定向井工程知识

定向井工程知识
定向井的基本概念
1、井深：井眼轨迹上某点的井深，是指井口（通常是指以转盘面为基准）至该点间的井眼长度，称为该点的测深，也称为该点的测量井深。

2、井斜角：某测点处的井眼方向线与通过该点的重力线之间的夹角称为该点的处的井斜角。

井眼方向线和重力线都是有向的直线。

3、井斜方位角：井斜方位角是指以正北方向线为始边，顺时针旋转至井斜方位线所转过的角度。

4、井斜变化率：单位井段内井斜角的绝对变化值称为井斜变化率，通常以两测点间的井斜角的变化量与两测点间井段的长度比值表示。

5、井斜方位变化率：单位井段内井斜方位角的绝对变化值称为井斜方位变化率，通常以两测点间的井斜方位角的变化量与两测点间井段的长度比值表示。

6、垂深：垂深即测点的垂直深度，是指井身上任一点至井口所在平面的距离。

7、水平位移（闭合距）：井眼轴线上某一点在水平面上的投影至井口的距离，又称闭合距。

8、闭合方位或总方位：是指以正北方位线为始边顺时针转至闭合距方位线上所转过的角度。

9、N（北）坐标E（东）坐标：是指测点以井口为原点的水平面坐标系里的坐标值。

10、视平移：是井身上某点在某一垂直投影面上的水平位移，这个“水平位移”不是真实的水平位移。

所以称之为视平移。

（视平移是水平位移在设计线上的投影的长度。

）
11、最大井斜角：无论设计剖面还是实钻剖面，全井井斜角的最大值，称为最大井斜角。

12、磁偏角：在某一地区内，其磁北极方向线与地理北极方位线之间的夹角，称为该地区的磁偏角。

以地理北极方位线为起点，顺时为正值，逆时为负，正值为东磁偏角，负值为西磁偏角。

13、全角变化率：“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。

14、水平井的一些述语
①长半径水平井
造斜率小于6度/30m的水平井。

○2中半径水平井
造斜率介于6度/30m-20度/30m之间的水平井。

○3中短半径水平井
造斜率在20度/30m-30度/30m之间的水平井。

○4短半径水平井
造斜率介于1度/m-10度/m之间的水平井，有的把3度/m-10度/m的称为短半径水平井。

○5入靶点
○6终止点
○7靶前位移
○8水平段长
15、造斜点（Kick off point）
16、造斜率：造斜工具的造斜能力。

它等于造斜工具所钻
出的井段的井眼曲率，不等于井斜变化率。

17、增（降）斜率：井斜变化率正值为增斜，负值为降斜。

18、目标点（Target）
19、靶区半径
20、靶心距
21、工具面（Tool Face）：在造斜钻具组合中，由弯曲工具的两个轴线所决定的那个平面，称为工具面。

