定向井井斜与方位控制.
第六章定向井井斜、方位变化规律及漂移模式研究
第六章定向井井斜、方位变化规律及漂移模式研究随着油田勘探开发的发展，老油区产量递减加快，含水量上升幅度增加，新布的调整井，开发井因地面、地下各种条件的限制，需要应用定向钻井技术打定向斜井。
为了满足油田勘探开发的需要，定向井进尺占总进尺的比例逐年递增，提高定向井钻井速度，缩短建井周期，节约钻井成本，成为一个亟待解决的重要课题。
鉴于我油田定向井工具仪器比较落后（只有电子单点，多点测斜仪和随钻测斜仪），如何利用现有仪器装备，提高定向一次成功率就显得更为重要、迫切。
通过多年定向井钻井实践，定向井井斜、方位变化主要影响因素有：井身剖面设计和评选；钻具组合；钻井参数；井眼几何形状；地层等因素。
通过分析和了解各种因素对井眼轨迹变化的影响，探索出井斜和方位的变化规律，对今后指导后续定向井的施工可提供借鉴性。
§1定向井井斜、方位变化规律1井身剖面设计与评选定向井剖面类型较多，有三段、五段制，圆弧过渡的二次抛物类，悬链线等，现场实际施工对井身剖面选择，主要依据设计井位移的大小、目的层深浅，地层造斜强弱来评选。
一般情况：（1）目的层较浅，位移大的定向井，推荐选用三段制剖面，多目标井考虑平均井斜角比较大可选择双增制剖面；（2）位移较小，目的层较深，地层造斜力较强，地层自然造斜方位与设计方位接近的定向井，选择有圆弧过渡的二次抛物线剖面；（3）减少摩阻的悬链线剖面，在实际井眼轨迹中，井斜，方位不断变化，钻具与与井壁多次接触，现场很少应用。
针对江汉油田定向井实际施工的特点及本油田各区块地质特征，优选三段制和五段制剖面，该类剖面其优点是：剖面类型简单，施工中易于实现。
尤其是三段制剖面，在浅、中深井中，能在较短的井段内，打出较大的位移。
江汉油田的马王庙、坪北等油田定向井、丛式井，采用三段制井身剖面，在实际施工中，无须吊打，对提高机械钻速，缩短钻井周期极为有利；对于目的层深的定向井中，上部直井段较长，便于组织快速钻进，完成定向造斜后，采用强稳斜钻具全压钻进至目的层，利于加快深井段钻井速度。
第五章：井斜及其控制
(2)井斜角(α)： 井斜角( )
指井眼方向线与重力线之间的夹角。单位为度( 指井眼方向线与重力线之间的夹角。单位为度(°)。 井眼方向线： 井眼方向线： 过井眼轴线上某测点作 过井眼轴线上某测点作 轴线上 井眼轴线的切线， 井眼轴线的切线，该切线向 井眼前进方向延伸的部分称 为井眼方向线。 为井眼方向线。 井斜角增量( ∆α )： 井斜角增量( 下测点井斜角与上测点 井斜角之差。 井斜角之差。
1磁铁定向法双罗盘定向法双罗盘测斜仪定向磁铁安装在无磁钻铤上上罗盘处在定向磁铁位置指针标志工具面方位下罗盘远离定向磁铁指针指向正北方位
钻井工程
井斜及其控制
——钻井工程
重庆科技学院石油工程学院制作
第五章 井斜及其控制
本节主要内容： 本节主要内容：
第一节 第二节 井斜及其控制标准 井斜原因
第三节 控制井斜的措施 第四节 虹吸测斜仪
二、衡量井斜的参数
目的：掌握有关参数的概念及这些参数之间的关系。 目的：掌握有关参数的概念及这些参数之间的关系。
1．轨迹的基本参数
