定向井基础知识讲解

定向井的使用范围 增加油层穿越面积，提高产量和采收率（水平井） 绕开地面障碍（河流、高山、建筑、沼泽） 适应井下地质条件，节省钻井时间
减小地面井场占用面积,节省投资（丛式井、多底井）
处理井下事故（救援井、侧钻井）
定向、水平井的主要用途
在地面上难以建立或不允许建立井场的地区，要勘探开发地 下的石油等资源，唯一的办法是从该地区附近打定向井； 在海洋或湖泊等水域上勘探开发石油时，最好是建立固定平 台或从岸边打定向井和丛式定向井； 可使用定向井饶过所钻遇的地下复杂地层或障碍物等； 打定向水平井和复杂结构井，可扩大勘探效果及提高开发效 益和采收率； 在发生卡钻、断钻及井喷着火等恶性钻井事故的情况下，用 侧钻井、救援井来处理这类事故最有效。
井斜变化率和井斜方位变化率
井斜角和井斜方位角是在随着井深而不 断变化的。既然在变化，就有变化快慢 之分。变化率就是变化的快慢。 井斜变化率：是指井斜角随井深变化的 K 程度，以Ｋα表示。严格地讲，井斜变 化率是井斜角α对井深Ｌ的一阶导数， 可写为： 以增量代替微分，以相邻二测点间的井 斜角变化值（Δα）与二测点间井段长 度（ΔL）的比值来表示井斜变化率的。 求得的乃是该测段的平均井斜变化率： K
井眼轨迹的基本参数
磁偏角
目前广泛使用的磁性测斜仪是 以地球磁北方位为基准的。磁 北方位与正北方位并不重合而 是有个夹角，称为磁偏角。磁 偏角又分为东磁偏角和西磁偏 角。东磁偏角指磁北方位线在 正北分位线的东面，西磁偏角 指磁北方位线在正北分位线的 西面。用磁性测斜仪测得的井 斜方位角称为磁方位角，并不 是真方位角，需要经过换算求 得真方位角。这种换算称为磁 偏角校正。换算的方法如下： • 真方位角＝磁方位角＋东 磁偏角 • 真方位角＝磁方位角－西 磁偏角
井眼轨迹的基本参数
测深(MD)：
指井口(通常以转盘面为基准)至测点的井眼长度。国外称 为测量井深(Measure Depth)。井深是以钻柱或电缆的长 度来量测。测深既是测点的基本参数之一，又是表明测点 位置的标志。
井深：
指井口(通常以转盘面为基准)至钻头的井眼长度，也有人 称之为斜深。
其他井身参数
水平位移：简称平移，指轨迹上某 点至井口所在铅垂线的距离，或指 轨迹上某点至井口的距离在水平面 上的投影。此投影线称为平移方位 线。水平位移常以字母Ｓ表示。 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。 水平位移和水平长度是完全不同的 概念。
定向井基础知识
前 言
随着先进的定向井工具、测量仪器的应用和发展，我国的 定向井、丛式井的钻井工艺技术达到了较高的水平。完成 了一批大斜度井、大水平位移定向井。国内多数油田已掌 握常规定向井、丛式井的钻井技术；高难度定向井及救援 井技术。从总体上说已达到或接近世界先进水平。 目前，世界上定向井最大水平位移已超过5000m，水平 井最大水平位移已超过10000m。定向井技术正向着大位 移井、水平井方向发展。水平井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，从已经投产的水平井来 看，绝大多数水平井确实带来了十分巨大的经济效益。目 前，水平井钻井技术已日臻成熟和完善，随着不同的地面 条件、地下油层状况与勘探开发要求，已钻成了多种多样 的水平井。
井眼轨迹的基本参数
象限角
井斜方位角还有另一种表 示方式，称“象限角”它 是指井斜方位线与正北方 位线或与正南方位线之间 的夹角。象限角在 0～90 度之间变化。书写时需注 明所在的象限，如 N67.5°W。
井眼轨迹的基本参数
象限方位角的校正，稍微麻烦点。
区别东西磁偏角； 区别在那个象限里；
㈢定向井工艺
1、井眼轨迹的控制
1）直井段钻进过程中按设计要求认真作好测斜工作， 监测井眼轨迹，严格作好防碰工作，并控制直井段最大井 斜符合设计要求。特别要作好1：100的防碰图，做好随钻 分析，异常情况分析记录判断，搞好全员防碰工作。 2）造斜段：造斜点的选择应考虑以下因素： ａ、设计造斜点， ｂ、直井段以发生的轨迹偏移 ｃ、有利于防碰， ｄ、下步计划实施的增斜方式及增斜率， ｅ、其它井施工安全性， ｆ、尽量充分利用钻头寿命
da dL
L
井斜变化率和井斜方位变化率
井斜方位变化率：是指井斜方位 角随井深变化的程度，以Ｋφ表 示。严格地讲，井斜方位变化率 是井斜方位角φ 对井深Ｌ的一阶 导数，可写为： 以增量代替微分，以相邻二测点 间的井斜方角变化值（Δφ ） 与二测点间井段长度（ΔL）的比 值来表示井斜方位变化率的。求 得的乃是该测段的平均井斜方位 变化率：
