定向井理論知識

定向鉆井技術(shù)水平有了很大提高。進入80年代，大位移、大斜度井、水平井和叢式井的鉆井工藝技術(shù)有了飛速發(fā)展。為石油勘探和發(fā)展帶來了巨大的經(jīng)濟效益。第一口定向井。之后，我國又鉆成了數(shù)對雙筒井，以及多底井，斜直井等。特別是1965年，鉆成了我國第一口水平井——磨三井，水平位移延伸160m,達到了當(dāng)時60年代水平井的世界先進水70年代以后，我國的定向井、叢式井鉆井技術(shù)得到了進一步的發(fā)展。進入80年代以來，在改革開放的形勢下，隨著先進的工具，儀器的應(yīng)用和發(fā)展，定向井、叢式井鉆井工藝技術(shù)水平達到了一個新的高度。鉆成了一批大斜度井，大水平位移定向井。多數(shù)油田已掌握常規(guī)定向井、叢式井的鉆井技術(shù)。高難度定向井、叢式井及救援井技術(shù)從總體上說已達到世界先進水平。目前，世界上定向井最大水平位移已達4597m。水平井的水平延伸長度超過1000m。定向井技術(shù)正向著大水平位移井、水平井方向發(fā)展。第一節(jié)定向井、叢式井的設(shè)計一口井的設(shè)計目標(biāo)點，按照人為的需要，在一個既定的方向上與井口垂線偏離一定的距離的2.井深(MeasureDepth)3.垂深(VerticalDepthorTru4.水平位移(DisplacementorClosureDistance)井眼軌跡上任一點，與井口鉛直線的距離，謂之該點的“水平位移”。也稱該點的閉合距。 水平位移在設(shè)計方位線上的投影長度，稱為視平移。如圖10—1所示，00為設(shè)計方位線，OT視平移為OK,其長度以Vp表示。當(dāng)OK與OQ同向時Vp為正值，反向時為負值。視平移是繪制垂直投影圖的重要參數(shù)。單位為m。井眼軸線上任一點的井眼方向線，與通過該點的重力線之間的夾角，稱為HoleAngle)對已鉆成的實際井眼來說，全井所有的各個測點中，井斜角的最大值稱為在定向井的設(shè)計剖面中，其增斜井段的終止點處，井斜角值應(yīng)該最大。這在以井眼軌跡上任一點為原點的平圖10-1面坐標(biāo)系中，以通過該點的正北方向線為始邊，按順時針方向旋轉(zhuǎn)至該點處井眼方向線在水平面上的投影線為終邊，其所轉(zhuǎn)過的角度稱為該點的方位角。以“度”表示。見圖10—2(a)。方位角還有另外一種表示方法。即：在井眼軌跡上任一點建立一個以該點為原點的水平面直角坐標(biāo)系。該點處井眼方位線與正北方位線或正南方位線的夾角、稱為該點的“方位角”,也稱“井斜方位角”。這種表示方法，井斜方位角均不大于90℃,如圖10—2(b)所示。圖10-2方位角表示法9.磁偏角(Declination)在某一地區(qū)內(nèi)，其磁北極方向線與地理北極方位線之間的夾角，稱為該地區(qū)的“磁偏角”。磁偏角的計量方法是以地理北極方向線為始邊，以磁北極方向線為終邊，順時針為正值，逆時針為負值，轉(zhuǎn)過的角度值即為磁偏角的數(shù)值。磁偏角的正值為東磁偏角，負值為西磁偏角。10.磁方位校正用磁性測斜儀測得的方位角稱為磁方位角。它是以磁北方位線為基準(zhǔn)的。由于大地磁場隨著地理位置和時間在不斷變化，所以需要以地理真北方位線為基準(zhǔn)進行校正。這種校正稱為磁方位校正。校正后的磁偏角計算方法是：磁方位角值加上該地區(qū)的磁偏角。11.造斜點(KickOffPoint)在定向井中，開始定向造斜的位置叫“造斜點”。通常以開始定向造斜的井深來表示。12.井斜變化率單位井段內(nèi)井斜角的改變速度稱為“井斜變化率”。通常以兩測點間井斜角的變化量與兩測點間井段的長度的比值表示。常用單位是：°/10m,°/25m和°/100m。井斜變化率的公式如下：△L——兩測點間井段的長度，m。13.方位變化率單位井段內(nèi)方位角的變化值，稱為方位變化率。通常以兩測點間方位角的變化量與兩測點間井段長度的比值表示。常用單位有：°/10m,°/25m和°/100m。其計算公式如下：14.造斜率造斜率表示了造斜工具的造斜能力。其值等于用該造斜工具所鉆出的井段的井眼曲率。不等于井眼變化率。15.增(降)斜率指的是增(降)斜井段的井斜變化率。其井斜變化為正值時為增斜率。負值為降斜率?！鳓铡摼蝺?nèi)方位角的變化值，井斜角隨著井深的增加而逐漸減小的設(shè)計規(guī)定的、必須鉆達的地層位置，稱為目標(biāo)點。通常是以地面井口為坐標(biāo)原允許實鉆井眼軌跡偏離設(shè)計目標(biāo)點的所謂靶區(qū)，就是在目標(biāo)點所在的水平面上，以目標(biāo)點為圓心，以靶區(qū)半徑為半徑的一個圓面積。靶區(qū)半徑的大小，根據(jù)在靶區(qū)平面上，實鉆井眼軸線與目標(biāo)在造斜鉆具組合中，由彎曲工具的兩個軸方向上的水平投影稱為高邊方位。即井底的方位。使用井底馬達帶彎接頭進行定向造斜或扭方位時，動力鉆具啟動前的工具面與啟動后且加壓鉆進時的工具面之間的夾角，稱為反扭角。反扭角總是使工具面逆定向井的井底是個呈傾斜狀態(tài)的圓平面。稱為井底圓。井底圓上的最高點稱為高邊。從井底圓心至高邊之間的連線所指的方向，稱為井底的“高邊方向”。高邊26.工具面角(ToolFaceAngle)高邊基準(zhǔn)工具面角，簡稱高邊工具角。是指高邊方向線為始邊，順時針轉(zhuǎn)到工具面與井底圓磁北基準(zhǔn)工具面角(簡稱磁北工具面角),27.定向角或扭方位鉆進時，當(dāng)啟動井下馬達之后，工具面所處的位置，用工具面角表示，即為定向工具面扭方位的要求，計算出所需要的定向角，這是預(yù)計的定向角。在實鉆的過程中，由于各種因素的影響，實際的定向角與預(yù)計的定向角不一定完全相符。在使用隨鉆測斜儀器的情況下，可以調(diào)整28.安置角(ToolFaceSetting)和扭方位鉆進時，當(dāng)啟動井下動力鉆具之前，將工具面安置的位置，以工具面角表示，即為安置間的關(guān)系可用圖10—4所示。1.鉆定向井的目的六—正北方位線；O直一正東方位線；OA一井底井oe一造斜工具的安置方位線；中1一井底井斜方位角；定向井、叢式井設(shè)計首先要保證實現(xiàn)鉆井目的。這是定向井設(shè)計的主要依據(jù)和基本原則。設(shè)計人員應(yīng)根據(jù)不同的鉆探目的對設(shè)計井的井身剖面類型、井身結(jié)構(gòu)、泥漿類型、完井方法等進行合理設(shè)計。以利于安全、優(yōu)質(zhì)、快速鉆井。定向鉆井的應(yīng)用范圍見圖10一5。圖10-5定向鉆井應(yīng)用范圍例如，鉆井目的是開發(fā)裂縫性油層或低滲透油、氣層，為了增加油氣層的裸露面積，達到增加產(chǎn)量，提高采收率的目的，可設(shè)計成水平井，多底井或大斜度井(見圖10—6)。三三.4142.000.414圖10-6定向井可以增大油層的裸露面積又如，救援井的目的是為了制服井噴和滅火，保護油、氣資源。救援井的設(shè)計應(yīng)充分體現(xiàn)其目的：第一，目標(biāo)點的層位選擇合理。第二，靶區(qū)半徑小(不大于10m),中靶要求高。第三，盡可能選擇比較簡單的井身剖面類型，以減小井眼軌跡控制和施工難度，加快鉆井速度，縮短事故井的失控時間。第四，井身結(jié)構(gòu)設(shè)計，并控措施及下部鉆具組合應(yīng)滿足當(dāng)鉆達目標(biāo)靶區(qū)，實現(xiàn)兩個井眼(救援井與事故井)聯(lián)通后進行疏通、壓井、封堵的施工要求等。對于在構(gòu)造完整、圈閉好的油藏，鉆定向井、叢式井應(yīng)按照開發(fā)井網(wǎng)的布置要求。一般多設(shè)計成三段制或五段制剖面。2.設(shè)計基本數(shù)據(jù)地面井位坐標(biāo)、地下目標(biāo)點坐標(biāo)和目的層垂直深度是進行定向井、叢式井設(shè)計的基本數(shù)據(jù)。根據(jù)這些基本數(shù)據(jù)，通過坐標(biāo)換算，可計算出設(shè)計方位角和設(shè)計水平位移。此外，造斜點位置，最大井斜角(常規(guī)定向井取15°~45°)和最大井眼曲率也是剖面設(shè)計的主要數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)需根據(jù)現(xiàn)場經(jīng)驗和統(tǒng)計資料確定。3.地質(zhì)條件作定向井、叢式井設(shè)計時，應(yīng)詳細了解該地區(qū)的各種地質(zhì)情況。如：地質(zhì)分層、巖性、地層壓力、地層傾角、傾向、斷層等。還要了解地層的造斜特性，井斜方位漂移等情況。對本區(qū)內(nèi)已鉆井的資料進行分析，是獲取此類資料的重要手段。對于有多套含油氣層系，且富集性好，產(chǎn)能高的復(fù)式斷塊油田，采用多目標(biāo)井。要掌握斷層位置和沿斷層油氣層分布范圍，使設(shè)計的筒式靶區(qū)控制在多油層系范圍之內(nèi)。4.地面條件地面條件是定向井、叢式井設(shè)計的重要依據(jù)，選擇井位和平臺位置，平臺個數(shù)，都應(yīng)根據(jù)地面條件對比優(yōu)選，還要考慮交通、采油，油氣集輸?shù)确矫娴男枰?。