定向井基本知識(shí)

1、第九章 定向井和水平井鉆井技術(shù)第一節(jié) 定向井井身參數(shù)和測(cè)斜計(jì)算 一定向井的剖面類型及其應(yīng)用 定向鉆井就是“使井眼按預(yù)定方向偏斜，鉆達(dá)地下預(yù)定目標(biāo)的一門(mén)科學(xué)技術(shù)”。定向鉆井的應(yīng)用范圍很廣，可歸納如圖9l所示。 定向井的剖面類型共有十多種，但是，大多數(shù)常規(guī)定向井的剖面是三種基本剖面類型，見(jiàn)圖92，稱為“J”型、“S”型和連續(xù)增斜型。按井斜角的大小范圍定向井又可分為： 常規(guī)定向井井斜角55° 大斜度井井斜角5585° 水平井井斜角85°（有水平延伸段） 二定向井井身參數(shù) 實(shí)際鉆井的定向井井眼軸線是一條空間曲線。鉆進(jìn)一定的井段后，要進(jìn)行測(cè)斜，被測(cè)的點(diǎn)叫測(cè)點(diǎn)。兩個(gè)測(cè)點(diǎn)之間的

2、距離稱為測(cè)段長(zhǎng)度。每個(gè)測(cè)點(diǎn)的基本參數(shù)有三項(xiàng)：井斜角、方位角和井深，這三項(xiàng)稱為井身基本參數(shù)，也叫井身三要素。 1測(cè)量井深：指井口至測(cè)點(diǎn)間的井眼實(shí)際長(zhǎng)度。 2井斜角：測(cè)點(diǎn)處的井眼切線與鉛垂線之間的夾角。 3方位角：以正北方向線為始邊，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)至方位線所轉(zhuǎn)過(guò)的角度，該方向線是指在水平面上，方位角可在0360°之間變化。 目前，廣泛使用的各種磁力測(cè)斜儀測(cè)得的方位值是以地球磁北方位線為準(zhǔn)的，稱為磁方位角。磁北方向線與正北方向線之間有一個(gè)夾角，稱磁偏角，磁偏角有東、西之分，稱為東或西磁偏角，真方位的計(jì)算式如下：真方位磁方位角十東磁偏角或 真方位磁方位角一西磁偏角 公式可概括為“東加西減”四個(gè)字

3、。方位角也有以象限表示的，以南（S）北（N）方向向東（E）西（W）方向的偏斜表示，如N10°E，S20°W。在進(jìn)行磁方位校正時(shí)，必須注意磁偏角在各個(gè)象限里是“加上”還是“減去”，如圖 93所示。 4造斜點(diǎn)：從垂直井段開(kāi)始傾斜的起點(diǎn)。5垂直井深：通過(guò)井眼軌跡上某點(diǎn)的水平面到井口的距離。6閉合距和閉合方位（l）閉合距：指水平投影面上測(cè)點(diǎn)到井口的距離，通常指靶點(diǎn)或井底的位移，而其他測(cè)點(diǎn)的閉合距離可稱為水平位移。（2）閉合方位：指水平投影響圖上，從正北方向順時(shí)針轉(zhuǎn)至測(cè)點(diǎn)與井口連線之間的夾角。7井斜變化率和方位變化率：井斜變化率是指單位長(zhǎng)度內(nèi)的井斜角度變化情況，方位變化率是指單位長(zhǎng)度

4、內(nèi)的方位角變化情況，均以度100米來(lái)表示（也可使用度30米或度100英尺等）。8方位提前角（或?qū)Ы牵侯A(yù)計(jì)造斜時(shí)方位線與靶點(diǎn)方向線之間的夾角。三狗腿嚴(yán)重度狗腿嚴(yán)重是用來(lái)測(cè)量井眼彎曲程度或變化快慢的參數(shù)（以度100英尺表示）?？捎媒馕龇āD解法、查表法、尺算法等來(lái)計(jì)算狗腿嚴(yán)重度k。1 第一套公式2 第二套公式coscosa1cosa2sina1sina2 cosj（93）本式是由魯賓斯基推導(dǎo)出來(lái)的，使用非常普遍。美國(guó)人按上式計(jì)算出不同的a1、a2和j值下的狗腿角值，并列成表格，形成了查表法。3第三套公式兩測(cè)點(diǎn)間的狗腿角。若將三套公式作比較，第一套公式具有普遍性，適合于多種形狀的井眼，第二套只適用

5、于平面曲線的井眼（即二維井型），第三套是近似公式，用于井斜和方位變化較小的情況。四測(cè)斜計(jì)算的主要方法測(cè)斜計(jì)算的方法可分為兩大類二十多種。一類是把井眼軸線視為由很多直線段組成，另一類則視其為不同曲率半徑的圓弧組成。計(jì)算方法多種多樣，測(cè)段形狀不可確定。主要的計(jì)算方法有正切法、平衡正切法、平均角法、曲率半徑法、最小曲率法、弦步法和麥庫(kù)立法。從計(jì)算精度來(lái)講，最高的是曲率半徑法和最小曲率法，其次是平均角法。以下各圖和計(jì)算公式中下角符號(hào)1、2分別代表上測(cè)和下測(cè)點(diǎn)。 1平均角法（角平均法）此法認(rèn)為兩測(cè)點(diǎn)間的測(cè)段為一條直線，該直線的方向?yàn)樯舷聝蓽y(cè)點(diǎn)處井眼方向的矢量和方向。測(cè)段計(jì)算公式： 2平衡正切法 此法假定

6、二測(cè)點(diǎn)間的井段為兩段各等于測(cè)段長(zhǎng)度一半的直線構(gòu)成的折線，它們的方向分別與上、下兩測(cè)點(diǎn)處的井眼方向一致。 如圖96，計(jì)算式為：3 曲率半徑法（圓柱螺線法） 此法假設(shè)兩測(cè)點(diǎn)間的測(cè)段是條等變螺旋角的圓柱螺線，螺線在兩端點(diǎn)處與上、下二測(cè)點(diǎn)處的井眼方向相切。如圖97，測(cè)段的計(jì)算公式有三種表達(dá)形式。 （1）第一種表達(dá)形式 （913）（916）式中：這四個(gè)公式是最常用的計(jì)算公式：（3）第三種表達(dá)形式（4）曲率半徑法的特殊情況處理 第三種特殊情況，12，且其中之一等于零。此時(shí)，按二測(cè)點(diǎn)方位角相等來(lái)處理，然后代入第二種特殊情況的計(jì)算式中。 4最小曲率法 最小曲率法假設(shè)兩測(cè)點(diǎn)間的井段是一段平面的圓弧，圓弧在兩端點(diǎn)

7、處與上下二測(cè)點(diǎn)處的井眼方向線相切。測(cè)段計(jì)算如圖98。 測(cè)段計(jì)算公式如下： 令fM（2/）×tg（/2），fM是個(gè)大于1但很接近1的值。在狗腿角足夠小的情況下，可近似認(rèn)為fM1，這時(shí)上述四個(gè)計(jì)算公式就完全變成平衡正切法的公式了，它是對(duì)平衡正切法公式的校正。 S是切線1M和M2在水平面上的投影之和，即S1M M2。S并不是測(cè)段的水平投影長(zhǎng)度S。要作出井身垂直剖面圖，需要求出S，而最小曲率法卻求不出S，這是最小曲率法的缺點(diǎn)。為了作出垂直剖面圖，可用下式近似地求出S： （939）第二節(jié) 定向井剖面設(shè)計(jì) 在開(kāi)鉆前認(rèn)真進(jìn)行設(shè)計(jì)，可以大大節(jié)約定向鉆井的成本。影響井眼軌跡的因素很多，其中一些因素很難

