定向井水平井概述課件

一、定向井水平井概述定向井技術(shù)是當(dāng)今世界石油勘探開發(fā)領(lǐng)域最先進(jìn)的鉆井技術(shù)之一。采用定向井技術(shù)可以使地面和地下條件受到限制的油氣資源得到經(jīng)濟(jì)、有效的開發(fā)，能夠大幅度提高油氣產(chǎn)量和降低開發(fā)成本，有利于環(huán)境保護(hù)，具有顯著的綜合經(jīng)濟(jì)效益。近年來,定向井已成為常規(guī)技術(shù)而得到普遍應(yīng)用。定向井水平井概述α造斜點(diǎn)穩(wěn)斜井段實(shí)鉆軌跡設(shè)計(jì)軌道靶區(qū)水平位移α-井斜角

定向井垂直投影圖垂深定向井是使井筒沿特定方向鉆達(dá)地下預(yù)定目標(biāo)的油氣井什么是定向井？定向井水平井概述β北東靶點(diǎn)NEβ-方位角定向井水平投影圖井口設(shè)計(jì)軌道實(shí)鉆軌跡定向井水平井概述為什么要鉆定向井？繞開地面地下障礙物地下地質(zhì)條件要求：由于地質(zhì)構(gòu)造特點(diǎn)采用直井不能有效地開發(fā)油氣藏時

鉆井技術(shù)的需要：遇到井下事故或復(fù)雜情況無法處理或者不易處理時。

定向井水平井概述定向井有哪些類型？多目標(biāo)井具有兩個或兩個以上目標(biāo)點(diǎn)的定向井。定向井水平井概述叢式井在一個鉆井平臺上,鉆出兩口或兩口以上的定向井。樁139平臺在80度扇形范圍內(nèi)鉆成26口定向井定向井水平井概述繞障井繞過障礙物鉆達(dá)目標(biāo)點(diǎn)的定向井定向井水平井概述大位移井水平位移水平位移/垂深≥2垂深造斜點(diǎn)定向井水平井概述側(cè)鉆井從原有井眼側(cè)鉆到達(dá)目標(biāo)點(diǎn)的定向井定向井水平井概述專業(yè)名詞1、井深：井眼軸線上任一點(diǎn)到井口的井眼長度，稱為該點(diǎn)的井深，也稱為該點(diǎn)的測量井深，或斜深。單位為米。2、垂深：井眼軸線上任意一點(diǎn)到井口所在平面的距離，稱為該點(diǎn)的垂深。單位為米。3、水平位移：井眼軌跡上任意一點(diǎn)與井口鉛垂線的距離，稱為該點(diǎn)的“水平位移”，也稱該點(diǎn)的閉合距。單位為米。4、視平移：水平位移在在設(shè)計(jì)方位線上的投影長度，稱為視平移。定向井水平井概述專業(yè)名詞5、井斜角：井眼軸線上任意一點(diǎn)的井眼方向線與通過該點(diǎn)的重力線之間的夾角，稱為該點(diǎn)處井斜角。單位為度。6、方位角：表示井眼偏斜的方向，它是指井眼軸線的切線在水平面投影的方向與正北方向之間的夾角。它以正北方向開始，按順時針方向計(jì)算。單位為度。7、磁偏角：它是指地磁北極方向線與地理北極方向線之間的夾角。隨著地理位置和時間不同其數(shù)值也不同。有正負(fù)值之分。8、磁方位角：用磁性測斜儀測得的方位角定向井水平井概述磁偏角：它是指地磁北極方向線與地理北極方向線之間的夾角。隨著地理位置和時間不同其數(shù)值也不同。有正負(fù)值之分。磁極a地理北極磁極磁偏角地理方位磁方位定向井水平井概述專業(yè)名詞9、地理方位角：以地理北極為基準(zhǔn)的方位角。地理方位角=磁方位角+磁偏角10、井斜變化率：單位井段內(nèi)井斜角的改變速度。以兩測點(diǎn)間井斜角的變化量與兩測點(diǎn)井段的長度的比值表示。11、方位變化率：單位井段內(nèi)方位角的變化值。12、造斜率：表示造斜工具的造斜能力，其值等于該造斜工具所鉆出的井段的井眼曲率。13、增（降）斜率：增（降）斜井段的井斜變化率。定向井水平井概述專業(yè)名詞14、全角變化率：它與“狗腿嚴(yán)重度”“井眼曲率”是相同的意義，指的是單位井段內(nèi)井眼前進(jìn)的方向在三維空間內(nèi)的角度變化。它既包含了井斜角的變化又包含著方位角的變化

。其計(jì)算方法為：K=25√（A2-A1）2+（B2-B1）2sin2[(A1+A2)/2]/ΔL

K=25√（A2-A1）2+（B2-B12sin2[(A1+A2)/2]/ΔL16、增斜段：井斜角隨井深增加的井段。17、穩(wěn)斜段：井斜角保持不變的井段。18、降斜段：井斜角隨著井深增加而逐漸減小的井段。19、目標(biāo)點(diǎn)：設(shè)計(jì)規(guī)定的必須鉆達(dá)的地層位置。通常是以地面井口為坐標(biāo)原點(diǎn)的空間坐標(biāo)系的值來表示。定向井水平井概述專業(yè)名詞20、靶區(qū)半徑：允許實(shí)鉆井眼軌跡偏離設(shè)計(jì)目標(biāo)點(diǎn)的水平距離。靶區(qū)是指目標(biāo)點(diǎn)所在水平面上，以目標(biāo)點(diǎn)為圓心，以靶區(qū)半徑為半徑的圓面積。21、靶心距：在靶區(qū)平面上，實(shí)鉆井眼軸線與目標(biāo)點(diǎn)之間的距離。22、工具面：在造斜鉆具組合中，由彎曲工具兩個軸線所決定的那個平面。23、反扭角：動力鉆具啟動加壓后，工具面相對于啟動前逆時針轉(zhuǎn)過的角度。24、高邊：定向井的井底是個呈傾斜狀態(tài)的圓平面，該平面上的最高點(diǎn)稱為高邊。