在海上鉆井平臺、淺海人工島或陸地油田鉆叢式井，應(yīng)根據(jù)油田開發(fā)方案和井岡布置，優(yōu)選叢式井平臺位置和每一個平臺上的井?dāng)?shù)，確定最佳平臺個數(shù)、平臺位置及每一個平臺上的井?dāng)?shù)，力求布置合理。同一個平臺上的叢式井地下井位坐標(biāo)應(yīng)成組下達。設(shè)計人員應(yīng)根據(jù)各井的位移、方位、目標(biāo)點垂深和井口間距選擇合理的井身剖面形狀，確定鉆井順序，制定防碰措施。三、定向井設(shè)計井身剖面設(shè)計1)剖面類型定向井的井身剖面有多種多樣。如圖10—7所示。各種定向井剖面的用途見表10—1。常用的剖面有兩種：即三段制(“J”)剖面和五段制(“s”)剖面。懸鏈線剖面、二次拋物線剖面，水平井剖面等(目前國內(nèi)用得較少)。圖10-7定向井剖血類型圖10—7中所示的為各種定向井井身剖面類型，定向井工程設(shè)計人員可根據(jù)鉆井目的、地質(zhì)要求等具體情況，選用合適的剖面類型，進行定向井設(shè)計。表10-1定向井剖面類型用途序號剖面類型用途、特點斜直井開發(fā)淺層油、氣藏2二段制開發(fā)淺層油、氣藏3三段制常規(guī)定向井剖面、應(yīng)用較普遍4多目標(biāo)井、不常用5四段制多目標(biāo)井，不常用6用于深井、小位移常規(guī)定向井7五段制用于深井、小位移常規(guī)定向井89懸鏈線中、深井、大水平位移井。鉆具摩阻小二次拋物線雙增剖面深井大位移井，多目標(biāo)井水平井圓弧單增型水平井雙增型水平井按定向井設(shè)計井身剖面在空間坐標(biāo)系中的幾何形狀，又可分為兩維定向井剖面和三維定向井二維定向井剖面是指設(shè)計井眼軸線僅在設(shè)計方位線所在的鉛垂平面上變化的井。三維定向井剖面是指在設(shè)計的井身剖面上，即有井斜角的變化又有方位角的變化。三維定向井(見圖10—8)。2)井深剖面設(shè)計原則(2)最大井斜角(3)井眼曲率100m,最大不超過16°/100m。5°~16°/100m。②轉(zhuǎn)盤鉆增斜井段的增斜率?。?°~8°/100m。③轉(zhuǎn)盤鉆降斜段利用鐘擺鉆具或光鉆段、扭方位井段和增(降)斜井段的井眼長a?——套管屈服極限，Pa;4)井身剖面的設(shè)計方法定向井井身剖面的設(shè)計方法大致可歸納為圖板法、作圖法、解析法三種。(1)圖板法采用圖板法進行井身剖面設(shè)計需要預(yù)先制作出不同增斜率和不同降斜率的各種標(biāo)準(zhǔn)曲線圖板。然后根據(jù)設(shè)計井的剖面類型以及垂直井深和水平位移等參數(shù)。選用合適的曲線圖板進行查算。設(shè)計三段制井身剖面，只需要一張增斜曲率圖板。在圖板上找出造斜點以下斜井段的垂增與設(shè)計水平位移的交點，即可從圖上讀出最大井斜角的近似值，井身剖面的其它參數(shù)也可以近似地在圖板和附表上查算出來。圖板法只適用于三段制和“S”型(四段制和五段制)剖面。(2)作圖法作圖法是根據(jù)已給出的條件，應(yīng)用平面幾何作圖的原理，畫出符合設(shè)計要求的井身剖面圖。由于計算機在石油現(xiàn)場的廣泛應(yīng)用，上述兩種井身剖面設(shè)計方法在我國已很少采用。所以本節(jié)將重點介紹解析法。(3)解析法解析法是根據(jù)給出的設(shè)計條件，應(yīng)用解析公式計算出剖面上各井段的所有井身參數(shù)的井身設(shè)計方法。在使用計算機的條件下；還可同時繪出設(shè)計井身的垂直投影圖和水平投影圖。解析法進行井身剖面設(shè)計所用公式如下。;△S=△H×tga”b.各井段的井身計算△L?=√H+S?-2R?S△S=△H×tga”C.設(shè)計計算中特殊情況的處理式來求最大井斜角α②當(dāng)2Ro-So=0時，可用下式求最大井斜角α③當(dāng)H2?+S2?-2R?S?<0時，說明此種剖面不存在，此時應(yīng)該改變設(shè)計條件，改變造斜點深(4)設(shè)計方法舉例例1某定向井設(shè)計全井垂深H=2000m,總水平位移S=600m,設(shè)計方位角φ為120°,上⑤選擇造斜率K為7°/100m。根據(jù)造斜率計算造斜井段的曲⑥計算最大井斜角α=24.39°△H?=338.05m△S?=73.07m△L,=348.48m△H?=2000-500-338.05=1161.95m△S,=526.93m△L?=1275.85m整理計算結(jié)果得表10—2。段長井深井斜角垂增△H,m垂深H,m平增△S,m位移S,m直井段000增斜段848.48338.05838.0573.0773.07穩(wěn)斜段2124.3324.392000526.93例1某定向井設(shè)計全井垂深H=2500m,總水平位移S=1380m,要求垂深在1500m處，水平位移860～890m,α”=15°。試設(shè)計成“S型”井眼。Y:20548829.9Y:20549630=2120.731mS?=1380-300×tg15°+1432.39×(1-cos15)=1348.423mR。=R?+R?=2250.90mS=R?(1-cosamax)+(Hu-H?-R,sinamax)×tgamx=818.51(1-cos54.53)+(1500-450-818.51×sin54.53)×tg54.53°=881.753m△S?=818.51×(1-cos54.53)=343.62m=779.085m=495.377m=495.377×cos54.53°=287.414m△S?=495.377×sin54.53?=403.475m△H?=1432.39×(sin54.53°-sin15)=795.93m△S?=1432.39×(cos15°-cos54.53)=552.523m=988.4m=3023.44m△S?=△H·tg.15?=300×tg15?=80.385m△L×=310.583m.FC⑤井眼曲率校核(略)的套管鞋位置處在斜直井段為宜。并距離增(降)斜井段與斜直井段分界點不少于150m。表10-3“S”型井身剖面計算數(shù)據(jù)段長井深井斜角垂增垂深平增位移H,m直井段000增斜段666.66穩(wěn)斜段495.377287.414403.475降斜段2712.861穩(wěn)斜段80.385目標(biāo)點1470.69881.753目標(biāo)點22)常規(guī)定向井常用套管程序(供設(shè)計人員參考)④20”+133/g"+9?/"+51/3.常用鉆具組合及鉆井參數(shù)設(shè)計定向井常用的鉆具組合，按其用途可以分為：彎接頭帶井下馬達造斜鉆具，增斜鉆具、增斜鉆具、微增斜鉆具和降斜鉆具五種鉆具組合。根據(jù)設(shè)計井每個井段剖面形狀，選用合理的下部鉆具組合和相應(yīng)的鉆井參數(shù)，使鉆出的井眼沿設(shè)計井眼軌跡前進，這是定向井井眼軌跡控制的重要下面分別討論定向井下部鉆具受力分析和各種不同用途的下部鉆具組合。定向井鉆井進尺大部分是用轉(zhuǎn)盤鉆井方式完成的。因此，掌握轉(zhuǎn)盤鉆井井眼軌跡控制原理具(1)影響定向井井眼軌跡的因素影響定向井井眼軌跡的主要因素有：地質(zhì)因素；巖石可鉆性，不均勻性及其各向異性，地應(yīng)力以及地層傾角和傾向等；下部鉆柱組合、鉆井參數(shù)；鉆頭類型及與地層的相互作用。井眼軌跡變化是上述諸因素互相作用和平衡的結(jié)果。井眼軌跡模擬程序國內(nèi)外仍處于研究階段，目前還沒有可以通用的數(shù)學(xué)力學(xué)模型能反映井眼軌跡與上述因素之間的函數(shù)關(guān)系。目前可以應(yīng)用利用隨鉆測量及地區(qū)經(jīng)驗調(diào)整下部鉆具組合和鉆井參數(shù)。(2)下部鉆柱力學(xué)性能及其對井眼軌跡的影響前述影響井眼軌跡的地質(zhì)因素是客觀存在的。鉆頭類型及結(jié)構(gòu)特征一般是從提高鉆速的目的來考慮，從軌跡控制方面來考慮鉆頭尚無充分選擇的余地。因此，下部鉆柱組合和鉆井參數(shù)是井任何下部鉆柱組合的力學(xué)性能都要集中反映在鉆頭上，表示下部鉆柱組合力學(xué)性能的基本特傾角，θ;圖10—9為上述各特征量定義的示意圖。時的鉆頭側(cè)向力和鉆頭軸線投影；井斜力Fy沿井眼高邊方向線，即井底處井眼軸線所在垂直平面與井底平面的交線，F(xiàn)、為正，表示指向井眼上側(cè)，反之表示指向井眼下側(cè)。Fy反應(yīng)增斜或降斜趨勢。方位力Fx在井底平面內(nèi)與Fy垂直。該力在高邊方位右側(cè)時表示增方位趨勢，左側(cè)為減方位趨勢。鉆頭傾角θ為井底井眼軸線的切線與鉆頭偏轉(zhuǎn)軸線之間的夾角。正的為鉆頭向上翹。鉆頭扭轉(zhuǎn)角y為鉆頭偏轉(zhuǎn)軸線與前述高邊方位線之間的夾角。不同類型的鉆具組合的上述特征量對其性能的影響差別很大。由于鉆柱轉(zhuǎn)動，上述特征量是脈動的，即受鉆柱運動狀態(tài)的影響。對多穩(wěn)定器的穩(wěn)斜鉆具組合，側(cè)向力是主要的，鉆頭轉(zhuǎn)角很小。