定向井技術(shù)介紹

1、定向井技術(shù)介紹 定向井基礎(chǔ)概念定向井基礎(chǔ)概念 定向井常用工具定向井常用工具 3 一、定向井常用知識(shí) 定向井概念：按照一定的要求，沿著預(yù)先設(shè)計(jì)的井眼軌跡鉆達(dá)目的層位的鉆井工藝 為什么要鉆定向井？ 1.地面限制：大海，湖泊，建筑物。2.地質(zhì)條件：斷層，增大采油面積，側(cè)鉆。 3.井下事故 1.地面環(huán)境條件的限制：當(dāng)?shù)孛嫔?是高山，湖泊，沼澤，河流，溝壑， 海洋，農(nóng)田或重要的建筑物等，難 以安裝鉆機(jī)，進(jìn)行鉆井作業(yè)時(shí)，或 者安裝鉆機(jī)和鉆井作業(yè)費(fèi)用很高時(shí)， 為了勘探和開(kāi)發(fā)它們下面的油田， 最好是鉆定向井。 2.地下地質(zhì)條件的要求：對(duì) 于斷層遮擋油藏，定向井比直井 可發(fā)現(xiàn)和鉆穿更多的油層；對(duì)于 薄油層，定向

2、井和水平井比直井 的油層裸露面積要大得多。另外， 側(cè)鉆井，多底井，分支井，大位 移井，側(cè)鉆水平井，徑向水平井， 等等定向井的新種類(lèi)，顯著地?cái)U(kuò) 大了勘探效果，增加了原油產(chǎn)量， 提高了油藏的采收率。 6 一、定向井常用知識(shí) 定向井分類(lèi)： 按設(shè)計(jì)井眼軸線(xiàn)形狀分： 兩維定向井：井眼軸線(xiàn)在某個(gè)鉛垂平面上變化的定向井，井斜變化， 方位不變化。 三維定向井：井眼軸線(xiàn)在三維空間變化的定向井，井斜變化，方位變 化。 按設(shè)計(jì)最大井斜角分： 低斜度定向井：井斜小于15度，鉆井時(shí)井斜、方位不易控制，鉆井難 度大。 中斜度定向井：井斜在15-45度之間，鉆井時(shí)井斜、方位易控制，鉆 井難度相對(duì)較小，是使用最多的一種。 大

3、斜度定向井：井斜在46-85度之間，其斜度大，水平位移大，增加 了鉆井難度和成本。 水平井：井斜大于86度，其鉆井相對(duì)較難。 7 一、定向井常用知識(shí) 定向井專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)： 1.井深：指井口（通常以轉(zhuǎn)盤(pán)面為基準(zhǔn)）到測(cè)點(diǎn)的井眼長(zhǎng)度，也有人稱(chēng) 之為斜深。國(guó)外稱(chēng)之為測(cè)深井深是以鉆柱或電纜的長(zhǎng)度來(lái)量測(cè)。井深既 是測(cè)點(diǎn)的基本參數(shù)之一，又是表明測(cè)點(diǎn)位置的標(biāo)志。 8 一、定向井常用知識(shí) 2.井斜角： l 過(guò)井眼軸線(xiàn)上某測(cè)點(diǎn)作井眼軸 線(xiàn)的切線(xiàn)，該切線(xiàn)向井眼前進(jìn)方 向延伸的部分稱(chēng)為井眼方向線(xiàn)。 井眼方向線(xiàn)與重力線(xiàn)之間的夾角 就是井斜角。顯然，井眼方向線(xiàn) 與重力線(xiàn)都是有向線(xiàn)段。井斜角 表示了井眼軌跡在該測(cè)點(diǎn)處傾斜 的大

