水平井、定向井
定向井水平井教材
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1:3.14；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。
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。
定向井水平井课件
对钻具进行全面检查，确保其完好无损，并进行必要的保养。
设备部署
根据工程设计和现场实际情况，合理部署设备，确保钻探工作的 顺利进行。
施工计划与组织
1 2
施工进度计划
制定详细的施工进度计划，确保按期完成钻探任 务。
安全生产措施
制定完善的安全生产措施，确保钻探过程中的安 全。
3
人员组织与培训
水平钻井技术
定义
水平钻井技术是指钻孔轨迹在地 下某一深度处与地面成一定角度， 并在该深度处沿水平方向钻进的
钻井技术。
关键技术
水平钻井的关键技术包括水平段 钻进、斜向器和随钻测量等技术。
应用场景
水平钻井技术广泛应用于石油、 天然气等矿产资源的勘探开发， 可提高单井产量和储量动用程度，
降低开发成本。
定向井水平井集成技术
定义
定向井水平井集成技术是将定向钻井技术和水平钻井技术 有机结合，实现钻孔沿预定轨迹精确进入目的层并在目的 层内进行水平延伸的钻井技术。
关键技术
定向井水平井集成技术的关键技术包括轨迹设计、定向工 具和测量技术、水平段钻进和钻井液技术等。
应用场景
定向井水平井集成技术广泛应用于复杂地层和隐蔽性矿产 资源的勘探开发，可提高勘探开发效益和资源利用率。
风险成本
定向井和水平井钻井过程中存在多种风险，如地层复杂多变、钻井液 性能不稳定等，可能引发安全事故或工程失败，导致高额风险成本。
安全挑战
地层复杂多变
定向井和水平井钻井过程中可能会遇到各种复杂地层，如软硬交错地层、裂缝发育地层等 ，这些地层容易引发井下复杂情况和事故。
钻井液性能不稳定
钻井液是定向井和水平井钻井中的重要介质，其性能稳定性对钻井安全至关重要。若钻井 液性能不稳定，可能导致井壁坍塌、钻屑堆积等事故。
第三章 定向井、水平井井身轨迹控制
第三章定向井、水平井井身轨迹控制技术第一节定向井、水平井井眼轨迹控制理论无论是定向井，还是水平井，控制井眼轨迹的最终目的都是要按设计要求中靶。
但因水平井的井身剖面特点、目的层靶区的要求等与普通定向井和多目标井不同，在井眼轨迹控制方面具有许多与定向井、多目标井不同的新概念，需要建立一套新的概念和理论体系来作为水平井井眼轨迹控制的理论依据和指导思想。
我们在长、中半径水平井的井眼轨迹控制模式的形成和验证过程中，针对不断出现的轨迹控制问题，建立了适应于水平井轨迹控制特点的几个新概念。
一、水平井的中靶概念地质给出的水平井靶区通常是一个在目的层内以设计的水平井眼轨道为轴线的柱状靶，其横截面多为矩形或圆。
我们可以把这个柱状靶看成是由无数个相互平行的法面平面组成，因此，控制水平井井眼轨迹中靶，与普通定向井、多目标井是个截然不同的新概念，主要体现是:井眼轨迹中靶时进入的平面是一个法平面（也称目标窗口），但中靶的靶区不是一个平面，而是一个柱状体，因此，不仅要求实钻轨迹点在窗口平面的设计范围内，而且要求点的矢量方向符合设计，使实钻轨迹点在进入目标窗口平面后的每一个点都处于靶柱所限制的范围内。
也就是说，控制水平井井眼轨迹中靶的要素是实钻轨迹在靶柱内的每一点的位置要到位（即入靶点的井斜角、方位角、垂深和位移在设计要求的范围内），也就是我们所讲的矢量中靶。
二、水平井增斜井段井眼轨迹控制的特点及影响因素对一口实钻水平井，从造斜点到目的层入靶点的设计垂深增量和水平位移增量是一定的，如果实钻轨迹点的位置和矢量方向偏离设计轨道，势必改变待钻井眼的垂深增量和位移增量的关系，也直接影响到待钻井眼轨迹的中靶精度。
水平井钻井工程设计中所给定的钻具组合是在一定的理论计算和实践经验的基础上得出的，随着理性认识的深化和实践经验总结，设计的钻具组合钻出实际井眼轨迹与设计轨道曲线的符合程度会不断提高。