4、若是丛式井组，应首先做出井组整体设计； ａ、井组安排应考虑道路的优化井眼轨迹的需要，多靶井应考 虑靶前位置对施工的要求。在此前提下，按井组钻井进尺最 少和地形的可能来确定井组地理位置；
ｂ、应尽量避免井组中各井眼轨迹在空间交叉；
ｃ、井组中各井的水平位移应综合考虑，长短结合，以便于错 开造斜点； ｄ、井口可根据地形条件及钻机的移动性能等情况布置成直线 型、矩形，急于投产的油井，可布置成L形； ｅ、井组中各井的表层套管下深应错开20米以上；
f.设计依据必须 与安装好井架的井口 测量坐标相符；
直井段 造斜点 增斜段
g.井架和设备基 础都应摆放在实方处， 丛式井组还应考虑钻 机移动方式和井口间 距，为了减少两井相 碰风险井口间距大于 5米为宜；
H,m
ᵅmax
降斜段
最大井斜角
直井段
s
水平位移
3、设计内容还包括：
ａ、丛式井应提供井组排序方案及井组图； ｂ、提出定向井分段施工技术，并附造斜点至井底间距为 30米的设计井身轨道二维剖面数据和设计井身投影图； ｄ、提出各设计井段的钻具组合及施工参数要求，以及使 用井下工具的规格、型号及数量； ｅ、提出井身轨迹测量方案； ｇ、提出井身质量要求； ｈ、对于需要绕障的井，应提出绕障施工原则及方案； ｉ、列出定向井钻井安全技术措施；
㈠、定向井设计 1、井深剖面设计 定向钻井一般为常规定向井，剖面要求基本为两段制 （直—增）或三段制（直—增—稳）。
直—增剖面
直—增—稳剖面
2、定向井设计必须有
a.地质设计应提供井口和目标点纵、横坐标，目标点垂直 深度； b.给出目标点靶区半径，有特殊要求应作出说明； c.提供本地的磁偏角； d.丛式井场有老井的，必须提供已钻的井测斜数据，并复 测井口坐标； e.根据地质设计和井场组合，是丛式井井场要进行施工顺 序排序，尽量避免绕障，减少施工位移；
二、水平井
井眼轨迹的基本参数
所谓井眼轨迹，实指井眼轴线。 一口实钻井的井眼轴线乃是一条空间曲线。为了进行 轨迹控制，就要了解这条空间曲线的形状，就要进行 轨迹测量，这就是“测斜”。 目前常用的测斜方法并不是连续测斜，而是每隔一定 长度的井段测一个点。这些井段被称为“测段”，这 些点被称为“测点”。 测斜仪器在每个点上测得的参数有三个，即测深、井 斜角和井斜方位角。这三个参数就是轨迹的基本参数。
井眼轨迹的基本参数
井斜方位角常以字母φ表示，单位为度(°)。井斜方位角的 增量是下测点的井斜方位角减去上测点的井斜方位角，以 Δφ表示。井斜方位角的值可以在0～360° 范围内变化。 注意“方向”与“方位”的区别。方位线则是水平面上的矢 量，而方向线乃是空间的矢量。只要讲到方位，方位线，方 位角，都是在某个水平面上；而方向和方向线则是在三维空 间内(当然也可能在水平面上)。井眼方向线是指井眼轴线上 某一点处井眼前进的方向线。该点的井眼方位线则指该点井 眼方向线在水平面上的投影。在学习扭方位计算时，也要特 别注意这个区别。
磁偏角校正(讨论)
1. 我国某油田的磁偏 角大约是西偏5.50。某 测点测得井斜方位角为 2.50，求真方位角=？ 2. 我国新疆克拉玛依油 田的磁偏角大约是东偏 4.10。某测点测得井斜 方位角为3580，求真方 位角=？
3. 西磁偏角5.50，测得 方位角292.50，求真方位 角=？如果用象限角表示， 象限角=？ 4. 东磁偏角50，测得方 位角1200，求真方位角=？ 如果用象限角表示，象限 角=？
水平井：应用于油气田开发的 目标是增产、提高采收率。 尤其适应于裂缝性储层、低渗油 气层、薄油层。
水平井
多底井
侧钻
救援井
定向井的定义
一、定向井
定向钻井是使井眼沿预先 设计的井眼轴线（井眼轨迹）钻 达预定目标的钻井过程。
（井斜控制是使井眼按规定 的井斜、狗腿严重度、水平位移 等限制条件的钻井过程）。
d K dL
K L
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)。 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。
3）注意事项： a.使用单点测斜仪器造斜时，应注意井口的印迹，测量夹 角要注意判明方向； b.使用单弯螺杆一类工具造斜时，应注意入井前螺杆弯曲 方向与定向直接头间的夹角，并在每次测斜后校正； c.造斜施工要根据设计，要考虑直井段轨迹的影响、下部 地层可能的漂移规律等因素确定初始井斜角和定向方位角， 并预算下部轨迹控制方案； d.由于测量仪器与井底总是有一段距离，尤其在使用单点 测斜仪器定向时，要根据当前井斜方位和施工工具面，准确 估计井底的井斜方位，以保证造斜施工达到预期效果。