3500m深井定方位射孔施工实例
石油工程技术 任15井套管锻铣定向侧钻施工案例
任15井套管锻铣定向侧钻施工案例任15井位于任7井山头北部，从地质构造图看，它位于古潜山高部位。
该区为NE方向长轴背斜构造，自西向东，地层由老变新。
任15井于1975年12月4日开钻，1976年4月9日完井，属先期完成井。
潜山顶面深度2980.50m，φ177.8mm套管下深2981.60m，坐入潜山1.10m，水泥返高2043.40m。
后用φ152.4mm钻头钻至3191.02m完钻，裸眼井段长209.42m。
φ177.8mm套管串结构：0～891.53m钢级N80，壁厚12.65mm；891.53～1986.57m钢级P110，壁厚9.19mm；1986.57～2981.60m钢级N80，壁厚12.65mm。
1地质施工要求本井区有一定的剩余油厚度，根据观察井资料推断，任15井剩余油厚度113m，邻井任317井99m，任367井104m，任375井107m。
邻井生产情况比较好，日产原油19～31t。
任15井侧钻设计，靶心离周围井仍有一定的距离，一般为200～280m。
1.1任15井侧钻设计数据如下：靶心方位355°；靶心水平位移150m；靶半径≤40m；完钻垂深3010m；潜山顶面垂深2985m；φ127mm尾管坐入潜山2～3m；φ105mm钻头在潜山内钻进25m；完井方式先期裸眼完成。
1.2根据开发提出的要求，对原任15井的井身轨迹进行了校核，并依据在原井造斜点处的井斜、方位、位移计算出侧钻井的轨迹数据：造斜点2347m；方位357.7°；造斜率2.1°/30m；最大井斜角19.45°；位移148.2m。
1.3井身结构：φ177.8mm套管，锻铣位置在2334～2363m；锻铣后用φ149.23mm钻头侧钻，钻入潜山2～3m，下φ127mm尾管固井；再用φ105mm钻头在潜山钻进25m，裸眼完井（见图1）。
图1任15井井身结构示意图图2K型锻铣工具示意图图3刀片磨损形状示意图2锻铣前的准备工作从任15井的基本情况及地质、工程设计要求可以看出，该井具有侧钻点深，锻铣井段的套管强度大、壁厚等特点。
定向井施工中常用计算方法
定向井施工中常用计算方法钻井一公司赵相泽编内部资料。
讲课用，错误难免，请误外传一、定向井剖面专业术语1、井深：井眼轴线上任一点，到井口的井眼长度，称为该点的井深，也称该点的测量井深或斜深。
2、垂深：井眼轴线上任一点，到井口所在水平面的距离。
3、水平位移：井眼轨迹上任一点，与井口铅垂线的距离。
也称该点的闭合距。
4、井斜角：井眼轴线上任一点的井眼方向，与通过该点的重力线之间的夹角。
5、最大井斜角：全井井斜角的最大值。
6、方位角：在以井眼轨迹上任一点为原点的平面坐标系中，以通过该点的正北方向为始边，按顺时针方向旋转至该点处井眼方向线在水平面上的投影线为终边，其所转过的角度称为该点的方位角。
7、造斜率：在定向井中，开始定向造斜的位置叫造斜点。
通常以开始定向造斜的井深来表示。
8、井斜变化率：单位井段内井斜角的变化值。
通常以两测点间井斜角的变化量与两测点间的井段的长度的比值表示。
9、方位变化率：单位井段内方位角的变化值。
通常以两测点间方位角的变化量与两测点间的井段的长度的比值表示。
10、造斜率：表示造斜工具的造斜能力。
11、全角变化率：在单位井段内井眼前进的方向在三维空间内的角度变化。
12、增斜率：井斜角随井深增加的井段。
13、稳斜段：井斜角保持不变的井段。
14、降斜段：井斜角随井深增加而逐渐减小的井段。
15、目标点：设计规定的必须钻达的地层位置。
通常以地面井口为坐标原点的空间坐标系的坐标来表示。