但是，由于井下条件的复杂性和多变性，这个符合程度总是相对的。
定向及水平井简介
对钻井设备和技术的要求较高 ，需要专业的定向井工程师团
队。
在某些情况下，可能存在井眼 轨迹控制难度大、油层污染等
问题。
水平井的优缺点
优点 可以实现长水平段穿越油层，提高油藏的开采效率。
对于薄油层和复杂油藏的开采具有重要意义。
水平井的优缺点
• 可以有效利用地层自然裂缝，提高油藏的开采效 率。
水平井的优缺点
01
缺点
02
钻井过程中需要控制好水平段的稳定性， 避免出现卡钻等事故。
03
对钻井设备和技术的要求较高，需要专业 的水平井工程师团队。
04
在某些情况下，可能存在水平段稳定性差 、油层污染等问题。
定向井与水平井的适用范围及选择依据
适用范围
定向井适用于需要大范围水平位移的油藏开采，如海上油田、复杂断块 油田等。
岩屑携带
定向钻井过程中，岩屑容易堆积在井 底，影响钻进效率。可以采用高压喷 射钻头、空气钻头等新型钻头，提高 岩屑携带能力。
地层适应性
不同地层对钻头、钻具和工艺有不同 的要求，需要根据地层特点选择合适 的钻头、钻具和工艺。
03
水平井钻井技术
水平井钻井设备及工具
01
02
03
04
钻机
用于钻进水平井的钻机，通常 采用顶部驱动钻井系统。
岩屑携带
水平井钻进过程中，岩屑容易堆积在井底，影响钻进效率 。可以采用高压喷射钻井技术来解决这一问题。
井壁稳定
水平井钻进过程中，容易发生井壁失稳现象，可以采用合 理的钻井液体系和稳定剂来解决这一问题。
完井作业
水平井完井作业过程中，需要采用特殊的完井技术，以确 保水平段的密封性和稳定性。可以采用先进的完井技术和 工具来解决这一问题。
定向井及水平井基础知识介绍
点以后第七、八位，有效数字的前8位都是相同的）。
井眼轴线形状的图示法
• 投影图表示法
– 相当于机械制图中的视图表示法，在国外 使用广泛。
– 这种图示法包括两张图：一张是水平投影 图，相当于俯视图。一张是垂直投影图， 相当于侧视图，其投影面选在原设计方位 线所在的铅垂平面上(横坐标V，纵坐标D) 。
真方位角＝磁方位角＋东磁偏角
真方位角＝磁方位角－西磁偏角
不准确的说法：“地北与磁北
之间的差值，称为磁偏
角”“以地球北极为准，磁北 在其右边的为东磁偏角，……”
井眼轨迹的基本参数
磁偏角地图
测斜计算方法
• 主要的七种计算方法可分为三类：
• 曲线法优于直线法和折线法。手算用平均角法，电算用曲 线法。动力钻具钻出的井眼用最小曲率法；转盘钻钻出的 井眼用圆柱螺线法。
• 平移方位角：指平移方位线所在 的方位角，即以正北方位为始边 顺时针转至平移线上所转过的角 度，常以字母θ表示。
• 闭合距与闭合方位：国外将水平 位移称作 闭合距(Closure Distance)，将平移方位角称作闭 合方位角(Closure Azimuth)。我 国现场常特指完钻时的水平位移 为闭合距，平移方位角为闭合方 位角。
– 投影图主要用于指导施工。 – 优点：从图上可直接看出，需要增斜还是
需要降斜，需要增方位还是需要减方位。 也可根据这张图，可以想象出井眼轴线的 空间形状。 – 缺点：这种垂直投影图不能反映出井身参 数的真实值。
其它井身参数
• 垂直深度：简称垂深，是指轨迹 上某点至井口所在水平面的距离 。垂深的增量称为垂增。垂深常 以字母Ｄ表示，垂增以ΔＤ表示。
定向井及水平井基础知识介绍
定向井及水平井基础知识介绍概述在石油勘探与开发中，为了更有效地获取地下资源，定向井和水平井技术日益被广泛应用。
本文将介绍定向井和水平井的基础知识，包括定义、优势、应用领域和技术特点等内容。
定向井的定义和优势定向井是指在垂直井的基础上，在一定深度范围内以一定倾角钻孔，旨在钻探具有特定目标的井筒。
与传统垂直井相比，定向井有以下优势： - 可钻入地下难以进入的地质层； - 可减少钻井长度，降低成本； - 可提高油井产能； - 可通过改变井眼轨迹实现水平产量。