8、進(jìn)行估算（如在某些地層中的方位漂移情況等）。因此，在同一地區(qū)得到的鉆井經(jīng)驗(yàn)很重要，這些經(jīng)驗(yàn)可以在其他井設(shè)計(jì)過(guò)程中起重要的參考作用。 一設(shè)計(jì)資料 要進(jìn)行一口定向井的軌道設(shè)計(jì)工作，作業(yè)者至少應(yīng)提供靶點(diǎn)的垂深、水平位移和方位角，或提供井口與靶點(diǎn)的座標(biāo)位置，通過(guò)座標(biāo)換算，計(jì)算出方位角和水平位移。此外，定向井工程師還要收集下列資料： 1作業(yè)區(qū)域和地理位置。通過(guò)作業(yè)區(qū)域，通?？梢哉业皆摰貐^(qū)已完井的鉆井作業(yè)資料（野貓井除外），并對(duì)地層情況、方位漂移有一定的了解，根據(jù)地理位置，可以計(jì)算或查得到地磁偏角。2地質(zhì)設(shè)計(jì)書(shū)和井身結(jié)構(gòu)。了解有關(guān)地層壓力、地溫梯度、地層傾角、走向、巖性、斷層，可能遇到的復(fù)雜情況，以及油藏

9、工程師的特殊要求等。 3作業(yè)者對(duì)造斜點(diǎn)、造斜率、增（降）斜率的要求，以及安全圓柱、最大井斜等井身質(zhì)量的要求。4了解鉆井承包商的情況，如泥漿泵性能，井下鉆具組合各組件的基本情況等。二設(shè)計(jì)原則 1能實(shí)現(xiàn)鉆定向井的目的 定向井設(shè)計(jì)首先要保證實(shí)現(xiàn)鉆井目的，這是定向井設(shè)計(jì)的基本原則。設(shè)計(jì)人員應(yīng)根據(jù)不同的鉆探目的對(duì)設(shè)計(jì)井的井身剖面類型、井身結(jié)構(gòu)、鉆井液類型、完井方法等進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，以利于安全、優(yōu)質(zhì)、快速鉆井。 如救險(xiǎn)井的鉆井目的是制服井噴和滅火，保護(hù)油、氣資源。因此，救險(xiǎn)井的設(shè)計(jì)應(yīng)充分體現(xiàn)其目的：一是靶點(diǎn)的層位選擇合理。二是靶區(qū)半徑?。ㄐ∮?0米），中靶要求高；三是盡可能選擇簡(jiǎn)單的剖面類型，以減小井眼軌跡

10、控制和施工難度，加快鉆井速度。四是井身結(jié)構(gòu)、井控措施等應(yīng)滿足要求。 2盡可能利用方位的自然漂移規(guī)律在使用牙輪鉆頭鉆進(jìn)時(shí)，方位角的變化往往有向右增加的趨勢(shì)，稱為右手漂移規(guī)律。如圖99所示，靶點(diǎn)為T(mén)，設(shè)計(jì)方位角為j。若按j定向鉆進(jìn)，則會(huì)鉆達(dá)T點(diǎn)，只有按照j角方向鉆進(jìn)，才會(huì)鉆達(dá)目標(biāo)點(diǎn)T。j角稱為提前角，提前角的大小，要根據(jù)地區(qū)的實(shí)鉆資料，統(tǒng)計(jì)出方位漂移率來(lái)確定，我國(guó)海上開(kāi)發(fā)井一般取27度。 目前流行的PDC鉆頭（如RC426型等），對(duì)方位右漂具有較好的抑制效果。在地層傾角小、巖性穩(wěn)定時(shí)，PDC鉆頭具有方位左漂的趨勢(shì)，這主要是由于PDC鉆頭的切削方式造成的。因此，要使用PDC鉆頭鉆進(jìn)的定向井，提前角要

11、適當(dāng)?shù)匦∫稽c(diǎn)。3根據(jù)油田的構(gòu)造特征，有利于提高油氣產(chǎn)量，提高投資效益。4有利于安全、優(yōu)質(zhì)和快速鉆井，滿足采油和修井的作業(yè)要求。三剖面設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮的問(wèn)題 1選擇合適的井眼曲率 井眼曲率不宜過(guò)小，這是因?yàn)榫矍氏拗铺?huì)增加動(dòng)力鉆具造斜井段、扭方位井段和增（降）斜井段的井眼長(zhǎng)度，從而增大了井眼軌跡控制的工作量，影響鉆井速度。 井眼曲率也不宜過(guò)大，否則鉆具偏磨嚴(yán)重、摩阻力增大和起下鉆困難，也容易造成鍵槽卡鉆，還會(huì)給其他作業(yè)（如電測(cè)、固井以及采油和修井等）造成困難。因此，在定向井中應(yīng)控制井眼曲率的最大值，我國(guó)海上定向井一般取716°100米，最大不超過(guò)20°100米。不同的井段要

12、選用不同的井眼曲率，具體如下：井下動(dòng)力鉆具造斜的井眼曲率?。?16°100米。轉(zhuǎn)盤(pán)鉆增斜的增斜率取：712°100米。 轉(zhuǎn)盤(pán)鉆降斜的降斜率?。?8°100米。 井下動(dòng)力鉆具扭方位的井眼曲率?。?14°100米。 導(dǎo)向馬達(dá)調(diào)方位或增斜的井眼曲率?。?12°100米。 說(shuō)明：隨著中曲率大斜度井和水平井的迅速發(fā)展，對(duì)普通定向井的井眼曲率（或狗腿嚴(yán)重度）的限制越來(lái)越少，API標(biāo)準(zhǔn)中已不再規(guī)定常規(guī)定向井的狗腿嚴(yán)重度。 為了保證起下鉆順利和套管安全，必須對(duì)設(shè)計(jì)剖面的井眼曲率進(jìn)行校核，以限制最大井眼曲率的數(shù)值。井下動(dòng)力鉆具造斜和扭方位井段的井眼曲率Km應(yīng)滿足

13、下式： Dc套管外徑，厘米。 2井眼尺寸 目前常規(guī)的定向井工具能滿足152445毫米（6171/2英寸）井眼的定向鉆井要求，一般地說(shuō)，大尺寸井眼比較容易控制軌跡，但由于鉆鋌的尺寸也較大，形成彎曲所需的鉆壓較大，小井眼要使用更小、更柔的鉆具，而且地層因素對(duì)軌跡的影響也較大。因此小井眼的軌跡控制更困難一些。 在常規(guī)的井眼尺寸中，大多數(shù)定向井可采用直井的套管程序。如果實(shí)鉆井眼軌跡較光滑，沒(méi)有較大的狗腿，那么即使在大井斜井段，也能較順利地進(jìn)行下套管作業(yè)。當(dāng)然，在斜井段，應(yīng)在套管上加扶正器以支撐套管，避免在下套管過(guò)程中發(fā)生壓差卡鉆，同時(shí)提高固井質(zhì)量。另外，在大斜度井段，可根據(jù)井段長(zhǎng)度和作業(yè)時(shí)間，決定是否

14、使用厚壁套管。 3鉆井液設(shè)計(jì)： （1）定向井鉆井液設(shè)計(jì)十分重要，鉆井液應(yīng)有足夠的攜砂能力和潤(rùn)滑性，以減少卡鉆的機(jī)會(huì)； （2）鉆井液性能控制對(duì)減少定向井鉆柱拉伸與扭矩也很重要； （3）鉆井液中應(yīng)加潤(rùn)滑劑，鉆井液密度與粘度必須隨時(shí)控制。 （4）如果用水基鉆井液，那么在正常壓力井段，應(yīng)使用高排量和低固相含量的鉆井液，這樣有利于清潔井眼； （5）水基鉆井液應(yīng)具有良好的潤(rùn)滑性能，以減少鉆具摩阻和壓差卡鉆；然而在海上鉆井，一定要避免污染問(wèn)題。 （6）如果有異常高壓井段要求鉆井液密度達(dá)到1.45克厘米3或更高，那么應(yīng)考慮在鉆開(kāi)該高壓地層前下一層保護(hù)套管，以封固所有正常壓力井段。 4造斜點(diǎn)的選擇 造斜點(diǎn)的選擇