因此，可以只按側(cè)向力來調(diào)整鉆具組合。對增斜鉆具，鉆頭側(cè)向力很大(103至10?N),因此，側(cè)向力起控制作用，轉(zhuǎn)角影響次對降斜鉆具，鉆頭側(cè)向力和轉(zhuǎn)角同等重要，對常規(guī)定向井鉆具，鉆頭側(cè)向力指向井眼下側(cè)。圖10-9鉆頭側(cè)向力及空間轉(zhuǎn)角示意圖而鉆頭向上翹，即向上偏轉(zhuǎn)。因此，降斜鉆具的性能決定于井斜角、鉆壓和鐘擺長度之間的平衡關(guān)系。降斜鉆具可降斜，增斜或穩(wěn)斜。b.影響下部鉆柱組合性能的基本參數(shù)影響下部鉆柱性能的參數(shù)很多，按顯著性排列的順序是：①穩(wěn)定器位置和個數(shù)——決定鉆柱組合類型的基本參數(shù)；②穩(wěn)定器直徑或穩(wěn)定器與井眼的間隙；③原井眼曲率——井斜變化率和方位變化率；④井斜角；⑤鉆壓；類型L?L?A增斜率弱中強強增方位率弱中強強圖10-10基本增斜鉆具組合⑧穩(wěn)定器類型。(a)基本的鉆具組合形式圖10—10為基本的增斜鉆具組合形式。圖中L?、L?均為一單根鉆鋌長度，L?和L?對不同尺寸鉆鋌有不同的長度值，這將在下面闡述。圖中已注明各種組合的增斜能力和穩(wěn)方位能力。L?長度見圖10—11,L?、L?長度均為一單根鉆鋌。除了考慮增斜能力和穩(wěn)方位能力外，還必需考慮減小井下阻卡和防止鉆具事故。以下各點為考慮阻卡時的鉆具組合設(shè)計。①大井斜角和泥漿性能欠佳時，宜采用穩(wěn)定器少的組合，如雙穩(wěn)定器，甚至單穩(wěn)定器組合。但需考慮方位漂移而留有足夠的超前角。②在增斜鉆進后需要鉆穩(wěn)斜井段時，宜采用多穩(wěn)定器增斜鉆具組合。特別是在硬地層井段，需考慮此原則，否則應(yīng)注意在下穩(wěn)斜鉆具之前的劃眼措施。③多穩(wěn)定器的增斜鉆具有利于方位穩(wěn)定。如果泥漿性能良好，井下情況正常，那么,在圖10—10中B4型組合頂扶正器之上一至二個單根可再加穩(wěn)定器。鉆頭之上緊接兩個扶正器雖有利于穩(wěn)定方位，但增斜能力顯著降低，阻卡嚴(yán)重，Bf組合增斜力最強，但方位漂移嚴(yán)重，只在大井斜角時采用。(b)由穩(wěn)定器間距控制增斜率圖10—10中，各種組合的L]、L2、L?、L?均可調(diào)整，以便得到合適的增斜率。不推薦調(diào)節(jié)L?(鉆頭與近鉆頭穩(wěn)定器間距),因造斜強度對L?長度對于敏感。L?過大會使造斜力Fx低，增斜率小或不增斜。L?太小(例如穩(wěn)定器扶正棱下側(cè)與鉆頭面間距小于0.7m),增斜率低或不增斜。雖然理論上計算鉆頭側(cè)向力大，但該力是虛假的。因為近鉆頭穩(wěn)定器與鉆頭相連，使其類似于剛體，其間幾乎無彈性變形。推薦L?值如下：推薦調(diào)節(jié)L?(近鉆頭穩(wěn)定器與第二個穩(wěn)定器間距)。與L?類似，L?也有一個有效長度范圍。如果L?太小，增斜鉆具將穩(wěn)斜或降斜，反之L?太大；L?段鉆鋌與井壁接觸，有效L?長度是在合適的高鉆壓下，L?段近乎與井壁接觸。圖10—11表示有效L2長度的示意圖。圖10—12為常用121/4”和81/2"井眼在合適高鉆壓下的L?隨井斜角變化(按三維靜態(tài)有限元計算)。使用圖10—12時應(yīng)注意，有效長度L?是完全按鉆柱力學(xué)計算畫的。實際增斜率還受地質(zhì)因素影響。在井斜角大(如大于65℃)時，即使采用圖10-11中的B種鉆具組合，也會得到較圖10-12井斜角對增斜鉆具L?有效長度的影響高的增斜率。這在國內(nèi)外大斜度定向井和水平井的實踐中已得到證實。L?段的長度過長，會導(dǎo)致鉆鋌緊壓下井壁，將造成以下危害：①造成無磁鉆鋌磨損。L2段一般為一至二根無磁鉆鋌；②下部鉆柱組合性能一般不易掌握，這就是井斜和方位變化的原因。在一次下鉆后的鉆進中，井斜角逐步增加，開始時的L?是合適的，到起鉆時L?可能過長。這時宜按預(yù)計起鉆時的L?調(diào)整鉆具組合。在上述有效L?長度范圍內(nèi)調(diào)整，可得到不同的增斜率，增斜率隨L?長度增加而增加。(c)穩(wěn)定器與井眼間隙的影響穩(wěn)定器與井眼間隙總是存在的，間隙來源于以下幾個方面：②鉆頭鉆出的井眼直徑比鉆頭直徑大，由于牙輪鉆頭結(jié)構(gòu)的原因，軟地層牙輪鉆頭鉆出的井眼直徑比硬地層鉆出的井眼大。近鉆頭穩(wěn)定器與井眼間隙影響很大。其規(guī)律是：隨間隙增加，井斜力Fy降低，增方位力Fx增加。由于軟地層中，間隙一般較大。因此軟地層方位向右漂移一般均較顯著,增斜率相應(yīng)低。第二個和第二個以上各穩(wěn)定器間隙不減小鉆頭增斜力，但增加方位力。當(dāng)扭矩大或起下鉆阻卡嚴(yán)重時，或在大斜度定向井中，應(yīng)減小第二個以后的穩(wěn)定器直徑，以減緩下鉆阻卡，對常用鉆上述井眼擴大對井眼軌跡影響的機理，在施工中可適當(dāng)加以利用。如果增斜率不夠，打完一(d)原井眼曲率對增斜鉆具性能的影響井眼曲率包括井斜變化率和方位變化率。在變化下部鉆具組合時，原井眼曲率的影響較大。總的規(guī)律是鉆頭具有保持原井眼變化趨勢的“慣性”。在降斜井段下增斜鉆具時，會有一段繼續(xù)微降斜或穩(wěn)斜的井段才過渡到增斜，在增斜段下降原井眼井斜變化對新井眼井斜變化率影響很大，而對方位變化率影響小，同樣，原井眼方位變化也主要只影響新井眼方位，對井斜影響小。上述特性在施工中應(yīng)特別重視。有時預(yù)計的井斜或方位不能實現(xiàn)，這不一定是鉆具組合設(shè)計不合適。若待鉆井眼留有足夠長度，那么降低鉆壓鉆出一穩(wěn)斜或穩(wěn)方位井段，則上述“慣性”趨(e)井斜角對增斜鉆具性能的影響井斜角對增斜鉆具性能的影響表現(xiàn)在下述三方面：在中硬或硬地層中這一特性較顯著。由于穩(wěn)定器側(cè)向力也隨井斜角增加而增加，隨之而來的是在軟地層中，穩(wěn)定器切削下井壁，使鉆頭實際增斜能力降低。甚至不增斜。部鉆柱趨近于在垂直平面內(nèi)彎曲和橫向振動。③隨著井斜角增加，鉆頭井斜力和方位力變化幅值均降低，而變化頻率基本不變?；谏鲜龊髢煞N原因，在井斜角較大時，采用加重鉆桿加鉆壓不會引起加重鉆桿疲勞破壞。(f)鉆鋌剛度對增斜鉆具性能的影響在121/4”井眼中宜采用8”鉆鋌，在81/2”井眼中，采用61/4”鉆鋌。同理，圖10—10中不同類型穩(wěn)定器與井壁間摩擦，對井壁滾壓和切削等特性不同，由此，影響下部鉆具組合運動狀態(tài)。因此，穩(wěn)定器類型對方位角的影響大于對井斜角的影響。在硬地層中，由于地質(zhì)和巖性因素，一般方位漂移較軟地層中小。因此，即使采用滾輪穩(wěn)定器，對方位角影響并不顯著。但在軟或中硬地層中。滾輪穩(wěn)定器造成的方位漂移比螺旋穩(wěn)定器大。(h)鉆壓對增斜鉆具性能的影響對圖10—10所示各種增斜鉆具，井斜力和方位力均隨鉆壓增加而增加。因此，改變鉆壓可在小范圍內(nèi)改變增斜鉆具的增斜率。按圖10一12設(shè)計的增斜鉆具中的L?長度確定后，鉆壓不應(yīng)超過圖中所示值。(i)轉(zhuǎn)速對增斜鉆具性能的影響圖10—10中各種增斜鉆具的井斜力均隨轉(zhuǎn)速的增加而減小。轉(zhuǎn)速對增斜性能影響的機理是轉(zhuǎn)動改變下部鉆柱的運動狀態(tài)。在低轉(zhuǎn)速下，鉆柱各截面繞鉆柱自身軸線附近作橫向振動。隨著轉(zhuǎn)速增加。橫向振幅增加，甚至下部鉆柱失去運動穩(wěn)定性。鉆頭也不再具有穩(wěn)定的指向，因此井斜力均值降低。但是，用改變轉(zhuǎn)速來控制井眼軌跡的措施并不可取，因為轉(zhuǎn)速使下部鉆具橫向振動顯著加劇，這會導(dǎo)致下部鉆具過早疲勞失效。在引起鉆鋌疲勞失效的各種振動中，橫向振動影響最大。鉆壓、轉(zhuǎn)速、井斜角、下部鉆具組合等相互作用會形成下部鉆柱復(fù)雜的運動狀態(tài)，這種運動狀態(tài)對軌跡的影響還有待深入研究。d.穩(wěn)斜鉆具組合圖10一13為基本穩(wěn)斜鉆具組合。調(diào)整L?長度可改變井斜力大小和指向，但井斜力和方位力均很小。三維動態(tài)有限元力學(xué)計算表明，穩(wěn)斜鉆具井斜力隨井斜角增加而降低。因此，穩(wěn)斜鉆具在井斜角小時微增斜，井斜角大時微降斜。在軟或中硬地層，由于井徑擴大，此特性更為明顯。此特性說明在井斜角大時，如大于30°,需采用微增斜鉆具才能穩(wěn)斜。穩(wěn)斜鉆具組合方式有多種形式，在施工中根據(jù)地層，增降斜趨勢等調(diào)整。如前所述，在井斜角大于30°,可能需要微增斜鉆具穩(wěn)斜，當(dāng)井眼和地層夾角大于65°時，造斜率高，可能需要微圖10-13基本的穩(wěn)斜鉆具組合L?=0.5～1.2m;L?=4.0～7.e.降斜鉆具圖10—14為基本的降斜鉆具組合，L?稱為鐘擺長度。與增斜鉆具類似，L?也存在一有效長度，即鐘擺段與井壁近乎接觸時的L?長度。隨井斜角增加，有效L?長度減小。如前所述，鉆壓，鐘擺長度L?和井斜角對降斜鉆具井斜力和鉆頭傾角均有影響。掌握其平衡關(guān)系十分重要。