定向井水平井钻井技术2009
定向井、水平井钻井完井工艺技术进展
一、概 述
（一）、定向井的定义 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。 （井眼控制是使井眼按规 定的井斜、狗腿严重度、 水平位移等限制条件的钻 井过程）。
中国石油长庆油田分公司 Petrochina changqing oilfield companymuth
中国石油长庆油田分公司 Petrochina changqing oilfield company
三、定向井井眼轨迹基本概念
（一）、定向井的基本要素
N
OO
井斜变化率：井斜角对井深的变化率，度 /30米；(build rate,drop rate) 方位变化率：方位角对井深的变化率，度 /30米；walk rate
三、定向井井眼轨迹基本概念
主要参数：
测点的井深，用L表示；
造斜点
稳斜井段
垂
深α
实钻井眼轨迹
设计井眼轨道
靶区
测点的井斜角，用α； 测点的方位角，用φ。
通过测深、井斜角、方 位角然后利用公式逐段 递推出整个轨迹情况。
水平位移
中国石油长庆油田分公司 Petrochina changqing oilfield company
中国石油长庆油田分公司 Petrochina changqing oilfield company
一、概 述
（三）、为什么钻定向井
1、地面限制 油田所处地面不利于或不充许设置井 场钻井或搬家安装受到极大障碍。 如：1）英国的北海油田；
2）中国的长庆、胜利、大港、 塔里木油田等。
苏14区块加密区山1有效厚度图
定向井、水平井钻井完井工艺技术 进展
中国石油长庆油田分公司 Petrochina changqing oilfield company
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。
定向及水平井简介
对钻井设备和技术的要求较高 ，需要专业的定向井工程师团
队。
在某些情况下，可能存在井眼 轨迹控制难度大、油层污染等
问题。
水平井的优缺点
优点 可以实现长水平段穿越油层，提高油藏的开采效率。
对于薄油层和复杂油藏的开采具有重要意义。
水平井的优缺点
• 可以有效利用地层自然裂缝，提高油藏的开采效 率。
水平井的优缺点
01
缺点
02
钻井过程中需要控制好水平段的稳定性， 避免出现卡钻等事故。
03
对钻井设备和技术的要求较高，需要专业 的水平井工程师团队。
04
在某些情况下，可能存在水平段稳定性差 、油层污染等问题。
定向井与水平井的适用范围及选择依据
适用范围
定向井适用于需要大范围水平位移的油藏开采，如海上油田、复杂断块 油田等。
岩屑携带
定向钻井过程中，岩屑容易堆积在井 底，影响钻进效率。可以采用高压喷 射钻头、空气钻头等新型钻头，提高 岩屑携带能力。
地层适应性
不同地层对钻头、钻具和工艺有不同 的要求，需要根据地层特点选择合适 的钻头、钻具和工艺。
03
水平井钻井技术
水平井钻井设备及工具
01
02
03
04
钻机
用于钻进水平井的钻机，通常 采用顶部驱动钻井系统。
岩屑携带
水平井钻进过程中，岩屑容易堆积在井底，影响钻进效率 。可以采用高压喷射钻井技术来解决这一问题。
井壁稳定
水平井钻进过程中，容易发生井壁失稳现象，可以采用合 理的钻井液体系和稳定剂来解决这一问题。
完井作业
水平井完井作业过程中，需要采用特殊的完井技术，以确 保水平段的密封性和稳定性。可以采用先进的完井技术和 工具来解决这一问题。
定向井水平井
自19世纪末旋转钻井诞生以来，初期都是打直井，人们预想的井眼轨道乃是一条铅垂直线。
并且认为旋转钻的实钻井眼轨迹也和顿钻一样，是一条铅垂直线。
直到大约本世纪20年代末，人们意外地发现一口新钻井把旁边一口老井的套管钻穿了，还发现相邻两口井的井深不同却钻到了同一油层。
于是认识到井是会斜的，需要采取有效措施控制井眼轨迹，才能减小井斜。
于是出现了“直井防斜技术”。
本世纪30年代初，在海边向海里打左向井开采海上油田的尝试成功之后，左向井得到了广泛的应用，其应用领域大体有以下三种情况。
1.地而环境条件的限制：当地面上是髙山，湖泊，沼泽，河流，沟壑，海洋，农田或重要的建筑物等，难以安装钻机，进行钻井作业时，或者安装钻机和钻井作业费用很高时，为了勘探和开发它们下面的油田，最好是钻定向井。
2.地下地质条件的要求：对于断层遮挡汕藏，定向井比直井可发现和钻穿更多的油层：对于薄油层，左向井和水平井比宜井的汕层裸需而积要大得多。
另外，侧钻井，多底井，分支井，大位移井，侧钻水平井，径向水平井，等等左向井的新种类，显箸地扩大了勘探效果, 增加了原油产量，提高了油藏的采收率。
3.处理井下事故的特殊手段：当井下落物或断钻事故最终无法捞岀时，可从上部井段侧钻打左向井：特別是遇到井喷着火常规方法难以处理时，在事故井附近打左向井（称作救援井），与事故井贯通，进行引流或压井，从而可处理井喷着火事故。