15、要適當(dāng)淺些，但是在極淺的地層中造斜時(shí)，容易形成大井眼。同時(shí)，由于地層很軟，造斜完成后下入穩(wěn)斜鉆具時(shí)，要特別小心，以免出現(xiàn)新井眼，尤其是在穩(wěn)斜鉆具剛度大或造斜率較高時(shí)。通常地說(shuō)，淺層造斜比深層造斜容易一些，因?yàn)樯顚拥貙油z結(jié)良好，機(jī)械鉆速低，需花費(fèi)較長(zhǎng)的造斜時(shí)間。 另外，造斜點(diǎn)通常選在前一層套管鞋以下3050米處，以免損壞套管鞋，同時(shí)減少水泥掉塊產(chǎn)生卡鉆的可能性。 在深層地層造斜時(shí)，應(yīng)盡量在大段砂層中造斜，因?yàn)樯皩拥木鄯€(wěn)定，鉆速較快，而頁(yè)巖段較易受到?jīng)_蝕，鉆速較低，而且在以后長(zhǎng)時(shí)間鉆井作業(yè)，容易在造斜段形成鍵槽而可能導(dǎo)致卡鉆。 5靶區(qū)形狀和范圍 靶區(qū)形狀與范圍通常由地質(zhì)構(gòu)造、產(chǎn)層位置決定，并

16、考慮油田油井的分布情況，靶區(qū)大小是由作業(yè)者確定的。通常認(rèn)為，鞍區(qū)范圍不能定得太小，很小的靶區(qū)范圍不僅會(huì)增加作業(yè)成本，同時(shí)也會(huì)增加調(diào)整方位的次數(shù)，造成井眼軌跡不平滑，增加轉(zhuǎn)盤(pán)扭矩，同時(shí)也增加產(chǎn)生健槽卡鉆的可能性。 通常，靶區(qū)形狀為圓形（嚴(yán)格地講，應(yīng)該是球形）。淺井和水平位移小的定向井，其靶區(qū)范圍小一些，一般靶區(qū)半徑3050米，而深井和水平位移大的井，靶區(qū)范圍可以適當(dāng)?shù)卮笠恍话惆袇^(qū)半徑為5070米。 6造斜率和降斜率選擇 常規(guī)定向井的造斜率為714°100米，如果需要在淺層造斜并獲得較大的水平位移，造斜率可提高到1416°100米。但是，淺層的高造斜率容易出現(xiàn)新井眼，也容易

17、對(duì)套管產(chǎn)生較大的磨損。因此，淺層造斜通常選擇較低的造斜率，而深層造斜（1000米2000米）可選擇較高的造斜率。 對(duì)于“S”型井眼，通常把降斜率選在38°100米，如果降斜后仍然要鉆較長(zhǎng)的井段，則必須采用較小的降斜率平緩降斜，以避免鍵槽卡鉆，同時(shí)，可降低鉆進(jìn)時(shí)的摩阻力。 7最大井斜角 常規(guī)定向井的最大井斜角，一般在1545°，如果井斜太小，則井眼的井斜和方位都較難控制。井斜大于60°時(shí)，鉆具的摩阻力將大大增加。 8允許的方位偏移與極限 （1）定向鉆進(jìn)時(shí)，初始造斜方向通常在設(shè)計(jì)方位的左邊（即選定導(dǎo)角），然后通過(guò)自然漂移鉆達(dá)靶區(qū)，井眼軌跡是一條空間曲線。 （2）但是對(duì)

18、導(dǎo)角也有一個(gè)限制，在井眼密集的井網(wǎng)中，要求定向井軌跡保持在安全圓柱內(nèi)，以避免與鄰井相碰。（3）同樣，由于油藏特性和地質(zhì)地層條件，也對(duì)導(dǎo)角的大小有一定的限制。9井身剖面類型 在滿足設(shè)計(jì)和工藝要求的前提下，盡可能縮短井段長(zhǎng)度，因?yàn)榫味虅t鉆井時(shí)間短。在設(shè)計(jì)井身剖面形狀時(shí)，要考慮井身結(jié)構(gòu)，造斜點(diǎn)一般選在套管鞋以下3050米處。目前，我國(guó)海上定向井的井身剖面通常由作業(yè)者決定，往往選擇“J”型剖面。 四剖面設(shè)計(jì) 1設(shè)計(jì)步驟： （l）選擇剖面類型； （2）確定增斜率和降斜率，選擇造斜點(diǎn)； （3）計(jì)算剖面上的未知參數(shù)，主要是最大井斜角；（4）進(jìn)行井身計(jì)算，包括各井段的井斜角、水平位移、垂深和斜深；（5）繪制

19、垂直剖面圖和水平投影圖。 井身剖面的設(shè)計(jì)方法有試算法、作圖法、查圖法和解析法四種。我國(guó)海洋定向井通常采用解析法，并使用計(jì)算機(jī)完成。剖面設(shè)計(jì)完成以后，應(yīng)向作業(yè)者提供下列資料： （1）總體定向鉆井方案和技術(shù)措施。（2）剖面設(shè)計(jì)結(jié)果，包括設(shè)計(jì)條件、計(jì)算結(jié)果、垂直剖面圖和水平投影圖。（3）測(cè)斜儀器類型和該地區(qū)的磁偏角，以及測(cè)斜計(jì)算方法； （4）設(shè)備和工具計(jì)劃。 2二維定向井設(shè)計(jì)（解析法）解析法是根據(jù)給出的設(shè)計(jì)條件，應(yīng)用解析公式計(jì)算出剖面上各井段的所有井身參數(shù)的井身設(shè)計(jì)方法。在使用計(jì)算機(jī)的條件下，還可同時(shí)給出設(shè)計(jì)井身的垂直投影圖和水平投影圖。 解析法進(jìn)行井身剖面設(shè)計(jì)所用公式如下（用于三段制J型、五段制S

20、型和連續(xù)增斜型剖面）。（1）求最大井斜角max。 （2）各井段的井身參數(shù)計(jì)算： 增斜段 穩(wěn)斜段 降斜段 穩(wěn)斜段 總井深L（3）設(shè)計(jì)計(jì)算中特殊情況的處理當(dāng)Ho2So22RoSo0時(shí)，表示該井段設(shè)有穩(wěn)斜段，此時(shí)可由下面三個(gè)公式中任一個(gè)公式來(lái)求最大斜角max: 當(dāng)2RoSo0時(shí)，可用下式求最大井斜角max:當(dāng)Ho2So22RoSo0，說(shuō)明此種剖面不存在，此時(shí)應(yīng)該改變?cè)O(shè)計(jì)條件，改變?cè)煨秉c(diǎn)深度、增斜率和降斜率或改變目標(biāo)點(diǎn)坐標(biāo)。井身剖面設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果應(yīng)整理列表，并校核井身長(zhǎng)度和各井段井身參數(shù)是否符合設(shè)計(jì)要求，還應(yīng)該校核井上曲率，井身剖面最大曲率應(yīng)小于動(dòng)力鉆具和下井套管抗彎曲強(qiáng)度允許的最大曲率。目前，應(yīng)用計(jì)算

