定向井和水平井钻井技术

定向井和水平井钻井技术

1．施工要点：

（1）扭方位钻具组合及其采用的钻井参数和定向造斜施工基本上相同（建议尽量少下钻铤，防止压差卡钻）；

（2）选择可钻性和稳定性较好的地层（尤其是大段砂层），实施扭方位作业；

（3）深井扭方位，由于反扭角较大，一般采用随钻测斜仪扭方位；

（4）井斜角较大井段（40°以上）扭方位，容易降斜。扭方位前一趟钻，可以事先增加2～3°井斜，以弥补扭方位时的降斜效果。当然，采用先扭完方位，井斜自然降低以后，再适当地增斜，也能保证较好的井眼轨迹；

（5）依据实钻的垂直剖面图，确定采用何种扭方位的工具面角度（增、降或稳斜）。

2．方位扭转角的计算

方位扭转角的计算，可按如下步骤进行：

（l）进行测斜计算，算出目前的井底坐标位置。如图 9－13所示， OT为设计的井斜方位线，ode为实钻井眼轴线的水平投影，e为目前的井底。d为距井底较近的测点位置。目标点T的坐标为HT、ET、NT，井深为LT。根据测斜资料及测斜计算可知，d、e二点的基本参数为井深Ld、Le井斜αd、αe，方位jd、je，e点的坐标为垂深He，东位移Ee，北位移Ne。

（2）计算现用钻具组合的方位漂移率Kp。

（3）计算现用钻具组合钻达目标点的总方位漂移量Δjp：

下式假定现用钻具组合一直钻到目标点。如果钻了一段又换了钻具组合，则应重新进行计算。

（4）计算对准目标的方位线的方位角jz ：

如图9－14所示，自目前井底e，对准目标点T的方位线为eT，eT的方位角为jz，jz按如下公式计算。

对于偏差Δjz，如果按照方位漂移率不变，那么从目前井底e钻达目标T，需要的方位漂移（见图9－15）。

（6）控制方位角的方法

选择方法的依据是将Δjp与2Δjz进行对比，2Δjz是需要的方位漂移角，Δjp是用目前采用的钻具组合可能达到的方位漂移角。

若2Δjz＝Δjp，表示需要与可能正好相符，则用现用钻具组合的自然漂移率就可以将方位扭过来，从而准确中靶。

若2Δjz与Δjp相差较大，甚至符号相反（一个是正号，一个是负号），则表明必须使用动力钻具带弯接头强行扭方位。必须记住，在强行扭完方位之后的钻进过程中，方位仍然会漂移。所以，在计算用动力钻具（带弯接头）扭方位的方位扭转角时，必须考虑方位漂移的影响。

（7）用动力钻具强扭方位的扭转角Δj可用下式计算：

Δj＝Δjz－1/2Δjp……………………………………………………………（9－71）

上式表明，用动力钻具强扭方位时，要“少扭”一些角度，留下一些角度让钻具组合的自然漂移去扭。这个“少扭”的角度就是1/2Δjp。

（8）计算预计的井底井斜方位角jr

jr＝Δje＋Δj＋Δjp……………………………………………………………（9－72）

有一个问题需要特别强调。上述的计算是根据该井正在使用的钻具组合和正在钻进的地层的具体条件下的井眼方位漂移率来计算的。在继续钻进过程中，当钻具组合和地层发生变化时，方位漂移率也发生变化，原来的计算也就无效了。这时需要根据井身水平投影图及新的测斜资料，重新计算。定向井的方位控制是一个不断进行的过程，不可能进行一次计算就能成功。但是每一次计算都只能是根据靠近目前井底的那个井段的方位漂移率来进行。

3．图解法扭方位的工具面

图解法扭方位是一种近似计算工具面的方法，使用简单，求解迅速，是现场常用的方法。造斜工具的工具面方向决定使用这种造斜工具钻出的新井眼是增斜、降斜还是稳斜，是增方位还是减方位。工具面大小也决定着造斜工具的造斜能力用于井斜和方位上的分配比例。工具面对井斜和方位的影响，如图9－16所示。

由上图可知：

0°＜TF＜90°时，装置角位于第一象限，增斜，增方位。

90°＜TF＜180°时，装置角位于第二象限，减斜，增方位。

180°＜TF＜270°（－90°）时，装置角位于第三象限，减斜，减方位。

270°＜TF＜360°时，装置角位于第四象限，增斜，减方位。

图9－16是一个扭方位的示意图。图中，OM所示为原井眼方位（高边方向），OA为原井斜角α1（7°），∠MAB为扭方位时的工具面角（w），AB为扭方位工具的造斜能力（g°／ΔL）。∠ MOB是钻进ΔL米井眼方位的增值（Δω），CB是井斜角的增值（Δα），OB是扭方位钻进ΔL米时的井斜角α＝α1＋Δα。图中，OA、AB、OB分别表示原井斜角αl、工具的造斜能力 g°／ΔL和扭方位钻进ΔL米时的井斜角α′，须用相同单位长度代表1°（如1厘米代表1°或2厘米代表1°）。

在全力扭方位时，理论上认为：工具面应放在右95°（全力增方位）或者是左95°（全力减方位），以保持井斜角不变和全力扭方位。右（或左）90～95°之间的角差为偏增角（取5°）。实际扭方位过程中，工具面通常选择在80～95°（全力扭方位）。图解法扭方位的步骤如下。已知条件：扭方位前的井斜角α1，方位角j1，扭方位后方位角j2，Δj＝j2－j1，弯接头的造斜率K以及限定扭方位的井眼长度ΔL。

（1）根据K、ΔL计算扭方位井段的狗腿角g∶g＝K×ΔL。

（2）选取一定长度单位代表井斜角度值，如以 1厘米代表1°或以 2厘米代表1.5°“等。（3）选定原点O，作 N、E坐标，根据j1作井斜方位线OQ，量得OA＝α1（长度代表角度），以A点为圆心，g（以长度代表角度）为半径画圆。

（4）以∠AOB＝Δj作线段OB，交圆于B、B′两点。

Δj＞ 0，表示方位增加，作图时应以 OA为始边，顺时针转动至 OB方向；Δj＜ 0，表示方位减小，应以OA为始边，逆时针方向转到OB线。

（5）用量角器量得∠QAB和∠QAB′，∠QAB表示增斜扭方位，∠QAB′表示减斜扭方位的装置角。

（6）用直尺量得OB和OB′的长度，按所选比例换成角度，即表示扭完方位后所能达到的井斜角。其中OB表示增斜减方位，OB′表示减斜增方位。如图 9－ 17所示。