由由垂垂直直井井段段开开始始钻钻出出具具有有一一定定方方位位的的斜斜井井段段的工的工 艺过程。艺过程。造造斜斜点点：开开始始造造斜斜时时的的深深度度。垂垂直直井井段段开开始始倾倾斜斜的的起点。起点。造斜工具：造斜工具：井底动力钻具造斜工具；井底动力钻具造斜工具；钻盘钻造斜工具。钻

22、盘钻造斜工具。混合钻进造斜工具混合钻进造斜工具 导向式马达导向式马达 动力钻具造斜工具的种类动力钻具造斜工具的种类(1)1)弯接头弯接头(斜接头斜接头)影响弯接头造斜率的因素：影响弯接头造斜率的因素：弯角越大，造斜率越大；一般为弯角越大，造斜率越大；一般为 0.50.52.52.5。（2 2）弯外壳马达）弯外壳马达（原理与弯接头类似）（原理与弯接头类似）（3 3）偏心垫块）偏心垫块杠杆原理，垫块作为支点。杠杆原理，垫块作为支点。螺杆钻具的结构与特性螺杆钻具的结构与特性结结构构：定定子子（外外壳壳内内部部浇浇铸铸橡橡胶胶）、转转子（主轴）、万向轴。子（主轴）、万向轴。工工作作原原理理：钻钻井井液

23、液流流过过由由定定子子与与转转子子相相互互啮啮合合形形成成的的螺螺旋旋形形空空腔腔时时，迫迫使使转转子转动，产生扭矩。子转动，产生扭矩。特性：特性：(1)(1)转转速速较较慢慢（100300 100300 rpm rpm），扭扭矩矩较大；较大；(2)(2)转速与扭矩随流量的增大而增大转速与扭矩随流量的增大而增大；(3)(3)扭扭矩矩与与压压力力降降成成正正比比。可可可可根根根根据据据据泵泵泵泵压压压压大大大大小小小小了了了了解解解解钻钻钻钻头头头头扭扭扭扭矩矩矩矩和和和和钻钻钻钻压压压压。可可可可以以以以看看看看着着着着泵泵泵泵压压压压表表表表打打打打钻钻钻钻。根根据据泵泵压压表表上上的的压压

24、力力降降还还可可以以换换算算出出钻钻头头上上的的扭扭矩矩，从从而而可可以以较为准确地求得反扭角。较为准确地求得反扭角。2 2）转盘钻造斜工具）转盘钻造斜工具变向器、射流钻头、变向器、射流钻头、扶正器组合。扶正器组合。变向器变向器结构及原理如图。结构及原理如图。早期造斜工具。早期造斜工具。现现在在仅仅用用于于套套管管内内开开窗窗侧侧钻钻，或或不不适适宜宜用用动动力力钻具的井内。钻具的井内。弯外壳马达弯外壳马达滑动导向工具滑动导向工具 结构：弯外壳螺杆钻具结构：弯外壳螺杆钻具+欠尺寸稳定器欠尺寸稳定器+MWD 直外壳动力钻具直外壳动力钻具+遥控弯接头遥控弯接头+MWD 工作原理：工作原理：（1）滑

25、动钻进）滑动钻进定向造斜定向造斜 （2）旋转钻进）旋转钻进稳斜稳斜 （3）复合钻进）复合钻进改变滑动和旋转钻进的相对比改变滑动和旋转钻进的相对比 例，可获得两种造斜率之间的例，可获得两种造斜率之间的 任何一种造斜率。任何一种造斜率。用用 途：途：全角调整式导向工具，既可用于定向造斜，又可用全角调整式导向工具，既可用于定向造斜，又可用 于轨迹调整。于轨迹调整。2 2、定向井轨迹控制、定向井轨迹控制轨迹控制轨迹控制打打 直直 段：段：转盘钻转盘钻+防斜钻具组合防斜钻具组合定向造斜定向造斜跟踪控制跟踪控制概念：从垂直井段的造斜点处开始，使井眼沿一概念：从垂直井段的造斜点处开始，使井眼沿一 定的方位偏