定向井水平井概述專業(yè)名詞25、工具面角：是指工具面所在位置的參數(shù)。有兩種表示方法：一種是以高邊為基準(zhǔn)；一種是以磁北為基準(zhǔn)。A高邊工具面角：是以高邊方向線為始邊，順時針轉(zhuǎn)到工具面與井底圓平面的交線上所轉(zhuǎn)過的角度。B、磁北工具面角：是以磁北方向線為始邊，按順時針方向與工具面方向線在水平面上的投影線之間的夾角。等于高邊工具面角加上井底方位角。定向井水平井概述專業(yè)名詞26、定向角：在定向或扭方位鉆進(jìn)時，啟動井下馬達(dá)之后，工具面所處位置，用工具面角表示?？捎酶哌吂ぞ呙娼潜硎荆部捎么疟惫ぞ呙娼潜硎?。當(dāng)用高邊工具面角表示時與“裝置角”一詞的意義和計(jì)算法相同。27、安置角：在定向或扭方位時，當(dāng)啟動馬達(dá)之前，將工具面安放的位置以工具面角表示，此時的工具面角即為安置角。定向井水平井概述專業(yè)名詞無磁鉆鋌：是由蒙乃爾合金或不銹鋼制成的不易磁化的鉆鋌。其用途是為磁性測斜儀提供一個不受鉆柱磁場影響的測量環(huán)境。其長度由地理位置和井斜方位決定。定向井水平井概述無磁鉆鋌長度選擇定向井水平井概述專業(yè)名詞1）

彎接頭：有固定角度彎接頭、可調(diào)角度彎接頭兩種。

目前現(xiàn)場常用固定角度彎接頭，由接頭體、循環(huán)套、定向鍵和固定螺絲組成。加工時它是將公扣軸線與本體軸線相交一個角度既為彎曲角B=57.3(長邊-短邊)/本體直徑固定角度彎接頭長邊短邊定向井水平井概述專業(yè)名詞坐標(biāo)系及相互關(guān)系：1地理坐標(biāo)2大地坐標(biāo)（網(wǎng)格坐標(biāo)）3相對坐標(biāo)(井口為原點(diǎn))3.1直角坐標(biāo)3.2極坐標(biāo)相互關(guān)系：地球特性決定了不同表達(dá)方法，既有聯(lián)系又有差異。加地球圖片定向井水平井概述定向井水平井概述專業(yè)名詞地理坐標(biāo)：地面上任意一點(diǎn)的位置通常用經(jīng)度和緯度來表示。經(jīng)線和緯線是地球表面上兩組正交的曲線，由這兩組正交曲線構(gòu)成的坐標(biāo)，稱為地理坐標(biāo)系。它是一種球面坐標(biāo)，表示單位是度。加圖片定向井水平井概述專業(yè)名詞大地坐標(biāo)（網(wǎng)格坐標(biāo)）：是地理坐標(biāo)經(jīng)過地圖投影換算而得出的坐標(biāo)系統(tǒng)。X對映北向，Y對映東向。我國目前主要用高斯—克呂格投影。示意圖6°定向井水平井概述子午線收斂角：子午線的切線方向與網(wǎng)格北的夾角。用a表示。計(jì)算方法:a=ΔλsinΨΔλ是計(jì)算點(diǎn)與中央子午線之間經(jīng)度差。Ψ是計(jì)算點(diǎn)所在的緯度。重力線收斂角：定向井水平井概述方位角的校正方法：網(wǎng)格方位=磁方位+磁偏角-收斂角磁北MN地理北網(wǎng)格北井眼方位磁方位磁偏角網(wǎng)格方位收斂角定向井水平井概述專業(yè)名詞相對坐標(biāo)（直角坐標(biāo)）以井口為原點(diǎn)的相對坐標(biāo)。X軸為北坐標(biāo)，方向與方位參考基準(zhǔn)相同，Y軸為東坐標(biāo)。示意圖定向井水平井概述專業(yè)名詞相對坐標(biāo)（極坐標(biāo)）：以井口為原點(diǎn)的相對坐標(biāo)。用閉合距和閉合方位的形式描述空間坐標(biāo)點(diǎn)。方向與方位參考基準(zhǔn)相同。加圖片定向井水平井概述定向井水平井概述專業(yè)名詞計(jì)算方法1、最小曲率半徑法代號說明定向井水平井概述專業(yè)名詞2、曲率半徑法代號說明定向井水平井概述專業(yè)名詞3、平均角法代號說明定向井水平井概述二定向井設(shè)計(jì)1、

井深剖面設(shè)計(jì)1）

剖面類型：常用類型有三段制和五段制。三段制為直井段—增斜段—穩(wěn)斜段。五段制為直井段—增斜段—穩(wěn)斜段—降斜段—直井段。按定向井設(shè)計(jì)井深剖面在空間坐標(biāo)系中的幾何形狀，又可分為兩維和三維剖面。兩維剖面是指設(shè)計(jì)井眼軸線僅在設(shè)計(jì)方位線所在的鉛垂平面上變化的井；三維剖面是指在設(shè)計(jì)井深剖面上既有井斜的變化又有方位角的變化。

圖C.2五段制軌道DaαaDbO1O2DtdOSStαtctαbf定向井水平井概述定向井水平井概述圖C.2五段制軌道DaαaDbO1O2DtdOSStαtctαbf定向井水平井概述二定向井設(shè)計(jì)2）