16、靶区半径：允许实钻井眼轨迹偏离设计目标点的水平距离。
17、靶心距：在靶区平面上，实钻井眼轴线与目标点之间的距离。
18、工具面：在造斜钻具组合中，由弯曲工具的两个轴线所决定的那个平面。
19、反扭角：使用井底马达带弯接头进行定向造斜或扭方位时，动力钻具启动前的工具面与启动后且加压钻进时工具面之间的夹角。
反扭角总是工具面逆时针转动。
20、高边：定向井的井底是一个呈倾斜状态的圆平面，称为井底圆。
井底圆上的最高点称为高边。
煤矿井下较大孔径倾斜定向钻孔施工技术分析
煤矿井下较大孔径倾斜定向钻孔施工技术分析216研究与探索Research and Exploration ·工程技术与创新中国设备工程 2023.12（下）力压裂的要求，每个支点之间的距离必须超过80m。
因此，采用煤层下梳形定向钻进技术在裂缝性弱低渗透地层底部稳定层钻进，采用“旋转剪切定向钻进”组合定向钻进技术完成保护套管的分散。
施工孔段、下放至套管、封孔、渗碳和蚀刻；然后，根据设计要求，采用“旋转剪切定向”定向钻进技术，直接钻进装订椅。
直孔块的施工和陡峭地层的钻探已经完成。
锯煤后，钻入煤层60m，将钻机提升至预留分支点，打开分支线，继续进行定向钻进，直至形成钻孔。
（2）定向钻进完成后，应提升钻头，更换液压喷砂钻具，采用“反向”液压喷砂钻进技术，扩大钻进范围，达到公司要求的液压反射压裂技术的目标孔径（SOOMM）。
在这个过程中，高压泵站产生的射流通过高压软管和钻杆到达钻孔的前部，喷砂钻头或钻杆安装在钻孔的前部。
在钻杆前面，煤沿钻杆径向破碎。
（3）当定向钻井遇到水敏煤层和黏土层时，MZ-1型[00防滑清洁剂使用防滑流体抑制和保护设备，以避免膨胀粘土岩水化引起的收缩和泄漏，并采用快速孔隙度技术缩短钻井时间，即减少黏土岩与水的相互作用时间，避免快速钻井完成工程。
孔壁的扰动和侵蚀有助于保持稳定性并提高工艺的适应性。
2 工艺现状2.1 施工效率低目前，中国采用多孔成形法进行最终直径超过120mm 的高水平定向钻井，其扩张程度取决于钻井设备的能力。
第二孔形成过程的直径通常小于153mm，即导向孔上端的孔直径通常为三个孔形成过程，即，导向孔膨胀一次和两次。
如果钻孔能力不足，铰链孔的数量将增加。
根据现场施工经验，一次扩建的完成时间为先导孔钻井时间的50%～80%。
2.2 钻具组合复杂采用旋转铰链导向孔的双钻技术。
导孔通常使用73mm 定向钻头（94mm）或89mm 定向钻头钻取，然后将较大的钻头重新安装在设计孔径上。
石油工程技术 井下作业：射孔
井下作业：射孔1作用目的射孔就是根据开发方案的要求，采用专门的油井射孔器穿透目的层部位的套管壁及水泥环阻隔，构成目的层至套管内井筒的连通孔道。
因此射孔是油田开发的重要步骤，是开采油、气、水井的重要手段，射孔质量的优劣是关系到开发方案能否按设计目标付诸实施，并得以全部实现的重要条件之一。
射孔的目的主要是试油、采油、采气、补挤水泥或注水等。
2射孔测量仪器实现定位射孔方法，需要有测量套管接箍位置的井下仪器作为定位手段，目前主要采用磁性定位器。
2.1磁性定位器的工作原理从电磁感应定律中知道，当磁铁或线圈作相对运动时，使线圈周围磁场的磁通量发生变化，磁力线切割线圈的线匣而产生感应电势和感应电流，线圈未成回路时，没有感应电流，只有感应电势存在。
造成电磁感应的基本条件，是包围线圈的磁场的磁力线切割线圈，而要使磁力线切割线圈，必须使线圈周围磁场的磁通量发生变化。
也就是磁铁和线圈作相对运动，但磁性定位器的结构是不允许磁铁和线圈作相对运动的，那么，线圈周围的磁通量就不会起变化，也就不会产生感应电势，这样我们可以用另外一种形式造成磁通量的变化，即依靠外来铁磁物质的变化。