21、機(jī)程序進(jìn)行井身剖面設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)結(jié)果列表和均可由打印機(jī)和繪圖儀自動(dòng)完成。4 設(shè)計(jì)方法舉例 例 某定向井設(shè)計(jì)全井垂深H=2-000米（靶點(diǎn)），上部地層300米至350米是流砂層，1000米至1050米有一高壓水層，作出井身剖面設(shè)計(jì)。井口座標(biāo) X1：3 246 535.0 Y1：2 054 875.0井底座標(biāo) X2：3 245 972.95 Y2：2 054 665.0先根據(jù)井口與井底座標(biāo)，計(jì)算出水平位移和目標(biāo)方位。 （1）根據(jù)提供的地質(zhì)資料，在進(jìn)行剖面設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)設(shè)法使動(dòng)力鉆具造斜的井段和增斜的井段避開(kāi)流砂層和高壓水層。（2）對(duì)于鉆井工藝及其它限制條件，在滿足（l）項(xiàng)條件的前提下，應(yīng)選擇較簡(jiǎn)單的剖面

22、類型。（3）剖面類型選用“直一增一穩(wěn)”三段制井身剖面。此種剖面簡(jiǎn)單，地面井口至目標(biāo)點(diǎn)的井身長(zhǎng)度短，有利于加快鉆井速度。 （4）選擇造斜點(diǎn)。根據(jù)垂直井深和水平位移的關(guān)系，造斜點(diǎn)應(yīng)選在350米至600米間。如選在1050米以下，會(huì)使井斜角太大，是不合理的。 因300米至350米是流砂層，在井深結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)用套管封固，以利于定向造斜，防止流砂層漏失、垮塌等復(fù)雜情況出現(xiàn)。造斜點(diǎn)應(yīng)選在套管鞋以下不少于50米的地方為宜。因此，造斜點(diǎn)與井口之間井眼長(zhǎng)度不應(yīng)小于450米。 又因1000米至1050米是高壓水層，為了下部井段能順利鉆進(jìn)，也應(yīng)考慮下入一層中間套管封住高壓水層。為了減少井下復(fù)雜情況和有利于定向井井眼

23、軌跡控制，在進(jìn)行套管設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)避免套管鞋下在井眼曲率較大的井段中，中間套管的下入深度應(yīng)進(jìn)入穩(wěn)斜井段150米左右為宜。在考慮上述因素后，造斜點(diǎn)的位置應(yīng)在高壓水層以上不少于400米處，也就是造斜點(diǎn)與井口之間的井眼長(zhǎng)度不應(yīng)大于600米。 經(jīng)過(guò)上述的分析，如果造斜點(diǎn)應(yīng)在450米至600米之間選擇，那么，把造斜點(diǎn)確定在500米處是比較合理的。（5）選擇造斜率K為7°100米。根據(jù)造斜率計(jì)算造斜井段的曲率半徑R。（6）計(jì)算最大井斜角max R造斜段曲率半徑，米。把已知條件代入上式得： max=24.4°（7）分段井眼計(jì)算：增斜段 穩(wěn)斜段 4三維定向井 設(shè)計(jì)的井眼軸線，既有井斜角的變化，

24、又有方位角的變化，這類井段為三維定向井，實(shí)際作業(yè)中，有時(shí)會(huì)碰到三維定向井的問(wèn)題，大體上分為三種情況。 第一種情況 原設(shè)計(jì)為兩維定向井，在實(shí)鉆中偏離了目標(biāo)方位，如果偏得不多，只要調(diào)整鉆具組合或扭一次方位就可以了。嚴(yán)格地說(shuō)，實(shí)鉆的定向井軌跡，都有井斜角的變化和方位角的變化，這種三維定向井可以簡(jiǎn)化為二維的。 第二種情況 在地面井位和目標(biāo)點(diǎn)確定的情況下，在這兩點(diǎn)的鉛垂平面內(nèi)，存在著不允許通過(guò)或難以穿過(guò)的障礙物，不能在鉛垂平面上設(shè)計(jì)軌道，需要繞過(guò)障礙，設(shè)計(jì)繞障三維定向井。在海上叢式井經(jīng)常碰到這類井。 第三種情況在地面井位確定的情況下，要鉆多目標(biāo)井。地面井位和多目標(biāo)點(diǎn)不在同一鉛垂平面內(nèi)，只有井斜角和方位角

25、都變化，才能鉆達(dá)設(shè)計(jì)的多個(gè)目標(biāo)點(diǎn)。三維定向井的軌跡設(shè)計(jì)和測(cè)斜計(jì)算很復(fù)雜，通常使用計(jì)算機(jī)軟件完成這些工作。第三節(jié) 井眼軌跡控制技術(shù) 井眼軌跡控制的內(nèi)容包括：優(yōu)化鉆具組合、優(yōu)選鉆井參數(shù)、采用先進(jìn)的井下工具和儀器、利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行井眼軌跡的檢測(cè)預(yù)測(cè)、利用地層的方位漂移規(guī)律、避免井下復(fù)雜情況等等。 軌跡控制貫穿鉆井作業(yè)的全過(guò)程，它是使實(shí)鉆井眼沿著設(shè)計(jì)軌道鉆達(dá)靶區(qū)的綜合性技術(shù)，也是定向井施工中的關(guān)鍵技術(shù)之一。 井眼軌跡控制技術(shù)按照定向井的工藝過(guò)程，可分為直井段、造斜段、增斜段、穩(wěn)斜段、降斜段和扭方位井段等控制技術(shù)，其中直井段的控制技術(shù)見(jiàn)第七章第四節(jié)。 一定向選斜井段 初始造斜方法有五類，即井下馬達(dá)和彎接頭

26、定向、噴射法、造斜器法、彎曲導(dǎo)管定向、傾斜鉆機(jī)定向。目前，我國(guó)海洋定向井一般采用第一種方式，常用造斜鉆具組合為：鉆頭十井下馬達(dá)十彎接頭十非磁鉆鋌十普通鉆鋌（ 030米）十撓性接頭十震擊器十加重鉆桿。 這種造斜鉆具組合是利用彎接頭使下部鉆具產(chǎn)生一個(gè)彈性力矩，迫使井下動(dòng)力鉆具驅(qū)動(dòng)鉆頭側(cè)向切削，使鉆出的新井眼偏離原井眼軸線，達(dá)到定向造斜或扭方位的目的。 造斜鉆具的造斜能力主要與彎接頭的彎角和動(dòng)力鉆具的長(zhǎng)度有關(guān)。彎接頭的彎角越大，動(dòng)力鉆具長(zhǎng)度越短，造斜率也越高。 彎接頭的彎角應(yīng)根據(jù)井眼大小、井下動(dòng)力鉆具的規(guī)格和要求造斜率的大小選擇?，F(xiàn)場(chǎng)常用彎接頭的彎角為1.52.25度，一般不大于2.5度。彎接頭在不

27、同條件下的造斜率見(jiàn)第四節(jié)。 造斜鉆具組合使用的井下動(dòng)力鉆具型號(hào)應(yīng)根據(jù)造斜井段或扭方位井段的井深選擇。使用井段在2000米以內(nèi)，一般采用渦輪鉆具或普通螺桿鉆具，深層走向造斜或扭方位應(yīng)使用耐高溫的多頭螺桿鉆具。 造斜鉆具組合、鉆井參數(shù)和鉆頭水眼應(yīng)根據(jù)廠家推薦的鉆井參數(shù)設(shè)計(jì)。 由于井下動(dòng)力鉆具的轉(zhuǎn)速高，要求的鉆壓小一般為29.4 78.4千牛（38噸），因此，使用的鉆頭不宜采用密封軸承鉆頭，尤其是在淺層，可鉆性好的軟地層應(yīng)使用銑齒滾動(dòng)軸承鉆頭或合適的PDC鉆頭。根據(jù)測(cè)斜儀器的種類不同，分為四種定向方式：1單點(diǎn)定向 此方法只適用造斜點(diǎn)較淺的情況，通常井深小于1000米。因?yàn)樵煨秉c(diǎn)較深時(shí)，反扭角很難控制