圖圖10-14基本降斜鉆具組合井斜角，°圖10-15降斜鉆具的有效鐘擺長度10—15提供了121/4”和81/2”兩種井眼的有效L2長度與井斜角和鉆壓關(guān)系。應(yīng)注意的是，即使采用如圖10-15的鐘擺長度L2,如果鉆壓過大也不會降斜，因為鉆頭傾角隨鉆壓增加而增加。(3)地質(zhì)因素和鉆頭結(jié)構(gòu)對井眼軌跡的影響實際井眼軌跡是下部鉆柱力學(xué)性能，地質(zhì)因素和鉆頭與巖石相互作用的結(jié)果。有時同一鉆具組合在不同構(gòu)造或同一井中的不同井段會表現(xiàn)出不同性能。一般較硬的地層巖石，如石灰?guī)r，白云巖，硬砂巖，火山噴發(fā)巖等具有弱各項異性，井眼軌當(dāng)采用牙輪鉆頭時，由于硬地層牙輪背錐側(cè)切作用弱，牙輪無移軸，因此方位會比較穩(wěn)定。但當(dāng)向和兩向水平主應(yīng)力差會造成井底各向應(yīng)力狀態(tài)差異，井眼有沿易于破碎的方向鉆進的趨勢。對于地層傾角小的軟地層巖石，如泥巖、頁巖，軟砂巖或砂泥巖互層，巖石各向異性強，地層傾角和傾向影響小。又由于這類地層多采用有移軸的牙輪鉆頭鉆進，牙輪背錐具有一定側(cè)切能在斷層切割的構(gòu)造鉆定向井，井斜和方位受地層傾角和傾向，各向異性和地應(yīng)力影響，其規(guī)律有2)定向井常用鉆具組合(1)彎接頭帶動力鉆具——造斜鉆具這種造斜鉆具組合是利用彎接頭使下部鉆具產(chǎn)生一個彈性力矩，迫使井下動力鉆具(螺桿鉆具或渦輪)驅(qū)動鉆頭側(cè)向切削，使鉆出的新井眼偏離原井眼軸線，達到定向造斜或扭方位的目的。造斜鉆具的造斜能力與彎接頭的彎曲角和彎接頭上邊的鉆鋌剛性大小有關(guān)。彎接頭的彎曲角越大，彎接頭上邊的鉆鋌剛性越強則造斜鉆具的造斜能力也越強，造斜率也越高。彎接頭的彎曲角應(yīng)根據(jù)井眼大小，井下動力鉆具的規(guī)格和要求的造斜率的大小選擇?，F(xiàn)場常用彎接頭的角度為1°~2.5°,一般不大于3°彎接頭在不同條件下的造斜率見表10—4。(2)增斜鉆具增斜鉆具組合一般采用雙穩(wěn)定器鉆具組合。增斜鉆具是利用杠桿原理設(shè)計的。它有一個近鉆頭足尺寸穩(wěn)定器作為支點，第二個穩(wěn)定器與近鉆頭穩(wěn)定器之間的距離應(yīng)根據(jù)兩穩(wěn)定器之間鉆鋌的剛性(尺寸)大小和要求的增斜率大小確定。一般20～30m。兩穩(wěn)定器之間的鉆鍵在鉆壓作用下，產(chǎn)生向下的彎曲變形，使鉆頭產(chǎn)生斜向力，井斜角隨著井眼的加深而增大。增斜鉆具組合應(yīng)用的鉆井參數(shù)應(yīng)根據(jù)下部鉆具的規(guī)格，兩穩(wěn)定器之間的距離和要求的增斜率(3)微增斜鉆具微增斜鉆具組合在井下的受力情況和增斜鉆具相同。主要是通過減小近鉆頭穩(wěn)定器與2號穩(wěn)定器的距離或減小近鉆頭穩(wěn)定器的外徑尺寸(磨損的穩(wěn)定器),減小鉆具的造斜能力。微增斜鉆具用于鉆進懸鏈線剖面，二次剖物線剖面等要求低增斜率的井段。也可用于因地面因素使穩(wěn)斜鉆具達不到穩(wěn)斜效果，故呈現(xiàn)降斜趨勢的井段。采用合適的微增斜鉆具可以收到理想的穩(wěn)斜效果。(經(jīng)驗數(shù)據(jù))單位：°/30m工具尺寸63/4”8”9'z”彎接頭井眼尺寸造斜率井眼尺寸造斜率井眼尺寸造斜率井眼尺寸造斜率井眼尺寸造斜率井眼尺造斜率6”4°30′15”53°457”(4)穩(wěn)斜鉆具穩(wěn)斜鉆具組合是采用剛性滿眼鉆具結(jié)構(gòu)，通過增大下部鉆具組合的剛性，控制下部鉆具在鉆壓作用下的彎曲變形，達到穩(wěn)定井斜和方位的效果。常用的穩(wěn)斜鉆具組合是：鉆頭十近鉆頭穩(wěn)定器十短鉆鋌(2-3m)十穩(wěn)定器十單根鉆鋌(9～10m)+穩(wěn)定器子鉆鍵+因地層因素影響方位漂移嚴(yán)重的地層，可以在鉆頭上串聯(lián)兩個穩(wěn)定器，對于穩(wěn)定方位和井斜(5)降斜鉆具降斜鉆具一般采用鐘擺鉆具組合，利用鉆具自身重力產(chǎn)生的鐘擺力實現(xiàn)降斜目的。根據(jù)設(shè)計剖面要求的降斜率和井斜角的大小，設(shè)計鉆頭與穩(wěn)定器之間的距離，便可改變下部鉆具鐘擺力的降斜井段的鉆井參數(shù)設(shè)計，應(yīng)根據(jù)井眼尺寸限定鉆壓，以保證降斜效果，使降斜率符合剖面①優(yōu)選平臺或井場(以下稱平臺)個數(shù)。⑤優(yōu)選從式井組各井井口與目標(biāo)點間的井眼軌跡形狀。開發(fā)一個大的油、氣田，采用叢式井進行開發(fā)需要建造多個平臺，每一個平臺上鉆多少口井是進行叢式井總體設(shè)計的第一步。應(yīng)該指出，不是建造的平臺越少，每個平臺鉆的井越多越好。但是，同時會增加井深和水平位移，增大井斜角，從而會增加鉆井，測井，試油和采油的施工難度和工作量，延長了油井的投產(chǎn)時間，也提高了鉆井、測井、固井和試油的成本，影響整個油田的投資效益。因此，優(yōu)化叢式井總體設(shè)計方案的總的原則應(yīng)該是：滿足油田整體開發(fā)布署要求，有利于加速鉆井、試油、采油、集輸?shù)裙こ痰慕ㄔO(shè)速度，降低建井和油田基本建設(shè)的總費用，提高油田的投資效益。1.優(yōu)選平臺(或井場)個數(shù)優(yōu)化叢式井總體設(shè)計是一項復(fù)雜的工作，首先應(yīng)根據(jù)油田的含油面積，構(gòu)造特征、開發(fā)井網(wǎng)的布局、井?dāng)?shù)，目的層垂直深度、地面條件、油田開采對鉆井工作的工藝技術(shù)要求(造斜點深度、井眼曲率，進入油層的井斜角等)和建井過程中每個階段各項工程費用成本構(gòu)成進行綜合性經(jīng)濟技術(shù)論證。在此基礎(chǔ)上，測算出每一個平臺能夠控制的含油面積和每一個叢式井平臺的井?dāng)?shù)。然后，按照某種優(yōu)化原則(最大井斜角或最大水平位移等)對所有目標(biāo)點優(yōu)化組合，經(jīng)反復(fù)修改和計算，達到理想的分組效果(滿足預(yù)定的優(yōu)選精度)。優(yōu)化組合的并組數(shù)就是需要建造的平臺數(shù)。2.優(yōu)選平臺位置根據(jù)每個平臺上各井井底位置(目標(biāo)點)和地面條件及上述優(yōu)選平臺個數(shù)時考慮的有關(guān)因素，優(yōu)選平臺位置。優(yōu)選平臺位置可按照平臺中已位置的優(yōu)選原則(如：叢式井組內(nèi)井身總長度最短、井組內(nèi)水平位移總長最小等)進行優(yōu)選。通過改變平臺中心位置和優(yōu)選條件反復(fù)進行計算，直到選出最佳平臺位置。3.優(yōu)選地面井口的排列方式根據(jù)每一個叢式井平臺上井?dāng)?shù)的多少選擇平臺內(nèi)地面井口的排列方式。根據(jù)平臺內(nèi)各井目標(biāo)點與平臺位置的關(guān)系確定各井目標(biāo)的布局。叢式井地面井口排列方式應(yīng)有利于各井組的鉆機互相支援。使達到總體鉆完井組的時間最短。叢式井平臺內(nèi)井口的排列方式如下：①“一”字形單排排列。適合于叢式井平臺內(nèi)井?dāng)?shù)少的陸地叢式井。有利于鉆機及鉆井設(shè)備移動。井距一般為3～5m。②雙排或多排排列。適合于一個從式井平臺上打多口井(十口至幾十口)。為了加快建井速度和縮短投產(chǎn)時間，可同時動用多臺鉆機鉆井。同一排里的井距一般為3～5m,兩排井之間的距離一般為30—50m。③環(huán)狀排列，方形排列。這兩種井口排列方式適用于在陸地或淺海人工島上鉆叢式井，在一個叢式井平臺上鉆幾十口井?？刹捎枚嗯_鉆機同時鉆井。④網(wǎng)狀密集排列。適用于海上叢式井平臺。由于海上平臺造價高、使用面積小，密集排列可以充分利用叢式井平臺的有效面積，用于鉆井、采油。井距一般2～3m。根據(jù)叢式井平臺內(nèi)各井目標(biāo)點相對于平臺井口位置的方位，合理分配平臺上各井口相對應(yīng)的目標(biāo)點，作到布局合理，避免出現(xiàn)兩井交叉，減少鉆井過程中井眼軌跡控制的難度。4.優(yōu)選井組內(nèi)各井口與目標(biāo)間的井眼軌跡形狀根據(jù)上述叢式井平臺個數(shù)和位置的優(yōu)選結(jié)果及確定的平臺井口布局，優(yōu)化每口井的剖面設(shè)計和確定鉆井順序，也是叢式井設(shè)計的重要內(nèi)容。叢式井井身剖面設(shè)計中除了應(yīng)遵循常規(guī)定向井設(shè)計的原則外，應(yīng)著重注意造斜點的選擇。選擇的原則是使每兩口相鄰叢式井的造斜點深度要相互錯開，錯開的距離應(yīng)不小于30m。鉆井順序應(yīng)先鉆水平位移大，造斜點位置淺的井，后鉆水平位移小造斜點深的井。這樣做的目的是為了防止在定向造斜時，磁性測斜儀器因鄰井套管影響發(fā)生磁干擾。有利于定向造斜施工和井眼軌跡控五、水平井設(shè)計1.水平井剖面類型率半徑水平井，中曲率半徑水平井，小曲率半徑水平井三類(圖10一16)。人們應(yīng)根據(jù)不同的圖10-16·水平井剖面類型大曲率半徑水平井可以采用常規(guī)定向鉆井工藝技術(shù)完成。