井深剖面設(shè)計(jì)原則（1）

根據(jù)油田勘探、開發(fā)布置要求，保證實(shí)現(xiàn)鉆井目的；（2）

根據(jù)油田的構(gòu)造特征、油氣產(chǎn)狀，有利于提高產(chǎn)量和采收率。（3）

在選擇造斜點(diǎn)、井眼曲率、最大井斜角等參數(shù)時，應(yīng)有利于鉆井、采油、和修井作業(yè)。（4）

在滿足鉆井目的前提下，應(yīng)盡可能選擇比較簡單的剖面類型，力求使設(shè)計(jì)的斜井深最短，以減小井眼軌跡控制的難度和鉆井工作量，有利于安全快速鉆井，降低鉆井成本。定向井水平井概述二定向井設(shè)計(jì)3）

剖面設(shè)計(jì)中有關(guān)因素的選擇（1）

造斜點(diǎn)的選擇A應(yīng)選擇在地層比較穩(wěn)定的地層，避免在巖石破碎帶、漏失地層、流沙層或易坍塌等復(fù)雜地層定向造斜，以免出現(xiàn)井下復(fù)雜情況影響施工。B應(yīng)選在可鉆性比較均勻的地層，避免在硬夾層造斜。C、造斜點(diǎn)的深度應(yīng)根椐設(shè)計(jì)井的垂深、水平位移和選用的剖面類型決定，并考慮滿足采油工藝的需要。D、在井眼方位漂移嚴(yán)重的地層，選擇造斜點(diǎn)時應(yīng)盡量使斜井段避開方位自然漂移大的地層或利用井眼方位漂移的規(guī)律。（2）、最大井斜角（3）井眼曲率A

盡量保持井眼曲率均勻，不能超過規(guī)定的數(shù)值；B要保證造斜鉆具能順利通過。該鉆具順利通過的最小曲率半徑RT等于125L2/(0.728△D—F)C

要考慮下入套管的最大允許值KM等于5.56×10-6×σC/C1C2DC圖C.2五段制軌道DaαaDbO1O2DtdOSStαtctαbf定向井水平井概述二定向井設(shè)計(jì)4）

井深剖面的設(shè)計(jì)方法：有圖版法、作圖法、解析法三種。（1）

解析法設(shè)計(jì)步驟A、根據(jù)剖面設(shè)計(jì)原則選擇井身剖面；B、選擇造斜點(diǎn)；C、計(jì)算最大井斜角amax圖C.2五段制軌道DaαaDbO1O2DtdOSStαtctαbf定向井水平井概述二定向井設(shè)計(jì)最大井斜角amaxHO＝H-HZ-△HXZ+R2sinａ，S0=S-△SXZ+R2（1-cosａ，）R1=180/K1πR2=180/K2πR0=R1+R2△SXZ=△HXZ×tgａ，

amax=2arctg(H0-√H20+S202R0S0)/(2R0-S0)圖C.2五段制軌道DaαaDbO1O2DtdOSStαtctαbf定向井水平井概述二定向井設(shè)計(jì)D、分段井眼計(jì)算：a增斜段

ΔH1=R1×sinamaxΔS1=R1×(1-COSamax)ΔL1=R1×ama×π/180

b穩(wěn)斜段1ΔL2=√H20+S20-2R0S0

ΔH2=ΔL2×COSamaxΔS2=ΔL2×sinamax圖C.2五段制軌道DaαaDbO1O2DtdOSStαtctαbf定向井水平井概述二定向井設(shè)計(jì)分段井眼計(jì)算：

C降斜段ΔH3=R2（sinamax-cosa，）ΔS3=R2(cosa，-cosamax)ΔL3=R2(amax-a，)π/180d穩(wěn)斜段2

ΔSXZ=ΔHXZ×tga，ΔLXZ=√ΔSXZ2+ΔHXZ2e總井深LL=HZ+ΔL1+ΔL2+ΔL3+ΔLXZ圖C.2五段制軌道DaαaDbO1O2DtdOSStαtctαbf定向井水平井概述二定向井設(shè)計(jì)上述公式中符號代表意義H0——過度參數(shù)，m；H——全井總垂深，m；

ΔHXZ——自降斜終點(diǎn)到目標(biāo)點(diǎn)處的垂增，m；HZ——造斜點(diǎn)的深度，m；a，——降斜終點(diǎn)的井斜角，m；S0——過度參數(shù)，m；S——井口到目標(biāo)點(diǎn)的水平位移，m；

ΔSXZ、ΔLXZ——分別為降斜終點(diǎn)到目標(biāo)點(diǎn)的水平位移和段長，m；

K1，K2——分別為選定的增斜率和降斜率，R1，R2——分別為增斜段和降斜段的曲率半徑，m；

ΔH1、ΔS1、ΔL1——分別為增斜段的垂增、水平位移增量和段長，m；ΔH2、ΔS2、ΔL2——分別為穩(wěn)斜段1的垂增、水平位移增量和段長，m；ΔH3、ΔS3、ΔL3——分別為降斜段的垂增、水平位移增量和段長，m；L——全井的總井深，M。定向井水平井概述定向井水平井概述三、定向井工藝過程及控制定向井常用工具1）