定向井的应用领域定向井技术在石油勘探与生产中有着广泛的应用，主要包括以下几个领域： 1.增产：通过定向井技术，可达到增加油井产能的目的，提高石油开采效率。
2. 增储：将定向井开入储层可增加有效储集层面积，提高储层有效厚度。
3. 保护环境：通过定向井技术可以减少地表受到的损害，降低对环境的影响。
定向井的技术特点定向井技术具有以下技术特点： 1. 井眼轨迹可以根据地质条件和开采需求调整，灵活性高。
2. 需要精准的测量和导向技术，以确保井眼轨迹的准确性。
3. 钻井难度较大，需要高级的钻井设备和技术支持。
4. 通常需要配合水平井技术，实现更有效的油井开采。
水平井的定义和优势水平井是指在总长度相对较长、倾角相对较小的井筒中的一段呈水平或近水平方向前行的油气井。
与垂直井相比，水平井有以下优势： - 可以在储层中水平方向上穿过多个裂缝或孔隙，提高采收率。
- 可以减缓井底流体速度，减少持液力，降低油井产能。
- 可以有效控制油井生产，避免地层压力过快下降。
水平井的应用领域水平井技术主要应用于以下几个领域： 1. 大垂深气藏开发：通过水平井技术，可以有效提高气藏的采收率。
2. 高含水期油田的开发：水平井技术有助于提高油田的开发效率。
3. 多重边际储层的解决：适用于有多层油气藏交错分布的地质构造。
水平井的技术特点水平井技术具有以下技术特点： 1. 需要精确的测量和控制技术，以确保水平段的准确布置和有效开发。
定向及水平井简介ppt
定向及水平井技术在矿产资源开发领域也有广泛应用，例如 在煤炭、有色金属等矿产资源开采中采用定向及水平井技术 可实现高效、安全开采。
新能源领域
在新能源领域，定向及水平井技术也可用于风电、太阳能等 可再生能源的开发。例如，利用定向井技术开发太阳能资源 ，可提高太阳能利用率和发电效率。
05
定向及水平井的发展趋势和展望
定向井的应用
定向井广泛应用于提高石油和天 然气勘探的成功率和开发效率。 通过定向井技术，可以在特定地 层上钻多个分支井眼，实现一对 多的开采模式，提高资源开采效 率。
定向井的钻井设备
定向井的钻井设备主要包括定向 井钻机、井架、动力系统、控制 系统等。其中，定向井钻机是核 心设备，它能够实现钻头的精确 导向。
环境监测和治理
定向井和水平井技术还可以应用于环境监测和治 理领域，如监测地下水和土壤污染情况、治理污 染源等。
02
定向及水平井的分类和优缺点
定向井的分类
按照井底井口连线与预先设定的井口轨迹的关系，定 向井可分为三类：斜井、水平井和复合井。
按照设计方法，定向井可分为几何定向井和物理定向 井。
按照钻井的目的，定向井可分为地质勘探井、开发试 验井、生产试验井、采油井等。
定向及水平井的发展趋势
全球范围内定向及 水平井的应用越来 越广泛，市场规模 持续增长。
非常规油气资源的 开发利用，推动了 定向及水平井技术 的发展。
定向及水平井技术 不断发展，钻井周 期不断缩短，安全 性不断提高。
提高采收率的方法与技术
采用先进的采油工艺技术，提 高采收率。
推广应用丛式井组和水平井组 等高效开发模式。
水平井钻井技术
水平井定义
水平井是一种钻井技术，它使钻头沿着近水平方向钻入地层。水平井通常在油气田开发后期或开发过程中使用，以增加油气 的产量和采收率。
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一、简介
定向井技术是当今世界石油勘探开发领域最先进的钻井技术之一，它 是由特殊井下工具、测量仪器和工艺技术有效控制井眼轨迹，使钻头沿着 特定方向钻达地下预定目标的钻井工艺技术。定向井就是使井身沿着预先 设计的井斜和方位钻达目的层的钻井方法。 其剖面主要有三类：
(1)两段型：垂直段+造斜段；
(2)三段型：垂直段+造斜段+稳斜段； (3)五段型：上部垂直段+造斜段+稳斜段+降斜段+下部垂直段。
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一、简介