目前，左向钻井已成为汕出勘探开发的极为重要的手段，井眼轨道设计和井眼轨迹控制乃是泄向钻井技术的基本内容。
事实上，直井可以看作是泄向井的特例，其设il•的轨道为一条铅垂线。
直井防斜和定向井井眼轨迹控制，在技术原理上是一致的，只是应用方向不同而已。
井眼轨迹控制技术经历了从经验到科学，从定性到定量的发展过程。
现在正处在向井眼轨迹自动控制阶段发展。
三.定向井轨迹控制的基本方法二维左向井的设讣轨迹一般是由四种井段组成：垂直井段，增斜井段，稳斜井段和降斜井段。
定向井及水平井基础知识介绍
定向井及水平井基础知识介绍概述在石油勘探与开发中，为了更有效地获取地下资源，定向井和水平井技术日益被广泛应用。
本文将介绍定向井和水平井的基础知识，包括定义、优势、应用领域和技术特点等内容。
定向井的定义和优势定向井是指在垂直井的基础上，在一定深度范围内以一定倾角钻孔，旨在钻探具有特定目标的井筒。
与传统垂直井相比，定向井有以下优势： - 可钻入地下难以进入的地质层； - 可减少钻井长度，降低成本； - 可提高油井产能； - 可通过改变井眼轨迹实现水平产量。
定向井的应用领域定向井技术在石油勘探与生产中有着广泛的应用，主要包括以下几个领域： 1.增产：通过定向井技术，可达到增加油井产能的目的，提高石油开采效率。
2. 增储：将定向井开入储层可增加有效储集层面积，提高储层有效厚度。
3. 保护环境：通过定向井技术可以减少地表受到的损害，降低对环境的影响。
定向井的技术特点定向井技术具有以下技术特点： 1. 井眼轨迹可以根据地质条件和开采需求调整，灵活性高。
2. 需要精准的测量和导向技术，以确保井眼轨迹的准确性。
3. 钻井难度较大，需要高级的钻井设备和技术支持。
4. 通常需要配合水平井技术，实现更有效的油井开采。
水平井的定义和优势水平井是指在总长度相对较长、倾角相对较小的井筒中的一段呈水平或近水平方向前行的油气井。
与垂直井相比，水平井有以下优势： - 可以在储层中水平方向上穿过多个裂缝或孔隙，提高采收率。
- 可以减缓井底流体速度，减少持液力，降低油井产能。
- 可以有效控制油井生产，避免地层压力过快下降。
水平井的应用领域水平井技术主要应用于以下几个领域： 1. 大垂深气藏开发：通过水平井技术，可以有效提高气藏的采收率。
2. 高含水期油田的开发：水平井技术有助于提高油田的开发效率。
3. 多重边际储层的解决：适用于有多层油气藏交错分布的地质构造。
水平井的技术特点水平井技术具有以下技术特点： 1. 需要精确的测量和控制技术，以确保水平段的准确布置和有效开发。
随钻测井技术(定向井和水平井简介)
一 随钻测井技术介绍
定向井、水平井的基本概念 我国目前最深的水平井是胜利定向井公司完成的 JF128 井，井深达到 7000 米，垂深位移比最大的大位移井 是胜利定向井公司完成的郭斜 x 井，水平位移最大的大位 移井是大港定向井公司完成的 xx 井，水平位移达到2666 米，最大的丛式井组是胜利石油管理局的河 50丛式井组， 该丛式井组长384米，宽115米，该丛式井平台共有钻定向 井42口。
水平井钻井技术是近二十年来发展最快，推广应用最广的一项钻井
技术，到目前为止已在世界上不同类型油气藏中得到广泛的应用。
目前美国和加拿大等国平均每年钻水平井 2000 多口，占钻井总数的 10%以上，成本是直井的1.2～2倍，产量是直井的3～8倍。 到 2005年底全球已完钻水平井超过 30000口，遍布美国、加拿大、 前苏联等70余个国家
水平井、大位移井、多分支井、鱼骨井技术由于进一步提高了油藏暴 露面积，有利于提高采收率、降低吨油开采成本而得到推广应用。 国外在多分支井和鱼骨井基础上还提出了最大储层有效进尺（ MRC ） 的概念，即利用钻井手段提高储层段的进尺，大幅度提高单井产量。
一 随钻测井技术介绍
定向井、水平井的基本概念
一 随钻测井技术介绍
定向井、水平井的基本概念 定向井是按照预先设 计的井斜角、方位角和井 眼轴线形状进行钻进的井。 定向井相对与直井而言它 具有井斜、方位角度而直 井是井斜角为零的井，虽 然实际所钻的直井它都有 一定斜度但它仍然是直井。
一 随钻测井技术介绍
定向井、水平井的基本概念
定向井首先是从美国发展起来的，在十九世纪后期，美国的旋转 钻井代替了顿钻钻井。当时没有考虑控制井身轨迹的问题，认为钻出 来的井必定是铅垂的，但通过后来的井筒测试发现，那些垂直井远非 是垂直的。并由于井斜原因造成了侵犯别人租界而造成被起诉的案例。 最早采用定向井钻井技术是在井下落物无法处理后的侧钻。早在1895 年美国就使用了特殊的工具和技术达到了这一目的。有记录定向井实 例是美国在二十世纪三十年代初在加利福尼亚享廷滩油田钻成的。
第九章---定向井(水平井)钻井技术新进展==小井眼
第九章定向井(水平井)钻井技术新进展9.1 小井眼钻井技术(Slim-Hole Drilling Technique)9.1.1 小井眼钻井技术概况所谓小井眼，国外定义为90%以上井段直径小于177.8毫米(即7”)的井眼，国内有些学者则认为：穿过目的层的井段是用小于7”钻头钻成的井眼。