造斜率與常規(guī)定向井一樣，5°~16°/100m。特點是工藝簡單，可以達到較大的水平延伸井段(加拿大ESSO公司1986年完成了K—50X井，水平井段延伸長達1223m,最大限度地鉆穿油層，增大油層的裸露面積，從而提高油井產(chǎn)量和采收率。尤其是低滲透油藏和裂縫性油藏效果更佳。2)中曲率半徑水平井中曲率半徑水平井一般采用圓弧單增剖面或變曲率單增剖面。增斜井段的增斜率為6°~25°/10m。從垂直井段至水平井段的斜井段長50～150m。中曲率半徑水平井增斜率的取值范圍較大，可以根據(jù)工藝裝備所能達到的條件和實際需要合理設(shè)計。中曲率半徑水平井工藝難度大。由于這種剖面增斜井段的井眼曲率大，拐彎半徑小，需應(yīng)用撓性耐磨短鉆桿，撓性非磁鉆鋌。增斜時需用彎接頭和彎外殼井下馬達組成的造斜鉆具組合，鉆水平井段一般需用雙斜接頭加井下馬達，以利于井眼軌跡控制。3)小曲率半徑水平井小曲率半徑水平井的造斜率高達4～10°/1m,所以又叫急拐彎井或徑向水平井。小曲率半徑水平井可用于老油層套管開窗，利用老井進行二次采油，三次采油。尤其是對開發(fā)低滲透率油層，低壓油層和垂直裂縫發(fā)育的油層，可以提高油井產(chǎn)量，提高采油速度和采收率。小曲率半徑水平井要求的工藝技術(shù)難度大，鉆井成本高。它需要具備特殊的定向造斜裝備和專用的柔性造斜鉆具組合及柔性穩(wěn)斜鉆具組合。1)水平井剖面形狀(1)雙增剖面直井段一增斜段一穩(wěn)斜段一增斜段一水平井段(圖10-17)。這種剖面井眼曲率變化平緩，施工難度小，達到的水平延伸段長。適用于油層埋藏深，水平位移大的井。鉆具與井壁磨擦力小。該剖面屬于大曲率半徑水平井的一種。(2)變曲率單增剖面。垂直井段一增斜段一水平井段。這種剖面適用于大曲率半徑的水平井。(3)圓弧單增剖面垂直井段一圓弧段一水平井段。中曲率半徑和小曲率半徑的水平井均使用此種剖面。大曲率半徑水平井也可使用此種剖面。圓弧單增剖面從垂直段至水平段的斜井段長度可以減少，可用于油層埋藏深度較淺的井，2)設(shè)計依據(jù)S?=R?(1-cosx)H?=R?(1-sina)H?=L?cosaS?=L;sina某油田計劃鉆一口水平井，設(shè)計垂直井深2500m,目的層進入點的水平位移1000m,要求水平井段長度300m,設(shè)計方位80°試用雙增剖面進行該水平井的剖面設(shè)計。MD=H?+L?+L?+L?+S?R?=|R?-R?lH?=H-H?-R?K?——第一次增斜率，/100m;K?——第二增斜率，/100m。H=2500mS?=1000m選擇造斜點深500米，H?=500米③計算第一次增斜終了的井斜角α。=1.81°+15.52°=17.33°=17°19'38”H?=954.93·sin17.33=284.45mS?=954.93·cos17.33=43.35m⑤計算第二增斜段。⑥計算穩(wěn)斜段。⑦計算井眼總長度并校核。剖面計算結(jié)果符合設(shè)計要求。六、其它類型定向井的設(shè)計1.多目標(biāo)井設(shè)計多目標(biāo)井，即在斷塊油田上鉆一口井可以穿過非垂直剖面上的多套含油、氣層(多個目標(biāo)區(qū)),起到一口井頂替多口直井的作用，具有很好的經(jīng)濟效益(如圖10—18)。多目標(biāo)井同常規(guī)定向井的區(qū)別在于目標(biāo)區(qū)是一個穩(wěn)斜穩(wěn)方位的筒式靶，井身軌跡進靶時，嚴(yán)格限制在規(guī)定的井斜、方位靶區(qū)。多目標(biāo)井設(shè)計的原則：①滿足開發(fā)多目標(biāo)油氣層對井身的特殊限定條件，包括靶區(qū)范圍、井斜、方位等；②井口垂線與靶頂位置的距離，應(yīng)能保證造斜段在限定的增斜率范圍內(nèi)，實現(xiàn)造斜鉆進。③井口位置應(yīng)盡量設(shè)計在靶區(qū)中心線方位上，減少扭方位的工作量。圖10-18多目標(biāo)井示意圖2.救援井設(shè)計在作救援井設(shè)計時，先要正確的選擇“目標(biāo)區(qū)”。然后再準(zhǔn)確的確定“目標(biāo)點”。這是兩個不同的概念，應(yīng)分別加以考慮。1)目標(biāo)區(qū)的選擇這里所說的目標(biāo)區(qū)，指的是救援井的井底最終要鉆到噴井井眼的那個部位，通?？梢怨┤藗冞x擇的有兩種目標(biāo)區(qū)。其一是使救援井直接鉆到噴井的噴層位置，使兩個井眼在噴層內(nèi)互相靠近，并且聯(lián)通。一般情況下，噴層都是處于噴井井底的時候居多。其二是選擇噴井井身中部的一個適當(dāng)位置作為救援井的目標(biāo)。也就是采用中途攔截的辦法。一個負責(zé)鉆救援井的工程師，出于壓井效果的考慮，在設(shè)計救援井之前，必須對這兩種目標(biāo)區(qū)加以周密的分析，作出正確的選擇。一般來說，把救援井的目標(biāo)區(qū)定在噴層位置比較容易實現(xiàn)壓井，是徹底封堵噴井，杜絕后患的最好方法。因為，既然是噴層，除去它有相當(dāng)大的產(chǎn)能以外，還必定是一個滲透性或連通性較好的層位。在噴層內(nèi)，噴井井眼的周圍形成一個泄壓區(qū)。噴層內(nèi)的氣、油或水在這個區(qū)域內(nèi)形成以噴井為中心的向心流動，因此，只要救援井的井眼鉆到這個泄壓區(qū)內(nèi)，由救援井泵入的液體必然會向著噴井方向流動，并進入噴井。當(dāng)然，這兩個井眼相距越近，則聯(lián)通越容易。2)目標(biāo)點的確定所謂“目標(biāo)點”,指的是噴井在噴層中的井底位置。這個位置確定的準(zhǔn)確與否，對于救援井能否與噴井順利聯(lián)通關(guān)系很大。這是作救援井設(shè)計時必須慎重考慮的問題。一般的作法是利用噴井井眼軌跡的水平投影圖和噴井井底的垂直井深來確定目標(biāo)點的位置。由此看來，噴井有沒有準(zhǔn)確的測斜數(shù)據(jù)和有關(guān)的錄井資料，對于能否準(zhǔn)確的確定目標(biāo)點是至關(guān)重在多數(shù)情況下，這種井在發(fā)生井噴之前，靠近井底相當(dāng)長的井段內(nèi)沒有測井資料，也就無法計算采用的方法是，首先分析與噴井相近的每個已完成井的井斜數(shù)據(jù)，再結(jié)合噴井井位在油田地質(zhì)構(gòu)造上所處的位置，并參考各井所用的井底鉆具組合，找出該井底部的井眼軌跡變化規(guī)律，然后，推算出發(fā)生井噴時的井底位置，以這個位置作為救援井的目標(biāo)點。3)救援井井位的選擇鉆救援井之前，如何選擇好它的井口的地理位置，是很重要的。除去需要考慮地形，地貌和交通條件之外，還要考慮下列三個問題，即“地層的自然造斜規(guī)律”,“季節(jié)性的氣候和風(fēng)向”以及“救援井與噴井兩個井口之間的安全距離”。這幾個問題直接關(guān)系著救援井能否順利地進行工作和救援任務(wù)的成功與失敗。當(dāng)這幾個問題互相矛盾的時候，就要全面分析找出其中哪個問題是最主要而不能違犯：哪個問題又是次要的。救援井的地面井位必須處于噴井上風(fēng)方向。這樣，才不致于讓噴井的噴出物嚴(yán)重的污染救援井的井場。以保持救援井得以正常的進行工作。尤其是當(dāng)噴井處于著火狀態(tài)的時候，這個問題顯得更4)救援井與噴井兩個井口之間的距離確定救援井與噴井兩個井口之間的距離，主要從兩個方面來考慮。(1)確保最佳井斜角定向井工作者都很清楚，一口定向井的最大井斜角控制在1凡在這區(qū)間內(nèi)的任何一個角，我們都稱它為“最佳井斜角”。根據(jù)這個原則，并結(jié)合人們選擇的理想造斜點深度以及造斜率，就不難確定救援井與噴井的距離。我們就是用這個方法來確定救援井的最大井斜角并確定它的地面井位。(2)避開地下氣串危險區(qū)鉆救援井之前，應(yīng)事先了解掌握噴井所在地的全套地層柱狀剖面，及其每個地層的巖性是非有時候，在噴井地區(qū)距離地表較淺的井段內(nèi)存在著礫石層或疏松砂層。這時在噴井井口噴出大量噴出物的同時，很可能有一部分天然氣蹩進這些礫石層和砂層中，以噴井為中心繼續(xù)向四周蹩串，尤其是當(dāng)噴井上部井段套管發(fā)生斷裂以后，出現(xiàn)這種氣串的可能性就更大。但是，由于噴井井口的泄壓作用，使地下氣串的范圍或距離又不會太遠太大。如果忽略了這上問題，誤將救援井的井位定在氣串范圍圈之內(nèi)，當(dāng)救援井鉆進到這些礫石層或砂層的時候，從噴井串過來的天然氣會突然從井口噴出，將井口噴塌以致無法下入表層套管，5)救援井井身剖面和井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(1)井身剖面類型救援井的井身剖面類型，最好是采用“三段制”。即垂直段，造斜段和穩(wěn)斜段。因為，這種剖面的曲線形狀簡單，容易施工，方位也好控制。如果施工技術(shù)良好的話，可以最大限度地縮短井眼的實際長度。從而加快鉆速，縮短鉆井周期。當(dāng)噴井為直井的時候，可以在救援井靠近井底處鉆一段短的降斜井段。使教授井與噴井兩個井眼在底部井段保持相當(dāng)近的距離平行鉆進。