26、斜的工作。定的方位偏斜的工作。方法：先用动力钻具造斜工具沿一定方位钻出方法：先用动力钻具造斜工具沿一定方位钻出 810的斜井段，然后用的斜井段，然后用“转盘钻转盘钻+扶正器扶正器 组合组合”继续增斜至要求的井斜角。继续增斜至要求的井斜角。从造斜结束，到钻完全井，都属跟踪控制阶段。从造斜结束，到钻完全井，都属跟踪控制阶段。一般用一般用转盘钻转盘钻+扶正器组合扶正器组合进行增、稳、降钻进。进行增、稳、降钻进。当井斜偏差较大时，用动力钻具强力增斜或降斜。当井斜偏差较大时，用动力钻具强力增斜或降斜。当出现方位偏差时，用动力钻具当出现方位偏差时，用动力钻具扭方位扭方位。一）扭方位一）扭方位 1 1、装置

27、角的概念、装置角的概念 OAOA线线称称为为高高边边方方向向线线。点点是是钻钻头头中中心心，OCOC线线称称为为装置方向线装置方向线。以以高高边边方方向向线线为为始始边边，顺顺时时针针旋旋转转到到装装置置方方向向线线上上所所转转过过的的角角度度，称称为为造造斜斜工工具的装置角具的装置角。用。用表示。表示。工工具具面面：造造斜斜工工具具作作用用方方向向线线与与钻钻柱柱轴轴线线构构成成的的平平面面（弯弯接接头头的两条交叉轴线所在的平面）。装置角也称为的两条交叉轴线所在的平面）。装置角也称为工具面角工具面角。高边方向线：高边方向线：在井底平面上自井眼低边指向井眼高边的方向线。在井底平面上自井眼低边指

28、向井眼高边的方向线。井斜铅垂面：井斜铅垂面：过井斜方位线（过井斜方位线（高边方向线高边方向线）的铅垂面。）的铅垂面。装置方位角：装置方位角：装置角与井斜方位角之和。装置角与井斜方位角之和。以以表示。表示。=1+。、是是装装置置角角的的两两种种不不同同表表示示形形式式，称称为为高高边边模模式式工具面角；工具面角；称为正北（磁北）模式工具面角。称为正北（磁北）模式工具面角。是井底平面（斜面）上的角度，不易测量；是井底平面（斜面）上的角度，不易测量；为井口水平面上的角度为井口水平面上的角度，可以测量，用于定向。，可以测量，用于定向。、在在00360360内内变变化化，顺顺时时针针为为“+”，逆逆时时

29、针针为为“-”。1、基本概念：、基本概念：井斜铅垂面井底井眼方向线所在的铅垂平面。井底平面井底与井眼方向线垂直的平面。造斜工具面造斜工具的作用方向线与井底井眼方向线构成的平面。水平面工具面井底平面井斜铅垂面井斜铅垂面井底井眼方向线所在的铅垂平面。造斜工具面造斜工具的作用方向线与井底井眼方向线构成的平面。井底平面井底与井眼方向线垂直的平面。装置角定义装置角定义:井斜铅垂面顺时针与造斜工具面之间的夹角水平面工具面井底平面井斜铅垂面a.直井情况，b.水平井情况 因井斜铅垂面、造斜工具面均与井底平面垂直、故可在井底平面上量度。在井底平面上，造斜工具装置角等于以井斜铅垂面与井底平面的交线（高边方向线）为

30、始边，顺时针转到造斜工具面与井底平面的交线所转过的角度。ab2 2 对对、的影响的影响=0，2=1+，（全增斜）全增斜）=180，2=1-，（全降斜）全降斜）=90，2 1，（近似稳斜，近似稳斜，90扭方位）扭方位）1=2，已知已知，=-tan（/2）/tan1，（稳斜扭方位）稳斜扭方位）0 90+，增斜增方位。增斜增方位。90+180，降斜增方位。降斜增方位。180 270-，降斜减方位。降斜减方位。270+360，增斜减方位。增斜减方位。=270=270目前井斜方位线目前井斜方位线=0=0=90=90=180=180增方位增方位减方位减方位增增斜斜降降斜斜3 3、动力钻具的反扭角、动力钻具