早在五十年代，小井眼就十分流行，但由于修井和采油的一些难题，又使人们在六十年代又转回到较大尺寸的生产井。
在沉寂了一段时间之后，近年来小井眼钻井作业在世界上又悄然兴起，主要基于以下原因：①国际油价大跌，迫使油公司要寻找一种更廉价的勘探开发方法，小井眼便是其重要途径。
据BP等多家油公司的统计资料表明：在相同井深的条件下，但就井眼小所发生的场地、材料、运输、资料解释等费用就比常规井少30%，根据几个油公司的小规模试验，节约钻井费用的前景是40%～50%；②出于环境保护的压力，由于井眼小，泥浆用量，排屑量，场地占用施工机械等相应减少，对环保有利；③减少边远和地面交通困难地区的勘探风险，在世界范围内，探井成功率只占13%。
探井打小井眼除低费用风险外，更重要的是这些地区地震工作也十分困难，在少量地震的前提下，早期打一些连续取芯的小井眼探井，可及早搞清地下情况，及早决策。
小井眼钻井有如下几方面的优点：A：井场占地面积小，一般不到1200平米，特别适用于农耕区钻井，节约土地；B：钻井设备轻，钻机及辅助设备不足200吨，易于搬运安装；C：钻井作业人员少，每24小时只需6～8人；D：岩屑量少，不足常规井的10%，便于废物处理，利于环保；E：消耗性材料(如钻头、套管、泥浆处理剂、水泥等)费用只占常规井的45%，可节约大笔成本。
由于小井眼钻井有其优越的经济性，所以日益为一些石油公司所青睐，仅1990年，国外小井眼已钻1000余口，其中大部分在美国。
92年由美国Maurer公司组织、12个国家的40多家公司参加的一个大型研究项目—DEA67，对小井眼及柔管技术进行系统的评价和研究。
定向井、水平井钻井技术
定向井、水平井钻井技术定向井、水平井施工注意事项441工程施工注意事项1、严格执行定向工程师下达的技术措施，钻进时严格按参数施工，送钻平稳、均匀，严防顿钻、溜钻，密切注意泵压和扭矩的变化，发现异常情况及时采取措施。
2、钻具入井前必须认真用标准通径规通径，以确保投测电子多点的顺利进行。
下钻时，应将钻具丝扣刷洗干净，按规定扭矩上紧扣，以防定向失误；控制下放速度，严禁猛刹猛放，以防损坏井下工具及仪器，并尽量减少井内激动压力。
3、下钻遇阻不超过100kN,上提遇卡不超过200kN,起下钻时专人记录摩阻及阻卡情况。
4、在斜井段内钻具因故停止转动（洗井、测斜、机修、保养等）时，钻具需 3 5min 上提下放活动一次，活动距离不小于6m接单根或起钻时，需将所卸接头提出转盘面 1 2m, 悬重无异常后方可下放钻具座吊卡。
5、动力钻具入井，严禁划眼和悬空处理钻井液，遇阻时，经反复上下活动无效后，应起钻通井，以防划出新眼。
6、连续造斜钻进不得超过100m应起钻通井，防止长段造斜后钻具粘卡或下钻通井划出新井眼。
7、做好钻柱的摩阻、扭矩计算分析，采用倒装钻具组合减少钻柱的摩阻力，确保钻压的有效传递。
8、从钻井液和工程两方面入手，及时清除井底岩屑。
钻井液应具有良好的悬浮性和流变性，提钻前可考虑注入一段稠塞，清除岩屑床。
9、钻井液排量满足设计要求。
钻井液中应按设计加入润滑剂（固体或液体），以达到改善钻具与井壁的接触状态，降低摩擦系数，提高钻井液的携岩能力。
固控系统四级净化装置开动率达到设计要求，搞好钻井液的净化工作。
10、钻井液要求采用低固相钻井液，具备良好的悬浮稳定性、流动特性、润滑性，防止粘附、沉砂、压差卡钻。
11、若井下情况复杂，需要进行通井和划眼时，原则上采用上一趟钻钻具结构，如因实际情况必须改变钻具结构时，该钻具的钢性必须小于上趟钻钻具的钢性，且有正、倒划眼能力。
12、各段钻具组合和钻井参数应根据实钻井眼轨迹需要，由现场定向井工程师合理选配，以达到所需的增斜，稳斜效果为目的。
中国石油天然气集团公司固井技术规范
中国石油天然气集团公司固井技术规范（试行）中国石油天然气集团公司2009年5月目录第一章总则1第二章固井设计1第一节设计依据和内容1第二节压力和温度1第三节管柱和工具、附件2第四节前置液和水泥浆4第五节下套管和注水泥5第六节应急预案和施工组织6第三章固井预备6第一节钻井设备6第二节井口预备6第三节井眼预备6第四节套管和工具、附件7第五节水泥和外加剂9第六节固井设备及井口工具10第七节仪器外表11第四章固井施工11第一节下套管作业11第二节注水泥作业12第三节固井过程质量评判13第五章固井质量评判14第一节差不多要求14第二节水泥环评判15第三节质量鉴定16第四节管柱试压和井口装定17第六章专门井固井17第一节天然气井17第二节深井超深井18第三节热采井19第四节定向井、大位移井和水平井19第五节调整井20第七章挤水泥和注水泥塞20第一节挤水泥20第二节注水泥塞22第八章专门固井工艺23第一节分级注水泥23第二节尾管注水泥23第三节内管注水泥25第九章附则25中国石油天然气集团公司固井技术规范总则固井是钻井工程的关键环节之一，固井质量关于延长油气井寿命和发挥油气井产能具有重要作用。
