定向井钻井参数设计
定向井水平井钻井技术-简介
1. 地面定向法(定向下钻法) Nhomakorabea十字打印法：
1) 事先在每根要使用的钻杆公母接头上， 扁錾打上“十”字钢印；要注意两个钢 印必须处在同一条母线上； 2) 下钻过程中测量每两个单根连接处的钢 印偏差角度，上相对于下顺时针为正， 逆时针为负，进行详细记录；
3) 下完钻后，将所有偏差值相加即得到最 上面钢印与造斜工具面的偏差角度，若 为正说明钢印在工具面的顺时针方向某 角度处，若为负说明钢印在工具面的逆 时针方向某角度处， 。
• (2) 计算水平距离的加权平均值JJ：
n 1
1 1 1 J i ( Li 1 Li 1 ) J1 ( L2 L1 ) J n ( Ln Ln 1 ) 2 2 2 JJ i 2 Ln L1
• (3) 轨迹符合率的计算：
实钻井眼轨迹
靶区
水 平 位 移
N
北
β-方位角 实际轨迹 靶点
β
设计轨道
E东
• 测点的井眼方向和测段的段长
L L2 L1
et cos1 eH sin 1 cos1 eN sin 1 sin 1 eE
• 井眼轨迹的其他参数：
– – – – 垂深(H)、N坐标(N)、E坐标(E) 水平长度(S)和水平位移(A) 平移方位角(β)和视平移(V) 井眼曲率(K)
（4）邻井距离扫描图的绘制
原理：
1) 寻找最近测点
• • 两口井都要有测斜资料。 从基准井出发，寻找基准井上每一个测 点与被扫描井距离最近的测点。
•
由于每个测点在空间的坐标位置是已知
的，所以可以计算基准井上某一点（M） 到被扫描井上每一点的距离，然后进行 比较，找出最近测点。
定向井钻井工艺及井身质量要求
条文。本标准出版时，所示版本均为有效。所有标准都会被修订，使用 本标准的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性。
SY/T5088—93 评定井身质量的项目和计算方法 SY/T5416—1997 随钻测斜仪测量规程 SY/T5472—92 电子陀螺测斜仪测量规程 SY/T5619—1999 定向井下部钻具组合设计方法 SY/T5955—1999 定向井钻井工艺及井身质量要求 3 定义 本标准采用下列定义。 3.1 中靶 targeting 实钻井眼轨迹进入预定的靶区。 3.2 靶区 target area 包括通常意义的靶圆以及地质规定的特殊目标范围。 3.3 中靶预测 target prediction 根据实钻井眼轨迹达到的位置及方向，对靶前待钻井眼的造斜率、方 位调整率、井斜角和井斜方位角和长度进行预测。
4.3.1 配备动力钻具、弯接头、无磁钻铤、螺旋稳定器、随钻震击器、 加重钻杆和短钻铤等。
4.3.2 根据实际需要，可选用螺旋钻铤、无磁承压钻杆、高强度铝合金 钻杆等新型钻具和可变径稳定器、导向钻具、键槽破坏器等新型工具。 5 井眼轨迹控制
5.1 直井段钻进过程中按设计要求监测井眼轨迹，严格控制井身质量。 5.2 造斜点 根据设计及造斜点实测井斜角、井斜方位角，计算出井底位置坐标，结 合地层方位漂移规律确定定向方位角。 5.3 斜井段 5.3.1 井眼轨迹的计算和作图按 ST/T5435 的规定进行。 5.3.2 根据测斜数据和轨迹图，参照邻井资料，预测待钻井眼轨道，及 时改变钻进参数或钻具组合。 5.3.3 定向、扭方位装置角可按沙尼金图解法确定。 5.3.4 造斜和扭方位角施工时，测斜间距不超过 30m；增斜、降斜施工 时，测斜距不超过 50mm；稳斜段施工时，测斜间距不超过 80m，必要时 加密测点。 5.3.5 防碰井段施工中，有磁干扰时应用陀螺测斜仪监测井眼轨迹。 5.3.6 三维绕障井的实钻垂直投影图采用沿设计铅垂曲面投影展开的方 法作出。 5.3.7 施工中随钻作图分析井眼轨迹。 6 施工要求
