水平井钻井技术经验概述
定向井(水平井)钻井技术概述
测量方式
氢氟酸测斜仪，机械式罗盘的电测井方法。
多种引进的有线随钻测斜系统投入工业使用和发展了电子测量系统及陀螺测量系统
发展了无线随钻测斜系统,引进了带地质参数的MWＤ系统
定向井钻井水平
简单的单口定向井、水平井位移小，精度低
钻成大量高难度定向井、大组丛式井、多目标井、套管定向开窗井、水平井也从大半径水平井发展到了中半径水平井
定向井首先是从美国发展起来的,在十九世纪后期,美国的旋转钻井代替了顿钻钻井。当时没有考虑控制井身轨迹的问题,认为钻出来的井必定是铅垂的,但通过后来的井筒测试发现,那些垂直井远非是垂直的。并由于井斜原因造成了侵犯别人租界而造成被起诉的案例。最早采用定向井钻井技术是在井下落物无法处理后的侧钻。早在1895年美国就使用了特殊的工具和技术达到了这一目的。有记录定向井实例是美国在二十世纪三十年代初在加利福尼亚享廷滩油田钻成的。
钻成位移过万米的大位移井
径向水平井可在0．3米之内完成增斜过程
我国定向井钻井技术发展情况
(表二)
年代
内容
60年代
80年代
90年代
剖面设计及轨
迹计算方法
设计采用查表法、图解法等精度不高的方法
发展了曲率半径法，最小曲率半径法等多种更为精确的轨迹计算和设计方法，编制了能进行轨迹预测和防碰扫描的计算机软件包。
第一口救援井是1934年在东德克萨斯康罗油田钻成的。救援井是指定向井与失控井具有一定距离,在设计和实际钻进让救援井和失控井井眼相交，然后自救援井内注入重泥浆压死失控井。
目前最深的定向井由BP勘探公司钻成,井深达1０,654米;
水平位移最大的定向井是BＰ勘探公司于己于199７年在英国北海的ＲｙtｃhＦａｒｍ油田钻成的M1１井,水平位移高达１，011４米。
钻井的概述
钻井的概述钻井是石油勘探和开发最主要的手段之一。
通过钻井才能证实勘探地区是否含油以及含油量多少;通过钻井才能将地下的油气开采出来。
钻井技术水平不仅直接影响到勘探的效果和油气的产量，而且关系到油田开发总成本的高低。
因此，提高钻井技术水平和钻井效率，降低钻井成本，对油气田开发具有十分重要的意义。
石油钻井，按钻井的目的，分为勘探井和生产并;按井身轴向角度，分为垂直并和定向井，定向井包括斜直井和水平井:按钻井的环境条件，分为陆地钻井、沙漠钻井和海洋钻井海洋钻井又按钻井装置分为固定钻井和浮式钻井等。
钻机是实现钻井工作的套综合性机组。
钻井技术水平的高低很大程度上取决于钻井设备的装备水平，无论是何种类型的钻井工艺，对钻井设备都有下列基本要求:(1)为了有效破碎岩石、形成井眼，钻具要有旋转钻进的能力。
因此要求机械设备必须给钻具提供足够的转矩和转速，并维持一…定的钻压;(2)为了满足钻具送进、起下钻具、可换钻头、下套管和处理井下事故的需要，机械设备应冇一定的起重能力及提升速度:(3)为了清洗井底、排出岩屑，要求机械设备能够提供钻井液，并产生足够的泵压和排量。
在满足这些基本要求的基础上，适应于不同钻井类型，形成了品种繁多、规格各异的钻井设备系列。
目前的钻井作业一般采用旋转式钻井法，就是将许多根长9m或12m的钻杆经螺纹连接起来，在儿端部装上钻头，由转盘给钻头一个旋转力进行钻井。
随着钻井技术的发展，钻井的深度越来越深，超深钻片的深度已达15000m以上。
钻井工艺也在不断提高，由原来的单孔重直钻井发展到钻定向斜片、水平井和丛式钻井。
新的钻井工艺对钻井机械提出越来越高的要求。
普通的以柴油机为动力的直接钻井方式，已满足不了现代钻井工艺的要求，先进的电驱动系统采用品闸管供电的直流电动机驱动或以变频装置供电的交流变频电动机驱动，方便灵活，控制性能好，得到了迅速的发展。
随着钻井工艺技术和钻井方法的不断改进与提高，各种新型钻井技术和设备，如顶部驱动钻机系统、随钻测量系统、钻井智能专家系统等，必将得到更广泛的应用。
水平井钻井工艺技术
技术难度大：水平井 钻井技术需要精确控 制钻头方向和深度， 技术难度较大
成本高：水平井钻 井技术需要投入大 量的设备和人力， 成本较高
风险大：水平井钻 井技术存在一定的 风险，如钻头损坏 、井壁坍塌等
环保问题：水平井钻 井技术可能会对地下 水和生态环境造成影 响，需要加强环保措 施
智能化：利用人工智能、大数据等技术，实现钻井过程的自动化、智能化 环保化：采用环保材料、环保工艺，降低钻井对环境的影响 高效化：提高钻井效率，缩短钻井周期，降低钻井成本 安全化：加强钻井安全防护，降低钻井事故发生率 国际化：加强国际合作，推广水平井钻井技术，提高国际竞争力