测量方法：非连续测量，间断测量。 测段” 测点” 测量方法：非连续测量，间断测量。“测段”，“测点”。 井深、井斜角和井斜方位角----轨迹的三个基本参数。 轨迹的三个基本参数。 井深、井斜角和井斜方位角 轨迹的三个基本参数 (1)井深（或称为斜深、测深） 井深（或称为斜深、测深） 井口(通常以转盘面为基准)至测点的井眼长度。 井口(通常以转盘面为基准)至测点的井眼长度。 以字母D 表示，单位为米(m) (m)。 以字母Dm表示，单位为米(m)。 井深增量（井段） 下测点井深与上测点井深之差。 井深增量（井段）：下测点井深与上测点井深之差。 表示。 以ΔDm表示。
(a) 井斜曲率对比图 (b)
定向井轨迹控制办法
定向井轨迹控制实施办法一、定向井技术规程1．定向井施工钻机，应按如下公式选择钻机类型，钻机原有能力=井深（斜深）×（1+井斜角/100），以确保安全运行。
2．定向井施工前，必须作出详细的剖面设计，定向段造斜率按3.6°/30米，复合钻近增斜段按4°/100米，最大井斜与原设计最大井斜相符。
7．井斜超过40度，或位移超过500米的井段，钻具在井下静止时间不得超过2分钟。
8．井下钻具的摩阻，应控制在钻机允许范围之内，对大斜度、大位移井特须注意观测，必要时采取各种措施降低摩阻，如加减阻剂等。
9．当定向井位于井位密集的油区或在井的设计方向有一至数口已钻井时，为避免新老井眼相碰，必须参考老井有关资料，作出合理的井深设计；施工中运用防碰技术，严密监视及控制井眼发展趋势，两井轨迹的最小距离不得小于5米。
10．要求定向井各项技术资料及施工记录齐全、准确、及时、并充分利用已有资料进行分析，以提高定向中靶率和降低综合成本。
二、定向井安全施工规定（一）井身轨迹控制1．严格按设计施工。
井身轨迹尽可能接近设计的井身轴线，保持井身轨迹圆滑。
造斜点、最大井斜角均不得随意更改。
定向前直井段之井斜角控制在1°/1000米以内。
2．严格控制全角变化率12°～13°/100米。
一般情况下使用1°单弯螺杆定向。
（二）泥浆1．固控设备必须全功能运转，使用率不低于95%。
泥浆密度1.20以下固含10%，1.60固含25%，含砂量小于0.3%。
2．泥浆要有良好的润滑性，对其润滑性要定深化验。
定向前化验一次，定向后200米或每天化验一次。
泥浆摩阻系数符合设计要求。
3．为了保持良好的润滑性，泥浆中必须加入足量的润滑剂或混入原油。
加润滑剂和混原油可交替使用。
（三、）钻具管理1．入井钻具应有记录，并打钢印号、丈量内外径及长度，计算准确，确保井深无误，为施工提供数据。
2．为保证井下安全，钻具结构要简化。
直井定向井井斜控制
最大特点：柱面展平后，井眼长度和井斜角都保持不变。
优点：
凭着这两张图，即可了解井眼的空间形状,可以反映出井
身参数的真实值，作图容易，利用测斜资料算出每个测点 的坐标位置，即可作图。
H
§3-3 直井钻井技术
三、井斜的危害 1、使井眼偏离设计井位 ，将打 乱油气田开发的布井方案。 2、使井深发生误差，使所得的地 质资料不真实。 3、给钻井工作增加困难，甚至造 成井下复杂事故。 4、使钻柱磨损和折断或造成井壁 坍塌及键槽卡钻等事故。 5、下套管困难，套管居中，影响 固井质量。 6、影响采油及注水工作，常引起 油管和抽油杆的磨损和折断，甚至 造成严重的井下事故。 所以，井斜过大对油气田的勘探 和开发都有很大危害。如何控制井 斜是钻井工作的一个重要课题。
（2）层状地层对井斜的影响
钻头在倾斜的层状地层中钻进时，当钻至每个层面交界处时，此处岩层不能长时 间支持所加的钻压而趋向沿垂直层面发生破碎。在井眼上倾一侧的小斜台很容易 钻掉。相反，在井眼下倾一侧却残留一个小斜台；它就向小变向器作用一样，对 钻头施加一个横向力，把钻头推向上倾的一侧，从而引起井斜。