定向井
C
特点：
D
难度较三段制剖面大，主要
原因是有降斜段。降斜段会增大
扭矩、摩阻（如小水平位移深定
向井采用三段制剖面轨迹难控制
）。
第二节 定向井井身剖面设计
O
2、特殊二维剖面
为了减少摩阻 2.1 悬线剖面 2.2 抛物线剖面
第二节
定向井井身剖面设计
3、三维定向井剖面
三维定向井剖面指在设计 的井身剖面上既有井斜角的 变化又有方位角的变化。
垂直平面上：
每一点的井深与空 间井眼的井深一样,每 一点的井斜角与与空间 井眼对应的井斜角一致 。（不是直接投影）
第一节 定向井的基本概念
N A A B 水平面上：
B
为空间井眼的水平投
S
影
E O
第一节 定向井的基本概念
一、定向井基本要素
测深 ———井口至测点处的井
眼实长，米。 Measured depth（ MD)
第二节 定向井井身剖面设计
一、名词解释
直井段: 井斜角为0 造斜点：开始定向造斜的位置 增斜段：井斜角随井深增加的井段 定向造斜段：造斜点以下的增斜段 稳斜段：井斜不变的井段 降斜段：井斜角随井深增加而减小
O
A
B C D
的井段
E
第二节 定向井井身剖面设计
一、名词解释
目标点：设计规定必须钻达的地下空
第一章 定向钻井
概述 第一节 定向井的基本概念 第二节 定向井井身剖面设计 第三节 实际井眼轴线的计算和绘制 第四节 定向井的井斜和方位控制 第五节 定向仪器及定向工具
第一节 定向井的基本概念
第一节 定向井的基本概念
井眼曲线的表示方法：垂直平面与水平平面
第一节 定向井的基本概念
定向井钻井技术
3．垂直投影图 垂直剖面：井眼轨道设计方位线所在的铅垂面 坐标系：原点（井口）、横坐标（视平移）、 纵坐标（垂深）
表达的参数：垂深D、视平移V 。
第三节
直井井斜及原因
一、井斜的危害
1、在地质勘探方面：造成地质资料失真；打乱 合理的地下井网和开发方案。 2 、在钻井施工方面：恶化钻柱工作条件；易造 成井壁坍塌和卡钻；易造成固井下套管困难和 注水泥窜槽；纠斜侧钻增加成本。 3 、在开发采油方面：影响分层开采；影响修井 工作；影响采收率（死油区）。
2 H 2 A 4
2 2 2 K ( ) ( ) sin c L L
αc
( ) ( ) sin c
2 2 2
c
1 2
2
第二套公式 （平面曲线）
cos cos1 cos 2 sin 1 sin 2 cos
优 点 （1）容易想象轨迹形状 （2）能真实反映井身参数 （3）作图简便
Lp
D
１．水平投影图 投影面：水平面 坐标系：以井口为原点、Ｎ坐标轴、Ｅ坐标轴。 表达的参数：Ｎ坐标值、Ｅ坐标值、水平位移S、 水平长度Lp、闭合距、井斜方位角φ、 平移方位角θ、闭合方位角。 2．垂直剖面图 垂直剖面：过井眼轴线上各点垂线组成的柱面展开图。 坐标系：原点（井口）、横坐标（水平长度）、 纵坐标（垂深） 表达的参数：垂深D、水平长度Lp、井深Dm、井斜角α 。
•为什么要钻大位移井？
用于开发浅海滩涂油田
我国有广阔的海岸线和丰富的浅海滩涂油气藏
对于沿岸极浅海域，钻大位移井可以实现海油陆采、
节省建平台或人工岛的投资。
•什么是分支井？
1）多底井
一个主井眼中钻出两个以上的井眼
钻井工程设计样本井身结构及钻机
3.3.4.2
序号
井深
m
井斜角
(°)
方位角
(°)
垂深
m
水平位移
m
N坐标
E坐标