22、反扭角：启动前的工具面与启动后的工具面之间的夹角。

23、高边：（High Side）有斜度的井眼的横断面是呈倾斜状态的圆平面，若干这样的平面上最高点的连线称为高边。

因此高边方位就是井眼方位。

24、工具面角：（Tool Face Angle）表示造斜工具下到井底后，工具面所在位置的参数。

其表示方法有两种：高边；二是磁北为基准（Magnetic Angle）。

高边基准工具面角简称高边工具面角，它是指高边方向线与工具面方向线在所处井眼断面上投影所形成的夹角。

25、定向角：是定向工具面角的简称，在定向或扭方位钻进时工具面所处的位置，用工具面角表示。

工具面的位置有工作位置与非工作位置之分，工作位置是指启动马达正常钻进的工具面角，非工作位置是指不启动井下马达时的工具面角。

26、安置角：（Tool Face Setting）是安置工具面角的简称，在定向作业或扭方位时，根据井身控制的有关计算，将工具面安放的位置。

二、定向井复杂情况处理
1、造斜不成功
造斜不成功，可能的原因及相应措施如下：
①弯接头度数不够大；解决办法是考虑换较大度数的弯接头。

②地层太软，而钻头水眼则相对太小，使钻头来不及侧向切削，水力射流就已冲掉地层；合理的做法是，尽量装较大的水眼，并适当减少排量。

③钻具刚性太强，不能产生足够的侧向力。

如泥浆马达上钻铤根数太多。

合理的做法是，尽量少加钻铤。

④工具面没有掌握好，工具面反复调整不容易获得稳定的造斜率。

所以工具面应相对稳定。

⑤水泥塞太软。

这种情况出现在侧钻作业，如水泥塞没有足够的强度难以侧钻脱离老井眼。

因此，须保证水泥塞足够的强度，如钻水泥塞时，加压5～10T，ROP在5～8min/m的范围。

⑥马达性能不好。

一种情况是马达不工作，应更换掉。

另一种可能情况是，马达
工作，且有较快的进尺，但造斜率远不如其它马达或达不到设计要求，这种情况的原因可能是马达本体太长，或者轴承处横向间隙太大，使钻头抬不起头来。

因此，当遇到造斜不成功时，可具体分析为什么，合理采取补救措施。

2、方位偏差太大
方位偏差太大的原因包括:
①井眼轨迹发生始料不及的漂移，如上部井段严重左漂或右漂；
②是由于一些特殊原因，提前结束造斜，起钻时没有获得预计的井斜方位。

比如马达或测量仪器不能保证正常造斜，不得已只好提前结束造斜。

③由于测量仪器故障或测量工程师的失误，使真实定向方向不是测量仪显示的方向，致使方位偏差太大。

解决方位偏差太大的办法是进行纠方位作业。

纠方位作业时应主要考虑可能带来的狗腿和安全问题，特别是在裸眼段较长的井段。

如果偏差值大得无法以扭方位来弥补，只有填井重钻。

3、出新井眼(“裤裆”井)
新井眼往往在以下情况中可能出现：
①较浅、较疏松的地层；
②狗腿较大的井段。

如造斜段、扭方位井段；
③钻具刚性改变以后。

为避免出新井眼，定向钻井时应注意以下几方面：
A：如造斜是在较浅、较疏松的地层，造斜过程应尽量使井斜、方位平缓变化，避免急剧狗腿，特别是方位的变化。

如增斜结束后，要下入刚性较强的稳斜组合，下钻要小心，不可轻易划眼；如遇阻严重，开泵冲下，如仍遇阻，应考虑起钻用刚性较小的增斜组合通井。

有时，也可采取划眼的方式，但应在井斜较大的井段进行，必须注意划眼时钻压、扭矩等的变化。

B：在轨迹过渡井段，扭方位井段以及地层交接面，都要反复划眼，修正井壁，光滑井眼。

4、脱靶
从理论上讲，这种情况只在特殊条件下出现。

主要是考虑井眼安全，无法进行纠方位作业。

因此，对定向井工程师来说，如何准确预测轨迹变化，并把握好纠方位时机是很重要的。

5、与邻井相碰
这种情况主要可能出现在丛式井作业中。

如何避免这一事故的发生，可以从以下几方面考虑：
①设计时，尽量把防碰问题的可能性减小到最小；
②实际作业时，严格控制井眼轨迹，按照防碰作业的有关程序采取相应措施，避免与邻井相交。

6、卡钻：
定向井卡钻包括机械卡钻和压差卡钻。

其中机械卡钻可能有以下原因：
①井眼不干净，砂子带不上来；
②键槽形成于狗腿大的地方；
③井壁坍塌，埋死钻具；
④从井口落入不可钻物体，如硬的金属件等，卡死钻具；
⑤大块的水泥块掉落，造成扶正器等处被卡。

压差卡钻的原因是，泥浆比重太大，固相含量高，失水大，泥饼厚等，如钻遇高孔隙度和高渗透性地层，将进一步加剧卡钻的形成。

所以，从工艺上讲，为避免压差
卡钻，必须保持良好的泥浆性能并控制好井眼轨迹。