定向井水平井教材
定向井(水平井)钻井技术概述
测量方式
氢氟酸测斜仪，机械式罗盘的电测井方法。
多种引进的有线随钻测斜系统投入工业使用和发展了电子测量系统及陀螺测量系统
发展了无线随钻测斜系统,引进了带地质参数的MWＤ系统
定向井钻井水平
简单的单口定向井、水平井位移小，精度低
钻成大量高难度定向井、大组丛式井、多目标井、套管定向开窗井、水平井也从大半径水平井发展到了中半径水平井
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享廷滩油田钻成的。
钻成位移过万米的大位移井
径向水平井可在0．3米之内完成增斜过程
我国定向井钻井技术发展情况
(表二)
年代
内容
60年代
80年代
90年代
剖面设计及轨
迹计算方法
设计采用查表法、图解法等精度不高的方法
发展了曲率半径法，最小曲率半径法等多种更为精确的轨迹计算和设计方法，编制了能进行轨迹预测和防碰扫描的计算机软件包。
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,在设计和实际钻进让救援井和失控井井眼相交，然后自救援井内注入重泥浆压死失控井。
目前最深的定向井由BP勘探公司钻成,井深达1０,654米;
水平位移最大的定向井是BＰ勘探公司于己于199７年在英国北海的ＲｙtｃhＦａｒｍ油田钻成的M1１井,水平位移高达１，011４米。
定向井水平井课件
对钻具进行全面检查，确保其完好无损，并进行必要的保养。
设备部署
根据工程设计和现场实际情况，合理部署设备，确保钻探工作的 顺利进行。
施工计划与组织
1 2
施工进度计划
制定详细的施工进度计划，确保按期完成钻探任 务。
安全生产措施
制定完善的安全生产措施，确保钻探过程中的安 全。
3
人员组织与培训
水平钻井技术
定义
水平钻井技术是指钻孔轨迹在地 下某一深度处与地面成一定角度， 并在该深度处沿水平方向钻进的
钻井技术。
关键技术
水平钻井的关键技术包括水平段 钻进、斜向器和随钻测量等技术。
应用场景
水平钻井技术广泛应用于石油、 天然气等矿产资源的勘探开发， 可提高单井产量和储量动用程度，
降低开发成本。
定向井水平井集成技术
定义
定向井水平井集成技术是将定向钻井技术和水平钻井技术 有机结合，实现钻孔沿预定轨迹精确进入目的层并在目的 层内进行水平延伸的钻井技术。
关键技术
定向井水平井集成技术的关键技术包括轨迹设计、定向工 具和测量技术、水平段钻进和钻井液技术等。
应用场景
定向井水平井集成技术广泛应用于复杂地层和隐蔽性矿产 资源的勘探开发，可提高勘探开发效益和资源利用率。
风险成本
定向井和水平井钻井过程中存在多种风险，如地层复杂多变、钻井液 性能不稳定等，可能引发安全事故或工程失败，导致高额风险成本。
安全挑战
地层复杂多变
定向井和水平井钻井过程中可能会遇到各种复杂地层，如软硬交错地层、裂缝发育地层等 ，这些地层容易引发井下复杂情况和事故。
钻井液性能不稳定
钻井液是定向井和水平井钻井中的重要介质，其性能稳定性对钻井安全至关重要。若钻井 液性能不稳定，可能导致井壁坍塌、钻屑堆积等事故。
定向井和水平井钻井技术
定向井和水平井钻井技术(1)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。
定向井教材
定向井、水平井井身轨迹控制技术第一节定向井、水平井井眼轨迹控制理论无论是定向井，还是水平井，控制井眼轨迹的最终目的都是要按设计要求中靶。
但因水平井的井身剖面特点、目的层靶区的要求等与普通定向井和多目标井不同，在井眼轨迹控制方面具有许多与定向井、多目标井不同的新概念，需要建立一套新的概念和理论体系来作为水平井井眼轨迹控制的理论依据和指导思想。
我们在长、中半径水平井的井眼轨迹控制模式的形成和验证过程中，针对不断出现的轨迹控制问题，建立了适应于水平井轨迹控制特点的几个新概念。
一、水平井的中靶概念地质给出的水平井靶区通常是一个在目的层内以设计的水平井眼轨道为轴线的柱状靶，其横截面多为矩形或圆。