钻头：选择适合水平井钻井的 钻头，如牙轮钻头、PDC钻头 等
钻机：选择适合水平井钻井的 钻机，如旋转钻机、冲击钻机 等
泥浆泵：选择适合水平井钻井 的泥浆泵，如高压泥浆泵、低
压泥浆泵等
泥浆处理设备：选择适合水平 井钻井的泥浆处理设备，如离
心机、振动筛等
井下工具：选择适合水平井钻 井的井下工具，如测斜仪、压
降低钻井成本： 通过优化钻井工 艺和设备，降低 钻井成本，提高 经济效益
提高钻井质量： 采用先进的钻井 技术和设备，提 高钻井质量，减 少钻井事故
环保钻井：采用 环保钻井技术和 设备，减少钻井 对环境的影响， 实现绿色钻井
减少污染：采用 环保材料和工艺， 减少钻井过程中 的污染
提高效率：采用 先进的钻井技术 和设备，提高钻 井效率，减少能 源消耗
钻井技术：采用水平井钻井技术，提高 钻井效率，降低成本
应用效果：成功钻多口，提高了采收 率，降低了钻井成本
技术挑战：克服了地质条件复杂、钻井 难度大等挑战
经验总结：水平井钻井技术在复杂地质 条件下具有显著优势，值得推广应用
长水平段水平井钻井技术分析
长水平段水平井钻井技术分析长水平段水平井钻井技术是指将井身小半径段横贯在油层厚度内，以增加油层接触面积，提高油井生产能力的一种钻井技术。
下面就长水平段水平井钻井技术的分析进行叙述。
长水平段水平井钻井技术是目前油井开发的一种重要方式之一，它可以有效地提高油层的开采效果。
与传统的直井开采方式相比，长水平段水平井钻井技术有以下优点：1. 增加油层接触面积：长水平段水平井钻井技术可以将井身小半径段横贯在油层中，将井迹延伸到更广阔的面积内，从而可以增加油层与井管的接触面积，提高开采效果。
2. 提高油井生产能力：长水平段水平井钻井技术可以使油井与油层的接触更加紧密，有效地增加了油井的储量和产量。
由于水平井的井壁曲率较小，井眼直径较大，流体阻力小，流体能够更流畅地从地层流入井内，从而提高了油井的产能。
3. 提高油层的开采效率：长水平段水平井钻井技术可以使井筒横贯在整个油层厚度内，使得储量更加均匀地开采，减小了剩余油饱和度，从而提高了油层的开采效率。
4. 减少地面占地面积：由于长水平段水平井钻井技术可以实现一个井眼下多个井筒的复合开采，从而减少了单井的开采数量，降低了地面的基础建设成本，减少了开采对地面的占地面积。
5. 降低成本：长水平段水平井钻井技术可以减少钻井的井眼数量，降低了钻井的成本。
由于长水平段水平井钻井技术可以提高油井的产能和开采效果，使得单位投资下的油井产量更高，从而降低了油田的勘探开发成本。
长水平段水平井钻井技术在油田开发中有着广泛的应用，但也面临着一些挑战。
长水平段水平井的钻井技术复杂度较高，需要具备高水平技术人才，增加了钻井的技术要求和难度。
长水平段水平井的井眼质量对油井的开采效果影响较大，井眼质量的提高需要投入更多的人力、物力和财力。
长水平段水平井钻井技术是目前油井开发中的一种重要技术，它可以增加油层接触面积，提高油井的生产能力和开采效率，从而降低了勘探开发成本。
但同时也需要面对一些技术难题和挑战。
长水平段水平井钻井技术分析
长水平段水平井钻井技术分析长水平段水平井钻井技术是指利用水平井钻井工艺钻出长水平段水平井的一种技术方法。
通过将井眼水平段长度增加，可以增大钻井井壁与地层接触面积，提高钻孔的生产能力和采收率。
下面对长水平段水平井钻井技术进行详细的分析。
长水平段水平井钻井技术需要选择合适的井位。
对于含油气层，应选择具有较好储集性能、良好生产能力、厚度适中的地层作为目标层位。
还需考虑井位的经济性和可操作性。
通过综合分析沉积相、构造背景、物性等因素，选择出最具有发展潜力的井位。
长水平段水平井钻井技术需要选择合适的钻井工艺。
水平井钻井工艺一般包括直推法、定点推进法和弯曲导向法等多种方法。
长水平段井需要选用具有较高技术要求的弯曲导向法，通过使用弯曲钻杆或利用导向钻头进行导向，使钻井井眼弯曲，实现井眼在水平方向上的钻进，进而形成长水平段水平井。
其三，长水平段水平井钻井技术需要进行合理的钻具设计。
钻具设计应充分考虑长水平段水平井的特殊要求，包括井眼稳定性、泥浆密度、泥浆性能、井眼尺寸等因素。
选用合适的钻杆和复合导向工具，使钻井作业的效率和安全性得到保障。