28、，且定向時(shí)間較長(zhǎng)。施工過(guò)程如下：（l）下入定向造斜鉆具至造斜點(diǎn)位置（注意：井下馬達(dá)必須按廠家要求進(jìn)行地面試驗(yàn)）。（2）單點(diǎn)測(cè)斜，測(cè)量造斜位置的井斜角，方位角，彎接頭工具面； （3）在測(cè)斜照相的同時(shí)，對(duì)方鉆桿和鉆桿進(jìn)行打印，并把井口鉆桿的印痕投到轉(zhuǎn)盤(pán)面的外緣上，作為基準(zhǔn)點(diǎn)； （4）調(diào)整工具面（調(diào)整后的工具面是：設(shè)計(jì)方位角十反扭角）。鎖住轉(zhuǎn)盤(pán)、開(kāi)泵鉆進(jìn)； （5）定向鉆進(jìn)。每鉆進(jìn)24個(gè)單根進(jìn)行一次單點(diǎn)測(cè)斜，根據(jù)測(cè)量的井斜角和方位角及時(shí)修正反扭矩的誤差，并調(diào)整工具面； （6）當(dāng)井斜角達(dá)到810度和方位合適時(shí)，起鉆換增斜鉆具，用轉(zhuǎn)盤(pán)鉆進(jìn)。在單點(diǎn)定向作業(yè)中要注意： 在確定了反扭角和鉆壓后，要嚴(yán)格控制鉆壓的

29、變化范圍，通常在預(yù)定鉆壓±19.6千牛（2噸）內(nèi)變化； 每次接單根時(shí)，鉆桿可能會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)一點(diǎn)，注意轉(zhuǎn)動(dòng)鉆桿的打印位置至預(yù)定位置； 如果調(diào)整工具面的角度較大（90度），調(diào)整后應(yīng)活動(dòng)鉆具23次（停泵狀態(tài)），以便鉆桿扭矩迅速傳遞。 2地面記錄陀螺（SRO）定向 在有磁干擾環(huán)境的條件下（如套管開(kāi)窗側(cè)鉆井）的定向造斜，需采用SRO定向。這種儀器可將井下數(shù)據(jù)通過(guò)電纜傳至地面處理系統(tǒng)，并顯示或用計(jì)算機(jī)打印出來(lái)，直至工具面調(diào)整到預(yù)定位置，再起出儀器，施工過(guò)程如下：（l）選擇參照物，參照物應(yīng)選擇易于觀察的固定目標(biāo)，距井40米左右；（2）預(yù)熱陀螺不少于15分鐘，工作正常才可下井； （3）瞄準(zhǔn)參照物，并調(diào)整陀

30、螺初始讀數(shù)；（4）接探管，連接陀螺外筒，再瞄準(zhǔn)參照物，對(duì)探管和計(jì)算機(jī)初始化；（5）下井測(cè)量，按規(guī)定作漂移檢查；（6）起出儀器坐在井口，再次瞄準(zhǔn)參照物記錄陀螺讀數(shù)；（7）校正陀螺漂移，確定測(cè)量的精度； （8）定向鉆進(jìn)。 3有線隨鉆測(cè)斜儀（SST）定向 造斜鉆具下到井底后，開(kāi)泵循環(huán)半小時(shí)左右，然后接旁通頭或循環(huán)接頭。把測(cè)斜儀的井下儀器總成下入鉆桿內(nèi)，使定向鞋的缺口坐在定向鍵上。定向造斜時(shí)，可從地面儀表直接讀出實(shí)鉆井眼的井斜、方位和工具面，司鉆和定向井工程師要始終跟蹤預(yù)定的工具面方向，保持井眼軌跡按預(yù)定方向鉆進(jìn)。 4隨鉆測(cè)量?jī)x（MWD）定向 MWD井下儀器總成安裝在下部鉆具組合的非磁鉆鋌內(nèi)，其下井前

31、要調(diào)整好工作模式和傳輸速度，并準(zhǔn)確地測(cè)量偏移值，輸入計(jì)算機(jī)。儀器在井下所測(cè)的井眼參數(shù)通過(guò)鉆井液脈沖傳至地面，信息經(jīng)地面處理后，可迅速傳到鉆臺(tái)。MWD不僅可用于定向造斜，也可用于旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)中的連續(xù)測(cè)量，是一種先進(jìn)的測(cè)量?jī)x器。 5定向造斜中的注意事項(xiàng)： （1）如果定向作業(yè)前的裸眼段較長(zhǎng)，應(yīng)短起下鉆一趟，保證井眼暢通。（2）井下馬達(dá)下井前應(yīng)在井口試運(yùn)轉(zhuǎn)，測(cè)量軸承間隙；記錄各種參數(shù)，工作正常方可下井；（3）MWD等儀器下井前，必須輸入磁場(chǎng)強(qiáng)度、磁傾角等參數(shù)； （4）定向造斜鉆進(jìn)，要按規(guī)定加壓，均勻送鉆，以保持恒定的工具面。 （5）造斜鉆進(jìn)或起下鉆，用旋扣鉗或動(dòng)力水龍頭上卸扣，不得用轉(zhuǎn)盤(pán)上卸扣； （6）起

32、鉆前方位角必須在2030米井段內(nèi)保持穩(wěn)定，且保證預(yù)定的提前角。目前，“一次造斜到位法”也經(jīng)常在我國(guó)海洋定向井中使用，這種方法適用于造斜點(diǎn)較淺，且機(jī)械鉆速很快的造斜井段，常常配合使用隨鉆測(cè)量?jī)x。（7）井下馬達(dá)出井時(shí)，按規(guī)定程序進(jìn)行清洗、保養(yǎng)。二轉(zhuǎn)盤(pán)鉆增斜井段 常用增斜鉆具組合為：鉆頭十近鉆頭穩(wěn)定器十非磁鉆鋌十鉆鋌（非磁鉆鋌和鉆鋌的總長(zhǎng)度為1830米之間）十穩(wěn)定器十鉆鋌（10米）十穩(wěn)定器十鉆鋌十隨鉆震擊器十加重鉆桿十鉆桿（見(jiàn)圖910，從下至上，增斜效果越來(lái)越強(qiáng)。圖中UG是指尺寸不足的扶正器）。 施工注意事項(xiàng)： 1按設(shè)計(jì)鉆井參數(shù)鉆進(jìn)，均勻送鉆，使井眼曲率變化平緩。 2每鉆進(jìn)2550米測(cè)量一次，隨時(shí)作

33、圖，掌握井斜、方位的變化趨勢(shì)。如果增斜率不能滿足設(shè)計(jì)要求，應(yīng)及時(shí)采取措施： （1）調(diào)整鉆壓改變?cè)鲂甭省Ｔ黾鱼@壓可使增斜率增大，減小鉆壓，則使增斜率降低。 （2）更換鉆具組合，改變近鉆頭穩(wěn)定器與相鄰穩(wěn)定器之間的距離。改變的范圍為1030米，距離越短，增斜率越低，距離越長(zhǎng)，增斜率越高； （3）改變近鉆頭穩(wěn)定器與相鄰穩(wěn)定器之間的鉆鋌剛性，剛性越高，增斜率越低；剛性越低，增斜度越高。 （4）鉆頭底部距近鉆頭穩(wěn)定器翼片中部的距離為0.71.2米。 3如果增斜率比設(shè)計(jì)值稍低（5°100米以內(nèi)），可采用強(qiáng)行增斜法。 （l）接單根后，開(kāi)泵至設(shè)計(jì)排量，慢慢加壓至設(shè)計(jì)鉆壓的75左右； （2）轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)盤(pán)至設(shè)