4、小。 l井斜角常以希臘字母表示，單位 為度()。一個(gè)測(cè)段內(nèi)井斜角的增 量總是下測(cè)點(diǎn)井斜角減去上測(cè)點(diǎn) 井斜角，以表示。 9 一、定向井常用知識(shí) 3.井斜方位角： l某測(cè)點(diǎn)處的井眼方向線(xiàn)投影到水平 面上，稱(chēng)為井眼方位線(xiàn)，或井斜方 位線(xiàn)。以正北方位線(xiàn)為始邊，順時(shí) 針?lè)较蛐D(zhuǎn)到井眼方位線(xiàn)上所轉(zhuǎn)過(guò) 的角度，即井眼方位角。注意，正 北方位線(xiàn)是指地理子午線(xiàn)沿正北方 向延伸的線(xiàn)段。所以正北方位線(xiàn)和 井眼方位線(xiàn)也都是有向線(xiàn)段，都可 以用矢量表示。 10 一、定向井常用知識(shí) 4.全角變化率全角變化率（狗腿嚴(yán)重或井眼曲率）：從井眼內(nèi)的一個(gè)點(diǎn)到另一個(gè)點(diǎn)， 井眼前進(jìn)方向變化的角度（兩點(diǎn)處井眼前進(jìn)方向線(xiàn)之間的夾角）， 該

5、角度既反映了井斜角度的變化又反映了方位角度的變化，通常稱(chēng)為 全角變化值。 兩點(diǎn)間的全角變化值相對(duì)與兩點(diǎn)間井眼長(zhǎng)度l變化的 快慢及為全角變化率。用公式表達(dá)如下： l )cos(sinsincoscoscos 122121 11 一、定向井常用知識(shí) 過(guò)井眼軸線(xiàn)的鉛垂面與橫截面交線(xiàn)的上傾方向。 高邊：在斜井段用一個(gè)垂直于井眼軸線(xiàn)的平面與井眼（這 時(shí)的井眼不能理解為一條線(xiàn)，而是一個(gè)具有一定直徑的圓） 相交，由于井眼是傾斜的故井眼在該平面上有一個(gè)最高點(diǎn)， 最高點(diǎn)與井眼圓心所形成的直線(xiàn)即為井眼的高邊。 12 井眼軌跡控制井眼軌跡控制 1. 要求：在實(shí)鉆過(guò)程中，設(shè)法使實(shí)鉆的井眼軌跡盡可能符合設(shè)計(jì)要求：在實(shí)鉆

6、過(guò)程中，設(shè)法使實(shí)鉆的井眼軌跡盡可能符合設(shè)計(jì) 的井眼軌跡。的井眼軌跡。 2. 實(shí)質(zhì)：井眼軌跡控制，的實(shí)質(zhì)，就是不斷地控制井眼的前進(jìn)方實(shí)質(zhì)：井眼軌跡控制，的實(shí)質(zhì)，就是不斷地控制井眼的前進(jìn)方 向。井眼方向由井眼的井斜角和井斜方位角來(lái)表示的。向。井眼方向由井眼的井斜角和井斜方位角來(lái)表示的。 3. 井眼方向控制內(nèi)容：井眼方向控制內(nèi)容： 井斜角的控制：增斜、降斜、穩(wěn)斜；斜角的控制：增斜、降斜、穩(wěn)斜； 井斜方位角控制：增方位、降方位、穩(wěn)方位；井斜方位角控制：增方位、降方位、穩(wěn)方位； 13 14 15 二、定向井常用工具 定向井常用井下工具定向井常用井下工具 一、泥漿馬達(dá)（一、泥漿馬達(dá)（pdmpdm） 二、旋

7、轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具二、旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具 三、扶正器（三、扶正器（stbstb） 四、非磁鉆鋌（四、非磁鉆鋌（nmdcnmdc） 五、懸掛短節(jié)（五、懸掛短節(jié)（hoshos） 六、短非磁鉆鋌（六、短非磁鉆鋌（snmdcsnmdc） 七、浮閥接頭（七、浮閥接頭（f/vf/v） 八、定向接頭（八、定向接頭（o/so/s） 16 二、定向井常用工具 泥漿馬達(dá)泥漿馬達(dá) 馬達(dá)主要組成部分：馬達(dá)主要組成部分： 1) 1) 旁通閥總成旁通閥總成 2) 2) 馬達(dá)總成馬達(dá)總成 3) 3) 萬(wàn)向軸總成萬(wàn)向軸總成 4) 4) 驅(qū)動(dòng)軸總成驅(qū)動(dòng)軸總成 5) 5) 防掉總成防掉總成 17 二、定向井常用工具 泥漿馬達(dá)的工作原理泥漿馬達(dá)