为提升固井治理和技术水平，保证作业安全和质量，更好地为勘探开发服务，依据有关规定制定本规范。
固井工程应从设计、预备、施工和检验环节严格把关，采纳适应地质和油气藏特点及钻井工艺的先进适用固井技术，实现安全、优质、经济、可靠的目的。
固井作业应严格按照固井设计执行。
固井设计设计依据和内容应以钻井地质设计、钻井工程设计、实钻资料和测井资料为基础，依据有关技术规定、规范、标准进行固井设计并在施工前按审批程序完成设计审批。
进行固井设计时应从井身质量、井眼稳固、井底清洁、钻井液和水泥浆性能、固井施工等方面考虑阻碍施工安全和固井质量的因素。
固井设计中至少应包含以下内容：（1）构造名称、井位、井不、井型、井号等信息。
（2）实钻地质和工程、录井、测井资料等基础数据。
定向井水平井概述
Da
αa
D
b
O1
O2
Dt
d
O
S
St
αt
c
t
αb
f
二定向井设计
上述公式中符号代表意义 H0——过度参数，m； H——全井总垂深，m； ΔHXZ——自降斜终点到目标点处的垂增，m； HZ——造斜点的深度，m； a，——降斜终点的井斜角，m； S0——过度参数，m； S——井口到目标点的水平位移，m； ΔSXZ、ΔLXZ——分别为降斜终点到目标点的水平位移和段长，m；
磁极
地理北极
磁极
磁偏角
地理方位
磁方位
磁偏角：它是指地磁北极方向线与地理北极方向线之间的夹角。随着地理位置和时间不同其数值也不同。有正负值之分。
a
专业名词
地理方位角：以地理北极为基准的方位角。
添加标题
地理方位角=磁方位角+磁偏角
添加标题
井斜变化率：单位井段内井斜角的改变速度。以两测点间井斜角的变化量与两测点井段的长度的比值表示。
设计轨道
靶区
水 平 位 移
α-井斜角
定向井垂直投影图
垂 深
定向井是使井筒沿特定方向 钻达地下预定目标的油气井
什么是定向井？
定向井水平投影图
β
01
北
02
东
03
靶点
04
N
05
E
06
β-方位角
07
井口
08
设计轨道
09
实钻轨迹
10
为什么要钻定向井？
绕开地面地下障碍物 地下地质条件要求：由于地质构造特点采用直井不能有效地开发油气藏时 钻井技术的需要：遇到井下事故或复杂情况无法处理或者不易处理时。
定向井和水平井钻井技术
第九章定向井和水平井钻井技术第一节定向井井身参数和测斜计算 (2)一、定向井旳剖面类型及其应用 (2)二、定向井井身参数 (3)三、狗腿严峻度 (4)四、测斜计算旳要紧方法 (4)第二节定向井剖面设计 (6)一、设计资料 (6)二、设计原那么 (7)三、剖面设计中应考虑旳问题 (7)四、剖面设计 (9)第三节井眼轨迹操纵技术 (13)一、定向选斜井段 (13)二、转盘钻增斜井段 (15)三、稳斜井段 (16)四、降斜井段 (16)五、扭方位 (17)六、长曲率大斜度井技术 (20)七、救险井旳设计和施工要点 (21)第四节定向井专用工具 (22)一、井下马达 (22)二、弯接头 (27)三、非磁钻铤 (28)四、稳定器 (29)五、键槽破坏器 (29)六、旁通接头、高压循环头 (30)七、导向钻井系统 (30)八、井下可调稳定器〔见表9－19和图9－32〕 (33)第五节测量仪器 (35)一、单点测斜仪 (35)二、电子多点测斜仪〔ESS或ESI〕 (36)三、有线随钻仪 (37)四、无线随钻仪〔MWD〕 (37)五、随钻测井系统〔LWD〕简介 (39)六、地面记录陀螺〔SRO〕 (40)第六节丛式井技术 (42)一、丛式井旳概念 (42)二、丛式井设计应考虑旳问题 (42)三、丛式井旳作业特点 (43)四、丛式井旳施工 (43)五、丛式井防碰与绕障技术 (45)六、钻井平台位置优选 (47)第七节套管开窗工艺技术 (48)一、套管开窗旳用途 (48)二、斜向器开窗工艺 (48)三、段铣套管旳开窗方法 (51)四、侧钻 (54)第八节水平井与径向钻井 (54)一、水平井旳分类 (54)二、水平井旳钻井技术和剖面设计 (55)三、水平井旳钻具、钻井液与套管固井设计 (57)四、水平井旳完井方法 (59)五、水平井旳测井 (59)六、超短半径水平井 (60)第九节定向井常见问题处理 (61)一、造斜率太低 (61)二、方位偏差太大 (62)三、钻出新井眼 (62)第十节定向井井身质量标准 (63)一、井身质量标准 (63)二、资料要求 (63)参考文献 (64)第一节定向井井身参数和测斜计算一、定向井旳剖面类型及其应用定向钻井确实是“使井眼按预定方向偏斜，钻达地下预定目标旳一门科学技术”。
[实用参考]定向井水平井钻井技术
![[实用参考]定向井水平井钻井技术](https://img.taocdn.com/s3/m/a344ae22f12d2af90242e6e2.png)
定向井水平井钻井技术目录第一章定向井（水平井）钻井技术概述 (1)第二章定向井、丛式井、水平井设计与计算分析 (20)第三章定向井、水平井井身轨迹控制技术 (35)第四章定向井、水平井测量技术 (62)第五章长、中曲率半径水平井钻井专用工具 (72)第一章定向井（水平井）钻井技术概述第一节定向井、水平井基本概念1、定向井、丛式井、水平井发展介绍定向井是按照预先设计的井斜角、方位角和井眼轴线形状进行钻进的井。