34、計(jì)轉(zhuǎn)速，同時(shí)逐步增加鉆壓至允許的最大鉆壓； （3）鉆完一個(gè)單根時(shí)，馬上停轉(zhuǎn)盤(pán)，鉆壓不回零，上提鉆具。 （4）劃眼時(shí)，井底的最后2米左右不劃眼。 采用強(qiáng)行增斜法要注意：一是當(dāng)前鉆進(jìn)的轉(zhuǎn)盤(pán)扭矩不應(yīng)過(guò)大；二是啟動(dòng)轉(zhuǎn)盤(pán)時(shí)，要保持鉆壓達(dá)到預(yù)定的數(shù)值；三是整個(gè)井下鉆具各組件質(zhì)量應(yīng)合格；四是采用這種特殊方法只能達(dá)到微增效果（增斜率可提高4°100米左右經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)）。 三穩(wěn)斜井段 常用的穩(wěn)斜鉆具組合（見(jiàn)圖911，從下至上，穩(wěn)斜效果越來(lái)越強(qiáng)。圖中UG是指尺寸不足的扶正器）。 鉆頭十近鉆頭穩(wěn)定器十短鉆鋌（36米）十穩(wěn)定器十非磁鉆鋌十穩(wěn)定器十鉆鋌十鍵槽破壞器十撓性接頭十震擊器十加重鉆桿。 施工措施： l造斜

35、或增斜結(jié)束后，下入第一趟穩(wěn)斜鉆具時(shí)，從造斜點(diǎn)開(kāi)始要慢慢下鉆。尤其是在軟地層、高造斜率的情況下，容易遇阻，并可能產(chǎn)生新井眼，必須注意： （1）下鉆遇阻時(shí)，活動(dòng)鉆具35次，切勿 “壓死”鉆具； （2）開(kāi)泵，慢慢下放23次。 （3）在遇阻點(diǎn)以上1.5米左右，中高速轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)盤(pán)（8090轉(zhuǎn)分），快速下放，鉆壓不超過(guò)98千牛（10噸）； （4）通過(guò)遇阻點(diǎn)以后，上、下活動(dòng)鉆具l2次，繼續(xù)下鉆。 注意：在硬地層時(shí)，穩(wěn)斜鉆具在造斜段遇阻，仍可采用前述（l）、（2）步驟，只是活動(dòng)鉆具的次數(shù)適當(dāng)減少，仍然遇阻時(shí)，同樣要轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)盤(pán)，只是轉(zhuǎn)速適當(dāng)?shù)氐鸵恍?，且控制鉆壓，慢慢下放，切勿“壓死”鉆具。 2在方位右漂嚴(yán)重的地層中鉆

36、進(jìn)，可采用“超長(zhǎng)翼”的穩(wěn)定器（鉆具組合相同），以穩(wěn)定方位角。也可采用PDC鉆頭（如R426型），以利用PDC鉆頭具有方位左漂趨勢(shì)的特性。 3總結(jié)同一地層的自然增斜或降斜特性，合理地選擇穩(wěn)斜鉆具組合。 4測(cè)斜，最大測(cè)斜間距不超過(guò)100米，特殊井的關(guān)鍵井段測(cè)斜間距應(yīng)為30米左右，并及時(shí)繪制垂直剖面圖和水平投影圖，隨時(shí)掌握實(shí)鉆井眼軌跡情況。 四降斜井段 常用降斜鉆具組合（見(jiàn)圖9一12，從下至上，降斜效果越來(lái)越強(qiáng)）。鉆頭十短鉆鋌（38米）十穩(wěn)定器十非磁鉆鋌十穩(wěn)定器十鉆鋌十鍵槽破壞器十撓性接頭十震擊器十加重鉆桿十鉆桿。 注意。 1定向井的降斜鉆具組合不宜采用大鐘擺式，否則降斜率過(guò)高，起下鉆困難。 2降斜

37、段一般接近完井井段，井下扭矩和摩擦阻力較大，在滿足中靶的前提下，應(yīng)盡量簡(jiǎn)化鉆具組合，使用加重鉆桿加壓。 五扭方位 一般地說(shuō)，井斜的控制要比方位控制容易一些，如何實(shí)現(xiàn)方位的自由控制，也是定向井鉆井的一大難題。影響方位的因素很多，除地層這一不可改變的因素之外，鉆井參數(shù)和鉆具組合也對(duì)方位產(chǎn)生一定的影響。其影響規(guī)律如下： 在鉆具組合方面，一般認(rèn)為，對(duì)方位漂移產(chǎn)生主要的影響是前3060米的鉆具組件。穩(wěn)定器能起到穩(wěn)定方位漂移的作用，穩(wěn)定器越多，方位漂移總趨勢(shì)的變化不會(huì)太大。也就是說(shuō)，對(duì)穩(wěn)斜鉆具組合，由于穩(wěn)定器較多，方位的漂移趨勢(shì)變化不大，而對(duì)于增斜和降斜鉆具組合，方位的漂移趨勢(shì)可能變化。 在鉆井參數(shù)方面，

38、鉆壓和轉(zhuǎn)速也對(duì)方位產(chǎn)生影響。一般地認(rèn)為，適當(dāng)?shù)母咿D(zhuǎn)速（為90110轉(zhuǎn)分）和中等鉆壓98147千牛（1015噸），抑制方位向右漂移的效果較好。由于影響方位漂移的因素很多，地層的變化也很難掌握，因此方位控制的確較困難。但是，要盡量少扭方位，一口井最多扭兩次方位，還是可以接受的。 當(dāng)實(shí)鉆井眼軌跡嚴(yán)重偏離靶區(qū)范圍，且根據(jù)當(dāng)前的方位漂移趨勢(shì)無(wú)望進(jìn)入靶區(qū)時(shí)，應(yīng)下入造斜鉆具組合扭方位。 1施工要點(diǎn)： （1）扭方位鉆具組合及其采用的鉆井參數(shù)和定向造斜施工基本上相同（建議盡量少下鉆鋌，防止壓差卡鉆）； （2）選擇可鉆性和穩(wěn)定性較好的地層（尤其是大段砂層），實(shí)施扭方位作業(yè)； （3）深井扭方位，由于反扭角較大，一般

39、采用隨鉆測(cè)斜儀扭方位； （4）井斜角較大井段（40°以上）扭方位，容易降斜。扭方位前一趟鉆，可以事先增加23°井斜，以彌補(bǔ)扭方位時(shí)的降斜效果。當(dāng)然，采用先扭完方位，井斜自然降低以后，再適當(dāng)?shù)卦鲂?，也能保證較好的井眼軌跡； （5）依據(jù)實(shí)鉆的垂直剖面圖，確定采用何種扭方位的工具面角度（增、降或穩(wěn)斜）。 2方位扭轉(zhuǎn)角的計(jì)算方位扭轉(zhuǎn)角的計(jì)算，可按如下步驟進(jìn)行： （l）進(jìn)行測(cè)斜計(jì)算，算出目前的井底坐標(biāo)位置。如圖 913所示， OT為設(shè)計(jì)的井斜方位線，ode為實(shí)鉆井眼軸線的水平投影，e為目前的井底。d為距井底較近的測(cè)點(diǎn)位置。目標(biāo)點(diǎn)T的坐標(biāo)為HT、ET、NT，井深為L(zhǎng)T。根據(jù)測(cè)斜資料及測(cè)

40、斜計(jì)算可知，d、e二點(diǎn)的基本參數(shù)為井深Ld、Le井斜d、e，方位jd、je，e點(diǎn)的坐標(biāo)為垂深He，東位移Ee，北位移Ne。 （2）計(jì)算現(xiàn)用鉆具組合的方位漂移率Kp。 （3）計(jì)算現(xiàn)用鉆具組合鉆達(dá)目標(biāo)點(diǎn)的總方位漂移量jp： 下式假定現(xiàn)用鉆具組合一直鉆到目標(biāo)點(diǎn)。如果鉆了一段又換了鉆具組合，則應(yīng)重新進(jìn)行計(jì)算。 （4）計(jì)算對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)的方位線的方位角jz ： 如圖914所示，自目前井底e，對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)點(diǎn)T的方位線為eT，eT的方位角為jz，jz按如下公式計(jì)算。 對(duì)于偏差jz，如果按照方位漂移率不變，那么從目前井底e鉆達(dá)目標(biāo)T，需要的方位漂移（見(jiàn)圖915）。 （6）控制方位角的方法 選擇方法的依據(jù)是將jp與2jz