8、的工作原理: 馬達(dá)是一種螺桿鉆具（screw drills），它是以泥漿作為動(dòng)力的一種 井下動(dòng)力鉆具。馬達(dá)工作原理馬達(dá)工作原理：泥漿泵產(chǎn)生的高壓泥漿流，經(jīng)旁通閥進(jìn)入 馬達(dá)時(shí)，轉(zhuǎn)子在壓力泥漿的驅(qū)動(dòng)下，繞定子的軸線(xiàn)旋轉(zhuǎn)，馬達(dá)產(chǎn)生的扭矩 和轉(zhuǎn)速，通過(guò)萬(wàn)向軸和傳動(dòng)軸傳遞給鉆頭，來(lái)實(shí)現(xiàn)鉆井作業(yè)。 旁通閥結(jié)構(gòu)及工作原理旁通閥結(jié)構(gòu)及工作原理： 旁通閥有旁通和關(guān)閉兩個(gè)位置，在起下鉆時(shí)位于 旁通位置，下鉆時(shí)允許環(huán)空的泥漿由旁通閥閥體側(cè)面的閥口孔流向鉆桿(鉆 具)內(nèi)孔，起鉆時(shí)使鉆桿內(nèi)孔的泥漿從閥體側(cè)面的閥口流入環(huán)空，減少井臺(tái) 溢出泥漿，當(dāng)泥漿流量及壓力達(dá)到一定值時(shí)，旁通閥關(guān)閉，泥漿流經(jīng)馬達(dá)， 將泥漿能量轉(zhuǎn)換為機(jī)械

9、能。 18 二、定向井常用工具 馬達(dá)總成的結(jié)構(gòu)及工作原理：馬達(dá)總成的結(jié)構(gòu)及工作原理：馬達(dá)總成由轉(zhuǎn)子和定子兩部分組成,定子 是在鋼管內(nèi)壁上壓注橡膠襯套而成。轉(zhuǎn)子與定子相互嚙合，是用兩 者的導(dǎo)程差而形成的螺旋密封線(xiàn)，同時(shí)形成密封腔定子與轉(zhuǎn)子之間 形成若干個(gè)密封腔。轉(zhuǎn)子在泥漿動(dòng)力作用下，繞定子的軸線(xiàn)旋轉(zhuǎn)， 密封腔不斷的形成與消失，完成能量交換從而推動(dòng)轉(zhuǎn)子在定子中旋 轉(zhuǎn)。馬達(dá)可形成幾個(gè)密封腔就稱(chēng)幾級(jí)馬達(dá)。 19 二、定向井常用工具 萬(wàn)向軸總成的工作原理：萬(wàn)向軸總成的工作原理：萬(wàn)向軸總成位于轉(zhuǎn)子下端，其作用是把馬達(dá) 產(chǎn)生的扭矩和轉(zhuǎn)速傳遞到傳動(dòng)軸上。由于轉(zhuǎn)子作的是偏心運(yùn)動(dòng)，因 此要求萬(wàn)向軸具有較好的撓性功

10、能，能將偏心運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成傳動(dòng)軸的 定軸轉(zhuǎn)動(dòng)。 20 二、定向井常用工具 傳動(dòng)軸總成的工作原理傳動(dòng)軸總成的工作原理：傳動(dòng)軸總成(drive shaft assembly)，它的 作用是將馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)動(dòng)力（扭矩和轉(zhuǎn)速）傳遞給鉆頭，同時(shí)承受鉆 壓所產(chǎn)生的軸向和徑向負(fù)荷。 21 二、定向井常用工具 22 二、定向井常用工具 扶正器扶正器 23 二、定向井常用工具 扶正器作用扶正器作用 l在增斜鉆具組合和降斜鉆具組合中，穩(wěn)定器起支點(diǎn)作 用，通過(guò)改變穩(wěn)定器在下部鉆具組合中的位置，可改 變下部鉆具組合的受力狀態(tài)，達(dá)到控制井眼軌跡的目 的； l增加下部鉆具組合的剛性達(dá)到穩(wěn)定井斜和方位的目的。 穩(wěn)斜鉆具組合，是減小