定向井相对直井而言它具有一定的井斜角和方位角，而直井是井斜角为零的井，虽然实钻井眼都存在一定井斜度，但它仍然是直井。
定向井首先是从美国发展起来的，在十九世纪后期，美国的旋转钻井代替了顿钻钻井。
当时没有考虑控制井身轨迹的问题，认为钻出来的井必定是铅垂的，但通过后来的井筒测试发现，那些垂直井远非是垂直的。
并由于井斜原因造成了侵犯别人租界而造成被起诉的案例。
最早采用定向井钻井技术是在井下落物无法处理后的侧钻。
早在1895年美国就使用了特殊的工具和技术达到了这一目的。
有记录定向井实例是美国在二十世纪三十年代初在加利福尼亚油田钻成的。
第一口救援井是1934年在东德克萨斯康罗油田钻成的。
救援井是指定向井与失控井具有一定距离，在设计和实际钻井让救援井和失控井眼相交，然后自救援井内注入重泥浆压住失控井。
目前最深的定向井由BP勘探公司钻成，井深达10654米；水平位移最大的定问井是BP勘探公司于己于1997年在英国北海的RPch Farn油田钻成的M11井，水平位移高达10114米。
我国定向钻井技术的发展可以分为三个阶段，50—60年代开始起步，首先在玉门和四川油田钻成定向井及水平井：玉门油田的C2—15井和四川磨三井，其中磨三井总井深168米，垂直井深350米，水平位移444．2米，最大井斜92°，水平段长160米；70年代扩大试验，推广定向井钻井技术；80年代通过进行集团化联合技术攻关，使得我国定向钻井软件到硬件都有了一个大的发展。
定向井水平井钻井完井工艺技术进展课件(PPT 161页)
长庆油田公司油气工艺研究院 二○○九年六月
中国石油长庆油田分公司 Petrochina changqing oilfield company
提纲
定向井及水平井钻井、完井基础知识 定向井基础知识 水平井基础知识 完井基础知识
钻井井控要求 钻井、完井工艺技术新进展
中国石油长庆油田分公司 Petrochina changqing oilfield company
三、定向井井眼轨迹基本概念
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。
三、定向井井眼轨迹基本概念
（一）、定向井的基本要素 测深 ：井口至测点处的井眼实际长
，单位是米；Measured depth（MD)
井斜角 ：测点处井眼方向线（切线
，指前）与重力 线间的夹角，度。
N
Inclination（Inc ）.
OO
方位角：测点处正北方向至井眼方 向线在水平面投影线间夹角，度
azimuth
中国石油长庆油田分公司 Petrochina changqing oilfield company
三、定向井井眼轨迹基本概念
（一）、定向井的基本要素
N
OO
井斜变化率：井斜角对井深的变化率，度 /30米；(build rate,drop rate) 方位变化率：方位角对井深的变化率，度 /30米；walk rate
四、定向井轨迹设计
（五）、井身剖面类型的选择
3、直-增-稳-降-稳五段制剖面
定向井和水平井钻井技术
第九章 定向井和水平井钻井技术第一节 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。
常规定向井井斜角＜55°平延伸段）二．定向井井身参数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：大斜度井井斜角55～85°水平井井斜角＞85°（有水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。
位线所转过的角度，该方向线是指，称磁偏角，磁偏角有东、西之分，称为东 字。
（S ）北（N ）方向向东（E ）西（W ）方向的偏斜表示，时，必须注意磁偏角在各个象限里是“加上”还是“．垂直井深：通过井眼轨迹上某点的水平面到井口的距离。
距离，通常指靶点或井底的位移，而其他测点投影响图上，从正北方向顺时针转至测点与井口连线之间的夹角。
井斜变化率是指单位长度内的井斜角度变化情况，方位变化英尺等）。
测量井眼弯曲程度或变化快慢的参数（以度／100英尺表示）。
可用解析法点叫测点。
两个测点之间的角和井深，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”四个方位角也有以象限表示的，以南如N10°E ，S20°W 。
定向井、水平井钻井技术(8)
第八章定向井、水平井钻井技术前言定向井、水平井钻井技术在国内经过多年的研究、发展，目前已经相对成熟。
但是，就应用地域而言，川东北地区应用定向井、水平井技术相对较晚，由于地质条件复杂，钻井施工期间出现的问题较多，有必要对前期定向井施工中的成功经验和负面教训进行总结、分析，为提高今后钻井队伍对该地区定向井、水平井施工的认知程度，推动川东北地区定向井钻井技术的成熟，形成较为完善的川东北水平井钻井技术方案奠定基础。