31、的反扭角 反扭角的概念反扭角的概念由于动力钻具反扭矩，而使钻柱反时针扭转的角由于动力钻具反扭矩，而使钻柱反时针扭转的角度，称之为动力钻具的度，称之为动力钻具的反扭角反扭角。用。用nn表示。表示。反扭角将使已确定好的装置角减小。反扭角将使已确定好的装置角减小。造斜工具定向时的方位角称为造斜工具定向时的方位角称为定向方位角定向方位角。用。用s s 表示。表示。s s=+n n=1 1+n n 六、造斜工具的定向方法六、造斜工具的定向方法定向定向就是把造斜工具的工具面摆在预定的定向方位线上。定向定向是定向井的关键技术。定向方法可分为两大类：地面定向法和井下定向法。地面定向法：地面定向法：在地面井口将

32、造斜工具的工具面摆到预定的方位线上；通过定向下钻，始终保持工具面预定方位不变，或者始终知道工具面在井下的实际方位；下钻完后，如果工具面实际方位与预定方位不附，可在地面上通过转盘将工具面扭到预定的定向方位上。这种方法由于工序复杂，准确性差，目前已经很少应用了。井下定向法：井下定向法：下钻前给工具面做好标记，正常下钻，将造斜工具下到井底；然后从钻柱内下入仪器，根据工具面的标记，测量工具面在井下的实际方位；如果工具面实际方位与预定方位不附，可用转盘调整；工序简单，准确性高，但需要先进的定向测量仪器。关键技术：工具面的标记方法。关键技术：工具面的标记方法。定向磁铁标记法：定向磁铁标记法：适用于磁性测斜

33、仪进行测量；适用于磁性测斜仪进行测量；在造斜工具上面接一根专用的无磁钻铤，在在造斜工具上面接一根专用的无磁钻铤，在该无磁钻铤的体部装着三对小磁铁，其该无磁钻铤的体部装着三对小磁铁，其N N 极极方向与工具面方向的关系是已知的。方向与工具面方向的关系是已知的。测量仪器中有两个磁性罗盘。上罗盘处在三测量仪器中有两个磁性罗盘。上罗盘处在三个定向磁铁位置，可测得工具面方位；下罗个定向磁铁位置，可测得工具面方位；下罗盘远离定向磁铁，指向正北方位。两罗盘面盘远离定向磁铁，指向正北方位。两罗盘面同时照在一张底片上，于是可知工具面在井同时照在一张底片上，于是可知工具面在井下的实际方位。下的实际方位。一、钻井液

34、的定义一、钻井液的定义 钻钻井井时时用用来来清清洗洗井井底底并并把把岩岩屑屑携携带带到到地地面面、维维持持钻钻井井操操作作正正常常进行的流体称为钻井液或洗井液。进行的流体称为钻井液或洗井液。二、钻井液的功用二、钻井液的功用1 1携岩携岩2 2冷却和润滑钻头及钻柱冷却和润滑钻头及钻柱3 3造壁，维持井壁稳定造壁，维持井壁稳定4 4控制地层压力控制地层压力5.5.悬浮钻屑和加重材料，防止下沉悬浮钻屑和加重材料，防止下沉6.6.获得地层和油气资料获得地层和油气资料7.7.传递水功率传递水功率第五节第五节 钻井液钻井液 三、钻井液的组成三、钻井液的组成（1）液相）液相：液相是钻井液的连续相，水或油。液

35、相是钻井液的连续相，水或油。（2）活性固相）活性固相:包括人为加入的商业膨润土（般土）、有机包括人为加入的商业膨润土（般土）、有机 膨润土膨润土(油基油基 钻井液用钻井液用)和地层进入的造浆粘土和地层进入的造浆粘土。（3）惰性固相）惰性固相：惰性固相是钻屑和加重材料。惰性固相是钻屑和加重材料。（4）各种钻井液添加剂）各种钻井液添加剂:增粘、稀释、失水、增粘、稀释、失水、PH值、防塌等。值、防塌等。APIAPI和和IADCIADC分类：分类：（1 1）不分散体系）不分散体系 膨润土膨润土+清水清水；天然钻井液（自然造浆而成），浅层钻进。天然钻井液（自然造浆而成），浅层钻进。（2 2）分散体系）分