其五，长水平段水平井钻井技术需要合理设计井眼防治措施。
由于长水平段水平井井眼较长，井壁稳定性较差，需要采取一系列的井筒防治措施，以保证井壁的稳定和钻井的顺利进行。
常见的井筒防治措施包括井壁支撑、砂固化、管柱固化等。
长水平段水平井钻井技术是一种有效提高油气井产能和采收率的技术方法。
通过合理选择井位、钻井工艺和钻具设计，并采取合理的钻井液和井眼防治措施，可以实现长水平段水平井的顺利钻进和工程目标的实现。
这对于开发和生产油气田具有重要的意义。
水平井钻井技术ppt
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4.1 国外水平井技术发展概况
Sperry Sun公司使用8-3/4″牙轮钻头、旋转导向系统和磁 测距技术，在加拿大不列颠哥伦比亚省Jedney油田创出了 将两口井距3104m的井底部相交的纪录；测量深度为 5864m，总垂深1545m。
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阶梯式水平井
4、水平井的发展状况
4.1 国外水平井技术发展概况
上世纪80年代水平井技术呈大规模、加速发展趋势，至1985 年底全世界共钻水平井100口，至1995年一年为1500口； 1996年一年即钻水平井2700口。目前已经成为成熟技术。
Sperry-Sun公司在卡塔尔海上所钻ALS-8B井，水平段最长 5004m。
Mobil公司在德国钻成的R—308井（4 ¾ ”井眼），创短半 径水平井水平段最长600m的世界记录。
美国Bechtel公司采用高压水射流技术开发的超短半径水平 井系统，在 4 ¾ ”井眼中同一深度半径方向钻24个辐射状 的水平井眼，水平段长30 60m，曲率半径0.3m。
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4.2 国内水平井技术发展情况
专题讲座之一：
水平井钻井技术
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水平井技术为提高勘探效果、单井产量和油 藏采收率开辟了一条崭新途径,给石油工业发 展带来了一场新的革命,已列为当今石油工业 最重要的关键技术之一。
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主要内容
一、水平井技术概述 二、水平井的主要技术问题 三、水平井轨迹控制技术
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一、水平井技术概述
1、水平井的基本概念 2、水平井的基本类型 3、水平井的用途 4、水平井的发展状况
水平井钻井技术介绍
第一章 绪
论
水平井钻井技术是20世纪80年代国际石油界迅速发展并日臻完善的一项综合 性配套技术，它包括水平井油藏工程和优化设计技术，水平井井眼轨道控制技术， 水平井钻井液与油层保护技术，水平井测井技术和水平井完井技术等一系列重要 技术环节，综合了多种学科的一些先进技术成果。由于水平钻井主要是以提高油 气产量或提高油气采收率为根本目标，已经投产的水平井绝大多数带来了十分巨 大的经济效益，因此水平井技术被誉为石油工业发展过程中的一项重大突破。
大斜度井(井斜角大于60°的井)主 要适用于层状油藏。多井底井(在一个 井眼内钻几口井)主要用于很厚的垂直 渗透油层(具有低孔隙率和垂直裂缝的 块状石灰岩)或者短半径横向引流类的 井。 1．天然垂直裂缝 在垂直裂缝油藏中，油气完全处 在裂缝中，裂缝之间的非生产底层一 般为6~60m厚，所以垂直井可能只钻 到一个产层．也可能一个产层也钻不 到，而水平井可以与产层垂直相交， 横向钻穿若干个产层裂缝．这样就比 垂直井的开采量要高得多。 2．水锥和气锥 1)水锥 水平井可以在油层的中上部造斜，然后在 生产层中钻一定长度的水平井段。水 平井不仅减少水锥的可能性如图1—4 所示。
第一节 水平井的分类及特点
水平井是最大井斜角保持在90°左右，并在目的层中维持一定长度的水平井段 的特殊井。水平钻井技术是常规定向井钻井技术的延伸和发展。 目前，水平井已形成3种基本类型，如图1—1所示。 (1)长半径水平井(又称小曲率水平井)：其造斜井段的设计造斜率K＜6°／30m， 相应的曲率半径R＞286.5m。 (2)中半径水平井(又称中曲率水平井)；其造斜井段的设计造斜率K=(6°～ 20°) ／30，相应的曲率半径R=286.5～86m。