而由外界铁磁物质影响自身磁场所产生的感应电势，是反映了外界环境的变化。
所以，当磁性定位器在套管中滑行经过接箍时，由于外界铁磁物质—套管壁的厚度发生变化，使磁力线分布发生变化，从而切割线圈产生感应电势。
当在地面仪器上看到正被记录的磁性定位器讯号波形时，就会断定：这时的磁性定位器正从井下某深度的接箍处经过。
从而和地面仪器的深度部分配合，完成射孔定位工作。
2.2射孔深度计算射孔深度的计算是保证射孔质量的一个重要环节，深度计算的准确，就可以全部射开油层，使油井达到设计产量。
射孔深度计算主要由实施射孔单位来承担，但作为井下作业单位应认真填写射孔原始资料提交射孔单位。
一份完整的油气井射孔深度通知单，包括：井号、井别、射孔层段序号、油层组及小层编号、射孔井段深度及对应的夹层厚度和射开厚度、孔密和孔数、累计夹层厚度、射孔厚度、有效厚度、地层系数、编制人及审核人签名。
定向井施工中常用计算方法
定向井施工中常用计算方法一、方位角计算在定向井施工中，方位角是指井眼对准目标方向所需要的角度。
1.使用正弦定理计算方位角：若知道当前位置与下一目标位置的距离d，当前方位角Φ和井斜角I，以及投影角度A，可以使用正弦定理计算出目标方位角B。
B = Φ - arcsin(sin(A) * sin(I) / sin(d))二、井斜角计算在定向井施工中，井斜角是指井斜的角度。
1.使用三角函数计算井斜角：若知道当前位置与下一目标位置的距离d和目标方位角B，可以使用三角函数计算出井斜角I。
I = arcsin(sin(B - Φ) * sin(d))三、井斜距计算在定向井施工中，井斜距是指井眼移动的水平距离。
1.使用三角函数计算井斜距：若知道井斜角I和距离d，可以使用三角函数计算出井斜距T。
T = d * cos(I)四、投影距离计算在定向井施工中，投影距离是指井眼投射到垂直平面的水平距离。
1.使用三角函数计算投影距离：若知道井斜角I和距离d，可以使用三角函数计算出投影距离H。
H = d * sin(I)五、井身长度计算在定向井施工中，井身长度是指井身的长度。
1.使用勾股定理计算井身长度：若知道井斜距T、投影距离H和当前深度d，可以使用勾股定理计算出井身长度L。
L = sqrt(H² + T²) + d综上所述，定向井施工中常用的计算方法包括方位角计算、井斜角计算、井斜距计算、投影距离计算和井身长度计算等。
这些计算方法可以帮助工程师在实际施工中准确地控制井眼的方向和位置，保证井眼穿越目标地层，并实现成功的定向井施工。
定面射孔技术--孙
套管的抗挤压强度随开孔孔径的变化关系
水平井分段压裂泵送定面射孔技术
●定面射孔与常规螺旋布孔射孔方式对套管强度的影响：
定面射孔后套管在外压35MPa下的有效应力分布
（40孔/m）常规射孔后套管在外压36MPa下的有效应力分布
●开孔前后套管挤毁强度性能计算对比结果：
钢级 L80 L80 外径 /mm 139.7 139.7 壁厚 /mm 7.72 7.72 孔径 /mm 22 9 屈服强度 /MPa 665 665 布孔 类型 定面（夹角60度） 螺旋（40孔/m） 射孔前挤 毁强度 /MPa 43.37 43.37 射孔后抗 挤毁强度 /MPa 35 36 强度降 低/％ 19 17
Willingham et al., SPE paper 25891, 1993
2.2385 104 Q 2 ρ p pf n 2 d 4C 2
i t c 1 t c / s
加砂浓度
排量6m3/min 螺旋射孔密度为 16孔/m 定面射孔为两排 共6个孔
小结
• 由于定面射孔采用超大孔径，可以有效降 低摩阻
水平井分段压裂分簇定面射孔新技术