彎接頭：有固定角度彎接頭、可調(diào)角度彎接頭兩種。

目前現(xiàn)場常用固定角度彎接頭，由接頭體、循環(huán)套、定向鍵和固定螺絲組成。加工時它是將公扣軸線與本體軸線相交一個角度既為彎曲角B=57.3(長邊-短邊)/本體直徑2)無磁鉆鋌：是由蒙乃爾合金或不銹鋼制成的不易磁化的鉆鋌。其用途是為磁性測斜儀提供一個不受鉆柱磁場影響的測量環(huán)境。其長度由地理位置和井斜方位決定。3)定位直接頭、托盤接頭4)穩(wěn)定器、隨鉆震擊器、鍵槽擴(kuò)大器、變向器等。穩(wěn)定器外徑對鉆具結(jié)構(gòu)作用影響很大，特別是鉆頭上的穩(wěn)定器影響更大。定向井水平井概述三、定向井工藝過程及控制定向井常用工具5）井下動力鉆具：渦輪鉆具和螺桿鉆具。目前最常用的是螺桿鉆具。A螺桿鉆具有直螺桿和彎外殼螺桿，具體規(guī)范和性能查鉆井工具手冊。B螺桿鉆具工作原理：螺桿鉆具是一種容積式馬達(dá)，高壓鉆井液經(jīng)鉆具進(jìn)入螺桿馬達(dá)后，液體壓力迫使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，將鉆井液的水力能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，通過傳動軸把扭矩傳遞到鉆頭上定向井水平井概述定子與轉(zhuǎn)子截面圖定子定向井水平井概述結(jié)構(gòu)：從上到下依次是旁通閥總成、馬達(dá)總成、萬向軸總成、傳動軸總成、導(dǎo)向總成（彎螺桿）。新型螺桿具有防掉裝置傳動軸轉(zhuǎn)子徑向軸承承壓軸承萬向軸定向井水平井概述螺桿鉆具工作特性（1）螺桿鉆具的轉(zhuǎn)速只與排量和結(jié)構(gòu)有關(guān)而與工況（鉆壓、扭矩）無關(guān)。（2）工作扭矩與壓降和結(jié)構(gòu)有關(guān)與轉(zhuǎn)速無關(guān)。（3）轉(zhuǎn)速和力矩是各自獨(dú)立的兩個參數(shù)。（4）具有硬轉(zhuǎn)速特性和良好的過載能力。（5）泵壓表可以作為井底工況的監(jiān)視器，由△P變化來判斷和顯示井下工況（鉆壓和扭矩）（6）轉(zhuǎn)速隨排量的變化而線性變化。（7）工作扭矩和轉(zhuǎn)速均與結(jié)構(gòu)有關(guān)。增大馬達(dá)的每轉(zhuǎn)排量可獲得低速大扭矩的特性。（8）由于密封漏失和摩擦阻力，存在機(jī)械效率和水力效率定向井水平井概述D影響螺桿鉆具使用因素（使用要求）1鉆井液：滿足井下需要的前提下，比重和粘度盡可能的低，比重不大于1，5；固相含量小于5%；PH值在4--10之間，過高或過低都會對螺桿鉆具零件產(chǎn)生破壞作用；鉆進(jìn)液中含有芳香烴類物質(zhì)或其它對定子橡膠有害的化學(xué)處理劑，會損傷定子橡膠，減少使用壽命。2排量：每種規(guī)格的螺桿都有最適應(yīng)的排量范圍，要符合推薦的使用范圍；排量太大會使轉(zhuǎn)速過高，降低使用時間，甚至損壞馬達(dá)；排量太低會降低轉(zhuǎn)速，功率低，甚至打不開旁通閥進(jìn)而刺壞。3鉆壓：施工中通過逐漸增加鉆壓，使螺桿鉆具的馬達(dá)壓降盡量達(dá)到規(guī)定值的中上限，以保證螺桿鉆具的馬達(dá)最大限度地輸出功率；同時，把鉆壓控制在推薦的最大鉆壓以內(nèi)，過大的鉆壓會損壞傳動軸推力軸承，還會使馬達(dá)壓降過高而發(fā)生之滯動現(xiàn)象，如果制動時間過長會使馬達(dá)嚴(yán)重?fù)p壞定向井水平井概述D影響螺桿鉆具使用因素（使用要求）4鉆頭:鉆頭水眼壓降最大值不超過螺桿額定值。水眼過大使軸承得不到良好潤滑及降低螺桿承受鉆壓的能力；過小，泵壓達(dá)到額定值時排量小，不能發(fā)揮螺桿最大功率，系統(tǒng)壓力高會影響推力軸承壽命。5溫度：根據(jù)井底溫度選擇常溫（120）或高溫（150）螺桿。為能在較高溫度下工作，可采取分段循環(huán)或中空螺桿加大流量降溫。6鉆壓平衡：螺桿工作時存在以下幾種力F---轉(zhuǎn)子、萬向軸、傳動軸、及鉆頭重量的和，方向向下。F△MP---馬達(dá)壓力降產(chǎn)生的軸向力,向下。F△PB---鉆頭水眼壓力降產(chǎn)生的軸向力,向下。W---鉆壓，方向向上。上述各力的合力由推力軸承來承受，合力為0是理想狀態(tài)定向井水平井概述三、定向井工藝過程及控制定向井常用鉆具組合造斜鉆具組合：通常采用彎接頭井下帶動力鉆具或彎殼體鉆具。1）215鉆頭+61/4螺桿+彎接頭+61/4無磁+61/4鉆鋌3—5根+5鉆桿；2）241鉆頭+73/4螺桿+彎接頭+7無磁+7鉆鋌5—8根+5鉆桿；3）152鉆頭+43/4螺桿（彎外殼）+120定位直接頭+43/4無磁鉆鋌一根+43/4鉆鋌2—3根+31/2鉆桿4）118鉆頭+95mm螺桿（彎外殼）+105定位直接頭+41/8無磁+105鉆鋌1—3根+27/8鉆桿；定向井水平井概述三、定向井工藝過程及控制5)造斜原理：因?yàn)橄虏裤@具是彎曲的，在井壁的限制下使其發(fā)生彈性變形，由此產(chǎn)生的彈性力矩使鉆頭產(chǎn)生對井壁的斜向力；同時鉆頭軸線與井眼軸線不重合，使鉆頭在井底產(chǎn)生不對稱切削，從而鉆出傾斜的井眼定向井水平井概述三、定向井工藝過程及控制6）影響造斜率的因素：