一、国内外定向井、水平井钻井技术现状（一）定向井钻井技术简而言之，定向井是指按照预先设计的井斜方位和井眼的轴线形状进行钻进的井。
沿着预先设计的井眼轴线钻达目的层位的钻井方法，称为定向钻井。
定向井技术可以增加油藏泄油面积，提高油气产量，还能够克服地表障碍设定井场、节约用地、降低开发成本、提高经济效益。
定向井通常采用的轨道剖面是“直—增—稳”和“直—增—稳—降—稳”或与之相近的剖面结构,在数量上以“直—增—稳”三段制结构占绝大多数。
对于这种剖面，早期的定向井钻井在造斜点以下井段是分三步施工的,即弯接头+直螺杆定向造斜、转盘钻进增斜和转盘钻进稳斜。
该施工步骤相对而言较为复杂，且由于定向井井眼轨迹的井斜变化和方位漂移量受地层岩性、钻具结构、钻进参数等诸多因素影响,如果没有对相应区块的钻井施工经验，判断和量化分析井斜、方位变化规律的存在一定的难度。
随着弯壳体泥浆马达、高效PDC钻头的研制成功和无线随钻测量技术的发展，导向钻井系统逐步发展，并成为定向井技术发展的最重大的成果。
最初是弯壳体动力钻具与MWD组成的滑动导向钻井系统,近年来又出现了旋转导向钻井系统。
导向钻井系统的最大优点是一套工具下入井内后,可以增斜、降斜和稳斜,可以根据需要钻出不同曲率的井眼,从而大大提高了井眼轨迹控制能力。
如英国BP公司1999年7月在英国WytchFarm油田完成的M16SPZ井，完钻井深11278m，垂深1637m，水平位移达10728.4m。
定向井水平井
自19世纪末旋转钻井诞生以来，初期都是打直井，人们预想的井眼轨道乃是一条铅垂直线。
并且认为旋转钻的实钻井眼轨迹也和顿钻一样，是一条铅垂直线。
直到大约本世纪20年代末，人们意外地发现一口新钻井把旁边一口老井的套管钻穿了，还发现相邻两口井的井深不同却钻到了同一油层。
于是认识到井是会斜的，需要采取有效措施控制井眼轨迹，才能减小井斜。
于是出现了“直井防斜技术”。
本世纪30年代初，在海边向海里打定向井开采海上油田的尝试成功之后，定向井得到了广泛的应用，其应用领域大体有以下三种情况。
1.地面环境条件的限制：当地面上是高山，湖泊，沼泽，河流，沟壑，海洋，农田或重要的建筑物等，难以安装钻机，进行钻井作业时，或者安装钻机和钻井作业费用很高时，为了勘探和开发它们下面的油田，最好是钻定向井。
2.地下地质条件的要求：对于断层遮挡油藏，定向井比直井可发现和钻穿更多的油层；对于薄油层，定向井和水平井比直井的油层裸露面积要大得多。
另外，侧钻井，多底井，分支井，大位移井，侧钻水平井，径向水平井，等等定向井的新种类，显著地扩大了勘探效果，增加了原油产量，提高了油藏的采收率。
3.处理井下事故的特殊手段：当井下落物或断钻事故最终无法捞出时，可从上部井段侧钻打定向井；特别是遇到井喷着火常规方法难以处理时，在事故井附近打定向井(•称作救援井)，与事故井贯通，进行引流或压井，从而可处理井喷着火事故。
目前，定向钻井已成为油田勘探开发的极为重要的手段，井眼轨道设计和井眼轨迹控制乃是定向钻井技术的基本内容。
事实上，直井可以看作是定向井的特例，其设计的轨道为一条铅垂线。
直井防斜和定向井井眼轨迹控制，在技术原理上是一致的，只是应用方向不同而已。
井眼轨迹控制技术经历了从经验到科学，从定性到定量的发展过程。
现在正处在向井眼轨迹自动控制阶段发展。
三．定向井轨迹控制的基本方法二维定向井的设计轨迹一般是由四种井段组成：垂直井段，增斜井段，稳斜井段和降斜井段。
定向井和水平井钻井技术
定向井和水平井钻井技术第三节井眼轨迹控制技术井眼轨迹控制的内容包括：优化钻具组合、优选钻井参数、采用先进的井下工具和仪器、利用计算机进行井眼轨迹的检测预测、利用地层的方位漂移规律、避免井下复杂情况等等。
轨迹控制贯穿钻井作业的全过程，它是使实钻井眼沿着设计轨道钻达靶区的综合性技术，也是定向井施工中的关键技术之一。
井眼轨迹控制技术按照定向井的工艺过程，可分为直井段、造斜段、增斜段、稳斜段、降斜段和扭方位井段等控制技术，其中直井段的控制技术见第七章第四节。
一．定向选斜井段初始造斜方法有五类，即井下马达和弯接头定向、喷射法、造斜器法、弯曲导管定向、倾斜钻机定向。
目前，我国海洋定向井一般采用第一种方式，常用造斜钻具组合为：钻头十井下马达十弯接头十非磁钻铤十普通钻铤（ 0～30米）十挠性接头十震击器十加重钻杆。
这种造斜钻具组合是利用弯接头使下部钻具产生一个弹性力矩，迫使井下动力钻具驱动钻头侧向切削，使钻出的新井眼偏离原井眼轴线，达到定向造斜或扭方位的目的。
造斜钻具的造斜能力主要与弯接头的弯角和动力钻具的长度有关。
弯接头的弯角越大，动力钻具长度越短，造斜率也越高。
弯接头的弯角应根据井眼大小、井下动力钻具的规格和要求造斜率的大小选择。
现场常用弯接头的弯角为1.5～2.25度，一般不大于2.5度。
弯接头在不同条件下的造斜率见第四节。