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
…
要求按每30m一点列出从造斜点开始的剖面数据。
3.3.5定向井、水平井井眼轨迹垂直投影示意图
3.3.6定向井、水平井井眼轨迹水平投影示意图
3.3.7定向井、水平井防碰计算表
序号
垂深
m
设计井
参考邻井
水平
3.3井身结构
3.3.1井身结构示意图
3.3.2井身结构设计数据表
开钻次序
井深
m
钻头尺寸
mm
套管尺寸
mm
套管下入
地层层位
套管
下入深度
m
环空水泥浆
返深
m
导管
22
660
508
20
地面-22
一开
635
444.5
339.7
633
地面-633
二开
3305
311.2
244.5
3302
2500-3302
530-1330
882
柴油机2#
PZ12V190B—1
882
柴油机3#
PZ12V190B—1
882
柴油机4#
柴油机5#
八
发
电
机
组
发电机1#
Z8V190MD/300GF
300
发电机2#
Z8V190MD/300GF
300
发电机3#
定向钻技术规程
定向钻技术规程
定向钻技术是一种通过特殊工具和设备控制钻杆方向的钻井技术。
其主要目的是在井眼质点的基础上按照设计要求进行定向钻井，并最终达到确定的地层目标。
定向钻井技术规程是制定了针对定向钻井工作的一系列规范和参数，以保证钻井作业的安全和效率。
以下是一些常见的定向钻井技术规程：
1. 定向设计规程：确定井斜、方位、井深和倾角等参数，包括井筒测量、测斜和方位工具的选择和使用。
2. 定向测量规程：确定井斜、方位和井深等测斜仪和方位工具的测量方法和精度要求。
3. 定向控制规程：确定钻井工程师和定向操作人员如何根据测量结果进行调整和控制钻杆方向，包括调整钻井液性质和钻速等。
4. 定向井段规程：针对特定的定向井段，如水平段、直井段和斜井段，制定相应的技术规范和施工要求。
5. 定向井口设备规程：确定定向钻井过程中，井口设备的要求和安装方式，如钻杆、钻头和测斜仪等。
6. 定向问题应对规程：针对定向钻井过程中可能出现的问题，如钻失、偏斜、起桩等，制定相应的应对措施和规范。
定向钻井技术规程的制定是为了保证定向钻井作业的顺利进行，并达到预期的地质目标。
合理的技术规程可以提高钻井作业的安全性和效率，减少钻井成本和风险。
定向井井身参数和测斜计算
定向井井身参数和测斜计算第一节定向井井身参数和测斜计算一．定向井的剖面类型及其应用定向钻井就是“使井眼按预定方向偏斜，钻达地下预定目标的一门科学技术”。
定向钻井的应用范围很广，可归纳如图9－l所示。
定向井的剖面类型共有十多种，但是，大多数常规定向井的剖面是三种基本剖面类型，见图9－2，称为“J”型、“S”型和连续增斜型。
按井斜角的大小范围定向井又可分为：常规定向井井斜角＜55°大斜度井井斜角55～85°水平井井斜角＞85°（有水平延伸段）二．定向井井身参数实际钻井的定向井井眼轴线是一条空间曲线。
钻进一定的井段后，要进行测斜，被测的点叫测点。
两个测点之间的距离称为测段长度。
每个测点的基本参数有三项：井斜角、方位角和井深，这三项称为井身基本参数，也叫井身三要素。
1．测量井深：指井口至测点间的井眼实际长度。
2．井斜角：测点处的井眼方向线与重力线之间的夹角。
3．方位角：以正北方向线为始边，顺时针旋转至方位线所转过的角度，该方向线是指在水平面上，方位角可在0—360°之间变化。
目前，广泛使用的各种磁力测斜仪测得的方位值是以地球磁北方位线为准的，称为磁方位角。