8、 地面测试
射孔后试验套管穿孔情况
射孔后剖靶 射孔后试验套管内孔眼成孔情况
水平井分段压裂分簇定面射孔新技术
D95-12BH25试验情况
水平井分段压裂分簇定面射孔新技术
4、定面射孔的概念
射孔孔眼平面与井筒垂直
射孔孔眼平面与井筒可成任意夹角
射孔孔眼平面与井筒平行
三种状态下，射孔孔眼都处于同一平面上，形成了应力集中，水力压裂时，压裂裂缝优先从该平面 上起裂并向平面延伸方向向外扩展。
水平井分段压裂泵送定面射孔技术
煤矿井下定向钻孔施工工艺及技术研究
煤矿井下定向钻孔施工工艺及技术研究【摘要】煤矿井下施工定向钻孔相对于施工常规钻孔在工艺方面更复杂，要求条件更为苛刻。
为了在煤矿井下应用好定向钻孔施工技术，提高瓦斯抽采能力和解决地质问题，文中先简要介绍了定向钻孔施工工艺原理，然后以顶板瓦斯抽采钻孔为例介绍了煤矿井下定向钻孔的设计方法及施工工艺技术，并且提出了定向钻孔推广应用时应注意的一些事项，总结了当前限制煤矿井下限制定向钻进技术推广的主要因素，最后分析了煤矿定向钻进工艺应着力改进的地方。
【关键词】定向钻进；钻孔设计；施工工艺；限制因素；改进1、定向钻孔施工的工艺原理煤矿井下定向钻进是采用水力排渣、随钻测量的一种钻孔施工工艺，是利用泥浆泵将静压水通过加压后，通过钻杆内侧供水通道送达孔底，驱动孔底螺杆马达旋转，为钻头旋转切削煤岩提供动力，水沿着钻杆与孔壁之间的间隙排除孔内钻屑。
施工过程中通过随钻测量系统实时测出孔底钻具空间姿态参数（倾角、方位角、工具面向角等），操作人员通过对比施工参数与设计参数，调整孔底钻具工具面向角，进行下一次钻进，依次按照此步骤施工直至实际钻孔轨迹沿着设计轨迹钻进至终孔。
2、定向钻孔的设计定向钻孔施工前必须预先设计好钻孔轨迹，定向钻孔轨迹的设计应考虑到以下因素：钻孔的类型，施工钻孔的个数及预计孔深、钻孔分支孔的数量、孔深及分支位置等，轨迹设计前，尽可能多的收集到能准确反映钻孔布孔平面和空间区域的地质测量资料（包括煤层顶底板等高线图、综合柱状图，采掘工程平面cad 图、局部探眼或钻孔柱状图等），分析布孔区域煤层瓦斯含量及压力、煤层顶底板岩性变化及煤厚变化情况。
下面以顶板瓦斯抽放钻孔设计为例说明如何进行定向钻孔轨迹设计：2.1钻孔方位角设计。
设计钻孔方位角时，必须先明确工作面顶底板等高线图的真方位角a，然后再确定钻孔施工的主方位角b，顶板瓦斯抽采钻孔距离回风巷平距一般为10～30m，可以设计2～5个定向主孔，开孔间距控制在0.5～1m，再确定分支钻孔的个数及开孔位置，分支钻孔开孔位置均布置在工作面收作线以内，这样可减少无效孔段的施工，钻孔设计孔深在300～600m为宜，主孔方位在进入收作线后保持平行轨道顺槽延伸，主孔方位角确定后，再设计分支孔的方位，使钻孔终孔在平面上等间距分布，平均间距5～7m。
定方位射孔技术在盐家油田的应用
汇报人：刘云刚 胜利石油管理局测井公司
内容提要
一、前言 二、高精度定方位射孔器 三、应用实例分析 四、结论与认识
一、前 言
低渗透油气藏一般连续性差，渗 流阻力大，针对该类储层，通过采取 合理能够提高油井的采 收率。盐家油田构造位置为济阳坳陷 东营凹陷盐家陡坡带，盐22区块属于 特低渗透砂砾岩体油气藏，储层埋藏 较深，高温高压、岩性致密。该区块 采用小井距布井方式，定方位射孔工 艺进行射孔，取得了良好的开发效果。
三、应用实例分析
效果1、提高了压裂改造的效果 1
盐22小井距试验井组4口井均进行了压裂改造。采用定方位射孔的盐 22-斜49井压裂时平均砂比高于其它3口井12% 12%以上，说明该工艺能够为储层 12% 压裂改造提供易于裂缝延伸的射孔孔道，而且裂缝的延伸空间优于常规的 射孔工艺，提高了压裂改造的效果。