造斜钻具组合使用的井下动力钻具型号应根据造斜井段或扭方位井段的井深选择。
使用井段在2000米以内，一般采用涡轮钻具或普通螺杆钻具，深层走向造斜或扭方位应使用耐高温的多头螺杆钻具。
造斜钻具组合、钻井参数和钻头水眼应根据厂家推荐的钻井参数设计。
由于井下动力钻具的转速高，要求的钻压小［一般为29.4～78.4千牛（3～8吨）］，因此，使用的钻头不宜采用密封轴承钻头，尤其是在浅层，可钻性好的软地层应使用铣齿滚动轴承钻头或合适的PDC 钻头。
根据测斜仪器的种类不同，分为四种定向方式：1．单点定向此方法只适用造斜点较浅的情况，通常井深小于1000米。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
15、高边：定向井的井底是个
呈倾斜状态的圆平面，称为井 底圆；井底圆上的最高点称为 高边；从井底圆心至高边之间 的连线所指的方向称为高边方 向；从正北方向线顺时针转至 高边方向在水平面上的投影所 转过的角度称为高边方位角。
川庆钻探工程公司
高边工具面角是以高边方 向线为始边，顺时针转到工 具面与井底圆平面的交线所 转过的角度；
方钻杆标记棱转到 的绝对角度（转盘刻 度），俗称“转”角。
定+方=转
±180°
+90°
- 90° +90°
谨记： 以下量上
转盘0°标记 川庆钻探工程公司
- 90°
顺正逆负
转角
0°
使用单弯螺杆定向（扭方位）时，应注意入 井前量取螺杆弯曲方向与定向直接头间的夹角， 称为“弯差角”。 弯差角的量取原则同样是“以下量上，顺正 逆负”。计算实际工具面面的公式为： 实际工具面=所测工具面-弯差角 如图中，弯差角应为 －90°。 如某次测得工具面为240 °，则 实际工具面=240 °－（－90 ° ）=330 °。 如果测得工具面为L 40 °，则: 实际工具面=L 40 ° －（－90 ° ）=R 50 ° 。
川庆钻探工程公司
（4）水平井的主要技术问题
a、水平井目标区的设计
水平井目标区的设计是水平井是否
水平井合理井位的选择
有效益的关键技术，主要包括：①
水平井合理井位的选择；②水平井 完井方法选择；③水平井靶区参数
设计，包括：水平段长设计，水平
段方位设计、水平段井斜角计算、 水平段垂向位置计算和水平井靶体 设计。
造斜点
垂 深
α
设计井眼轨道
实钻井眼轨迹
靶区
水平位移
川庆钻探工程公司
1、井深（Measure depth）:井口至测点间的井眼长度，同 时也称为该点的测深。其测量单位为米。 2、井斜角(Hole inclination or Hole angle):该测点处的井眼 方向线与重力线之间的夹角称该点处的井斜角。井眼方 向线和重力线都是有向直 线。测量单位为度。 3、方位角：以该点的正北方位线为始边，按顺时针方向旋 转至该点井斜方位线所转过的角度称为该点的方位角。 井斜方位线就是指井眼方向线在水平面上的投影。 4、垂深：井眼轴线上任一点，到井口所在水平面的距离， 称为该点垂深。 5、水平位移：井眼轴线上任一点，与井口铅直线的距离， 称为该点水平位移，也称该点的闭和距。 6、闭合方位角：以正北方位线位始边，顺时针旋转平移方 位线上所转过的角度，平移方位线是在水平面上由井口 指向测点的直线。
压力传感器
泵冲传感器
地面接口箱
计算机
打印机 伽玛接口箱
井下仪器串
脉冲发生器 电子控制短节
电源系统短节
MWD电子测量短节 伽玛测量短节
川庆钻探工程公司
随钻测量
自然伽玛 随 钻 测 量 井 底 信 息 地质参数 电阻率 密度 声波 倾角 孔隙度 井斜 轨迹空间位置 钻井工程参数 钻压 钻井参数
川庆钻探工程公司
川庆钻探工程公司
b、限制水平段长度的因
素：①目标段太长，下钻 摩阻可能大得下不下去； 滑动钻进加不上钻压；② 摩阻增大，受压钻柱发生 屈曲失稳，更增大摩阻； ③摩阻增大，在某种工况 下，钻柱受力可能超过钻 柱的强度极限，导致钻柱 破坏；④水平段过长，下 钻或开泵井内波动压力过 大，可能压漏地层；⑤水 平段过长，起钻的抽吸可 能导致井壁坍塌。
川庆钻探工程公司
（5）水平井的应用
a、开发薄油层或低渗透油藏，可提高单井产量 水平井可较直井和常规定向井大大增加泄油面积，从 而显著提高薄油层和低渗透油藏的产能，使其具有开 采价值或增加经济效益。
川庆钻探工程公司
b、开发以垂直裂缝为主的油藏 水平井钻遇垂直裂缝的机会要远大于直井，可以获得更 高的产能和采收率，例如：Rospo-Mare油藏。
组合进行定向造斜或扭方位施工。 根据施工难度、所用测量仪器和施工井型的不同， 又分为：单点定向、有线随钻定向和无线随钻定向三种 方法。 原理：是利用单弯螺杆动力钻具使下部钻具产生 一个弹性力矩，迫使井下动力钻具驱动钻头侧向切削， 使钻出的新井眼偏离原井眼轴线，达到定向和扭方位的 目的。
川庆钻探工程公司
川庆钻探工程公司
f、携带岩屑困难
由于井眼倾斜，岩屑在上返过程中将沉向 井壁的下侧，堆积起来，形成“岩屑床”。 特别是在井斜角45°～60°的井段，已形 成的“岩屑床”会沿井壁下侧向下滑动， 形成严重的堆积，从而堵塞井眼。