36、散体系 水水+膨润土膨润土+分散剂分散剂（铁络木质素黄酸盐等），（铁络木质素黄酸盐等），深井或复杂井。深井或复杂井。（3 3）钙处理体系）钙处理体系 水基钻井液水基钻井液+钙盐钙盐（石灰、石膏、氯化钙）（石灰、石膏、氯化钙），抑制粘土膨胀。抑制粘土膨胀。（4 4）聚合物体系）聚合物体系水基钻井液水基钻井液+高聚物高聚物（聚丙烯酰胺（聚丙烯酰胺PAMPAM、PHPPHP），絮凝劣质土，抑制粘土分散。絮凝劣质土，抑制粘土分散。四、钻井液的分类四、钻井液的分类 (5(5）低固相体系）低固相体系总固相含量总固相含量6%6%10%10%的水基钻井液的水基钻井液.其中，膨润土含量其中，膨润土含量 小于小于

37、3%3%，钻屑与膨润土的比值小于，钻屑与膨润土的比值小于2121。特点：提高钻速，减少对产层的伤害。特点：提高钻速，减少对产层的伤害。（6）饱和盐水体系）饱和盐水体系氯离子含量达氯离子含量达189g/L189g/L的水基钻井液。的水基钻井液。特点：特点：抗盐侵，抑制粘土水化。海上钻井、钻盐岩层和泥页盐层。抗盐侵，抑制粘土水化。海上钻井、钻盐岩层和泥页盐层。（7）修井完井液体系）修井完井液体系 水水+盐盐+聚合物等；油基钻井液聚合物等；油基钻井液 。特点：特点：低密度、无固相、抑制粘土膨胀、低滤失，保护油气层。低密度、无固相、抑制粘土膨胀、低滤失，保护油气层。（8）油基钻井液体系）油基钻井液体系

38、 油包水乳化钻井液：油油包水乳化钻井液：油+水水+乳化剂乳化剂 油基钻井液：柴油油基钻井液：柴油+氧化沥青、有机酸、碱氧化沥青、有机酸、碱 特点：耐高温、保护油气层、防止水敏性地层吸水膨胀特点：耐高温、保护油气层、防止水敏性地层吸水膨胀。摩阻小，用于大位移水平井，或特出复杂层段。摩阻小，用于大位移水平井，或特出复杂层段。（9）空气、雾、泡沫和气体体系）空气、雾、泡沫和气体体系欠平衡压力钻井。欠平衡压力钻井。特点：提高钻速，保护油气层。特点：提高钻速，保护油气层。适用于低压油气层、易漏的裂缝性油气层、低渗透油气层、适用于低压油气层、易漏的裂缝性油气层、低渗透油气层、井壁应比较稳定的地层。井壁应比

39、较稳定的地层。1、钻井液的密度、钻井液的密度 钻井液的密度指单位体积钻井液的质量。钻井液的密度指单位体积钻井液的质量。加重剂：碳酸钙、重晶石、钛铁矿粉。加重剂：碳酸钙、重晶石、钛铁矿粉。2、钻井液的流变性能、钻井液的流变性能 粘粘度度和和切切力力随随流流速速变变化化的的性性能能。包包括括静静切切力力、动动切切力力、表表观粘度、塑性粘度、流性指数、稠度系数等参数。观粘度、塑性粘度、流性指数、稠度系数等参数。五、钻井液的性能五、钻井液的性能第六节第六节 井身结构井身结构 井身结构设计主主要要包包括括套套管管层层次次和和每每层层套套管管的的下下深深，以以及及套套管和井眼尺寸的配合。管和井眼尺寸的配合

40、。一、套管类型及作用一、套管类型及作用1.表层套管表层套管封隔地表浅水层及浅部疏松和复杂地层；封隔地表浅水层及浅部疏松和复杂地层；安装井口、悬挂和支撑后续各层套管。安装井口、悬挂和支撑后续各层套管。2.生产套管（油层套管）生产套管（油层套管）钻钻达达目目的的层层后后下下入入的的最最后后一一层层套套管管，用用以以保保护护生生产产层层，提提供供油油气生产通道。气生产通道。3.中间套管（技术套管）中间套管（技术套管）在在表表层层套套管管和和生生产产套套管管之之间间由由于于技技术术要要求求下下入入的的套套管管，可可以以是是一层、两层或更多层。主要用来封隔井下复杂地层。一层、两层或更多层。主要用来封隔井