磁北方向线与正北方向线之间有一个夹角，称磁偏角，磁偏角有东、西之分，称为东或西磁偏角，真方位的计算式如下：真方位＝磁方位角十东磁偏角或真方位＝磁方位角一西磁偏角公式可概括为“东加西减”四个字。
方位角也有以象限表示的，以南（S）北（N）方向向东（E）西（W）方向的偏斜表示，如N10°E，S20°W。
在进行磁方位校正时，必须注意磁偏角在各个象限里是“加上”还是“减去”，如图9－3所示。
4．造斜点：从垂直井段开始倾斜的起点。
5．垂直井深：通过井眼轨迹上某点的水平面到井口的距离。
6．闭合距和闭合方位（l）闭合距：指水平投影面上测点到井口的距离，通常指靶点或井底的位移，而其他测点的闭合距离可称为水平位移。
钻井数据手册
钻井数据⼿册三、API套管规范3四、环容数据表五、处理卡钻事故⼯具（四）超级震击器规格七、定向井⼯艺（⼀）、定向井分类：a、按段制分：常规定向井可分为⼆、三、四、五段。
b、按井眼轴线形状分：两维定向井、三维定向井。
c、按井斜⾓分：低斜度定向井：设计最⼤井斜⾓不超过15度中斜度定向井：设计最⼤井斜⾓不超过15度⾄45度之间，⼤斜度定向井：设计最⼤井斜⾓在46度⾄85度之间，⽔平井：设计最⼤井斜⾓在86度⾄120度之间，并沿⽔平⽅向钻进⼀定长度的井。
根据造斜井段的曲率半径⼜可细分为长、中、中短、短四种曲率半径的⽔平井。
（⼆）⼤港螺杆常规钻具规格及性能参数表⼋、API钻具技术参数九、现场常⽤计算公式（⼀）钻井液循环⼀周所需时间T=(V井—V柱)/60×QV井——井筒容积，升；V 柱——钻柱体积，升； Q ——钻井液排量，升/秒；T ——循环⼀周的时间，分。
（⼆）配制1m 3⽔泥浆需要的⼲⽔泥量 T=ρc x(ρS —1)/(ρc —1)ρc ——⼲灰密度，g/cm 3；ρS ——⽔泥浆密度，g/cm 3。
（三）配制1m 3⽔泥浆需要的⽔量V=(ρc —ρS )/(ρc —1)（四）稀释公式Q 1=Q O ×(1—Z/X)Q 1——清⽔⽤量，吨；Q O ——已配制的酸液量，吨； X ——已配制的酸浓度； Z ——施⼯需要酸液量。
（五）注解卡浆最⾼压⼒计算：p (Max)=P(单泵压⼒)+0.01(r 泥浆-r 解卡剂)×解卡剂⾼度（六）卡点计算：L=K(e/p)L ——卡点深度，⽶E ——钻杆连续提升时平均伸长，厘⽶P ——钻杆连续提升时平均拉⼒，吨 K ——计算系数（七）动态起压时间计算：设管内外压⼒平衡时，管内泥浆液柱⾼度为H im+-+-=VCC C Hc m c i im P H ρρ001001 QH C T im i ?=式中 H im —管内泥浆液柱⾼度，m ；H —套管下深，m ；C i —套管内每⽶容积，m 3/m ；C o —平均环空每⽶容积，m 3/m ；ρc —⽔泥浆密度，g/cm 3；ρm —泥浆密度，g/cm 3；V c —注⽔泥浆量，m 3；Q —顶替排量，m 3/min ； T —起压时间，min ； Δp —循环压耗，MPa ；循环压耗Δp 采⽤经验公式：（当Δp=0时，计算结果为静态起压时间）当套管下深＜1000m 时： Δp=0.0981(0.01H)+0.8（MPa ）当套管下深5000m ＞H ＞1000m 时: Δp=0.0981(0.01H)+1.6（MPa ）（⼋）环空液柱压⼒当量密度（ρm ）的计算：设井深为H ；环空中前置液的⾼度为H 前；前置液的密度为ρ前；⽔泥浆的⾼度为H ⽔泥；⽔泥浆的密度为ρ⽔泥；泥浆的密度为ρ泥浆；则()H H H H H Hm前泥浆泥浆前前⽔泥⽔泥--+?+?=ρρρρ注：ρρ为地层破裂压⼒当量密度ρ0为地层孔隙压⼒当量密度在固井设计过程中ρm 应满⾜：ρP ＞ρm ＞ρo（九）套管在⾃重作⽤下的伸长：△L=（7.854—r 泥）/4 xL 2x10-7r 泥—泥浆⽐重△L —⾃重伸长，⽶ L —套管原有长度，⽶⼗、钻头系列（⼆）、钻头附加结构特征代号：代号附加结构特征C 中⼼喷嘴。