41、進(jìn)行對(duì)比，2jz是需要的方位漂移角，jp是用目前采用的鉆具組合可能達(dá)到的方位漂移角。 若2jzjp，表示需要與可能正好相符，則用現(xiàn)用鉆具組合的自然漂移率就可以將方位扭過(guò)來(lái)，從而準(zhǔn)確中靶。 若2jz與jp相差較大，甚至符號(hào)相反（一個(gè)是正號(hào)，一個(gè)是負(fù)號(hào)），則表明必須使用動(dòng)力鉆具帶彎接頭強(qiáng)行扭方位。必須記住，在強(qiáng)行扭完方位之后的鉆進(jìn)過(guò)程中，方位仍然會(huì)漂移。所以，在計(jì)算用動(dòng)力鉆具（帶彎接頭）扭方位的方位扭轉(zhuǎn)角時(shí)，必須考慮方位漂移的影響。 （7）用動(dòng)力鉆具強(qiáng)扭方位的扭轉(zhuǎn)角j可用下式計(jì)算：jjz1/2jp（971）上式表明，用動(dòng)力鉆具強(qiáng)扭方位時(shí)，要“少扭”一些角度，留下一些角度讓鉆具組合的自然漂移去扭。這

42、個(gè)“少扭”的角度就是1/2jp。（8）計(jì)算預(yù)計(jì)的井底井斜方位角jrjrjejjp（972） 有一個(gè)問(wèn)題需要特別強(qiáng)調(diào)。上述的計(jì)算是根據(jù)該井正在使用的鉆具組合和正在鉆進(jìn)的地層的具體條件下的井眼方位漂移率來(lái)計(jì)算的。在繼續(xù)鉆進(jìn)過(guò)程中，當(dāng)鉆具組合和地層發(fā)生變化時(shí)，方位漂移率也發(fā)生變化，原來(lái)的計(jì)算也就無(wú)效了。這時(shí)需要根據(jù)井身水平投影圖及新的測(cè)斜資料，重新計(jì)算。定向井的方位控制是一個(gè)不斷進(jìn)行的過(guò)程，不可能進(jìn)行一次計(jì)算就能成功。但是每一次計(jì)算都只能是根據(jù)靠近目前井底的那個(gè)井段的方位漂移率來(lái)進(jìn)行。 3圖解法扭方位的工具面 圖解法扭方位是一種近似計(jì)算工具面的方法，使用簡(jiǎn)單，求解迅速，是現(xiàn)場(chǎng)常用的方法。造斜工具的工

43、具面方向決定使用這種造斜工具鉆出的新井眼是增斜、降斜還是穩(wěn)斜，是增方位還是減方位。工具面大小也決定著造斜工具的造斜能力用于井斜和方位上的分配比例。工具面對(duì)井斜和方位的影響，如圖916所示。 由上圖可知： 0°TF90°時(shí)，裝置角位于第一象限，增斜，增方位。 90° TF180°時(shí)，裝置角位于第二象限，減斜，增方位。180° TF270°（90°）時(shí)，裝置角位于第三象限，減斜，減方位。270°TF360°時(shí)，裝置角位于第四象限，增斜，減方位。 圖916是一個(gè)扭方位的示意圖。圖中，OM所示為原井眼方位（高邊方

44、向），OA為原井斜角1（7°），MAB為扭方位時(shí)的工具面角（w），AB為扭方位工具的造斜能力（g°L）。 MOB是鉆進(jìn)L米井眼方位的增值（），CB是井斜角的增值（），OB是扭方位鉆進(jìn)L米時(shí)的井斜角1。圖中，OA、AB、OB分別表示原井斜角l、工具的造斜能力 g°L和扭方位鉆進(jìn)L米時(shí)的井斜角，須用相同單位長(zhǎng)度代表1°（如1厘米代表1°或2厘米代表1°）。 在全力扭方位時(shí)，理論上認(rèn)為：工具面應(yīng)放在右95°（全力增方位）或者是左95°（全力減方位），以保持井斜角不變和全力扭方位。右（或左）9095°之間的角差為

45、偏增角（取5°）。實(shí)際扭方位過(guò)程中，工具面通常選擇在8095°（全力扭方位）。圖解法扭方位的步驟如下。已知條件：扭方位前的井斜角1，方位角j1，扭方位后方位角j2，jj2j1，彎接頭的造斜率K以及限定扭方位的井眼長(zhǎng)度L。 （1）根據(jù)K、L計(jì)算扭方位井段的狗腿角ggK×L。 （2）選取一定長(zhǎng)度單位代表井斜角度值，如以 1厘米代表1°或以 2厘米代表 1.5°“等。 （3）選定原點(diǎn)O，作 N、E坐標(biāo)，根據(jù)j1作井斜方位線OQ，量得OA1（長(zhǎng)度代表角度），以A點(diǎn)為圓心，g（以長(zhǎng)度代表角度）為半徑畫(huà)圓。 （4）以AOBj作線段OB，交圓于B、B兩點(diǎn)。

46、j 0，表示方位增加，作圖時(shí)應(yīng)以 OA為始邊，順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)至 OB方向；j 0，表示方位減小，應(yīng)以O(shè)A為始邊，逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)到OB線。（5）用量角器量得QAB和QAB，QAB表示增斜扭方位，QAB表示減斜扭方位的裝置角。（6）用直尺量得OB和 OB的長(zhǎng)度，按所選比例換成角度，即表示扭完方位后所能達(dá)到的井斜角。其中OB表示增斜減方位，OB表示減斜增方位。如圖 9 17所示。 六長(zhǎng)曲率大斜度井技術(shù) 1常用井身剖面 大斜度井的井斜為5585°，大斜度井可以采用常規(guī)的定向鉆井工具來(lái)完成，但穩(wěn)斜井段通常使用MWD測(cè)斜。根據(jù)水平位移大小，大斜度井常常采用兩種剖面，即：三段制“J”型和五段制“J”型剖

47、面。通常，大斜度井的剖面中沒(méi)有降斜井段。 水平位移在1000米左右或最大井斜為5570°的大斜度井，適合用三段制“J”型剖面。這種剖面要求連續(xù)造斜至預(yù)定的最大井斜，在大斜度的情況下穩(wěn)斜鉆進(jìn)，以便增加油層的裸露面積，穩(wěn)斜井段一般較短，以防止摩擦阻力過(guò)大和降斜，增加施工困難。這種剖面尤其適合于地層傾角較大的油層。 水平位移較大的大斜度井，適合采用五段制“J”型剖面，即第一增斜段至第一穩(wěn)斜段至第二增斜段至第二穩(wěn)斜段的剖面，在同等條件下，它比三段式剖面需要的垂直井深要長(zhǎng)。這種剖面的施工方法可以這樣進(jìn)行。鉆完直井段后下入表層套管，然后按24度30米的增斜率鉆完第一增斜段，根據(jù)需要第一段井斜角可

48、增至30一40度左右，穩(wěn)斜鉆進(jìn)部分井段后，下入技術(shù)套管，再按1320度100米的增斜率鉆至最大井斜角，如果余下的穩(wěn)斜段還很長(zhǎng)（一般超過(guò)300米），應(yīng)在增斜段鉆完后再鉆部分穩(wěn)斜段時(shí)下入一層技術(shù)套管，以保證下步施工順利。 一般來(lái)說(shuō)，進(jìn)行大斜度井剖面設(shè)計(jì)，還應(yīng)考慮下列問(wèn)題：（1）井眼曲率過(guò)大以及重力問(wèn)題，它們與摩擦阻力、鉆速、降斜趨勢(shì)、壓差卡鉆、機(jī)械卡鉆以及巖屑堵塞等有很大的關(guān)系，應(yīng)采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行摩擦阻力的設(shè)計(jì)計(jì)算；（2）地層因素，油藏類型及厚度等地質(zhì)資料，它們直接影響到井眼能否在正確的設(shè)計(jì)深度準(zhǔn)確地穿過(guò)目的層。（3）設(shè)計(jì)合理的井身結(jié)構(gòu)。 2大斜度井的鉆具組合選擇 （l）三段式“J”型剖面的大斜度井