四、结论与认识
（1）在小井距井组中采用定方位射孔工艺技术， 能够提高压裂裂缝的延展效果，控制井组中单井的 裂缝延伸方向，提高压裂改造效果和油气井的产能 ，延长采油稳产周期。 （2）定方位射孔技术在东辛油田盐22区块小井距 试验井组中的成功应用，对于在超低孔渗储层中推 广此类油气井开发模式，具有显著的经济效益和社 会效益。
三、应用实例分析
效果2、提高了油气井的单井产能 2
通过对油气产量进行对比可以看出，采用定方位射孔的盐22-斜49井较 常规射孔的盐22-斜48井生产时间短18天，累计油气产量分别超过了67.3% 18天 67.3%和 18 67.3% 58.2%。较盐22-斜46井生产时间短12天，累计油气产量分别超过了12.8% 12天 12.8%和 58.2% 12 12.8% 39.5%。盐22-斜47生产105天后转注。证明采用定方位射孔工艺能够提高低渗 39.5% 油气藏的单井产能。
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3500m深井定方位射孔施工实例
摘要：定方位射孔技术是使射孔弹的穿孔方向得到准确的控制，满足特殊地层的工程施工要求。
该项技术成熟，主要在井斜≤15°、井深在2000m以浅的井中应用。
本文介绍的是定方位射孔技术首次在3500m深井的成功实例。
利用陀螺定方位技术和射孔技术结合，通过陀螺仪定方位测量、旋转油管调整方位、绳套投棒等3个施工重点工序，实现了定方位射孔技术在深井NP X -X井的成功应用。
关键字：3500m深井陀螺仪定向定方位射孔
一、背景
1.1井况介绍
NP X -X井位于NP油田4号人工岛，是该区块4口压裂增油项目中的1口井。
甲方要求利用定方位射孔技术完成这口井的射孔施工。
射孔枪穿孔的准确定位成为整个增油项目的关键。
在此之前，只完成过井深在1000m以浅的直井定向射孔，在3500m深井的定向射孔还是一项空白。
NP X -X井况：射孔井段3535.6m-3543.0m；射孔方位220°；单相位；最大井斜32.83°/1933.00m；
102枪1m（高温）弹油管输送；井温126℃。
1.2存在的问题（风险）
针对本井的特殊井况，辨识出施工中存在以下问题（风险）。
问题1、目前现有的方位测量仪为机械陀螺仪，自身测量方位误差在±15°/h。
随着时间的增长漂移更大，预计井下工作时间在3小时以上。
根据井况（井斜大、井深）、施工时间（旋转油管调整方位的时间不确定）等因素影响，存在射孔定方位偏差过大的风险。
机械陀螺仪需要在地面井口处进行人工目测定标，夜间不能进行定方位作业。
问题2、该井射孔底界3543.0m，井斜32.83°，井深、井斜大增加了射孔方位调整的难度。
定方位射孔没有在深井施工过，以往定方位射孔都在1000m以浅、井斜≤15°的直井完成的。
井深造成井内油管悬重大；井斜造成油管与套管的磨阻值高，这2个现实因素对在井口旋转油管调整井下射孔枪方位影响很大，调整时非常困难，方位不好保证精确。
问题3、针对本井的井况，起爆方式受限于只能采用投棒方式起爆（不采用加压方式的原因：1、井深超过3500m，如采用油管加压，压力作用在油管上使
油管扭矩释放产生旋转和油管伸长，射孔枪的方位和深度也随之旋转偏离射孔位置；2、井内有未封堵层位，也不能采用环空加压方式起爆）。
起爆器采用60起爆器，定向短节内径实际上可通过的有效直径为40mm。
对投棒撞击起爆器的通过有一定缓冲和阻碍。
60投棒的打捞器外径为42mm，如果枪身未起爆无法进行捞棒。
因此，若投棒不能到底砸响起爆器，存在起管柱过程中的误射孔事故。
二、解决办法
2.1使用动调式陀螺仪进行射孔的定方位测量