這樣(2)救援井套管程序設(shè)計的原則救援井套管程序設(shè)計的原則與一般的生產(chǎn)井和探井沒有很大差別。這里只討論一下技術(shù)套管技術(shù)套管的作用和一般定向井一樣，用以封固上部已鉆成的絕大部分井段，為以后的順利鉆開目的層奠定基礎(chǔ)。但是應(yīng)注意技術(shù)套管鞋的位置不要離目標(biāo)點太近。該距離最低限度不要少于套管以下適當(dāng)位置注水泥塞后側(cè)鉆。重新尋找新的目標(biāo)。如果技術(shù)套管以下的裸眼井段太短，則當(dāng)救援井與噴井不能聯(lián)通時，將會給側(cè)鉆工作增加很大困難。油層套管對救援井來說，要經(jīng)得起壓裂作業(yè)造成兩井連通，最后能滿足壓井作業(yè)的需要。因此，在作救援井設(shè)計的時候，總是把油層套管作為備用套管來對待。也就是說，當(dāng)救援井鉆達目標(biāo)點以后，如果沒有十分把握確保兩井聯(lián)通的話，就不要輕易下入這一層套管。6)救援井的施工救援井的施工技術(shù)或方法與鉆一般的定向井基本相同。不過，由于救援井有它本身的特殊任務(wù)和目的，所以，在施工中有一些問題比一般定向井要求嚴(yán)格。這樣就需要規(guī)定一個相當(dāng)小的靶區(qū)范圍。通常是以目標(biāo)點為圓心，以10m為半徑的一個圓面積作通常將救援井的目標(biāo)靶區(qū)規(guī)定為以噴井井底為圓心的一個10m半徑的圓面積。同時，在施工中；我們又以設(shè)計的井眼軌跡為軸線，以10m為半徑圍繞這個軸線形成一個假想的“圓柱”,作第二節(jié)定向井施工井眼軌跡控制技術(shù)是定向井施工中的技術(shù)關(guān)鍵。它是一項使實鉆井眼沿著預(yù)先設(shè)計的軌跡鉆達目標(biāo)靶區(qū)的綜合性技術(shù)。井眼軌跡控制貫穿鉆井的全過程。其內(nèi)容包括：優(yōu)化鉆具組合、優(yōu)選鉆井參數(shù)、采用先進的工具儀器、應(yīng)用計算機進行井眼軌跡的檢測預(yù)測、利用地層影響軌跡的自然規(guī)律等等。因此，井眼軌跡控制技術(shù)對于指導(dǎo)定向鉆井施工、減少井下復(fù)雜情況、安全優(yōu)質(zhì)鉆達目標(biāo)、實現(xiàn)鉆井目的有著重要的意義。優(yōu)良的定向鉆井工藝技術(shù)裝備，特別是先進的導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)和計算機技術(shù)，已將井眼軌跡的控制技術(shù)提高到了新的水平。井眼軌跡控制技術(shù)按照井眼形狀和施工過程，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)。根據(jù)造斜點的深度和井眼尺寸合理選擇鉆具組合和鉆井參數(shù)、嚴(yán)格控制井斜角，以減少定向造斜施工的工作量。東部地區(qū)可參照下列方法：①造斜點深度小于500m,采用鐘擺鉆具或塔式鉆具組合鉆井，嚴(yán)格控制鉆壓、最大井斜角不大于1°。②造斜點深500～1000m,采用塔式鉆具或鐘擺鉆具組合，合理選擇鉆井參數(shù)。鉆至離造斜③造斜點深度大于1000m,采用塔式鉆具或剛性滿眼鉆具組合。穩(wěn)定器和鉆鋌未進入地層前①兩測點間的測距不大于50m。③根據(jù)測斜數(shù)據(jù)進行井眼軌跡計算并繪制水平投影圖和垂直剖面投影圖。開孔要直，導(dǎo)管和表層套管的喇叭口要居中，與井口、天車中心點偏差不大于10mm。1)定向角和反扭角的確定根據(jù)垂直井段、井斜、方位、造斜點深度和造斜鉆具組合、以及地層影響井眼軌跡的規(guī)律，常用定向造斜鉆具組合為：造斜鉆頭一井下馬達(渦輪或螺桿)一彎接頭一非磁鉆鋌一鋼鉆鋌一鉆桿(見圖10—19a)。2)定向方法(1)單點定向①下入定向造斜鉆具至造斜點位置。③在測斜照相的同時，對井口鉆桿，方鉆桿，地面鉆桿進行打印。并把井口鉆桿的印痕投到轉(zhuǎn)盤面的外緣上，作為基準(zhǔn)點。④調(diào)整安置角(調(diào)整后的安置角是：設(shè)計方位角十反扭角)。鎖住轉(zhuǎn)盤、開泵鉆進。⑤定向鉆進。每鉆進一至二個單根進行一次單點測斜，根據(jù)測量的井斜角和方位角及時修正反扭角的誤差，并調(diào)整造斜工具的安置角。⑥定向造斜井斜角在東部地區(qū)一般達到8°以上，方位合適，起鉆更換轉(zhuǎn)盤增斜鉆具鉆進。(2)有線隨鉆測斜儀定向隨鉆測斜儀是比較先進的定向儀器。定向造斜時，把測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，鉆進時可從地面儀表直接讀出實鉆井眼的井斜，方位和工具面角，并控制井眼按照設(shè)計軌跡延伸。當(dāng)井斜增大到8°以上，方位合適，便可改用轉(zhuǎn)盤鉆進增斜。圖10-19定向井鉆具組合示意圖(3)無線隨鉆測斜儀(MWD)定向無線隨鉆測斜儀安裝在下部鉆具組合的非磁鉆鋌里，測量的井眼參數(shù)通過泥漿脈沖信號傳給地面儀表。無線隨鉆測斜儀既可用于井下動力鉆具走向造斜，又可用于鉆進中的連續(xù)測量，是目前先進的測量儀器。在有磁干擾環(huán)境條件下(如叢式井)的定向造斜，需采用陀螺定向。a陀螺單點定向選擇參照物，參照物應(yīng)選擇距井口50m左右易于觀察的固定目標(biāo)。②預(yù)熱陀螺不少于20min,工作正常才可下井。⑥起出儀器座在井口，再次瞄準(zhǔn)參照物記錄陀螺讀數(shù)。⑧調(diào)整井下工具的工具面至安置方位，定向鉆進。地面記錄陀螺，可將井下的測量數(shù)據(jù)通過電纜以脈沖信號傳至地面處理系統(tǒng)并用計算機顯示打印出來，直到工具面角調(diào)到需要的方位后，再提示儀器。這種儀器可用作直接定向鉆進。3)測斜要求斜井段測量井斜、方位，兩測點間的測距不大于30米。重點井段應(yīng)適當(dāng)加密測點。4)施工要求①井下馬達下井前應(yīng)在井口進行試運轉(zhuǎn)，工作正常方可下井。②造余鉆具下井前應(yīng)按規(guī)定扭矩緊扣，遇阻應(yīng)起鉆通井，不得硬壓或劃眼。④造斜鉆進起鉆應(yīng)用旋扣器或旋繩卸扣，不得用鉆盤卸扣。1)常用增斜鉆具組合常用增斜鉆具組合為：鉆頭一近鉆頭穩(wěn)定器一非磁鉆鋌(根據(jù)井斜角、方位角的大小選用非磁鉆鋌的長度)一鋼鉆鋌(非磁鉆鋌和鋼鉆鋌的總長度為20～30m之間)一穩(wěn)定器一鉆鋌(10m)一穩(wěn)定器一鉆鋌一隨鉆震擊器一加重鉆桿一鉆桿。(見圖10—19(b))2)施工要求①按照設(shè)計鉆井參數(shù)鉆進，均勻送鉆，使井眼曲率變化平緩，軌跡圓滑。(ii)更換鉆具，改變近鉆頭穩(wěn)定器與上面相鄰穩(wěn)定器之間的距離。改變的范圍10—30m。距離越短，剛性越強、增斜率越低；距離越大，增斜率越高。(iii)改變近鉆頭穩(wěn)定器與上面相鄰穩(wěn)定器之間的鉆鋌剛性，剛性越強、增斜率越低；剛性(ii)扭方位。因地層等因素造成方位嚴(yán)重漂移，影響中靶或侵入鄰井安全限定區(qū)域時，應(yīng)運用井下馬達帶彎接頭等方法及時調(diào)整井眼方位。④斜井段進行設(shè)備檢修，保修時不要長時間將鉆具停在一處循環(huán)或空轉(zhuǎn)劃眼，以免井眼出現(xiàn)1)常用穩(wěn)斜鉆具組合(見圖10—19(c))鉆頭一近鉆頭穩(wěn)定器一短鉆鋌(2～3m)一穩(wěn)定器一非磁鉆鋌單根一穩(wěn)定器一鉆鋌一隨鉆震擊器一加重鉆桿一鉆桿2)施工措施②因地層因素影響，采用穩(wěn)斜鉆具出現(xiàn)降斜趨勢時，可用微增鉆具組合穩(wěn)斜。φ214mm穩(wěn)定器十短鉆鋌(3m)+φ210mm穩(wěn)定器十非磁鉆鋌單根十φ214mm穩(wěn)定器。①常用降斜鉆具組合(見圖10—19(e))。鉆頭一非磁鉆鋌一鉆鋌(鉆頭與穩(wěn)定器之間的距離為10—30m)一穩(wěn)定器一鉆鋌一鉆桿。鉆頭與穩(wěn)定器之間的距離應(yīng)根據(jù)井斜角的大小和要求的降斜率來確定。i)造斜鉆具組合扭方位當(dāng)實鉆井眼軌跡嚴(yán)重偏離設(shè)計井眼方位，應(yīng)下入造斜鉆具組合扭方位。①扭方位鉆具組合及其采用的鉆井參數(shù)和定向造斜施工相同。②深井扭方位，由于影響鉆具反扭角的因素比較復(fù)雜，計算數(shù)值誤差較大，因此一般采用隨2)圖解法扭方位圖解法扭方位是一種近似計算定向角的方法，使用簡單，求解迅速，是現(xiàn)場常用的方法。造斜工具的定向角，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。定向角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，定向角對井斜和方位的影響，如圖10—20所示。圖10-20圖解法扭方位示意圖圖10—20是一個扭方位的示意圖。圖中，OM所示為原井眼方位(高邊方向),OA為原井斜角。α1(7°),∠MAB為扭方位時的工具面角(w),AB為扭方位工具的造斜能力(y°/△L)?！