41、下复杂地层。4.尾管（衬管）尾管（衬管）5.导管导管二、井身结构设计的原则二、井身结构设计的原则1 1、有效地保护油气层；、有效地保护油气层；2 2、有有效效避避免免漏漏、喷喷、塌塌、卡卡等等井井下下复复杂杂事事故故的的发发生，保证安全、快速钻进；生，保证安全、快速钻进；3 3、当当实实际际地地层层压压力力超超过过预预测测值值而而发发生生井井涌涌时时，在在一定压力范围内，具有压井处理溢流的一定压力范围内，具有压井处理溢流的 能力。能力。三、确定套管层次和下深的基本思路三、确定套管层次和下深的基本思路依依据据两两个个压压力力剖剖面面，以以保保证证钻钻进进时时井井内内最最大大压压力力不不压压裂裂最

42、最薄薄弱弱的的裸裸露露地地层层为为原原则则，从从全全井井最最大大地地层层压压力力梯梯度度处处开开始始，由由下下向向上上确确定定套套管管的的层层次次和和各各层层套管的下入深度。套管的下入深度。1.01.31.61.8当量密度，g/cm3井深破裂压力油 套技 套表 套地层压力 p f pmaxDpmax fc1Dc1 pminDpmin四、套管尺寸与钻头尺寸的选择四、套管尺寸与钻头尺寸的选择 1.原则：原则：（1）套管能顺利下入井眼内，并具有一定的环空间隙柱水泥。）套管能顺利下入井眼内，并具有一定的环空间隙柱水泥。（2）钻头能够顺利通过上一层套管。）钻头能够顺利通过上一层套管。2.经验配合关系经验

43、配合关系长期实践形成的经验配合关系（长期实践形成的经验配合关系（P 256，图图7-3）国内常用的配合关系：国内常用的配合关系：q(17)13 3/8(12)9 5/8(8)5 q（26）20（17 1/2）13 3/8（12 1/4）9 5/8（8 1/2）7（5 7/8）4 1/2 或或 5 （1 1）结构特点）结构特点）结构特点）结构特点 优优质质无无缝缝钢钢管管，一一端端为为在在管管体体上上车车制制的的公公扣扣，一一端端为为带带母扣的套管接箍。母扣的套管接箍。（2 2）尺寸系列（）尺寸系列（）尺寸系列（）尺寸系列（API API 标准）标准）标准）标准）直直径径：4 1/2”，5”，5

44、 1/2”，6 5/8”，7”，7 5/8”，8 5/8”，9 5/8”，10 3/4，11 3/4，13 3/8，16，18 5/8，20；共；共14种。种。壁厚：壁厚：5.2116.13 mm。五、套管和套管柱五、套管和套管柱五、套管和套管柱五、套管和套管柱五、套管和套管柱五、套管和套管柱 1.套套 管管（3）钢级（钢级（API 标准）标准）H-40H-40，J-55J-55，K-55K-55，C-75C-75，L-80L-80，N-80N-80，C-90C-90，C-95C-95，P-110P-110，Q-125Q-125。数字数字1000为套管的最小屈服强度为套管的最小屈服强度 kps

45、i。（4 4）螺纹类型（螺纹类型（APIAPI标准）标准）短圆（短圆（STCSTC）、）、长圆（长圆（LTCLTC）、）、梯形（梯形（BTCBTC）、）、直连型直连型（XLXL）2 2、套管柱、套管柱 由由同同一一外外径径、不不同同钢钢级级、不不同同壁壁厚厚的的套套管管用用接接箍箍连连接组成的管柱。特殊情况下也使用无接箍套管柱。接组成的管柱。特殊情况下也使用无接箍套管柱。第七节第七节 油井水泥油井水泥注水泥目的：注水泥目的：固定套管、有效封隔井内的油气水层。固定套管、有效封隔井内的油气水层。本节内容：本节内容：油井水泥；水泥浆性能；提高注水泥质量的措施。油井水泥；水泥浆性能；提高注水泥质量的措