为确保定方位的精度和提高施工时效，选用动调式陀螺仪，此种陀螺仪照比机械陀螺仪漂移小精度更高（误差≤1°/h），定方位测量操作简便，不受夜间局限。
以下是定方位测量过程：2013年7月28日下枪身及定向油管柱。
7月29日磁定位校深完毕，作业队完成油管调整。
12：30分连接动调式陀螺仪在地面进行定标。
20min后定标结束，开始下井。
要求陀螺仪的下放速度不能大于2000m/h，故15：00分左右下到测量位置。
陀螺仪器入键后开始测量方位，测量3点后，上提电缆30m，仪器下放重新入键测量（正常操作步骤是：陀螺仪器入键后停2分钟，等仪器静止平稳后，加电测量，测量完毕断电1min后，起电缆20～30m，下放仪器重新入键测量，这样的方式要重复做3次，3次结果一样，才可确认数据准确），测了2点后，地面箱体的电流表显示异常，开始突跳。
查找原因：确定因井温高（井温126℃），造成井下陀螺仪器工作温度高，电源模块损坏。
找到故障原因后，决定使用高温陀螺仪下井。
陀螺仪在地面重新定标后，开始按定方位测量步骤测量方位。
根据测得的方位数据，在地面井口处旋转油管来调整射孔方位角。
2.2井口旋转油管调整井下射孔枪穿孔方位
下入井内的枪身完成校深后，开始定方位测量，通过在井口旋转油管来调整井下枪身的射孔方位角。
最初，通过人利用管钳咬住油管来旋转，经陀螺仪测量后，发现井下的枪身方位角几乎没有发生改变，说明人的旋转力度不能传输到井下。
油管旋转后产生的反扭矩很大，这样操作还存在安全隐患，造成人身伤害。
经过分析，一是由于井深超过3500m，油管就有360多根，本身悬重就极大；二是由于井斜大，油管紧贴附在套管壁上，造成磨阻大，油管还要承受很高的弯曲应力和扭应力，井口的旋转扭矩难以传递到井下，以上2种情况是造成旋转定向失败的原因。
针对这种情况，通过现场研究，决定先用液压钳正向旋转油管，将井下油管的丝扣做紧扣处理。
再用管钳旋转油管，利用作业架大钩进行上下提放油管，使井口的旋转扭矩传递到井下。
每操作1次后要进行陀螺仪测量，根据测得的方位角进行适当的旋转油管。
通过12次方位测量、11次旋转油管的操作，最终测得的射孔方位角达到设计方位角（≤±10°）要求。
2.3采用特制的绳套投棒进行投棒点火作业
定深和定方位完成后进行投棒（绳套投棒）点火作业。
经过监测30min后无起爆显示，判断射孔枪未发射。
使用Φ51mm定位器电缆摸鱼，在定向短接处
遇阻，说明投棒已经落入定向油管内，在电缆上做明显记号。
起出电缆及定位器。
电缆下端挂接绳套投棒专用的捕捞器下井，一次下井将绳套投棒打捞成功。
通过分析，由于井下压井液脏，经过沉淀，在起爆器喉口产生堆积物，阻碍了绳套投棒的撞击，造成点火失败。
协作方起枪重新洗井后，下入枪身定位、定向，再次使用绳套投棒一次点火成功完成射孔。
绳套投棒和专用捕捞器的使用，有效的解决了枪身未起爆而无法捞棒的问题，避免了枪身意外事故的发生。
结束语
（1）采用动调式陀螺仪定方位测量，操作简便，不受昼夜局限，施工时效得到提高；漂移小，测量方位数据精度高，为获得最佳的定方位射孔效果提供可靠保障。
（2）总结出适用于深井定方位射孔的调整方法，旋转油管按照“先紧扣再旋转后提放”的步骤进行多次的方位调整，可以有效的将井口旋转油管的扭矩传递到油管最下端的定方位枪身上。
操作过程主要依靠井上机械设备完成，调整效果好。
（3）在不能使用加压方式起爆的情况下，采用特制的绳套投棒进行投棒点火作业。
如投棒点火失败，可用配套的打捞器将绳套投棒捞出，避免误射孔事故的发生。
通过本井定方位射孔的成功施工，突破了定方位射孔技术只适用于直井浅井的限制。
为深井定方位射孔施工积累了宝贵的技术经验。