螹OB是鉆進△Lm井眼方位的增值(△φ),CB是井斜角的增值(△α),OB是代表1°或2cm代表1°)。在全力扭方位時，工具面安置角應(yīng)放在右95°(全力增方位)或者左95(全力減方位),以保持井斜角不變和全力扭方位。右(或左)90°~95°之間的角差為偏增角(取5°)。已知條件：扭方位前的井斜角α,方位角φ,扭方位后方位角φ2,△φ=φ2-φ1,變接頭的造斜率K以及限定扭方位的井眼長度△L。①根據(jù)K、△L計算扭方位井段的狗腿角y。y=K·△L。②選取一定長度單位代表井斜角度值，如以1cm代表1°或以2cm代表1.5等。=α,(長度代表角度),以A點為圓心，γ(以長度代表角度)為半徑畫圓。④以∠AOB=△φ作線段OB,交圓于B、B′兩點。<0,表示圖10-21圖解法扭方位作圖例如：已知α,=10°,K=12°/100m,△φ=30°斜情況下扭方位的裝置角w’。按上述作圖方法作圖10—22(比例2°/1cm)。要求60m完成扭方位的裝置角w和減圖10-22扭方位作圖舉例w'=166°a’=3.6°在實際施工中，有些井身參數(shù)是很難準(zhǔn)確控制的。造斜率隨著鉆井參數(shù)，地層等條件的變化而變化，要想保持造斜率在扭方位過程中相對不變，需盡量保持鉆井參數(shù)不變。在具體施工中，根據(jù)使用的彎接頭，先假定一個近似于實際的造斜率，算出安置角，調(diào)整好工具面的方向，鉆進一段長度△L’。用測斜儀器測出該點的井斜角α',方位角中，工具面角φ’則可計算出扭方位K=COS1(cosa,·cosα'+sinα?·sina'·cos△φ)/△L′(°/m)△H=△LCOSa2)曲率半徑法(圓柱螺線法)1)矢量法和方位角(φ?φ2)計算出該測段井眼(△L)在水平投影圖和垂直剖面圖上的投影長度(△S、2)坐標(biāo)法根據(jù)采用的鉆井工藝，選用相應(yīng)的計算公式，連續(xù)計算出每一個測點的坐標(biāo)值，然后根據(jù)每一個測點的空間坐標(biāo)值(即南北方向，東西方向和垂直方向的坐標(biāo)值)描點連線即成。優(yōu)點是采用坐標(biāo)法作圖可以選擇較合理的計算方法編制程序輸入計算機進行數(shù)據(jù)處理和作圖。精確度高、誤差很小。計算結(jié)果和繪制的圖形更加符合實際井眼形狀。定向井特別是高難度的定向井，井斜角大水平位移長，井眼的形狀復(fù)雜，因此，在鉆進過程中，必須制訂出相應(yīng)的安全措施，預(yù)防發(fā)生井下復(fù)雜情況和井下事故。②采用混油泥漿、混油量8～15%。③下套管及電測之前加1.5～2%的固體潤滑劑，保證順利施工。2.預(yù)防鍵糟卡鉆定向井在鉆井和起下鉆過程中，鉆具長時間拉磨碰撞井壁，容易形成鍵糟。預(yù)防鍵槽卡鉆是①在井眼曲率大的井段，定期下入鍵槽破壞器，破壞鍵槽。②認真記錄起下鉆遇阻遇卡位置，結(jié)合測斜資料分析，判斷鍵槽位置，提前破壞處理。3.其他類型的卡鉆及預(yù)防②定向井應(yīng)有良好的凈化系統(tǒng)，至少配備三級凈化裝置。鉆井液含砂量不大于0.5%。③控制鉆井液，屈服值不小于6Pa,提高攜屑能力，保持井眼干凈，以利加快鉆井速度和防4.三維繞障井、從式井防碰措施①從式井井口距離小于5m時，從第二口井開始，造斜點以上的直井段應(yīng)采用陀螺測斜，并繪制局部放大(采用1:100或1:50比例)水平投影圖。②從式井井口距離小于5m時，從第二口井開始，造斜點周圍5m以內(nèi)有鄰井通過時，應(yīng)采④叢式井、繞障井、老油田調(diào)整加密井，應(yīng)根據(jù)鄰井和設(shè)計井井眼軸線的相對位置，及時進5其他安全鉆井措施①定向井使用的鉆具，應(yīng)比相同井深的直井強度高一級，防止高扭矩造成鉆具事故。②使用PDC鉆頭或其他高效能鉆頭鉆井，每鉆進300m(斜井段)應(yīng)進行一次短起下鉆，以1)渦輪鉆具的類型2)結(jié)構(gòu)渦輪主要由大小頭、外殼、壓緊短節(jié)、定子、轉(zhuǎn)子、傳動軸和中間軸泵組成。復(fù)式渦輪通過聯(lián)軸節(jié)把上、下兩節(jié)渦輪傳動軸連接在一起。3)渦輪鉆具的工作特性②渦輪鉆具的轉(zhuǎn)速與排量成正比；轉(zhuǎn)矩與排量的平方成正比；功率與排量的立方成正比；壓力降與排量的平方成正比。也就是說，采用渦輪鉆進，當(dāng)排量增加一倍時，轉(zhuǎn)速增加一倍，轉(zhuǎn)矩和壓力降增加三倍，而它的輸出功率可增加七倍。因此，在用渦輪鉆進時應(yīng)重視排量對渦輪鉆井的影響，應(yīng)合理選擇鉆頭水眼和適當(dāng)增加排量，以提高渦輪鉆井的工作效率。不同型號的渦輪鉆具主要技術(shù)參數(shù)見表10—5。4)使用渦輪鉆具的要求(1)下井前檢查①外觀檢查。兩端絲扣、臺肩完好，本身無變形和損傷或裂痕。②壓緊短節(jié)與渦輪外殼連接處臺肩距離一③軸向間隙不大于2mm,修復(fù)后的渦輪軸向間隙應(yīng)不大于3mm。最好工作區(qū)最好工作區(qū)圖10-23渦輪鉆具工作特性曲線表10-5不同型號的渦輪鉆具主要技術(shù)參數(shù)外徑排量功率轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速壓降長度重量馬力ft·1brpmkg6m!m48.5外徑排量功率轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速壓降長度重量mm馬力mWZ170mm渦輪型號排量功率轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速壓降長度重量馬力ft·1brpmkg/cm2mkgWZ1-64.448DWZ1-64.448④下井前應(yīng)進行試運轉(zhuǎn)，單泵啟動泵壓不超過1.5MPa(15kg/cm2),運轉(zhuǎn)正常方可下井。(2)渦輪鉆井①渦輪鉆具下至井底，應(yīng)將鉆頭提高井底3m左右，開泵啟動，逐漸加壓鉆進。②渦輪不能啟動時，可加壓2t左右用轉(zhuǎn)盤迫轉(zhuǎn)，強制啟動。③鉆進時應(yīng)按規(guī)定加壓。加壓過大渦輪會制動，應(yīng)將鉆頭提離井底重新加壓鉆進。④因地面設(shè)備故障被迫停鉆又不能活動鉆具時，應(yīng)將鉆頭放至井底將渦輪壓死，保持循環(huán)泥⑤使用渦輪鉆具定向，扭方位應(yīng)選配好鉆頭水眼，一般不宜采用小噴嘴噴射鉆井。2迪納(DYNA)鉆具1)類型迪納鉆具2)結(jié)構(gòu)△500型△500+4型△1000型、△1000型低速F2000型3)迪納鉆具的規(guī)格，類型及推薦井眼尺寸(見表10—6)外徑型號推薦井徑DELTA414～57/g56'/?93/?~121/a4)迪納鉆具推薦使用鉆頭水眼尺寸(見表10—7)5)迪納鉆具規(guī)范及操作參數(shù)(見表10—8)鉆具尺寸，in5鉆頭水眼，mm或一大兩小或一大兩小或一大兩小3×19或一大兩小表10-8迪納鉆具規(guī)范及操作參數(shù)公稱尺寸5類型低速低速標(biāo)準(zhǔn)連接絲扣上端下端長度，m重量，kg排量，1/s~50.5~95.7壓降(大氣壓)轉(zhuǎn)速rpm~431~395~150~332~337~160功率，kW~33.9~32.0~40~49~78.5~38~54.7~100.4~95.4~106~1516)迪納鉆具使用注意事項③下井前應(yīng)進行試運轉(zhuǎn)，迪納鉆具工作正常后方可下井。④迪納鉆具下井時應(yīng)控制下放速度，下鉆遇阻不得硬砸硬壓。⑤鉆進時應(yīng)保持均勻送鉆，防止溜鉆、頓鉆。鉆進中應(yīng)密切注意泵壓表的壓力變化，當(dāng)發(fā)現(xiàn)⑦出迪納鉆具應(yīng)認真檢查旁通閥總成并把鉆具的泥漿排凈。1)納維鉆具分類2)結(jié)構(gòu)納維鉆具主要由旁通閥、定子、轉(zhuǎn)子、萬向軸、軸承總成和傳動軸組成。3)用途①Machl型。其主要特點是：長度短、轉(zhuǎn)速低、扭矩大。適用于定向鉆井、深井、牙輪鉆頭鉆井和取心鉆井4)納維鉆具技術(shù)性能和技術(shù)參數(shù)(見表10—9、10—10、10—11)表10-9Mach1型納維鉆具技術(shù)性能外徑推薦井眼直徑排量最小～最大鉆頭轉(zhuǎn)速范圍MPa最大壓差MPaN·mN·m最大扭矩馬力范圍效率%接頭絲扣旁通閥鉆頭接頭上端母扣下端母扣m長度m重量41?~57/827/g”正規(guī)27&"正規(guī)31?”正規(guī)31)”正規(guī)4/2‘正規(guī)415”正規(guī)891/2~12'/46?8正規(guī).6?”正規(guī)75%"正規(guī)65&"正規(guī)75&"正規(guī)758“正規(guī)表10-10Mach2型納維鉆具技術(shù)性能外徑推薦井眼直徑排量最小～最大鉆頭轉(zhuǎn)速范圍rpmbar最大壓差barN·mN·m最大扭矩馬力范圍%接頭絲扣旁通閥鉆頭接頭上端母扣下端母扣m長度m重量720～17502.6～6.4AWROdAWROd23/g550～13706.6～16BWROdBWROd4.027&"正規(guī)27%”正規(guī)43/46～77/8316”正規(guī)313"正規(guī)63/483g～37/g20304')”正規(guī)4'2“正規(guī)8.19808283043～1136?8“正規(guī)*6?8”正規(guī)8.2121a~171758"正規(guī)658"正規(guī)23607?8“E規(guī)75g”正規(guī)9.8彎接頭分為固定角度彎接頭，可調(diào)角度彎接頭兩種。