第一洗井区：井斜角 00～450(0～300)
第二洗井区：井斜 角450～550(30～
川庆钻探工程公司
e、泥浆密度窗口小，易出现井漏、井塌 ①地层的破裂压力和坍塌压力随井斜角和井斜方位角而 变化。在原地应力的三个主应力中，垂直主应力不是中 间主应力的情况下，随着井斜角的增大，地层破裂压力 将减小，坍塌压力将增大，所以泥浆密度选择范围变小， 容易出现井漏和井塌。 ②在水平井段，地层破裂压力不变，而随着水平井段长 度的增长，井内泥浆液柱的激动压力和抽吸压力将增大， 也将导致井漏和井塌。 这就要求精心设计井身结构和泥浆参数，并减小起 下管柱的压力波动。
16、工具面角（βｔ）：造 斜工具下到井底以后，工 具面所在的角度。
磁工具面角为以正北方向线为 始边，顺时针转到工具面与井底 圆平面的交线在水平面上的投影 线所转过的角度。
一般井斜≥6 °就要读取高边工具面,为 便于现场区分，高边工具面记作：R xx° 川庆钻探工程公司 或L xx°
二、定向方法
目前，最常用的造斜钻具组合是采用螺杆动力钻具
方钻杆 需要转动的 相对角度俗 称“定”角。
测斜前，打钻杆 接箍印记，要与转 盘0°对齐。下面 用油漆做标记，以 免与旧印记混淆
用吊线的办法把方 钻杆标记棱延长至保 护接头公扣段做标记， 每次换接头都要重新 标记。
为便于找到方钻杆标 记棱，在滚子方补心 对应的位置用油漆作 标记
接单根后，量取 该标记与钻杆印记 间的夹角，俗称 “方”角。
川庆钻探工程公司
d、管柱受力复杂 ①由于井眼的井斜角大，井眼曲率大，管柱在井内运动 将受到巨大的摩阻，致使起下钻困难，下套管困难，给 钻头加压困难。 ②在大斜度和水平井段需要使用“倒装钻具”，下部的 钻杆将受轴向压力，压力过大将出现失稳弯曲，弯曲之 后将摩阻更大。 ③摩阻力、摩扭矩和弯曲应力将显著地增大，使钻柱的 受力分析、强度设计和强度校核比直井和普通定向井更 为复杂。 ④由于弯曲应力很大，在钻柱旋转条件下应力交变，将 加剧钻柱的疲劳破坏。
川庆钻探工程公司
三、轨迹控制技术
LWD 斜 向 器 井 下 马 达 弯 外 壳 马 达 旋 转 导 向
MWD WLMWD
革命性 进步
30' 40' 50' 60' 70' 80' 90' 2000'
年代
滑动导向
川庆钻探工程公司
LWD仪器系统组成
井下仪器 + 地面系统 + 上位机系统软件
司钻阅读器
川庆钻探工程公司
井底水平位移Sh：井口与井底两点 在水平投影面上的直线距离。 井底闭合方位角Ψ h ：从正北方向 顺时针转至井口与井底的水平投影 连线的夹角。
方位角ψ ：正北顺时针转至 轴线上某点切线在水平面的 投影的夹角。
垂深Ｄ：井 眼轴线上某 测点至井口 转盘所在平 面的垂直距 离。
测深Ｄm：某测点到转盘 补心的井眼轴线实际长度。 井深D Ｗ ：转盘补心到 井底的深度。
川庆钻探工程公司
水平井长度限制条件
c、井眼轨迹控制要求高、难度大 ①要求高，是指轨迹控制的目标区的要求高。普通定向井 的目标区是一个靶圆，井眼只要穿过此靶圆即为合格。水 平井的目标区则是一个扁平的立方体，• 仅要求井眼准确 不 进入窗口，而且要求井眼的方位与靶区轴线一致，俗称 “矢量中靶”。 ②难度大，是指在轨迹控制过程中存在“两个不确定性因 素”。轨迹控制的精度稍差，就有可能脱靶。所谓“两个 不确定性因素”，一是目标垂深的不确定性，即地质部门 对目标层垂深的预测有一定的误差；二是造斜工具的造斜 率的不确定性。这两个不确定性的存在，对直井和普通定 向井来说，影响不大，但对水平井来说，则可能导致脱靶。
川庆钻探工程公司
• 11、靶心距——在靶区平面上，实钻井眼轨迹与目标 点之间的距离，称为靶心距。 • 12、反扭角——使用井底马达进行定向造斜或扭方位 时，动力钻具启动前的工具面与启动后且加压钻进时 的工具面之间的夹角，称为反扭角。反扭角总是使工 具面逆时针转动。
• 13、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。
川庆钻探工程公司
14、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： • 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
600)
第三洗井区：井斜角550～900(60～900)
川庆钻探工程公司
影响携岩效果的因素： ①井斜角的影响：由于井斜角的影响，形成 了三个洗井区。最复杂的是第二洗井区。顺 利钻过第二和第三洗井区的关键在于大排量。 钻柱偏心的影响：在大斜度和水平井中，钻 柱总是偏向井壁下侧，钻井液流动主要在上 侧方向的环空中，所以偏心不利于清除岩屑 床。 ②钻柱旋转的影响：钻柱旋转有利于搅动岩 屑床，所以是有利于携岩的。 ③钻柱尺寸的影响：钻柱尺寸大，环空间隙 小，相同排量条件下返速高，有利于携岩。