参数的真实值。
井眼轴线的图示法
二、柱面图表示法：
包括两张图：
一张是水平投影图，相当于俯视图，与投影图表示法相同； 一张是垂直剖面图(横坐标 P，纵坐标D或 H)，与垂直投影
图不同，它不是在某个铅垂平面上的投影。
垂直剖面图的形成：实钻井眼是一条空间曲线，设想经过
这条曲线上的每一个点作一条铅垂线，所有这些铅垂线就构成 了一个曲面。
2、钻具原因
钻具导致井斜的主要因素是钻 具的倾斜和弯曲。一是引起钻头 倾斜，在井底形成不对称切削； 二是使钻头受到侧向力的作用， 迫使钻头进行侧向切削。 （1）导致钻具的倾斜和弯曲的 原因： ①由于钻具直径小于井眼直径 钻具和井眼之间有一定的间隙。 ②钻压使下部钻具受压弯曲。 弯曲钻柱将使靠近钻头的钻具弯 曲更大。 ③下入井内的钻具本来就是倾 斜和弯曲的。
斜面法扭方位有关公式和计算 定向井轨迹控制计算 教学PPT课件
定向井轨迹控制计算
装置角有关计算公式
偏增角的大小：
– 增方位时，
P
c
os1
tg
2
tg1
90o
– 减方位时，
P
270o
c
os1
tg
2
tg1
定向井轨迹控制计算
装置角有关计算公式
偏增角的影响
– 反正切函数，也有同样的问题，也是过不了“偏增角”这个关 口。
cos sin2 cos sin1 cos sin cos1
定向井轨迹控制计算
装置角有关公式的推导
cos2 cos1 cos sin1 sin cos
cos cos cos1 cos2 sin sin1
定向井轨迹控制计算
装置角有关公式的推导
tg
sin sin
sin1 cos sin cos1 cos
定向井轨迹控制计算
装置角的有关计算
最重要、最可靠的两套公式
cos cos1 cos2 sin1 sin2 cos
(1)
c
os1
in
os
2
2
ω=00～1800，取“+” ω=1800～3600，取“－”
2 cos1
cos
cos1
cos2 1 sin2 1 cos2
如何按照轨迹发展的需要去改变井斜角和井斜方位角呢？关键在于 分配造斜率，其关键有在于装置角的计算和安置。
定向井轨迹控制计算
装置角的概念
装置角的定义
– 井斜铅垂面：
• 井眼方向线所在 的钱垂平面；
• 井眼方位线所在 的钱垂平面；
定向井技术要求和注意事项
定向井技术要求和注意事项定向井技术要求和注意事项1、直井段井斜角必须控制在1°30′以内。
直井段施工按规定加压，特别是造斜点前１００～１５０米，要严格执行技术要求。
2、定向前直井段必须测单点检查，井深超过８００米，必须多点测斜，计算后方可定向。
3、含砂量控制在0.５％以内，摩阻小于０.０８。
4、动力钻具必须井口试运转正常方可入井使用。
5、下动力钻具保证钻具水眼干净。
6、下动力钻具时，钻具要双钳紧扣，控制下放速度。
7、所下钻具组合要严格执行设计，如需改变，必须以定向井施工人员书面技术措施为准。
8、定向钻进时，严格按要求加压，送钻要均匀。
9、动力钻具钻井参数以钻具厂家的推荐范围为准，严格执行。
10、钻进时，必须带钻杆滤清器。
11、动力钻具不得用来混油，但可边钻进，边混油。
12、钻头的选择要适合动力钻具高转速的要求，要根据不同的地层、井深选择合适的钻头，防止因钻头选型不对引起的掉牙轮事故。