A地層因素：地層各相異性、軟硬交錯、斷層、地層傾角等B造斜率與彎曲角成正比，與彎曲點(diǎn)以上鉆具剛度成正比；與動力鉆具長度成反比；動力鉆具重量和井斜角也有影響，成反比關(guān)系；C）與鉆速成反比，鉆速越大造斜率越低。D）造斜率理論計(jì)算公式（略）定向井水平井概述三、定向井工藝過程及控制定向井常用鉆具組合增斜鉆具組合：利用近鉆頭穩(wěn)定器的支點(diǎn)作用，在鉆頭上產(chǎn)生增斜力，使井斜不斷增加。有多種組合方式，各種方式不但增斜率不同，而且控制防位的能力也不同；根據(jù)施工需要采用不同的組合方式。常用組合方式有以下幾種A鉆頭+近鉆頭穩(wěn)定器+托盤接頭+無磁鉆鋌+鉆鋌100—120米；B鉆頭+近鉆頭穩(wěn)定器+托盤接頭+無磁鉆鋌+鉆鋌9米+穩(wěn)定器+鉆鋌100—120米；C鉆頭+近鉆頭穩(wěn)定器+托盤接頭+無磁鉆鋌+鉆鋌18米+穩(wěn)定器+鉆鋌100—120米；

定向井水平井概述三、定向井工藝過程及控制定向井常用鉆具組合穩(wěn)斜鉆具組合：由于鉆具剛性大，不易產(chǎn)生彎曲，保持鉆具在井眼居中，工作狀態(tài)穩(wěn)定，由于穩(wěn)定器支撐作用，最大限度地減少因鉆柱彎曲而產(chǎn)生的增斜力和重力作用而產(chǎn)生的降斜力；以及減輕鉆頭上受到的橫向力的作用，從而達(dá)到穩(wěn)定井斜的目的。

鉆頭+穩(wěn)定器+短鉆鋌3米+穩(wěn)定器+托盤+無磁+穩(wěn)定器+鉆鋌+鉆桿；這是一種最簡單的組合形式，還有幾種增加穩(wěn)定器數(shù)量的不同組合方式，實(shí)際中靈活掌握。降斜鉆具組合：利用重力產(chǎn)生的降斜力，采用適當(dāng)?shù)你@井參數(shù)從而達(dá)到降斜的目的；常見組合方式

鉆頭+無磁鉆鋌+鉆鋌（10—30米）+穩(wěn)定器+鉆鋌。定向井水平井概述三、定向井工藝過程及控制六

井眼軌跡控制及計(jì)算、作圖（一）、一口井軌跡控制三大環(huán)節(jié)：1、打好直井段：應(yīng)用防斜打直技術(shù)，造斜點(diǎn)深時尤其重要。2、把好定向造斜關(guān)：動力鉆具+彎接頭組合進(jìn)行造斜8—10度，然后使用帶扶正器的增斜鉆具組合；目前條件具備可以推廣應(yīng)用導(dǎo)向鉆井技術(shù)，實(shí)現(xiàn)造斜與穩(wěn)斜（或降斜）一次完成，提高鉆井速度。在造（增、降）斜過程中，及時測量，隨時作圖或使用計(jì)算機(jī)軟件計(jì)算分析，如造（增、降）斜率達(dá)不到設(shè)計(jì)要求時，及時采取措施。定向井水平井概述三、定向井工藝過程及控制3、跟蹤控制到靶點(diǎn)：在軌跡符合率允許，確保中靶的前提下，把握好軌跡調(diào)整時機(jī)，盡量減少更換鉆具次數(shù)。盡可能利用地層造斜規(guī)律，掌握鉆具組合、鉆井參數(shù)對軌跡數(shù)據(jù)的影響。當(dāng)實(shí)鉆井眼軌跡嚴(yán)重偏離設(shè)計(jì)井眼方位時，下入造斜鉆具組合進(jìn)行扭方位：其原則是盡量先調(diào)整方位后調(diào)整井斜；盡量在井深較淺、井斜較小時把方位調(diào)整合適；扭方位的過程控制：扭方位的過程就是控制造斜工具定向角的鉆進(jìn)過程。工具定向角決定了造斜工具鉆出的井眼是增斜、降斜、穩(wěn)斜；是增方位還是降方位。定向角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。定向井水平井概述三、定向井工藝過程及控制（二）、軌跡控制的工作內(nèi)容：軌跡測量和軌跡計(jì)算施工措施的確定鉆進(jìn)新井段繪制實(shí)鉆軌跡圖，與設(shè)計(jì)對比分析；利用計(jì)算機(jī)軟件計(jì)算分析造斜、穩(wěn)斜、降斜鉆具組合確定，施工方式的選擇與確定，造斜率選擇，裝置角計(jì)算，鉆井參數(shù)確定執(zhí)行施工措施定向井水平井概述三、定向井工藝過程及控制1）

裝置角的概念及其工作性質(zhì)A裝置角的概念：造斜工具定向角與井眼方向線所在平面的夾角，以井眼方向線為起點(diǎn)順時針方向0——360°表示。當(dāng)工具面角用高邊工具面表示時，定向角其意義及計(jì)算與裝置角相同；用磁性工具面角表示時

裝置角=磁性工具面角—測量點(diǎn)的井眼方位。B工作性質(zhì)：0°

——90°

增斜增方位90°——180°降斜增方位180°——270°降斜降方位270°——360°增斜降方位；

0°全力增斜；180°全力降斜；方位不變95°左右全力增方位，265°全力降方位，井斜不變。定向井水平井概述三、定向井工藝過程及控制C裝置角的圖解法：(適用于井斜300之內(nèi))

OA長度表示井斜，∠NOA表示原眼方位，∠NOB表示新井眼方位，∠DAB、∠DAC表示裝置角，ON表示坐標(biāo)N軸方向線，AE表示工具造斜率，OB、OC表示新眼井斜。定向井水平井概述定向井水平井概述三、定向井工藝過程及控制)扭方位模式的概念：為求解裝置角與軌跡曲線之間的關(guān)系，而設(shè)定的條件或前提。