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定向井钻井参数设计
刘嘉
中石油胜利石油工程有限公司钻井技术公司
摘要：科技的发展，人口的剧增，造成了对能源的巨度消耗。
这迫使人类去寻找更多的能源来满足这样的消耗，而石油便是其中之一。
在脚下的土地中，蕴含着大量的石油能源需要去勘探，这边需要有先进的开采技术，若是因开采方式的不当而造成对能源的大量浪费，便是得不偿失了。
一、定向井钻井技术概述
定向井技术是当今世界石油勘探开发领域最先进的技术之一，也是如今使用的越来越频繁的技术。
采用定向井技术开采石油，不仅可以在地下环境条件的严格限制下经济而有效的开发石油资源，在大幅度提高油气产量的同时，又不会对自然环境造成污染，是一项具有显著的经济效益的技术手段。
1.定向井：定向钻井是使井眼沿盂县设计的井眼轴线（井眼轨迹）钻达预定目标的钻井过程。
2.定向井的分类：按照井型的不同，可将定向井分为常规定向井（即最大井斜角在60°以内的定向井）、大斜度定向井（最大井斜角在60°到90°之间，也成为大斜度井）、水平井（最大井斜角保持在90°左右的定向井）、分支井、联通井。
二、定向井的设备介绍
1.泥浆马达：以泥浆作为动力的一种螺杆状的井下动力钻具，主要由旁通阀总成、马达总成、万向轴总成、驱动轴总成和放掉总成等部分组成。
2.扶正器：在钻井过程中起支点作用，通过改变其在下部钻具中的位置可以改变钻具的受力状态，从而达到控制井眼轨迹的目的。
3.非磁钻铤：在钻具组合中使用非磁钻铤可以有效的放置由于钻具本身所带来的磁干扰，减少测量过程中的误差，使测量结果真实、有效。
4.浮阀：一个用来防止泥浆倒流损害井下工具及防止钻头水眼被堵的工具。
5.定向接头：为定向仪器提供稳定性的工具，便于准确了解马达等井眼下工具的方向，从而能够为下不作业的顺利进行提供保障。
三、定向井参数设计：
1.井深（Measure Depth）:指井口至测点的井眼长度，也称为斜深。
常用Dm 表示，单位为m。
2.井斜角：井斜角是指定向井中某点的中轴线与地球铅垂线之间的夹角，其范围为其范围为0°~180°。
3.垂直深度（Depth）：是指轨迹上某点至井口所在水平面的距离，常用字母D 表示。
4.水平长度（Length）：即水平投影长度，或简称为平长，是指井深在水面砂锅的投影长度。
5.水平位移：简称平移，是指轨迹上某点至井口所在铅垂线的距离。
国外也称闭合距。
6.水平方位角：指平移方位线所在的方位角。
即以正北方向为始边顺时针旋转到平移线上所转过的角度。
国外也称闭合方位角。
（二）、钻井过程中需要考虑的问题
1.选择合适的井眼曲率
一般来说，在定向钻井的过程中，井眼曲率不宜过小。
其原因在于过小的经验率会导致动力钻具造斜井段、扭方位井段和增（降）斜井段的井眼长度增加，从而使井眼轨迹控制的工作量随之增加，钻井速度会受到影响。
但井眼曲率也不宜过大，否则会加剧钻具的偏磨、在钻的过程中受更大的摩擦力的阻碍，同时也容易造成键槽卡钻，还会给其他作业造成困难。
因此，在定向钻井过程中，要选取合适的井眼曲率。
2．井眼尺寸
除了要选择合适的井眼曲率，井眼的尺寸大小也是一个不可忽视的因素。