13、钻头装水眼的大小根据选用的动力钻具和井深的不同来选择。
14、在不同井眼内使用的动力钻具和非磁钻铤不得混用、乱用。
15、要充分利用地层的自然漂移规律。
16、动力钻具的间隙不得随意调整。
17、进行单点测斜时，注意上下活动钻具防卡，钻具静止时间间隔不得超过３分钟，活动幅度大于３米。
18、进行单点测斜时要控制仪器的起下速度，同时注意钢丝记号。
19、控制好造斜率，除特殊要求的井外，定向时的井眼曲率控制在5°／30ｍ以内。
20、在方位漂移严重的地层钻进，为了稳定井斜方位，可在钻头上方接2—3个足尺寸稳定器，加强下部钻具的刚性。
21、下井的稳斜钻具结构要符合定向施工人员的要求。
22、在稳斜井段，由于地层倾角及走向，造成常规钻具组合产生增斜或降斜效果时，钻具结构应根据具体情况变换为微降斜或微增斜钻具组合来保证稳斜效果。
23、稳斜井段的单点测斜间距不大于150米，特殊地层或有特殊要求时，缩小测量间距。
24、当稳斜井段下入特殊的钻具结构时，必须制定相应的技术措施。
定向井
三、定向井的井眼轨迹控制
定向井直井段井身轨迹控制 ①选择好钻具组合及钻进参数 钻具组合：Φ215.9mmBIT+ Φ 177.8mmDC+ Φ 177.8mmNM+
Φ 214mmSST+ Φ 158mmDC+ Φ 127mmHDP+ Φ 127mmDP
钻 进 参 数 ： 钻 压 3—5T ， 排 量 28—32L/S ， 转 速 120r/min ②及时进行井斜角的监测 直井段钻进过程中一般每100—200M测一次单点， 也可以根据实际情况加密测斜。 ③改变钻进参数或钻具组合 如果发现井斜、方位偏离较大可以通过减小钻压、 降低转速等方式调整井斜，或者直接下如螺杆钻具进行 纠斜作业。
完钻后：
1)督促定向井施工人员测井前投测多点。 2)整理和上交资料。
谢谢！
E O B
一、定向井的基本概念
定向井的其他井身参数
N A 视 平 移———测点水平位 设计/投影方位 移在设计方位线上的投影， 米 B VS O 水平投影长度：测点与井口之 间的井眼长度在水平面的投影 长度 井眼的曲率K：井眼切线的 方向相对于井深的变化率
E
二、定向井井身剖面
二、定向井井身剖面
电子单多点
SPERRY-SUN ESS RSS
海蓝 YSS
普利门 博创……
有线随钻测量仪器
侧入接头（有线随钻用)
无线随钻测量仪器
MWD仪器的工作原理
传感器采集到测量仪器的数据按一定格式对数据编码， 然后通过泥浆介质编码后的数据以泥浆压力脉冲形式传 送至地面，地面检波系统自动检测来自井下的数据并将 数据传送到地面数据处理系统，地面数据处理系统对地 面检波系统传送来的信号解码、处理、计算后，得到井 下仪器的测量数据，并将数据实时向钻台上的数据显示 系统发送，实现随钻施工。
《物理定向井》PPT课件
定向井井身剖面
剖面类型
另一种是“悬链 式”剖面，如右图所 示。此类剖面造斜率 由小到大，自然递增 ，能够有效地减少摩 阻，适用于大位移井
三、定向井的井眼轨迹控制
三、定向井的井眼轨迹控制 1、定向井直井段井斜控制
定向井直井段的井造斜点时，如果直井段不直，不仅
会影响造斜的顺利完成，还会因为上部井段的井 斜造成位移影响下一步的井身轨迹控制。
四、定向仪器
四、定向仪器
磁偏角 单点测斜仪 多点测斜仪 有线随钻 MWD 陀螺测斜仪
磁偏角