A：斜面法扭方位模式：設(shè)想在扭方位過程中，鉆出來的井眼軌跡都處于某個空間斜面上，則軌跡可能就是一條斜平面上的曲線。該方法中保持造斜率不變，鉆出來的井眼軌跡是斜面園弧曲線。斜面法扭方位模式示意圖定向井水平井概述三、定向井工藝過程及控制B：柱面法扭方位模式：設(shè)想在扭方位過程中，鉆出來的井眼軌跡都處于某個柱面上，則軌跡可能就是一條柱面上的曲線。該方法中保持裝置角不變，鉆出來的井眼軌跡是柱面曲線。定向井水平井概述三、定向井工藝過程及控制工具面的監(jiān)控模式：定向（或扭方位）的核心問題就是對造斜工具的工具面進(jìn)行控制。是指監(jiān)控工具面變化的具體方法。（注意工具面表示方式）A：保持工具面不變可以實(shí)現(xiàn)斜面法模式；（工具面用磁性表示）B：保持裝置角不變可以實(shí)現(xiàn)柱面法模式；（工具面用高邊表示）定向井水平井概述三、定向井工藝過程及控制實(shí)際工作中的有關(guān)計(jì)算公式：A：斜面法扭方位的計(jì)算實(shí)際造斜率計(jì)算公式：K=COS-1（cosa1cosa2+sina1sina2cos△ф）/△L度/米—(1)COSa2=cosa1cosr+sina1sinrcosω

r=k△L------(2)tan△Φ=sinrsinω/(sina1cosr+cosa1sinrcosω)---(3)sin△Φ=sinωsinr/sina2----(4)COS△Φ=(sina1cosr+cosa1sinrcosω)/sina2-------(5)定向井水平井概述三、定向井工藝過程及控制（1）

已知井斜角a1a2

；造斜率K，段長△L，△Φ的數(shù)值，求裝置角ω

。

ω=±arcCOS（(COSa1COSr—COSa2)/sina1sinr）----(6)ω=±arcCOS（(sina2COS△Φ—sina1cosr)/cosa1sinr）-(7)（2）

特殊情況扭方位:裝置角90度扭方位△Φ=±arctan(tanr/sina1)a2=arcos(cosa1cosr)井斜角增大穩(wěn)斜扭方位：ω=±arcCOS（tan0.5r/tana1）△Φ=±arccos((cosr-cos2a1)/sin2a1)或△Φ=2sin0.5r/sina1全力扭方位：ω=±arcCOS（-tanr/tana1）△Φ=±arcsin(sinr/sina1)（最大）a2=arcos(cosa1/cosr)井斜角減小定向井水平井概述三、定向井工藝過程及控制井眼方向隨裝置角的變化關(guān)系：①

0°

—90°

增斜增方位90°—180°降斜增方位180°—270°降斜降方位270°—360°增斜降方位0°全力增斜；180°全力降斜；方位不變②由于偏增角的存在，有（2）三種特殊情況；井斜角隨裝置角的變化是不對稱的；穩(wěn)斜扭方位的裝置角是變化值，90°和270°不是全力扭方位。偏增角：是90度扭方位和穩(wěn)斜扭方位兩種扭方位的裝置角之間的夾角。③

井斜角對方位角增量的影響是：井斜角增大，方位角增量減小。

偏增角方位定向井水平井概述三、定向井工藝過程及控制柱面法扭方位的計(jì)算(恒裝置角模式)（1）恒裝置角模式的基本公式:△a=rcosω△Φ=tanωln(tan0.5a2/tan0.5a1)—弧度tanω=△Φ/ln(tan0.5a2/tan0.5a1)a2=2arctanexp〔△Φ/tanω+ln(tan0.5a1)〕（2）井眼方向隨裝置角的變化關(guān)系：不存在偏增角問題；±90°扭方位既是穩(wěn)斜扭方位也是全力扭方位；方位變化率與井眼曲率成正比，與井斜角的正弦成反比。定向井水平井概述三、定向井工藝過程及控制(三)、井眼軌跡計(jì)算方法及作圖1、測斜數(shù)據(jù)的規(guī)定和處理測斜計(jì)算的依據(jù)是測斜數(shù)據(jù)。每個測點(diǎn)的測斜數(shù)據(jù)有三項(xiàng)：測深L、井斜角a、方位角φ。（1）測點(diǎn)編號：自上而下進(jìn)行編號，第一個不等于零的測點(diǎn)為第一測點(diǎn)，向下依次排序。每個測點(diǎn)的參數(shù)皆以該點(diǎn)編號作為下標(biāo)符號。（2）測段標(biāo)號：自上而下進(jìn)行編號，規(guī)定i-1點(diǎn)與i點(diǎn)之間所夾的測段為第i測段。（3

第0測點(diǎn)：人為規(guī)定的，井斜角為0。第一測點(diǎn)井深大于25米時，0測點(diǎn)井深比第一測點(diǎn)井深小25米；第一測點(diǎn)井深小于25米時，0測點(diǎn)井深及井斜均為0。（4）用磁性測斜儀器測得的為磁方位角，要進(jìn)行校正。（5）當(dāng)某個測點(diǎn)井斜數(shù)據(jù)為0時，規(guī)定其方位與相鄰測點(diǎn)方位相等。定向井水平井概述三、定向井工藝過程及控制方位角增量的絕對值取小于180°的數(shù)值；特別注意平均方位角增量φC計(jì)算方法：當(dāng)（φi-φi-1）﹥180°時：△φi=φi-φi-1-360°φC=（φi-φi-1）/2-180°當(dāng)（φi-φi-1）﹤-180°時：△φi=φi-φi-1+360°φC=（φi-φi-1）/2+180°當(dāng)（φi-φi-1）=180°時：方位角測值方位角變化方向△φ取值φC計(jì)算公式φ1﹤φ2順時針變化+180°