46、施。注水泥的基本要求：注水泥的基本要求：（l）水泥浆返高和套管内水泥塞高度必须符合设计要求；水泥浆返高和套管内水泥塞高度必须符合设计要求；（2）注注水水泥泥井井段段环环形形空空间间内内的的钻钻井井液液全全部部被被水水泥泥浆浆替替走走，不不存存在残留现象；在残留现象；（3）水水泥泥石石与与套套管管及及井井壁壁岩岩石石有有足足够够的的胶胶结结强强度度，能能经经受受住住酸酸化压裂及下井管柱的冲击；化压裂及下井管柱的冲击；（4）水水泥泥凝凝固固后后管管外外不不冒冒油油、气气、水水，环环空空内内各各种种压压力力体体系系不不能互窜；能互窜；（5）水泥石能经受油、气、水长期的侵蚀。）水泥石能经受油、气、水长

47、期的侵蚀。一、油井水泥一、油井水泥 油井水泥是一种硅酸盐水泥。油井水泥是一种硅酸盐水泥。1.对油井水泥的基本要求：对油井水泥的基本要求：（1）水水泥泥能能配配成成流流动动性性良良好好的的水水泥泥浆浆，且且在在规规定定的的时时间间内内，能始终保持这种流动性。能始终保持这种流动性。（2）水泥浆在井下的温度及压力条件下保持性能稳定；）水泥浆在井下的温度及压力条件下保持性能稳定；（3）水泥浆应在规定的时间内凝固并达到一定的强度；）水泥浆应在规定的时间内凝固并达到一定的强度；（4）水泥浆应能和外加剂相配合，可调节各种性能；）水泥浆应能和外加剂相配合，可调节各种性能；（5）形成的水泥石应有很低的渗透性能等

48、。）形成的水泥石应有很低的渗透性能等。2.2.油井水泥的分类油井水泥的分类（1）API水泥的分类水泥的分类级别使用深度范围m使用温度范围，类 型说 明普通抗硫酸盐中高A0 183076.7普通水泥B中热水泥，中、高抗硫酸盐型C早强水泥，普通和中、高抗硫酸言型D1830 305076 127用于中温中压条件，中、高硫酸盐型E3050 427076 143基本水泥加缓凝剂，高温高压用F3050 4880110 160基本水泥加缓凝剂，超高压、高温用G0 24400 93基本水泥，分中、高抗硫酸盐型HJ3660 488049 160超高温用，普通型（2）国产以温度系列为标准的油井水泥）国产以温度系列

49、为标准的油井水泥45水泥：水泥：用于表层或浅层，深度小于用于表层或浅层，深度小于1500米；米；75 水水泥泥：用用于于井井深深15003200米米。超超过过3500米米，应应加加入入缓凝剂。超过缓凝剂。超过110，应加入不少于，应加入不少于28%的硅粉。的硅粉。95 水水泥泥：用用于于井井深深25003500米米。超超过过110，加加入入28%以上的硅粉。以上的硅粉。120 水水泥泥：用用于于井井深深35005000米米。当当用用于于45005000米米时，应加入缓凝剂及降失水剂。时，应加入缓凝剂及降失水剂。3.提高固井质量的措施提高固井质量的措施前置液前置液 将水泥浆与钻井液隔开，起到隔离

50、、缓冲、清洗的作将水泥浆与钻井液隔开，起到隔离、缓冲、清洗的作用，可提高固井质量。用，可提高固井质量。1.冲冲洗洗液液：低低粘粘度度、低低剪剪切切速速率率、低低密密度度。用用于于有有效效冲冲洗井壁及套管壁，清洗残存的钻井液及泥饼。洗井壁及套管壁，清洗残存的钻井液及泥饼。2.隔隔离离液液：有有效效隔隔开开钻钻井井液液与与水水泥泥浆浆，以以便便形形成成平平面面推推进型的顶替效果。通常为粘稠液体。进型的顶替效果。通常为粘稠液体。4 4、提高注水泥质量的措施、提高注水泥质量的措施（1 1）提高顶替效率，防止窜槽）提高顶替效率，防止窜槽采用套管扶正器，改善套管居中条件；采用套管扶正器，改善套管居中条件；