11、鉆頭與穩(wěn)定器之間，以及穩(wěn)定 器與穩(wěn)定器之間的相對(duì)距離，增強(qiáng)下部鉆具的剛性， 以限制下部鉆具受壓變形，達(dá)到穩(wěn)斜效果； l修整井壁，平滑井眼。 24 二、定向井常用工具 非磁鉆鋌 id 非磁鉆鋌 non-magnetic drilling collar s/n 非磁鉆鋌非磁鉆鋌結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 9 “非磁鉆鋌：非磁鉆鋌： 扣型：731*730 外徑：9 （228.6mm） 內(nèi)徑： 2-13/16 （71.44mm） 8 “非磁鉆鋌：非磁鉆鋌： 扣型：631*630 外徑：8 ” （203.2mm） 內(nèi)徑： 2-13/16 3 “ 3-1/4 ” （82.55mm） 6-1/2 非磁鉆鋌：非磁鉆鋌：扣型：4

12、11*410 外徑： 6-1/2 (165.1mm) 內(nèi)徑：3-1/4 “ 或 2-13/16 ” （71.44mm） 4-3/4”非磁鉆鋌：非磁鉆鋌： 扣型：311*310 外徑： 4-3/4 (120.65mm) 內(nèi)徑：2-1/4 ” （57.15mm） 25 二、定向井常用工具 非磁鉆鋌非磁鉆鋌組份： l蒙乃爾鋼，含30銅和65鎳的合金； l鉻鎳鋼，含約18鉻和13以上鎳的合金； l奧氏體鋼，錳含量大于18的含鉻合金； l鉻鐵銅合金。 非磁鉆鋌非磁鉆鋌作用作用 在使用磁性測(cè)量?jī)x器（如mwd、磁性單、多點(diǎn)測(cè)斜儀或 者電子多點(diǎn)測(cè)斜儀等儀器）時(shí)，在鉆具組合中使用非磁鉆 鋌可以有效防止由于鉆具本

13、身所帶來(lái)的磁干擾，使測(cè)量結(jié) 果準(zhǔn)確有效。 26 二、定向井常用工具 浮閥的浮閥的作用：作用： 主要作用是防止泥漿倒流損害井下測(cè)量工具，以及防止鉆頭水眼 被堵。 idid 浮閥接頭 float valve 浮閥 27 二、定向井常用工具 l基本結(jié)構(gòu)：基本結(jié)構(gòu)：包括殼體、定向套、定向鍵和定位螺釘 l主要作用：主要作用：是為定向儀器（磁性單多點(diǎn)或陀螺等） 提供一個(gè)穩(wěn)定的座封環(huán)境，便于準(zhǔn)確地知道馬達(dá)等 井下工具的方向，保障下部作業(yè)順利進(jìn)行。 定向接頭 某井設(shè)計(jì)從530米開(kāi)始造斜，以3/30m的 造斜率方位在171.64鉆進(jìn)至740.85米后，穩(wěn) 斜穩(wěn)方位中完第一靶，再?gòu)?876.78米降斜扭方 位中完