φC=（φi-φi-1）/2逆時針變化

-180°

φC=（φi-φi-1）/2+180°

φ1﹥φ2

順時針變化+180°

φC=（φi-φi-1）/2+180°

逆時針變化

-180°

φC=（φi-φi-1）/2定向井水平井概述三、定向井工藝過程及控制1、常

用井眼軌跡計(jì)算方法：A平衡正切法：將井眼軸線看成為兩相鄰測點(diǎn)的切線組成的折線。（略）B園柱螺線法(曲率半徑法)：將相鄰兩測點(diǎn)之間的井眼軸線為一空間等變螺旋角的園柱螺線，它在垂直剖面圖的井身軸線為一段園弧，在水平投影圖上的井身投影也是一段園弧。（略）C最小曲率法：認(rèn)為相鄰兩測點(diǎn)之間的井眼軸線為空間某斜面上的一段園弧。定向井水平井概述三、定向井工藝過程及控制D平均角法：認(rèn)為相鄰兩測點(diǎn)之間的井眼軸線為一直線，該直線的井斜角和方位角等于上下兩測點(diǎn)相應(yīng)角度的算術(shù)平均值。即av=(a1+a2)/2

φv=(φ1+φ2)/2a1=0時φv=φ2；a2=0時φv=φ1△L為兩相鄰測點(diǎn)間的段長?！鱄=△Lcosav

△H垂深增量△S=△Lsinav

△S段水平位移△N=△Lsinavcosφv=△Scosφv

△N為△S在正北方向上的分量△E=△Lsinavsinφv=△Ssinφv

△E為△S在正東方向上的分量∑N=△N1+△N2+···+△Nn

∑N為△N矢量和∑E=△E1+△E2+···+△En

∑E為△E矢量和S=√∑N2+∑E2S為閉合位移B=arctg∑E/∑NB為閉合方位∑H=△H1+△H2+···+△Hn∑H為累計(jì)垂深將上述計(jì)算結(jié)果逐點(diǎn)添入表格（見附表）S0設(shè)計(jì)閉合位移B0設(shè)計(jì)閉合方位N0=S0sinB0E0=S0cosB0定向井水平井概述三、定向井工藝過程及控制定向井軌跡的繪圖（1）定向井常規(guī)繪圖：有兩種方法。一種是垂直剖面圖與水平投影圖；一種是垂直投影圖與水平投影圖。①

垂直剖面圖與水平投影圖的繪制：垂直剖面圖以垂深為縱坐標(biāo)，水平投影長度為橫坐標(biāo)。水平投影圖以北南坐標(biāo)Ni為縱坐標(biāo)，東西坐標(biāo)Ei為橫坐標(biāo)。②

垂直投影圖與水平投影圖：垂直投影圖以垂深為縱坐標(biāo)，視平移為橫坐標(biāo)。水平投影圖以北南坐標(biāo)Ni為縱坐標(biāo)，東西坐標(biāo)Ei為橫坐標(biāo)。定向井水平井概述（1）

鄰井距離掃描圖的繪制：①

最近距離掃描圖：以正在鉆進(jìn)的井為基準(zhǔn)井，以已經(jīng)存在的井為比較井。以基準(zhǔn)井上的每個點(diǎn)為基準(zhǔn)點(diǎn)，在比較井上尋找一個比較點(diǎn)，使兩點(diǎn)的距離等于基準(zhǔn)井到比較井距離最近。A：數(shù)據(jù)準(zhǔn)備：將比較井上每個點(diǎn)的坐標(biāo)都換算為基準(zhǔn)井坐標(biāo)系的值。B：計(jì)算公式：JM=（NM-NB）2+（EM-EB）2+（DM-DB）2C：尋找最近點(diǎn)D：以極坐標(biāo)繪圖。②

水平距離掃描圖：過基準(zhǔn)井上每一個基準(zhǔn)點(diǎn)M作一個水平面，該水平面與比較井的交點(diǎn)Z就是水平距離點(diǎn)。MZ兩點(diǎn)連線與正北順時針夾角是掃描方位。JM=（NM-NB）2+（EM-EB）2

。然后以極坐標(biāo)繪圖。③

法面距離掃描圖：過基準(zhǔn)井上每一個基準(zhǔn)點(diǎn)M作該點(diǎn)處井眼方向線的法平面，該法平面與比較井的交點(diǎn)Z就是掃描點(diǎn)，MZ連線就是掃描徑JM

。定向井水平井概述定向井水平井概述三、定向井工藝過程及控制施工前準(zhǔn)備1）井眼準(zhǔn)備：鉆達(dá)定向深度后，調(diào)整好泥漿性能，充分循環(huán)好確保井眼清潔、暢通。2)定向工具的準(zhǔn)備：（1)螺桿：規(guī)范符合要求，兩端絲扣完好，旁通閥靈活好用，下井前在井口開泵試運(yùn)轉(zhuǎn)正常后方可下井。認(rèn)真丈量長度作好記錄。（2)彎接頭：規(guī)范符合要求，認(rèn)真檢查定向鍵與彎向一致，循環(huán)套良好無沖蝕無堵塞、固定可靠，定向鍵無損壞，用定向桿試插順利，間隙合適。（3)無磁、穩(wěn)定器、短鉆鋌、托盤、配合接頭等丈量好長度及內(nèi)外徑，對所用鉆具要通徑，保證儀器能順利通過。穩(wěn)定器外徑對穩(wěn)斜、增、降斜效果影響很大。定向井水平井概述三、定向井工藝過程及控制施工前準(zhǔn)備（4）使用彎螺桿時，定位直接頭檢查內(nèi)容與彎接頭相同將其與彎螺桿扣上緊后準(zhǔn)確測量定位鍵與彎向的角差，作好記錄。注意彎曲點(diǎn)到鉆頭距離、扶正器直徑對造斜率影響很大。（5）作好定向儀器、設(shè)備的檢查與準(zhǔn)備工作。單點(diǎn)、有線、無線儀器使用要求和注意事項(xiàng)詳見儀器使用要求。（6）嚴(yán)格執(zhí)行設(shè)計(jì)，認(rèn)真按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行組織施工，制定施工措施；直井段認(rèn)真測斜，數(shù)據(jù)齊全準(zhǔn)確，及時作圖，計(jì)算出井斜、方位的最大和最小值；以及靶心的井斜和方位值，根據(jù)直井測斜數(shù)據(jù)重新作出軌跡設(shè)計(jì)；嚴(yán)防工具造斜能力低于需要仍盲目搶進(jìn)尺，嚴(yán)防井段不夠被迫填井。(7)根據(jù)儀器、螺桿工作壓差范圍，裝配適當(dāng)?shù)乃?，?）鉆具丈量要精確，井深計(jì)量要準(zhǔn)確，否則將嚴(yán)重影響軌跡（大位移、水平井尤其重要），甚至造成填井事故。定向井水平井概述三、定向井工藝過程及控制2下鉆過程中的注意事項(xiàng)（1）下做好造斜鉆具在井口的組合、緊扣工作，認(rèn)真檢查規(guī)范與質(zhì)量是否符合要求；（1）