定义：磁北方位线 与正北方向线之间 的夹角 真方位=磁方位+东 磁偏角 真方位=磁方位-西 磁偏角 高尚堡地区：-6.65 柳瓒地区：-6.35 老爷庙地区：-6.37
定向钻井基础知识
概述
一、定向井的基本概念
二、定向井井身剖面 三、定向井的井斜和方位控制 四、定向仪器 五、井身质量要求 六、定向井监督工作的主要内容
概述
一、定向井的定义
定向井是按预先设计的井 斜角、方位角及井眼轴线形 状进行钻进的井。 定向井最早是在 1895 年的 美国钻成的。我国的定向井 钻井技术 50 年代开始起步的 ， 80 年代有了较大发展，特 别是最近几年无论是从理论 研究上还是现场实际应用上 ，我国已接近发达国家的技 术水平。
三、定向井的井眼轨迹控制
2、定向井造斜段井斜控制
造斜井段一般采用采用单弯螺杆钻具组合：
Φ215.9mmBIT+Φ172mmL+Φ177.8mmNDC+165mmM WD短节+Φ165mmNDC+Φ127mmHDP +Φ127mmDP
钻进参数：钻压2—5T，排量28—32L/S ，泵压 10-14MPa
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cos 2 cos1 cos sin 1 sin cos sin sin tg sin 1 cos cos1 sin cos sin 2 sin sin sin
sin cos sin 2 sin 2 1 sin 2 tg 2 sin sin(1 1 )
定向井的井斜与方位控制
装置角定义: 井斜铅垂面顺时针
井底平面
旋至造斜工具面所转 过的角度。
高边
工具面 井斜铅垂面
井斜铅垂面与造
斜工具面之间的夹角
低边
。
水平面
定向井的井斜与方位控制
a.直井情况， b.水平井情况
因井斜铅垂面、造斜工 具面均与井底平面垂直、故 可在井底平面上量度。 在井底平面上，造斜工 具装置角等于以井斜铅垂面 与井底平面的交线（高边方 向线）为始边，顺时针转到 造斜工具面与井底平面的交 线所转过的角度。
水平面 井底平面
N
定向井的井斜与方位控制
(1) 装置角对井斜
的影响：
锁住转盘，扭 方位井段是造斜工具 面上的一段园弧。 (保持装置方位角不变 ，斜面法扭方位）
A
井斜铅垂面
B
水平面
定向井的井斜与方位控制
A
井斜铅垂面
B
水平面
定向井的井斜与方位控制
(1) 装置角对井斜的影响：
锁住转盘，扭方位井段是 造斜工具面上的一段园弧。
D
定向井的井斜与方位控制
B、讨论：
＝0──>cos2=cos(1+)-->2= 1+ 增斜 ＝180─>cos2=cos(1－)-->2= 1－ 降斜 A ＝90 ─>cos2=cos1cos-->21（ 小）稳斜
2 1
Z
IV I
O
III
D
II
第五节
定向井的井斜与方位控制
二、定向井的方位控制
本节需要解决的问题：
1.决定是否需要扭方位 2.如何扭
定向井的井斜与方位控制
二、定向井的方位控制
High side
Low side
定向井的井斜与方位控制
二、定向井的方位控制
控制方法：
造斜工具的安放方向
目的：
保证按设计方位造斜； 方位变化时进行扭方位。
1
定向井的井斜与方位控制
EJz:——刚度 LT——螺杆钻具长度
1——接头弯角
——井斜角
Pz
定向井的井斜与方位控制