目前，現(xiàn)場常用的是固定角度類型(見圖10—24),它由接頭體、循環(huán)套、定向鍵和固定螺絲組成。彎接頭的彎曲角一般為1°、1°3°彎曲角超過4°時，鉆出的井眼曲率太大，也不易下井，常規(guī)定向表10-11Mach3型納維鉆具技術(shù)性能外徑推薦井眼直徑排量最小～最大鉆頭轉(zhuǎn)速范圍rpmbar最大壓差barN·m最大扭矩N·m馬力范圍%接頭絲扣旁通閥鉆頭接頭上端母扣下端母扣m長度m重量27&”正規(guī)2'/g"正規(guī)43/46～77/g3'?”正規(guī)31z”正規(guī)77/8～9?g650～13004'/2”正規(guī)41/2正規(guī)80063/44'/2”正規(guī)4'2”正規(guī)800891z～`121/4750～1800200063/g"正規(guī)①65a"正規(guī)912900～230075/8"正規(guī)63/g”正規(guī)TYPN121/4～17'/21500～34007?/8“正規(guī)6?/8”正規(guī)1100～260040507?/8”正規(guī)7?/g"正規(guī)8.12700①僅美國用5'?“正規(guī)扣；圖10-24彎接頭可調(diào)角度彎接頭是一種較為先進的井眼軌跡控制工具。根據(jù)調(diào)節(jié)方式和工作原理的不同可分為電動式、機械式、液壓式等幾種類型。它們的共同特點是不起鉆，通過地面控制把彎接頭調(diào)到需要的角度(包括零度)?？蛇B續(xù)進行定向、增斜、穩(wěn)斜和扭方位?？烧{(diào)角度彎接頭的主要優(yōu)點是：提高井眼軌跡控制的精度、減少起鉆次數(shù)、加快鉆井速度、降低鉆井成本。有利于安全、優(yōu)質(zhì)、快速鉆井。三、非磁鉆鋌非磁鉆鋌是一種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器提供一個不受鉆柱磁場影響的測量環(huán)境。地球水平磁場強度分布見圖10—25。1.使用非磁鉆鋌的長度選擇為了精確測量正鉆井井眼的磁方位角，在使用磁性測斜儀器時，應(yīng)根據(jù)測量井段的井斜角和方位角的大小選定非磁鉆鋌的長度(見圖10—26)。圖10-25地球水平磁強度分布圖方位角由磁北或南，°圖10-26無磁鉆鋌長度確定I區(qū)—18鉆鋌曲線A下；25'鉆鋌曲線B下；30'鉆鋌曲線C下；串聯(lián)18'+25'鉆鋌曲線C上；Ⅱ區(qū)—30'鉆鋌曲線A下；60鉆鋌曲線B下(加找中器);60'鉆鋌曲線C下(近鉆頭有穩(wěn)定器);90'鉆鋌曲線C上；Ⅲ區(qū)—60鉆鋌曲線A下(加找中器);60鉆鋌曲線B下(近鉆頭有穩(wěn)定器);90'鉆鋌曲線C下。關(guān)于儀器在無磁鉆鋌中的位置，推薦如下。I區(qū)：6m鉆鋌中心以下，0.3～0.6m;8m鉆鋌中心以下，0.6～1m;10m鉆鋌中心以下，1～1.3m;Ⅱ區(qū)：10m鉆鋌中心以下1～1.3m;20m鉆鋌中心以下2.3～3m;30m鉆鋌中心。Ⅲ區(qū)：20m鉆鋌中心(曲線A);20m鉆鋌中心以下2.3～3m(曲線B);30m鉆鋌在中心。當(dāng)非磁鉆鋌間需要用扶正器時，必須注意扶正器對羅盤的影響，最好的辦法是將扶正器制造成無磁鉆鋌芯子加鋼套筒配合，這樣可以降低對羅盤的影響，又可以節(jié)省價格昂貴的非磁鋼材。2非磁鉆鋌的特性(不銹鋼)抗拉強度0.084MPa屈服強度0.070MPa導(dǎo)磁率1.002收縮率55定向鉆井中，常用的穩(wěn)定器有螺旋穩(wěn)定器和滾子穩(wěn)定器兩種。穩(wěn)定器在定向鉆井中的用途如①在增斜鉆具組合和降斜鉆具組合中，穩(wěn)定器起支點作用，通過改變穩(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)，達到控制井眼軌跡的目的。在增斜鉆具中，近鉆頭穩(wěn)定器為支點，穩(wěn)定器上部的鉆鋌受壓后向下彎曲，迫使鉆頭產(chǎn)生斜向力來達到增加井斜的目的。在降斜鉆具中，穩(wěn)定器離鉆頭的距離一般為10～20m。穩(wěn)定器下面的鉆具靠自身重力，以穩(wěn)定器為支點產(chǎn)生向下的鐘擺力，達到降斜的目的。②增加下部鉆具組合的剛性達到穩(wěn)定井斜和方位的目的。穩(wěn)斜鉆具組合，是減小鉆頭與穩(wěn)定器之間，以及穩(wěn)定器與穩(wěn)定器之間的相對距離，增強下部鉆具的剛性，以限制下部鉆具受壓變形，收到穩(wěn)斜效果。③修整井眼，使井眼曲率變化平緩，圓滑。有利于減少井下復(fù)雜情況。穩(wěn)定器下井前，應(yīng)認真檢查穩(wěn)定器的外徑，磨損情況和穩(wěn)定器在鉆具組合中的安放位置。穩(wěn)定器的外徑磨損應(yīng)不大于2mm。五隨鉆震擊器震擊器的種類按震擊器的工作方式和用途可分為：地面震擊器，上擊器，下?lián)羝骱碗S鉆震擊按震擊器的結(jié)構(gòu)，工作原理又可分為：液壓式和機械式兩種。1)液壓式上擊器上擊器主要由心軸總成和外筒總成組成。心軸總成主要包括：心軸、震擊塊、活塞和活塞座。外筒總成主要包括：接頭、液缸、套筒和密封盒。正常鉆進時，活塞在活塞座上處于游動狀態(tài)、液缸上、下油腔內(nèi)的液壓油是連通的。當(dāng)震擊器下部鉆具被卡時，上提鉆具，心軸上移，活塞座在心軸下面的活塞座上，活塞座上的密封體把上下油腔的通道關(guān)閉，上油腔的壓力隨鉆具上提而增高。當(dāng)活塞上移至卸荷腔的瞬時，上油腔內(nèi)的高壓油從活塞與液缸間進入油腔，上油腔突然減壓，裝在心軸上的震擊塊高速撞擊套簡內(nèi)的下臺肩面，產(chǎn)生巨大的上擊力(見圖10—27)。2)機械式下?lián)羝飨聯(lián)羝髦饕尚妮S總成和外筒總成組成。心軸總成由花鍵軸、心軸接頭、卡瓦軸和密封裝置浮子活塞座心軸浮子活塞座心軸液缸(a)下放鉆柱震擊器回位液缸卸荷腔(b)上提鉆柱儲能于鉆柱之中圖10-27液壓式上擊器工作原理組成。外筒總成由接頭體，連接體、卡瓦套筒、滑套和密封盒組成。下?lián)羝魇歉鶕?jù)磨擦副原理設(shè)計的機械式震臺器。正常鉆進時卡瓦片在卡瓦套筒上處于縱向受壓狀態(tài)。當(dāng)發(fā)生卡鉆需要下?lián)魰r，下放鉆具，外簡下移。卡瓦軸的凸面迫使卡瓦片發(fā)生彈性變形，隨著下?lián)羝骺ㄍ咛淄驳南乱疲ㄍ咻S壓迫卡瓦片的壓力不斷增加，卡瓦軸凸面與卡瓦片之間的磨擦力急劇增大。當(dāng)下壓力超過預(yù)先調(diào)定的噸位時，卡瓦片從卡瓦軸上的凸面下端滑脫，上部鉆柱重量作用在卡瓦片上的能量瞬間釋放，下?lián)羝魍馔惭杆傧蛳聸_擊，產(chǎn)生巨大的下?lián)袅ΑＯ聯(lián)羝鞯南聯(lián)袅Φ拇笮∈峭ㄟ^調(diào)節(jié)卡瓦套筒內(nèi)的調(diào)節(jié)環(huán)進行調(diào)節(jié)的(見圖10—28)。圖10-28機械式(摩擦副)下?lián)羝鞴ぷ髟恝匐S鉆震擊器應(yīng)位于鉆柱中中和點以上一起，也可以間隔20～30m的距離、其間用(磨擦副滑脫)噸位應(yīng)低于下?lián)羝魃喜裤@具重量的80%。卡上卡箍，這一點應(yīng)特別予以重視，以防發(fā)鉆頭十小尺寸鉆鋌(50～60m)+鍵槽破壞器+隨鉆震擊器+加重鉆桿。對于長井段鍵槽的破壞，可采用鉆頭十小尺寸鉆鋌1柱+鍵槽破壞器十小尺寸鉆鋌1柱十隨鉆震擊器+加重鉆桿。鉆柱中小尺寸鉆鋌的外徑應(yīng)與鉆進時鉆桿的接頭外徑一樣。下鉆至預(yù)計鍵槽井段以上100m左右，控制下放速度，發(fā)現(xiàn)遇阻遇卡開始劃眼。嚴(yán)格控制鉆壓，均勻送鉆，鉆壓一般不大于5t,目前現(xiàn)場使用的變向器有圓筒式和葉片(游動臂)式兩種。2.用途②地層傾角小的地層，使用變向器可以在小范圍調(diào)整方位。1)結(jié)構(gòu)原理變向器主要由本體、轉(zhuǎn)軸和葉片組成。轉(zhuǎn)軸固定在變向器本體側(cè)面的凹槽內(nèi)，上下兩端各裝一個相同幾何形狀的葉片。根據(jù)下井的目的(增方位或減方位)調(diào)換葉片的方向。變向器下井后隨鉆柱旋轉(zhuǎn)。當(dāng)上端葉片轉(zhuǎn)至下井壁位置時，在鉆具重力作用下葉片受壓進入變向器本體的凹槽內(nèi)，固定在轉(zhuǎn)軸下端的(近鉆頭處)葉片穿出，在井壁一側(cè)形成一個支點，推動井底鉆頭偏離原井眼的軸線，產(chǎn)生側(cè)向切削力，使鉆出的井眼朝著預(yù)計的方向偏移。井眼的方位變化率可達到2°~5°/100m。2)鉆具組合鉆頭十鉆頭接頭十葉片式變向器+鉆鋌20～30m+穩(wěn)定器+鉆鋌+隨鉆震擊器