一般而言，尺寸大的井眼相对于尺寸小的比较容易控制轨迹，但同时因弯曲带来的钻压也较大。
小井眼要求使用更小、更柔的钻具，而且地层因素对轨迹有不可忽视的影响，从而小井眼的轨迹相较于大井眼更难于控制。
3．钻井液设计：
（1）定向井钻井液设计十分重要，有足够的润滑性和携砂能力的钻井液会减少卡钻的可能。
（2）钻井液性能控制对减少定向井钻柱拉伸与扭矩也很重要；（3）钻井液中应加润滑剂，钻井液密度与粘度必须随时控制。
该高压地层前下一层保护套管，以封固所有正常压力井段。
4．造斜点的选择
一般而言，选取造斜点不宜过深，也不宜过浅，选取线地层造斜会形成较大的井眼，同时浅地层相对较软，在造斜过程中要极度当心造成新的井眼。
因而，选取
适当的造斜点也是一个应注意的事项。
一般来说要选取一个适当浅的位置作为造斜点，不仅能减少钻深地层所需要的时间，而且容易形成相对稳定的井眼，同时也能最大程度的减少对仪器的磨损。
5．靶区形状和范围
通常由地质构造、产层位置、油田油井的分布情况都会对靶区形状和范围的确定造成一定的影响，靶区大小最终是由作业者确定的。
通常认为：过小的靶区和范围不仅会增加作业成本，同时调整方位的次数也会受此影响而增加，致使井眼轨迹粗糙，使转盘扭矩增加，同时也增加产生健槽卡钻的可能性。
四、定向井轨迹控制、
（一）、定向井轨迹控制的要求及实质
1.要求：在钻井过程中，要设法使实钻的井眼轨迹尽可能符合设计的井眼轨道。
2.实质：定向井轨迹控制的实质就是通过井眼控制轨迹，即通过不断地控制井眼的前进方向来控制钻井的轨迹。
（二）、定向井轨迹控制的主要做法：
1.打好垂直阶段
如果垂直井段打不好，将会给后续的造斜带来很大的困难。
想要打好垂直井段，首先要求实钻轨迹要尽可能的接近铅垂线，也就是说井斜角要尽可能的小。
定向井垂直井段的施工质量是后续轨迹控制的基础，因此质量要求很高。
2.定向造斜要做好
由于垂直井段并没有井斜方位角，这就要求在开始造斜时需要定向。
定向造斜段的方位偏差会导致以后难以控制轨迹。
因而，定向造斜时关键的一步。
3.跟踪控制
在跟踪控制阶段，需要遵守以下原则：
●既要保证中靶，又要加快钻速；
●要尽可能多的使用转盘钻的扶正器钻具组合来进行控制;
●尽可能的利用地层的自然规律；
5．定向造斜中的注意事项：
（1）如果定向作业前的裸眼段较长，应短起下钻一趟，保证井眼畅通。
（2）井下马达下井前应在井口试运转，测量轴承间隙；记录各种参数，工作正常方可下井；
（3）在MWD等仪器下井前，需要输入磁场强度、磁倾角等参数，以保证数据准确无误；
（4）定向造斜钻进，为保持恒定的工具面要按规定加压，均匀送钻。
（5）造斜钻进或起下钻，用旋扣钳或动力水龙头上卸扣，不得用转盘上卸扣；（6）起钻前方位角必须在20～30米井段内保持稳定，且保证预定的提前角。
总结：定向钻井技术现在已经得到了广泛的应用，并在石油行业中占据了较高的地位。
定向井技术的出现不仅解决了以往很多较复杂油藏开采困难的问题，而且提高了油田的开发效率，也提高了油田的采收率。
依靠现有的条件，改善目前的钻具，合理的使用地质导向技术，能大大加强定向钻井的命中率，也为定向钻井的进一步推广应用打下基础。
参考文献：
[1] 郭志勤.国内外钻井与采油工程新技术[M].北京:中国石化出版社 2000
[2] B B库里奇茨基著鄢泰宁译.定向钻井钻井的地质导向技术[M].北京:石油工业出版社 2002
[3] 赵金海韩来聚唐志军等.复合钻进中导向钻具稳斜能力的研究[J].矿山压力与顶板管理,2002
[4] 罗武胜鲁琴等.水平定向钻进轨迹最优化设计方法研究[J].岩土工程学报,2005。