我们可以把这个柱状靶看成是由无数个相互平行的法面平面组成，因此，控制水平井井眼轨迹中靶，与普通定向井、多目标井是个截然不同的新概念，主要体现是:井眼轨迹中靶时进入的平面是一个法平面（也称目标窗口），但中靶的靶区不是一个平面，而是一个柱状体，因此，不仅要求实钻轨迹点在窗口平面的设计范围内，而且要求点的矢量方向符合设计，使实钻轨迹点在进入目标窗口平面后的每一个点都处于靶柱所限制的范围内。
也就是说，控制水平井井眼轨迹中靶的要素是实钻轨迹在靶柱内的每一点的位置要到位（即入靶点的井斜角、方位角、垂深和位移在设计要求的范围内），也就是我们所讲的矢量中靶。
二、水平井增斜井段井眼轨迹控制的特点及影响因素对一口实钻水平井，从造斜点到目的层入靶点的设计垂深增量和水平位移增量是一定的，如果实钻轨迹点的位置和矢量方向偏离设计轨道，势必改变待钻井眼的垂深增量和位移增量的关系，也直接影响到待钻井眼轨迹的中靶精度。
水平井钻井工程设计中所给定的钻具组合是在一定的理论计算和实践经验的基础上得出的，随着理性认识的深化和实践经验总结，设计的钻具组合钻出实际井眼轨迹与设计轨道曲线的符合程度会不断提高。
但是，由于井下条件的复杂性和多变性，这个符合程度总是相对的。
最新定向井水平井技术讲稿课件ppt
水平井的分类
长半径水平井 造斜率：2合：常规的钻具组合
（弯接头、弯外壳、多稳定器钻具 组合）
测量工具：常规测量工具 水平段长度：取决于可用的工
水平井的分类
中半径水平井 造斜率：6° /30m－20 °
/30m 应用范围：水平位移较大
• 5）垂深（垂直井深）：即某测点的垂直深 度，以H表示。是指井身任意一点至转盘面 所在平面的距离。
• 6）水平位移：简称平移，是指测点到井口 垂线的距离。
• 7）全角变化率（狗腿严重或井眼曲率）： 从井眼内的一个点到另一个点，井眼前进 方向变化的角度（两点处井眼前进方向线 之间的夹角），该角度既反映了井斜角度 的变化又反映了方位角度的变化，通常称 为全角变化值。
排卵后，由于血管侵入颗粒细胞层，黄体
孕激素
• 孕激素是妊娠建立和维持必不可少的甾体 激素，可负反馈调节下丘脑．垂体一卵巢 轴，抑制卵泡生成素FSH和 LH的分泌，使妊 娠期间无排卵发生。
双增轨道 三增轨道
定向井、水平井基本术语
• 1）井深：指井口（转盘面）至测点的 井眼实际长度，人们常称为斜深。
• 2）测深：测点的井深。
• 3）井斜角：该测点处的井眼方向线与 重力线之间的夹角（见图1．1）。
• 4）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（见图1．2）。
• 黄体由类固醇生成细胞(颗粒黄体细胞、膜 黄体细胞)及成纤维细胞、免疫细胞、血管 内皮细胞等非类固醇生成细胞组成。
正常黄体生理
• 黄体主要功能是合成甾体激素，黄体实质 内的黄体细胞主要合成孕激素；膜黄体细 胞位于黄体外周并随血管内折，主要合成 雄激素，经黄体颗粒细胞芳香化作用后， 形成雌激素。
孕激素
定向井专业知识培训教材
三．定向井分类
随着定向钻井技术的发展，定向井的种类越 来越多。
三．按设计井眼轴线形状分
ⅰ两维定向井：井眼轴线在某个铅垂平面上 变化的定向井，井斜变化，方位不变化。
ⅱ三维定向井：井眼轴线在三维空间变化的 定向井，井斜变化，方位变化。可分为：三 维纠偏井和三维绕障井。
井深885 m ,井斜0.10,方位200；井深1313 m，井斜00，方位00； 井深1720m吊测未成，继续钻进至定向。
安56-17x1井，设计垂深3180米（A2980米），侧钻点1920米。当 钻至2420米(27度、192度)，甩掉单弯（1度），稳斜。井深2668米 （25度、203度），起钻，下如单弯（1.25度）增斜扭方位，2790米 （32度、187度），造成全角变化率超标达到4.17度/25米。完钻电测 5次通井。
设计方位
相同，故起钻。下入稳斜钻具，钻至造斜点处定向。
稳斜井段（1325米）