重18井区采用两段型、三段型的定向井，其中两段型俗称定向井， 而三段型其实就是水平井。水平井是定向井的一种，井斜角达到或接近 90°，井身沿着水平方向钻进一定长度的井。二站现有水平井？口。定
φ19(D级) 双螺母嵌入式防脱抽油杆
m
双螺母嵌入式防脱抽油杆防脱器
3 1/2TBG通孔引鞋 φ19（D级）双螺母嵌入式防脱抽油杆短节
套
个 根
11
12
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二、结构与原理
（7）水平井井口
主管用来生产，副管一般用来注汽、测试、伴热。
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HSTG 80H
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二、结构与原理
（2）定向井井下工具参数
类别 地面工具
序号
工 具
名
称
单位
1
2 3
CYJ4-1.8-18HPF
井口 N-80 Φ73mm×5.51mm平式油管 1米长打孔管 Φ73mm平式油管丝堵 反馈泵 Φ19mm D级抽油杆 φ38的加重杆 抽油杆防脱器 抽油杆扶正器 Φ25mm光杆 Φ25mm光杆卡子
套管外径 mm φ339.73 Ф244.5 Φ244.5mm×Φ177. 8mm / Φ177.8mm×Φ168. 3mm Φ168.3mm
壁厚 mm 9.65 10.03 / / / 8.94
钢级
水泥 返高 至地面 至地面 / / / /
表层套管 技术套管 悬挂器 喇叭口 转换接头 冲缝筛管
J55 TP90H N80 N80 N80 N80
台
套 米 根 个 台 米 根 套 套 根 套
油管及ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ件
4 5 6 7 8 9 10 11 12
抽油泵及抽油 杆柱
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二、结构与原理
（3）定向井井口
地坪
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二、结构与原理
（4）水平井结构
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二、结构与原理
（5）井身结构基础数据
名称
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二、结构与原理
（6）水平井井下工具参数
类别 地面工 具 油管及 配件 序号 1 2 3 4 5 6 Φ70×3多功能长柱塞注抽两用泵（ZC/CYB70TH-1.3-3.6-3.2） 抽油泵 及抽油 杆柱 7 8 9 10 光杆φ25×8 双螺母嵌入式加重杆φ38 KCHFZQ60防脱滑动式抽油杆扶正器 台 根 m 套 工具名称 5型抽油机CYJ5-3-18HPF SKR14-/78×52双管热采井口装置 主管31/2英寸N80油管 副管2 3/8英寸N80内接箍油管 单位 套 套 m m
向井？口。
采用定向井技术优点： 可以使地面和地下条件受到限制的油气资源得到经济、有效的开发，能够 大幅度提高油气产量和降低钻井成本，有利于保护自然环境，具有显著的 经济效益和社会效益。
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二、结构与原理
（1）定向井结构
完井套管数据
名称 表层套管 油层套管 规范 （m m） 273. 05 177. 8 钢 级 J-55 壁厚 抗内压 内径 （m （MPa） （mm） m） 255.2 8.89 21.6 7 8.05 43.7 161.7 水泥返深 （m） 地面 地面