其二，对允许偏差限制过严会加大实际钻井中井眼控制的难度，加大钻井成本。因此，在进行 靶体设计时应综合考虑所钻油层的地质特性，钻井技术水平和经济成本等因素，在满足钻井目 的的前提下，尽量放宽允许偏差，以降低控制难度和钻井成本。 靶体的垂向允许偏差即靶体的高度，它与油层厚度及油藏形态有关，必须等于或小于油层厚 度。靶体的上下边界应避开气顶和底水的影响，保证把水平段的井眼轨道限定在有利的范围 内。一般来说，靶体上下边界对称于水平段的设计位置，但在有特殊要求的情况下并不必须对 称．即上、下偏差可以是不等值的。 靶体的宽度(即横向允许偏差)一般是其高度(即垂向允许偏差)的几倍(多为5倍)靶体的端面称 为靶窗，后端面称为靶底，常见的靶体是以矩形靶窗为端面的长方体，或拟长方体，如图2—2 所示。加大靶窗的宽度，有利于降低着陆控制即中靶的难度。有时在地质设计允许的前提下， 加大长方靶体两侧的方位允差，以减少在水平钻进时纠方位的麻烦，因而得到的是靶底大于靶 窗的棱台形靶体。
水平井钻井技术概述
第一章定向井水平井钻井技术概述第一节定向井、水平井的基本概念1．定向井丛式井发展简史定向井钻井被英T ．A．英格利期定义为：“使井筒按特定方向偏斜,钻遇地下预定目标的一门科学和艺术;”我国学者则定义为,定向井是按照预先设计的井斜角、方位角和井眼轴线形状进行钻进的井;定向井相对与直井而言它具有井斜方位角度而直井是井斜角为零的井,虽然实际所钻的直井它都有一定斜度但它仍然是直井;定向井首先是从美国发展起来的,在十九世纪后期,美国的旋转钻井代替了顿钻钻井;当时没有考虑控制井身轨迹的问题,认为钻出来的井必定是铅垂的,但通过后来的井筒测试发现,那些垂直井远非是垂直的;并由于井斜原因造成了侵犯别人租界而造成被起诉的案例;最早采用定向井钻井技术是在井下落物无法处理后的侧钻;早在1895年美国就使用了特殊的工具和技术达到了这一目的;有记录定向井实例是美国在二十世纪三十年代初在加利福尼亚享廷滩油田钻成的;第一口救援井是1934年在东德克萨斯康罗油田钻成的;救援井是指定向井与失控井具有一定距离,在设计和实际钻进让救援井和失控井井眼相交,然后自救援井内注入重泥浆压死失控井;目前最深的定向井由BP勘探公司钻成,井深达10,654米；水平位移最大的定向井是BP勘探公司于己于1997年在英国北海的Rytch Farm 油田钻成的M11井,水平位移高达1,0114米;垂深水平位移比最高的是Statoil 公司钻成的的33/9—C2达到了1:；丛式井口数最多,海上平台：96口；人工岛：170口；我国定向井钻井技术发展情况我国定向井钻井技术的发展可以分为三个阶段,50—60年代开始起步,首先在玉门和四川油田钻成定向井及水平井:玉门油田的C2—15井和磨三井,其中磨三井总井深1685米,垂直井深表遗憾350米,水平位移米,最大井斜92°,水平段长160米；70年代扩大实验,推广定向井钻井技术；80年代通过进行集团化联合技术攻关,使得我国从定向井软件到定向井硬件都有了一个大的发展;我国目前最深的水平井是胜利定向井公司完成的JF128井,井深达到7000米,垂深位移比最大的大位移井是胜利定向井公司完成的郭斜井,水平位移最大的大位移井是大港定向井公司完成的井,水平位移达到2666米,最大的丛式井组是胜利石油管理局的河50丛式井组,该丛式井组长384米,宽115米,该丛式井平台共有钻定向井42口;2．定向井的分类按定向井的用途分类可以分为以下几种类型：普通定向井多目标定向井定向井丛式定向井救援定向井水平井多分枝井多底井国外定向井发展简况表一我国定向井钻井技术发展情况表二第二节水平井钻井技术简介所谓水平井,是指一种井斜角大于或等于86°,并保持这种角度钻完一定长度水平段的定向井;1．水平井钻井技术发展概况1863年,瑞士工程师首先提出钻水平井的建议；1870年,俄国工程师在勃良斯克市钻成井斜角达60°的井；瑞典和美国研制出测量井眼空间位置的仪器,1888年俄国也设计出了测斜仪器；1929年,美国国加利福尼亚州钻成了几米长的水平分支井筒；30年代,美国开始用挠性钻具组合在垂直井内钻曲率半径小的水平井分支井眼；1954年苏联钻成第一口水平位移；1964年—1965年我国钻成两口水平井,磨—3井、巴—24井；自来80年代以来,随着先进的测量仪器、长寿命马达和新型PDC钻头等技术的发展,水平井钻井大规模高速度的发展起来;我国水平井钻井在90年代以来也取得了很大发展,胜利油田已完成各种类型水平井百余口,水平井钻井水平和速度不断提高;水平井的类型及各种类型水平井的特点1．