螺桿軸向軸承間隙是否符合要求，檢查軸承外殼的下部與驅(qū)動軸之間是否有泥漿從徑向軸承流出（4-10﹪），用彎螺桿時，定位直接頭檢查內(nèi)容與彎接頭相同，將其與彎螺桿扣上緊后準(zhǔn)確測量定位鍵與彎向的角差，作好記錄（2）

鉆控制下放速度小于1.5米/秒,遇阻不能硬壓，先不要開泵，把鉆具旋轉(zhuǎn)不同角度試下，如果嚴(yán)重把工具面對準(zhǔn)井眼高邊劃眼；不能大段劃眼，特別是疏松地層防止出新眼；（3）

發(fā)現(xiàn)鉆具水眼有倒返泥漿現(xiàn)象時，要立即起出1-2柱，開泵循環(huán)，注意開泵方式、MWD信號、泵壓。否則通井。（4）

防止井口工具、鉗牙、手套、鉛油刷等固體物掉入鉆具。（5）

造斜段結(jié)束后,下穩(wěn)斜鉆具必須擴(kuò)眼，禁止遇阻硬壓，防止小井眼卡鉆。定向井水平井概述三、定向井工藝過程及控制鉆進(jìn)過程中注意事項(xiàng)：（1）

了解螺桿工作壓力和鉆壓范圍，控制（2）

下鉆到底后先小排量開泵，井底清洗干凈逐漸加至正常鉆壓。（3）

工具面的控制：單點(diǎn)定向時，反扭角先根據(jù)經(jīng)驗(yàn)鉆兩根，再根據(jù)實(shí)際效果驗(yàn)證，同時；通過送鉆均勻使泵壓穩(wěn)定來保持工具面穩(wěn)定。使用有線或無線隨鉆時，控制鉆壓、送鉆速度、泵壓在合理范圍內(nèi)，保持工具面穩(wěn)定。（4）

對測量數(shù)據(jù)認(rèn)真分析記錄，每趟鉆第一個單根井段，至少測量兩次，數(shù)據(jù)有異常不可盲目鉆進(jìn)。異常原因可能有：儀器自身、磁干擾、工具面誤差、造斜率、地層、鉆井參數(shù)等因素。（5）

及時計(jì)算分析，及時采取措施。做到軌跡平滑，最大曲率不超標(biāo)準(zhǔn)。（6）

進(jìn)行單點(diǎn)、MWD測斜時，要在井下正常情況下進(jìn)行。無井漏、油氣水侵、比重均勻、環(huán)空干凈，不許泥漿嚴(yán)重倒返，防粘卡、防環(huán)空蹩堵、防沉砂卡鉆。（7）

使用MWD時，要記錄下鉆到底空轉(zhuǎn)立管壓力和正常鉆進(jìn)立管壓力，如果有異常及時分析原因，采取相應(yīng)措施；特別是當(dāng)發(fā)生泵壓突然下降與儀器信號消失同時發(fā)生時，禁止上提鉆具，防止定位接頭與無磁之間脫扣，儀器掉在井眼里無法無打撈。做好防碰工作。施工前有防碰預(yù)案，施工中及時掃描，操作上注意分析判斷，嚴(yán)防將鄰井套管打壞。

定向井水平井概述三、定向井工藝過程及控制定向井、叢式井的管理規(guī)定1.優(yōu)化井身剖面設(shè)計(jì)、簡化剖面類型，根據(jù)設(shè)計(jì)油中方位、位移合理選擇造斜點(diǎn)，選擇簡易三段制剖面或二段制剖面。2.選擇合理的井斜角，反推造斜點(diǎn)，井斜角15o~20o之間，最經(jīng)濟(jì)、也便于井斜與方位的控制。3.

直井段優(yōu)選鉆具結(jié)構(gòu)，堅(jiān)持高轉(zhuǎn)數(shù)、輕鉆壓吊打保直，堅(jiān)持定點(diǎn)監(jiān)測、跟蹤作圖，隨時掌握軌跡變化情況及時采取措施。4.

定向時井斜角必須達(dá)到8o以上，方可下增斜鉆具，設(shè)計(jì)最大井斜角在15o左右的井，盡可能采用螺桿鉆具一次將井斜打夠。方位根據(jù)區(qū)塊地層的自然造斜規(guī)律并考慮到轉(zhuǎn)盤鉆進(jìn)時的方位右手漂移規(guī)律，方位可定到設(shè)計(jì)方位下限偏低，使定向結(jié)束后的方位延伸線在控制半徑之內(nèi)。定向井水平井概述三、定向井工藝過程及控制定向井、叢式井的管理規(guī)定5.鉆進(jìn)中要堅(jiān)持定點(diǎn)測斜，及時作圖分析軌跡變化情況，及時改變鉆進(jìn)參數(shù)，包括鉆壓、轉(zhuǎn)數(shù)，做到扭方位要及時，嚴(yán)防井斜角的大起大落和井身軌跡嚴(yán)重出控制線，嚴(yán)格執(zhí)行公司的內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)。6.全井控制造斜率和方位變化率，嚴(yán)防全角變化率超標(biāo)，保