14、第二靶后，穩(wěn)斜穩(wěn)方位至2873.95米結(jié)束。 馬達(dá)案例分析馬達(dá)案例分析 靶點(diǎn)1:1761m 靶點(diǎn)2:2320m t60 t50 t72 t80 t82 t83 td：2040ms 2700m 次要目的層：潿三段次要目的層：潿三段 主要目的層：流一段上、下層序主要目的層：流一段上、下層序 地層傾角12-15度 地層傾向nw345-357 施工過(guò)程： 12-1/4”井段一共使用兩趟鉆，第一趟鉆從初始造斜到造斜結(jié)束， pdc鉆頭+馬達(dá)滑動(dòng)鉆進(jìn)工具面比較穩(wěn)定，軌跡控制正常，但是鉆到 938米時(shí)，馬達(dá)轉(zhuǎn)子和傳動(dòng)總成落井，起鉆成功打撈落魚(yú)，更換馬達(dá) 繼續(xù)鉆進(jìn)，第二趟鉆，滑動(dòng)調(diào)整也比較正常，工具面較穩(wěn)定，軌

15、跡控 制良好，鉆進(jìn)到1770米結(jié)束12-1/4”井段作業(yè)。 12-1/4”井段 鉆具組合： 12-1/4”pdc 12-1/4”pdc 鉆頭（鉆頭（6 6刀翼）刀翼）+ 9-5/8”+ 9-5/8”馬達(dá)（馬達(dá)（1.151.15度）度）+12”+12”扶正器扶正器 +8”+8”浮閥接頭浮閥接頭+8”+8”非磁鉆鋌非磁鉆鋌 + 8”+ 8”懸掛短節(jié)懸掛短節(jié)mwd) + 8”mwd) + 8”短非磁鉆鋌短非磁鉆鋌+8”+8”鉆鉆 鋌鋌* *3+7-3/4”3+7-3/4”震擊器震擊器+8”+8”配合接頭配合接頭+5”+5”加重鉆桿加重鉆桿* *14+5”14+5”鉆桿鉆桿 二、馬達(dá)落井前現(xiàn)象描述 正

16、常鉆井參數(shù)： 滑動(dòng)參數(shù) wob: 2-10 klbs flow: 2500-3100 lpm 旋轉(zhuǎn)參數(shù) wob: 2-10 klbs flow: 2900-3200 lpm rpm： 40 rpm torque:923-5216 ft* lbs 二、馬達(dá)落井前現(xiàn)象描述 落井前一柱正常鉆井參數(shù)： wob: 5-8 klbs ； flow: 3212 lpm ； rpm： 40 rpm torque:3762-5216 ft*lbs 異?，F(xiàn)象： 鉆進(jìn)至930米左右，打稠漿后泵壓由正常的1800psi左右增加到 3100psi。提起鉆具循環(huán)檢查泵壓下降了約200psi至2900psi左右，但仍比 正

17、常打鉆泵壓高1000psi左右，現(xiàn)場(chǎng)分析認(rèn)為可能是打稠漿后將大量巖屑帶 出堵住循環(huán)通道導(dǎo)致泵壓升高，下放鉆具繼續(xù)鉆進(jìn)的參數(shù) wob: 11 klbs ； flow: 3175 lpm ； rpm： 40 rpm torque:4670-5216 klbs*f 除泵壓仍偏高外其余參數(shù)正常 二、馬達(dá)落井前現(xiàn)象描述 滑動(dòng)異?，F(xiàn)象： 鉆進(jìn)至938.47米后接立柱后準(zhǔn)備滑動(dòng)，排量3147l/min,循環(huán) 泵壓2929psi，接觸井底無(wú)壓差，鉆壓15klbs左右無(wú)進(jìn)尺。 旋轉(zhuǎn)放至井底異?，F(xiàn)象 接觸井底后，突然鉆壓增加至40klbs，蹩扭矩至18000 ft*lbs 左右，鉆具反轉(zhuǎn)，泵壓突然下降至1850psi左右，懸重也下降； 及時(shí)提起鉆具，嘗試限扭20000 ft*lbs轉(zhuǎn)動(dòng)頂驅(qū)并上提鉆具，鉆 具旋轉(zhuǎn)但扭矩很高。 提離井底后的異?，F(xiàn)象 鉆具提離井底3米左右后無(wú)法下放，將上立柱甩掉開(kāi)頂驅(qū)劃眼， 排量3174 l/min，泵壓1256psi，扭矩1762 ft*lbs ，懸重 136.5，但下放到934.25