水平井的类型：根据水平井曲率半径的大小分为：长曲率半径水平井小曲率水平井；中曲率半径水平井中曲率水平井；短曲率半径水平井大曲率水平井;2．不同曲率水平井的基本特征及优缺点1．不同曲率水平井的基本特征表2．长曲率半径水平井的优缺点优点缺点1．穿透油层段最长可以>1000米 1．井眼轨道控制段最长2．使用标准的钻具及套管２．全井斜深增加最多3．“狗腿严重度”最小３．钻井费用增加4．使用常规钻井设备４．各种下部钻具组合较长5．可使用多种完井方法５．不适合薄油层和浅油层6．可采用多种举升采油工艺６．转盘扭矩较大7．测井及取芯方便７．套管用量最大8．井眼及工具尺寸不受限制８．穿过油层长度与总水平位移比最小３．中曲率半径水平井的优缺点优点缺点1．进入油层时无效井段较短 1．要求使用MWD测量系统2．使用的井下工具接近常规工具２．要求使用加重钻杆或抗压缩钻杆3．使用动力钻具或导向钻井系统4．离构造控制点较近5．可使用常规的套购及完井方法6．井下扭矩及阻力较小7．较高及较稳定的造率8．井眼轨迹控制井段较短9．穿透油层段较长1000米10．井眼尺寸不受限制11．可以测井及取芯12．从一口直井可以钻多口水平分枝井13．可实现有选择的完井方案4．短曲率半径水平井的优缺点优点缺点1．井眼曲线段最短 1．非常规的井下工具2．侧钻容易２．非常规的完井方法3．能够准确击中油层目标３．穿透油层段短120—180米4．从一口直井可以钻多口水平分枝井４．井眼尺寸受到限制5．直井段与油层距离最小５．起下钻次数多6．可用于浅油层６．要求使用顶部驱动系或动力水龙头7．全井斜深最小７．井眼方位控制受到限制8．不受地表条件的影响８．目前还不能进行电测第三节定向井的基本术语解释1）井深：指井口转盘面至测点的井眼实际长度,人们常称为斜深;国外称为测量深度Measure Depth;2测深：测点的井深,是以测量装置Angle Unit的中点所在井深为准3井斜角：该测点处的井眼方向线与重力线之间的夹角见图;•井斜角常以希腊字母α表示,单位为度;4•井斜方位角：是指以正比方位线为始边,顺时针旋转至井斜方位线所转过的角度见图;•井斜方位角常以希腊字母Φ表示,单位为度;实际西磁偏角应用过程中常常简称为方位角; • A地图磁偏角示意图5磁方位角：磁力测斜仪测得的井斜方位角是以地球磁北方位线为准的,称磁方位角;井口B图井斜角示意图图井斜方位角示意图6磁偏角：磁北方位线与真北方位线并不重合,两者之间有一个夹角,这个夹角称为磁偏角;磁偏角又有东磁偏和西磁偏角之分,当磁北方位线在正北方位线以东时, 称为东偏角；当磁北方位线在正北方位线以西时称为西偏磁偏角;•进行磁偏角校正时按以下公式计算：真方位角＝磁方位角＋东偏磁偏角真方位角=磁方位角－西偏磁偏角7•井斜变化率：是指井斜角随井深变化的快慢程度,常以Kα表示,•精确的讲井斜变化率是井斜角度α对井深L•的一阶导数;dαKα＝───dL井斜变化率的单位常以每100米度表示;8井深方位变化率：实际应用中简称方位变化率,•是指井斜方位角随井深变化的快慢程度,常用KΦ表示;计算公式如下：dΦＫΦ＝───dL井斜方位变化率的单位常以每100米度进行表示;9全角变化率狗腿严重或井眼曲率：从井眼内的一个点到另一个点,井眼前进方向变化的角度两点处井眼前进方向线之间的夹角,•该角度既反映了井斜角度的变化又反映了方位角度的变化,通常称为全角变化值;•两点间的全角变化值γ相对与两点间井眼长度ΔL变化的快慢及为全角变化率;用化式表达如下：γＫ＝───ΔL实际钻井中,井眼曲率的计算方法：目前计算井眼曲率的方法有很多;有公式法、查表法、图解法、查图法和尺算法五种;后四种办法皆来源于公式法;计算井眼,曲率的公式计有三套：第一套公式：对于一个测点：K＝SQRKα2＋KΦ2sin2α对于一个测段：K＝SQRΔα／ΔL2＋ΔΦ／ΔL2SIN2αcBΔΦγΔa图第一套公式的图解法第一套公式的图解法参见图：1．作水平射线OA；2．作∠BOA＝αc两测点平均角；3. 以一定长度代表单位角度,量OB＝ΔΦ两测点方位角差；4．