1. 定向造斜段 – 定向井：bit +PDM+BENT SUB+NMDC+DC – 水平井：bit +弯外壳螺杆+NMDC+DC 2. 常规多稳定器钻具组合 注意： – 转盘钻增斜钻具组合 •NMDC的长度 – 转盘钻降斜钻具组合 – 转盘钻 •下部钻柱力学 3. 导向钻具组合 – 弯外壳螺杆+MWD – 滑动态 – 转动态
b
a
定向井的井斜与方位控制
意义：
A
装置角的变化 直接影响井眼井斜 的变化。
井斜铅垂面
B
在方位控制中是非 常重要的，它决定了新 眼是增斜，斜、降斜、 增方位、稳方位还是减 方位。 例如同样的弯接头 （钻具组合）， A增斜、B降斜
水平面
装置方位角
N 1
w
E
w= 1+
定向井的井斜与方位控制
定向井的井斜与方位控制
一、定向井井斜控制
控制方法： 使用工具造斜
目的： 定向井造斜的方法和应注意的问题。
定向井的井斜与方位控制
2、影响造斜率的因素
地层 钻头受力与钻柱弯曲
影响井眼曲率的因素： • 钻头侧向力 • 机械钻速 • 动力钻具长度
Pz
定向井的井斜与方位控制
钻头受力
Pz=f(EJz , LT , L, 1 , PT , )
定向井的井斜与方位控制
定向井的井斜与方位控制
1、造斜方法：
转盘钻井造斜
导斜面
造斜工具：槽式变向器。 造斜原理：强行变器
定向井的井斜与方位控制
井下动力钻具造斜
造斜工具： 钻头+直螺杆+弯接头+钻铤 钻头+弯外壳+钻铤
弯接头
原理： 钻具变形产生弹性力矩，使 钻头产生侧向力
O
A、井斜变化式：2=f(1、、)
Z’
N
2
1
O’ D’
1
定向井的井斜与方位控制
已知：1、、，求2
cos 2 cos1 cos sin 1 sin cos
A
2 1
为所钻井段的狗腿角 =KL 为扭方位的初始装置角 （锁住转盘、斜平面）
Z
O
2
Z’ O’ D’
1
sin sin sin sin 2
定向井的井斜与方位控制
B、讨论：装置角变化的影响：
一定时，的值随的变化而变化
由可知，装置角绝对值相同，但符号不
同，同样可达到相同的终了井斜角，但方位增
量符号相反
N
2
Z’ O’ D’
= 0 -－180o为增方位 180o-－360o为减方位
定向井的井斜与方位控制
（一)造斜工具装置 角的计算
1、基本概念：
井底平面
井斜铅垂面 —井底井眼方向线所在 的铅垂平面。 工具面 井底平面—井底与井眼方向线垂直 的平面。 井斜铅垂面 造斜工具面 —造斜工具的作用方向 线与井底井眼方向线构成的平面。
造斜工具面 井斜铅垂面 —井底与井眼方向线垂直 造斜工具的作用方向线 —井底井眼方向线 井底平面 — 与井底井眼方向线构成的平面。 所在的铅垂平面。 的平面。 水平面
定向井的井斜与方位控制
如果考虑牙轮钻头钻进时可能出现的井 眼右偏的趋势（右手飘移），需将方位角 提前一角度，叫超前角。
N
方位控制：
0
E
第五节
定向井的井斜与方位控制
1. 定向造斜段 – 定向井：bit +PDM+BENT SUB+NMDC+DC – 水平井：bit +弯外壳螺杆+NMDC+DC 2. 常规多稳定器钻具组合 – 转盘钻增斜钻具组合 – 转盘钻降斜钻具组合 – 转盘钻 3. 导向钻具组合 – 弯外壳螺杆+MWD – 滑动态 – 转动态
定向井的井斜与方位控制
(2) 装置角对方位的影响：
1 2
定向井的井斜与方位控制
(2) 装置角对方位的影响：
A、方位变化式：
＝f(1、、) 已知：1、、，求
sin sin tg (7 75) sin 1cos cos1sin cos
N