定向钻井技术(幻灯片培训材料)

井身剖面设计的条件、内容和步骤 设计条件：
一般情况下，给定的设计条件有：地面井位坐标、地下 目标点坐标、目的层垂直深度和井底位置。根据这些基本数 据，通过坐标换算，可计算出设计方位和设计水平位移。 井身剖面设计的内容和步骤： （1）、选择剖面类型（直－增－稳、直－增－增－稳、直－增－稳－降等）；
（2）、确定增斜率和降斜率，选择造斜点； （3）、求得剖面上的未知参数，一般情况下这个未知参 数是全井最大井斜角； （4）、进行井身计算，包括各井段的井斜角、垂深、水 平位移、井斜方位角（三维剖面）及井深；
开始把钻井和洗井联系在一起，并使用了牙轮钻头和注水泥封固套管 的工艺。 （2）发展阶段（1920--1948）：
钻井工艺、固井工艺、牙轮钻头、钻井液等得到进一步发展，同时出 现了大功率钻井设备，特殊工艺井诞生。 （3）科学化钻井阶段（1948--1968）：
科学研究使钻井技术得以迅速发展：高压喷射钻井、高效牙轮钻头、 优质钻井液、优选参数钻井等，使钻井速度产生大的飞跃。继而又发展 了地层压力检测技术、油气井压力控制技术、钻井液固相控制技术、平 衡压力钻井技术使钻井速度又一次产生了大的飞跃。同时，特殊工艺井 技术也有了重大的进展。 （4）自动化钻井阶段（1968至今）：
第二章、定向井、丛式井钻井技术－基本概念
造斜点(Kick off point):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，其测量单位为米。 造斜率：造斜率表示了造斜工具的造斜能力，其值等于用该造 斜工具所钻出的井段的井眼曲率。 增（降）斜率：指的是增（降）斜 井段的井斜变化率。其井斜变化为 正值时为增斜率，负值为降斜率。 全角变化率（Dogleg severity）： “全角变化率”、“狗腿严重度”、“ 井眼曲率”，都是相同的意义，指 的是在单位井段内三维空间的角度 变化。它既包含了井斜角的变化， 又包含着方位角的变化。其常用单
井斜方位角＝磁方位角－西磁偏角 井斜方位角＝磁方位角＋东磁偏角
第二章、定向井、丛式井钻井技术－基本概念
垂深（Vertical depth or
Tr垂深即测点的垂直深度， 是指井身上任一点至井口 所在水平面的距离。其测
垂 深
α
量单位为米。
水平位移（Displacement
主要体现电子仪表、自动测量和计算机在钻井工程中的应用（如：钻 井参数的自动测量、综合录井仪、随钻测量技术、闭环钻井技术等）使
得特殊工艺井钻井技术日臻完善。
2、我国钻井的发展情况：
钻井组建时期（1949-1957）
钻井队：8个（49年）
205个（57年）
进 尺：0.5万米
52.9万米
钻井发展时期（1958-1977）
先设计的方向钻达目的层位的钻
井方法，称为定向钻井。描述定
向井井身空间位置及形状的方法
造斜点
是对井眼进行测量，每个测点有
稳斜井段
三个数据，即测深、井斜角、井
垂 深
α -井斜角
实际井眼轨迹
斜方位角，我们称这三项测量数 据为井身的基本要素。
设计井筒轨迹
靶区
水平位移
第二章、定向井、丛式井钻井技术－基本概念
（5）、作垂直和水平投影图。
第二章、定向井、丛式井钻井技术－防碰计算
1、资料准备 根据每口井的测斜数据进行井身计算，算出每 个测点的三维坐标H、N、E。然后，建立一个标准坐标系， 其原点选在正钻井，将各计算井的测点坐标换算成标准坐标 系的坐标值。
2、为了找出邻井与正钻井上某点的最近距离，可逐个计算， 并作对比，找出邻井上与正钻井上该点的最近距离，最近距 离计算公式如下：
在井斜较小时使用,称为磁性工具面角。
二第、二定章向 、井定、向丛井式 、井丛钻式井技钻术井技－基术本－概念基本概念
丛式井的基本概念：凡在一个井场或平台上，有计划的钻 几口可几十口定向井和一口直井，这些井统称为丛式井 （组）。丛式井要涉及到合理的井距及布井的先后顺序及防 碰跟踪等问题。
我国的定向井技术始于80年代，河南油田的定向 井技术也从85年开始第一口定向井为双4-508井， 丛式井斜直井一组13口井，浅从式井组一组8口 井，深井丛式井组为一组5口。目前，我油田已 施工的定向井千余口，丛式井60多组，定向井丛 式井技术完全成熟。
第二章、定向井、丛式井钻井技术－基本概念
工具面（tool face) ：在造斜钻具组合中由弯曲工具的两个 轴线决定的那个平面称为工具面。 反扭角：动力钻具反扭矩作用下启动前后工具面之间的夹角。 高边（High Side)：有斜度的井段其井眼的横断面是倾斜平 面，若干个这样的圆平面上最高点的连线称高边，因而高边 方位即井眼方位。 工具面角（Tool Face Angle):表示造斜工具下到井底后工具 面所在的位置参数。工具面角有两种表示方法：一种是以高 边为基准（High Side Mode)，一般是井斜角大于6º后可用 高边工具面角；一种是以磁北极为基准(Magnetic Mode)，