自B点向OA作垂线,垂足为C点；5．按步骤3中的比例,量CA＝Δα；6．连接A、B,并量AB长度,按步骤3比例换算成角度,此角度及狗腿角γ;第二套公式：由于误差较大,现场使用少略第三套公式：γ＝SQRα12＋α22－2α1α2COSΔΦBa2 γ1．选取一定比例,经一定长度代表单位角度,作线段OA,使其长度代表α1；2．作OB线段,使∠BOA＝ΔΦ；3．按步骤1的比例,量OB＝α2；4．连接A、B,并量邓AB的长度,按步骤1的比例换算成角度,既为γ．10垂深垂直井深：即某测点的垂直深度,以H表示;•是指井身任意一点至转盘面所在平面的距离;11水平投影长度：是指自井口至测点的井眼长度在水平面上的投影长度;以S•表示;12水平位移：简称平移,是指测点到井口垂线的距离;在国外又称为闭合距 Closure Distance;13平移方位角：又称为闭合方位角Closure Azimuth,常用θ表示,•是指以正北方位线为始边顺针方向转至平移方位线上所转过的角度;14视平移：又称为投影位移,井身上的某点在垂直投影面上的水平位移;在实际定向井钻井过程中,这个投影面选在设计方位线上;所以视不移也可以定义为水平位移在设计线上的投影;15高边：在斜井段用一个垂直于井眼轴线的平面于井眼这时的井眼不能理解为一条线,而是一个具有一定直径的圆相交,由于井眼是倾斜的故井眼在该平面上有一个最高点,最高点与井眼圆心所形成的直线及为井眼的高边;16工具面：工具面就是造斜工具弯曲方向的平面;17磁性工具面角：造斜工具弯曲的平面与正北方位所在平面的夹角;18高边工具面角：造斜工具弯曲方向的平面与井斜方位角所在平面的夹角;19装置角：造斜工具弯曲方向的平面与原井斜方向所在平面的来夹角,通常用ω•表示;20反扭矩：在用井底动力钻具钻进时,都存在一个与钻头转动方向相反的扭矩,该扭矩被称为反扭矩;21反扭角：使用井底动力钻具钻进时,都存在一个与钻头转动方向相反的扭矩,由于该扭矩的作用,使得井底钻具外壳向逆时针方向转动一个角度,该角度被称为反扭角;22 贮层顶部：水平井段控制油层的顶部23)贮层顶部：水平井段控制油层的底部24)设计入口角度：进入储层顶部的井斜角度25)着陆点：井眼轨迹中井斜角达到90°的点26)入口窗口高度：入靶点垂直方向上下误差之和27)入口窗口宽度：入靶点水平方向左右误差之和28)出口窗口高度：出靶点垂直方向上下误差之和29)出口窗口宽度：出靶点水平方向左右误差之和30)着陆点允许水平偏差：着陆点允许水平方向前后的误差31)单弯动力钻具：动力钻具壳体上具有一个弯曲角度的动力钻具,特点是造斜率较弯接头组合高,钻头偏移较小32)双弯动力钻具：同向双弯,动力钻具壳体上具有两个弯曲方向相同的弯曲角度的动力钻具,具有比单弯动力钻具更高的造斜率33 DTU动力钻具异向双弯：动力钻具壳体上具有两个弯曲方向相反的弯曲角度的动力钻具,钻头偏移最小,不仅可以导向钻进,而且可以配合转盘钻进；附：常用单弯动力钻具、双弯动力钻具、DTU异向双弯造斜率表;第四节定向井、水平井基本施工步骤简介1定向井井位的确定井位坐标要求：基本数同一般直井;丛式井坐标需一同下发,以便作出丛式井整体设计;注明各中靶点的坐标及垂直深度,提供最新井位构造图;2地面井口位置的选择工程、地质设计及测量人员根据井位坐标和地面实际条件确定井口位置和井架整托方向丛式井;井口位置选择尽量利用地层自然造斜规律;多目标井井口位置在第一靶点和最后一个靶点联线的延长线上;井架立好后需要进行井口坐标的复测;3定向井设计地质设计在坐标初测后提出初步设计,在坐标复测后提出正式设计;地质设计除包括一般井内容外,在工程施工中要求必须说明靶点相对与井口的位移和方位,多目标井说明靶点之间的稳斜角度;附最新井位构造图、油藏剖面图、设计轨迹水平投影图和垂直投影图;工程设计必须符合地质设计要求;井身轨迹设计数据表,特殊工艺技术措施;井身结构及分段钻具组合和钻井参数等;4设备要求钻机根据定向井垂直井深、水平位移、井身结构和井眼曲率选择设备类型;推荐设备标准使用于位移／垂深〈的定向井：垂深〈2800米、水平位移〈600米,选用3200米钻机；垂深〈3500米、水平位移〈1200米,选用4500米钻机；垂深〈4500米、水平位移〈2000米,选用6000米钻机；垂深〈4500米、水平位移〉1500米,选用7000米钻机;5定向井靶区半径标准不同井深靶区半径要求总公司标准：。