49、鉆具組合 這種大斜度井的造斜、增斜、穩(wěn)斜鉆具組合與普通走向井基本上一樣，但穩(wěn)斜鉆具通常只使用2柱以內(nèi)的鉆鋌長(zhǎng)度（包括非磁鉆鋌），而加重鉆桿則達(dá)到1015柱、穩(wěn)定器一般用2只以降低鉆具失重，減少摩擦阻力。所用鉆具一般為微增斜組合，達(dá)到穩(wěn)斜效果（因井斜大，出現(xiàn)自然降斜趨勢(shì)）。（2）五段制“J”型剖面的大斜度井鉆具組合： 第一增斜段、穩(wěn)斜段的鉆具組合與普通走向井一樣；第二增斜段的增斜率通常比第一增斜段高，是比較關(guān)鍵的井段，常用鉆具組合為三種：第一種 導(dǎo)向鉆進(jìn) 鉆頭十導(dǎo)向馬達(dá)十穩(wěn)定器十MWD十鉆鋌（24根）十鍵槽破壞器十撓性接頭十震擊器十加重鉆桿。 第二種 轉(zhuǎn)盤(pán)增斜 鉆頭十近鉆頭穩(wěn)定器十MWD十鉆鋌十

50、穩(wěn)定器十鉆鋌（36根）十鍵槽破壞器十撓性接頭十震擊器十加重鉆桿。 第三種 吉列根（Gilligan）增斜鉆具 鉆頭十近鉆頭穩(wěn)定器十加重鉆桿（1根）或小尺寸鉆鋌l根十穩(wěn)定器十MWD十鉆鋌（35根）十鍵槽破壞器十撓性接頭十震擊器十加重鉆桿。如在311毫米（121/4英寸）井眼，“小尺寸鉆鋌”可以是159毫米（61/4英寸）。第二穩(wěn)斜段的鉆具組合與三段制剖面的穩(wěn)斜井段一樣。 （3）大斜度井施工注意事項(xiàng)： 使用高標(biāo)準(zhǔn)高質(zhì)量的管材，特別是加重鉆桿，以防止鉆井過(guò)程中扭矩過(guò)大而發(fā)生鉆具斷裂。因此，所有井下鉆具必須經(jīng)探傷合格，方可下井； 選用扶正塊表面平滑的一體式穩(wěn)定器和鉆柱擴(kuò)眼器等可以降低摩擦阻力，特別是井

51、較深的大斜度井； 隨鉆震擊器的質(zhì)量和位置非常重要，應(yīng)該選用震擊力大的機(jī)械式鉆井震擊器。如果斜井段較長(zhǎng)，有必要用兩個(gè)震擊器，一個(gè)位于下部鉆具組合附近以防壓差卡鉆，另一個(gè)在上部以防類似鍵槽等復(fù)雜情況。 建議使用PDC鉆頭，因?yàn)檫@種鉆頭所需要的鉆壓較小、如果有條件，建議將PDC鉆頭與導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)等聯(lián)合使用。這樣可以減少起下鉆的次數(shù)，縮短裸眼時(shí)間，同時(shí)也易于控制井斜和方位。 使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行摩阻計(jì)算。根據(jù)實(shí)測(cè)的摩擦力情況，逐步調(diào)整校對(duì)摩擦系數(shù)，保證計(jì)算結(jié)果有一定的準(zhǔn)確性；大斜度井的鉆井液非常重要，要確保井眼暢通。下列方法是現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)常采用的：A調(diào)整鉆井液性能和流型來(lái)降低扭矩及防止巖屑堵塞穩(wěn)定器； B在不影響

52、井眼穩(wěn)定性的情況下經(jīng)常短起下鉆劃眼；C在循環(huán)鉆井液過(guò)程中，上下活動(dòng)鉆具有助于巖屑返出地面；D保證凈化系統(tǒng)始終處于完好狀態(tài)；E提高鉆井液潤(rùn)滑性，降低摩擦阻力。七救險(xiǎn)井的設(shè)計(jì)和施工要點(diǎn) 1確定失控井的井底位置。根據(jù)原有的測(cè)斜結(jié)果進(jìn)行分析，對(duì)可能有的單點(diǎn)、多點(diǎn)、陀螺和MWD等幾種結(jié)果得到的不同井底位置，選擇最為精確的一種結(jié)果作為失控井的井底位置。 2進(jìn)行救險(xiǎn)井的軌道設(shè)計(jì)。救險(xiǎn)井的井口必須選在失控井的上風(fēng)、在盡可能縮短救險(xiǎn)井軌跡長(zhǎng)度的條件下，使其與失控井井口有足夠的距離，以保作業(yè)安全。在設(shè)計(jì)新老井眼連通井段時(shí)，使救險(xiǎn)井連通井段與失控井有足夠的平行井段（這個(gè)“平行井段”應(yīng)從失控井的走向背后采取尾隨跟蹤的

53、方法平行鉆進(jìn)），增加新老井眼交會(huì)的機(jī)會(huì)，使救險(xiǎn)易于成功。 3隨時(shí)測(cè)斜，盡早發(fā)現(xiàn)新老井眼的連通。 4確定新老井眼是否接近的方法有： （1）超長(zhǎng)電極距電測(cè)（ULSEL）法 利用地層電阻率測(cè)井對(duì)新老井眼連通點(diǎn)的地層進(jìn)行分層電阻率模擬。在救險(xiǎn)井靠近失控井時(shí)，由于失控井的套管會(huì)影響電阻率的變化，觀察到的ULSEL電阻率的比值可以確定新老井眼之間的距離，可監(jiān)測(cè)距離達(dá)22.86米（ 75英尺），但不能得到失控井的方位。 （2）磁場(chǎng)梯度確定法 它對(duì)于套管接箍等引起的磁場(chǎng)變化十分敏感。根據(jù)磁場(chǎng)強(qiáng)度可確定失控井內(nèi)套管與救險(xiǎn)井的距離和方位。它可以監(jiān)測(cè)到12.1915.24米（ 4050英尺）處的套管。第四節(jié) 定向井

54、專用工具 一井下馬達(dá) 井下動(dòng)力鉆具是常用的造斜工具之一，它分為渦輪鉆具、容積式馬達(dá)和電動(dòng)鉆具三大類。目前在我國(guó)海洋定向井的井下馬達(dá)使用方面，電動(dòng)鉆具已不存在，渦輪鉆具也很少使用，通常使用容積式馬達(dá)（PDM型）、容積式馬達(dá)可分為迪那、納維和螺桿鉆具。容積式馬達(dá)具有下列優(yōu)點(diǎn)：一是動(dòng)力鉆具所鉆井眼尺寸與原井眼完全相同，不必再次下鉆擴(kuò)眼；二是井內(nèi)有橋塞時(shí)，這類鉆具可以鉆過(guò)，并能在開(kāi)始造斜前將井底循環(huán)干凈；三是空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速與工作轉(zhuǎn)速相差的幅度較小（與渦輪相比），有利于鉆頭選型。在各種井下馬達(dá)中，將重點(diǎn)介紹廣泛使用的螺桿鉆具。1迪那（Dyna）鉆具 （l）結(jié)構(gòu)和類型 迪那鉆具主要由旁通閥總成、定子、轉(zhuǎn)子、萬(wàn)向節(jié)總成和傳動(dòng)軸總成組成。主要分為五種規(guī)格：即200500、500、500 4、1000和1