钻具组合：Φ216mmPDC（5翼）+Φ159mmNDC+Φ159mmLDC +Ф214mm螺扶+Φ159mmLDC +Ф214mm螺扶+Φ159mmLDC ×5柱+Φ127mm钻杆
钻井叁数： 钻压80KN
转速203N/MIN、
直井段（167米）
钻具组合：Φ216mmHAT127+Φ159mmNDC+Φ159mmLDC +Ф214mm螺扶+Φ159mmLDC +Ф214mm螺扶 +Φ159mmLDC ×5柱+Φ127mm钻杆
1
钻井叁数： 钻压80KN
定向井专业知识培训教材
介绍如何通过工具面调整、钻压控制等手段 实现定向井的轨迹控制。
02
01
定向井完井工艺
介绍定向井的完井方法、完井工具及完井工 艺要求。
04
03
03 定向井井眼轨迹控制
井眼轨迹的基本概念
井眼轨迹
在定向井钻井过程中， 钻头在地下钻过的实 际路径，通常用一系 列的井斜角和方位角 记录。
案例四
某油田老井侧钻工程
定向井钻井工程常见问题与解决方案
问题一
井眼轨迹控制难度大
解决方案二
选用适合地层特性的钻井液，加强钻井液维护和处 理，采取相应技术措施。
解决方案一
采用先进的测量仪器和定向工具，优化钻具组 合和钻井参数。
问题二
钻井液漏失和地层不稳定
问题三
钻井过程中出现卡钻和掉钻事故
解决方案三
加强钻具检查和维护，优化钻井参数和钻井液性能，采 取相应应急措施。
多元化和个性化需求日益凸显
05
06
展望三
针对不同油田和气田的特性，开发更加多元化 和个性化的定向井钻井技术，满足不同客户的 需求。
06 定向井安全与环境保护
定向井钻井工程安全技术要求
定向井钻井设备安全
01
确保钻机、钻杆、钻头等设备完好，定期进行维护和检查，防
止设备故障导致的安全事故。
作业人员安全培训
01
02
03
04
地层评价
准确评价地层岩性、物性、含 油气性等信息。
钻井轨迹控制
根据定向井设计要求，控制钻 井轨迹，满足靶点要求。
钻井参数优化
优化钻压、转速、泵压等钻井 参数，提高钻井效率。
钻井液技术要求
根据地层和工程要求，对钻井 液密度、粘度、切力等参数进
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。
第2讲 定向井水平井的基本概念
K L
2.2 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快慢程 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： d
K
dL
• 以增量代替微分，以相邻二测点间的井斜方位角变化值 （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：
P
K K A sin
2.6 井眼曲率及其计算
• 井眼曲率的概念：
– 井斜角表示井眼偏离铅垂线的程度。井斜不仅有斜度变化，还有 井斜方位的变化 。井斜角和井斜方位角的不断变化，反映了井眼 前进方向的变化。
– 从一点到另一点，井眼前进方向变化的角度（两点处井眼前进方 向线之间的夹角），既反映了井斜角的变化，又反映了井斜方位 角的变化。人们将此角度称为全角变化值，或称为狗腿角，通常 以γ表示。
» 可以反映出井身参数的真实值 » 作图容易，利用测斜资料算出每个测 点的坐标位置，即可作图。
2.3 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。
某测点测得井斜方位角为
3580，求真方位角=？
如果用象限角表示，象限
角=？
磁偏角校正(课堂练习)
0，测得方位 • 3. 西磁偏角 5.5 • 1. 我国胜利油田的磁偏角大 角292.50，求真方位角=？如 约是西偏5.50。某测点测得 果用象限角表示，象限角=？ 井斜方位角为2.50，求真方
1.1.2定向井
第二节 定向井井身剖面设计
设计的最终目的：
• 选择满足要求的井身剖面类型 • 设计剖面结构参数
井身剖面：well profile