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10）垂深（垂直井深）：即某测点的垂直深度，以H表示。 是指井身任意一点至转盘面所在平面的距离。
γ
Ｋ＝───
ΔL
实际钻井中，井眼曲率的计算方法：目前计算井眼曲率的方法有很多。有公式法、查表法、图解法、查图法和尺算法五种。后四种办法皆来源于公式法。计算井眼，曲率的公式计有三套：
第一套公式：对于一个测点：K＝SQR（Kα2＋KΦ2sin2α）
对于一个测段：K＝SQR（(Δα／ΔL)2＋(ΔΦ／ΔL)2SIN2αc）
dΦ
ＫΦ＝───
dL
井斜方位变化率的单位常以每100米度进行表示。
9）全角变化率（狗腿严重或井眼曲率）：从井眼内的一个点到另一个点，井眼前进方向变化的角度（两点处井眼前进方向线之间的夹角）， 该角度既反映了井斜角度的变化又反映了方位角度的变化，通常称为全角变化值。 两点间的全角变化值γ相对与两点间井眼长度ΔL变化的快慢及为全角变化率。用化式表达如下：
6．可采用多种举升采油工艺６．转盘扭矩较大
7．测井及取芯方便７．套管用量最大
8． 井眼及工具尺寸不受限制８．穿过油层长度与总水平位移比最小
（３）．中曲率半径水平井的优缺点
优点缺点
1．进入油层时无效井段较短1．要求使用MWD测量系统
2．使用的井下工具接近常规工具２．要求使用加重钻杆或抗压缩钻杆
3．使用动力钻具或导向钻井系统
完井方式
无限制
无限制
裸眼或割缝管
（2）．长曲率半径水平井的优缺点
优点缺点
1．穿透油层段最长（可以>1000米）1．井眼轨道控制段最长
2．使用标准的钻具及套管２．全井斜深增加最多
3．“狗腿严重度”最小３．钻井费用增加
4．使用常规钻井设备４．各种下部钻具组合较长
5．可使用多种完井方法５．不适合薄油层和浅油层
第一章定向井（水平井）钻井技术概述
第一节定向井、水平井的基本概念
1．定向井丛式井发展简史
定向井钻井被（英）T．A．英格利期定义为：“使井筒按特定方向偏斜，钻遇地下预定目标的一门科学和艺术。”我国学者则定义为，定向井是按照预先设计的井斜角、方位角和井眼轴线形状进行钻进的井。定向井相对与直井而言它具有井斜方位角度而直井是井斜角为零的井，虽然实际所钻的直井它都有一定斜度但它仍然是直井。
B
ΔΦ
γ
αcA
0
C
Δa
图1.4第一套公式的图解法
第一套公式的图解法（参见图1.4）：
（1）．作水平射线OA；
（2）．作∠BOA＝αc（两测点平均角）；
（3）.以一定长度代表单位角度，量OB＝ΔΦ（两测点方位角差）；
（4）．自B点向OA作垂线，垂足为C点；
（5）．按步骤(3)中的比例，量CA＝Δα；
（6）．连接A、B，并量AB长度，按步骤(3)比例换算成角度，此角度及狗腿角γ。
法
发展到三维设
计和大组丛式
井整体设计
计算机专家系
统进行定向井
的设计和指导
定向井施工
发展了大型集成设计软件包
井斜控制理论
斜直井段的二
维分析
考虑了井眼的
曲率及满眼组
合的特性
三维数据分析，由静态发展到动态
发展了多种分
析计算方法并
编制了计算机
程序
在原来多种分析的基础上引入了数学及其它边沿学科
定向造斜工艺
涡轮加弯接头
钻成位移过万米的大位移井
径向水平井可在0.3米之内完成增斜过程
我国定向井钻井技术发展情况
（表二）
年代
内容
60年代
80年代
90年代
剖面设计及轨
迹计算方法
设计采用查表法、图解法等精度不高的方法
发展了曲率半径法，最小曲率半径法等多种更为精确的轨迹计算和设计方法，编制了能进行轨迹预测和防碰扫描的计算机软件包。
2．定向井的分类
按定向井的用途分类可以分为以下几种类型：
普通定向井
多目标定向井
定向井丛式定向井
救援定向井
水平井
多分枝井பைடு நூலகம்多底井）
国外定向井发展简况
（表一）
年代
内容
50年代
60年代
70年代
80年代
90年代
剖面设计及
迹计算方法
误差很大的正
切法，进行定
向井设计轨迹
计算
18种二维计算
方法，如更精
确的曲率半径
（1）．不同曲率水平井的基本特征表
井型
项目
长半径水平井
中半径水平井
短半径水平井
造斜率
<6°/30米
6°—20°/30米
150°—300°/30米
曲率半径
304—914米
291—87米
12—6米
井眼尺寸
无限制
121/4″—43/4″
61/4″—43/4″