特殊工艺井钻井技术
钻井公司研究所 2004年3月
主要内容
第一章、前 言 第二章、定向井、丛式井钻井技术 第三章、大斜度多目标井与水平井 钻井技术 第四章、大位移钻井技术 第五章、分支井钻井技术 第六章、套管开窗侧钻技术 第七章、 结束语
前言
1、钻井技术发展简况： （1）概念阶段（1901--1920）
测深（Measure depth）:井身轴线上任一点到井口的井身 长度，称为该点的测深，也称为该点的测量斜深。其测量单 位为米。 井斜角(Hole inclination
or Hole angle):井测点处 的井眼方向线（切线）与通 过该点的重力线之间的夹角 称为该点处的井斜角。井眼 方向线和重力线都是有向直 线。其测量单位为度。
已知空间两点的坐标Hi、Ni、Ei、Hj、Nj、Ej，则其距离为： Jij＝ （Hi-Hj）²+(Ei-Ej)²+(Ni-Nj)² 3、正钻井和相邻井间设定安全距离，如果算出的两点最近距
离接近安全距离，则要加密测点，密切注意，有必要的话， 则应下入井下动力钻具，通过调整井斜角或方位角，来达到
防碰的目的。
钻井工程是一项投资大、风险大、技术密集、 多学科交叉的系统工程，其设计和施工的合理 性直接关系到钻井工程的成败或工程的质量。 现代钻井所追求的目标是保护和解放油气层、 加快钻井速度、提高钻井和勘探开发整体经济 效益，而最终目的是追求钻井、勘探开发综合 效益最大化。目前钻井技术面临着严峻的挑战， 一是工作难度逐步增加：恶劣的自然环境、复 杂的地下条件、复杂断块等；二是经济压力增 加：国际大气候及油田开发的进一步深入成本 增加，迫使石油公司压缩开发成本,通过采用特 殊工艺井方式开发油气藏。总之，是勘探开发 的需要促使了特殊工艺井的产生与发展。
井身剖面的设计原则 ：
应能实现钻定向井的目的；
应尽可能利用地层的自然造斜规律；
应有利于采油工艺的要求；
造斜点
应有利于安全、快速、优质钻井。 需要考虑以下几个问题： 选择合适的井眼曲率；
垂
深α
选择易钻的井眼形状；
选择恰当的造斜点；
靶区
设计井身剖面形状应与井身结构同时考虑 水 平 位 移
第二章、定向井、丛式井钻井技术－剖面设计
斜方位角的绝对变化值。 两变化率的单位为：º/100m
第二章、定向井、丛式井钻井技术－基本概念
目标点（Target）：设计规定的，必须钻达的地层位置，称 为目标点。通常是以地面井口为坐标原点的空间坐标系的坐 标值来表示。 靶区半径：允许实钻井眼轨迹偏离设计目标点的水平距离， 称为靶区半径。 靶心距：在靶区平面上，实钻井眼轴线与目标点之间的距离， 称为靶心距。
第二章定向井、丛式井钻井技术－剖面设计
定向井井身剖面设计是定向井最关键的问题。组成定向
井井身的所有井段形状不外乎有四种，即垂直井段、增斜井
段、稳斜井段和降斜井段，由这四种井段可以组成多种剖面。
常规的定向井剖面设计主要是两维定向井剖面设计，是指设
计的井眼轴线只是在某一个给定的铅垂面内变化，即设计的
井眼轴线只有井斜角的变化，没有方位角的变化。
第二章、定向井、丛式井钻井技术－基本概念
井斜方位角（Hole direction）：
井斜方位角是指以正北方位线为始边，顺时针旋转至井斜方位线所转过 的角度。其测量单位为度。井斜方位线是指该测点处的井眼方向线在水 平面上的投影线。井余斜角的值可在0－360度之间变化。其另一种表 示方法是用象限值来表示，是指井斜方位线与正北和正南方位线之间的 夹角。象限值在0－90度之间。
N（m)
第二章、定向井、丛式井钻井技术－基本概念
大地坐标的的确定：大地坐标是以英国的格林威治天文 台为坐标原点而构建的全球通用的大地坐标体系，地球上的 任一点都可以通过卫星定位在该坐标系中找到自己的唯一位 置。当定向井的井口位置测定后，该井井身的任一点的大地 坐标都可以确定。
磁偏角（Deinclinnation）的校正：在定义井斜方位角时， 是以地球正北方位线为准，而使用磁力测斜仪测得的井斜方 位角则是以地球磁北方位线为准，称为磁方位角。由于磁北 极偏离地球北极，使绝大多数区域磁北方位线与正北方位线 并不重合，二者间的夹角即为磁偏角。其计量是以地理北极 方位线为始边，磁北方位线为终边，顺正逆负，正东负西， 若磁北方位线在正北方位线以东称偏东磁偏角，若磁北方位 线在正北方位线以西称偏西磁偏角。进行井斜方位角校正时， 可使用如下简单公式：
3、特殊工艺井的概念及主要类型：
特殊工艺井是指除常规钻井工艺所钻直井之外 其它井的总称，主要包括定向井、丛式井、水平井、 大位移井、侧钻井、分支井、径向水平井、小井眼 井、柔性管钻井及欠平衡压力钻井等。
定向井与丛式井
水平井
大位移井
侧钻井
分支井 (多底井)
径向水平井
此外、欠平衡压力钻井、 小井眼井、柔性管钻井 等也属于特殊工艺井。