钻井方式
转盘钻或导向钻井系统
造斜段：特种马达或导向钻井系统
引入人工智能和专家系统
井斜控制理论
进行了钻具的二
维静态分析主要
使用有限元法
发展了多种新的分析计算方法，例如：平衡梁法、加权余量法等，并编制了计算机分析程序
理论分析模型由静态态发展到动态，由二维发展到三维
定向造斜工艺
使用地面定向法
（钻杆打钢印）。
数据测量使用电测井数据。
使用精度高的磁性单多点测斜仪进行定向和轨迹数据测量，发展了有线随钻测斜仪定向。
4．离构造控制点较近
5．可使用常规的套购及完井方法
6．井下扭矩及阻力较小
7．较高及较稳定的造率
8．井眼轨迹控制井段较短
9．穿透油层段较长（1000米）
10．井眼尺寸不受限制
11．可以测井及取芯
12．从一口直井可以钻多口水平分枝井
13．可实现有选择的完井方案
（4）．短曲率半径水平井的优缺点
优点缺点
1．井眼曲线段最短1．非常规的井下工具
真方位角＝磁方位角＋东偏磁偏角
真方位角=磁方位角－西偏磁偏角
7 ）井斜变化率：是指井斜角随井深变化的快慢程度，常以Kα表示， 精确的讲井斜变化率是井斜角度（α）对井深（L ）的一阶导数。
dα
Kα＝───
dL
井斜变化率的单位常以每100米度表示。
8）井深方位变化率：实际应用中简称方位变化率， 是指井斜方位角随井深变化的快慢程度，常用KΦ表示。计算公式如下：
第二套公式：（由于误差较大，现场使用少略）
第三套公式：γ＝SQR（α12＋α22－2α1α2COSΔΦ）
B
a2γ
0A
a1
图1.5第三套公式的图解法
第三套公式图解法（参见图1.5）：
（1）．选取一定比例，经一定长度代表单位角度，作线段OA，使其长度代表α1；
（2）．作OB线段，使∠BOA＝ΔΦ；
（3）．按步骤(1)的比例，量OB＝α2；
磁方位角。
井口
A
B正北方位线
αA井眼方向线井底B
井斜方位角ΦB
重力线αB井斜方位线
图1.2井斜角示意图图1.3井斜方位角示意图
6）磁偏角：磁北方位线与真北方位线并不重合，两者之间有一个夹角，这个夹角称为磁偏角。磁偏角又有东磁偏和西磁偏角之分，当磁北方位线在正北方位线以东时，称为东偏角；当磁北方位线在正北方位线以西时称为西偏磁偏角。 进行磁偏角校正时按以下公式计算：
水平段：转盘钻井或导向钻井系统
以使用特种工具的转盘钻进为主，目前也使用特种马达方式
钻杆
常规钻杆
>15°/100米使用抗压钻
杆
铰接驱动钻杆
测量工具
无限制
有线随钻测斜仪，MWD，但井眼<61/8″时不能使用
转盘钻井时使用多点测斜仪
马达钻井时使用有线随钻测斜仪
地面设备
常规钻机
常规钻机
需要配备顶部驱动系统或动力水龙头
2．侧钻容易２．非常规的完井方法
3．能够准确击中油层目标３．穿透油层段短（120—180米）
4．从一口直井可以钻多口水平分枝井４．井眼尺寸受到限制
5．直井段与油层距离最小５．起下钻次数多
6．可用于浅油层６．要求使用顶部驱动系或动力水龙头
7．全井斜深最小７．井眼方位控制受到限制
8． 不受地表条件的影响８．目前还不能进行电测
我国水平井钻井在90年代以来也取得了很大发展，胜利油田已完成各种类型水平井百余口，水平井钻井水平和速度不断提高。
水平井的类型及各种类型水平井的特点
1）．水平井的类型：
根据水平井曲率半径的大小分为：
长曲率半径水平井（小曲率水平井）；
中曲率半径水平井（中曲率水平井）；
短曲率半径水平井（大曲率水平井）。
2）．不同曲率水平井的基本特征及优缺点
垂深水平位移比最高的是Statoil公司钻成的的33/9—C2达到了1:3.14；
丛式井口数最多，海上平台：96口；人工岛：170口；
我国定向井钻井技术发展情况
我国定向井钻井技术的发展可以分为三个阶段，50—60年代开始起步，首先在玉门和四川油田钻成定向井及水平井:玉门油田的C2—15井和磨三井，其中磨三井总井深1685米，垂直井深表遗憾350米，水平位移444.2米，最大井斜92°，水平段长160米；70年代扩大实验，推广定向井钻井技术；80年代通过进行集团化联合技术攻关，使得我国从定向井软件到定向井硬件都有了一个大的发展。
发展了导向钻井系统初步研制出径向水平井造斜工艺
测量方式
氢氟酸测斜仪，机械式罗盘的电测井方法。
多种引进的有线随钻测斜系统投入工业使用和发展了电子测量系统及陀螺测量系统
发展了无线随钻测斜系统，引进了带地质参数的MWD系统