所钻井眼达到目标点的井眼 路径或轨迹。又叫井眼轨迹 (well trajectory)
井身剖面的构成
井身剖面是由各种不同类 型的单一形状空间直线段或曲 线段光滑连接而成。常用的曲 线段为圆弧段
井斜角 ———测点处井眼方向
线（切线，指前）与重力 线间
的夹角，度。 Inclination,Inc 方位角 ———测点处正北方向
与井眼方向线的水平面投影线间 的夹角，度， Azimuth,direction,head
第一节 定向井的基本概念
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)
一、定向井的测量概述
一、定向井的基本要素
N A
A
E O
B
闭合方位角—在水平投影 图上测点处正北方 向与闭合方位线间 的夹 角，度 (closure azimuth)
第一节 定向井的基本概念
一、定向井的基本要素
N坐标、E坐标和TVD坐标—测点在 以井口为原点的NEHO三维坐标系里 的北（N）、东（E）、垂深（TVD） 三个坐标分量，米。 North, east coordinate 垂深 ——测点的垂直深度，米
假设稳斜段的长度为 L
垂深增量
H Lcos
水平位移增量
S Lsin
北坐标增量
E
N S cos Lsin cos
东坐标
定向井讲课
3
三 、 定 向 工 序 （1）熟悉设计数据，A、造斜点深度，B、设计井斜角和方位角，C、 设计造斜率，依据设计造斜率来选择定向造斜钻具组合，D、本地区磁 偏角。F、本区块方位漂移情况，为了减少方位调整次数，要合理确定 定 向 初 始 方 位 角 。 （ 2 ） 选 择 合 理 的 定 向 造 斜 钻 具 组 合 根据设计造斜率大小，选择定向弯接头度数或选择弯壳体动力钻具 的 弯 套 度 数 ， 进 而 确 定 定 向 造 斜 钻 具 组 合 。 （3）一般情况钻至井斜角5°～10°，方位符合所要施工的要求，起 出定向造斜钻具组合，更换转盘钻具组合。
2、 12-1/4″井眼 （1）常规钻具组合： 12-1/4″钻头+Ф311mm双母稳定器（放档板）+8″无磁钻铤1根+8″ 钻铤0.5～1根+Ф311mm稳定器+8″钻铤1根+Ф311mm稳定器+8″钻铤 +5″加重钻杆+5″钻杆 (2)吉利杠钻具组合（强力增斜钻具） 12-1/4″钻头+Ф311mm双母稳定器（放档板）+6-1/4″无磁钻铤 1.5～2根+Ф311mm稳定器+8″钻铤1根+Ф311mm稳定器+8″钻铤+5″加 重钻杆+5 ″钻杆 钻进参数： （1）常规钻具组合： 钻压：200～220kN 转速：60～80rpm 排量：35～40l/s （2）吉利杠钻具组合： 钻压：160～180kN转速：60～80rpm排量：35～40l/s 两种钻具组合的对比：普通增斜钻具造斜率低，方位稳定性好，漂移量 小。吉利杠增斜钻具造斜率高，方位稳被送入无磁钻铤时，斜口管鞋的键槽在斜口的导向作用下， 骑在定向弯接头的定向键上，这样形成仪器刻度线、悬挂头母线、斜口 管鞋母线、定向弯接头弯曲方向在同一母线上，当钻具坐在转盘上等仪 器照相时，在转盘上的钻杆接头上作一记号并与转盘上作的记号（起始 点）重合，这时弯接头弯曲方向被记录下来，度读取井斜角、井斜方位 角和磁性工具面角，选定方钻杆标记，量取方钻杆标记与钻杆记号的偏 差角，通过转动方钻杆就可以把弯接头弯曲方向转到所要求的方位上。 钻进完成定向造斜施工。 高边工具面法：是磁性单点测斜仪和电子 单多点测斜仪配合斜口管鞋，利用高边工具面角定向造斜和扭方位的一 种方法。目前现场普遍采用的方法。适用于井斜角大于8°的施工作业。 上面所讲的两种方法，无论是用磁性测斜仪，还是用电子单多点测 斜仪，均称为单点定向施工，只能把仪器送到井下测量后起出地面读数 据 ， 分 析 判 断 施 工 。 主要使用测斜仪器、测斜钢丝绞车、定向杆件、无磁钻铤、定向弯 接头、螺杆动力钻具等仪器设备。
水平井培训教材2
第二章定向井、丛式井、水平井设计与计算分析第一节定向井、水平井二维轨道设计一口定向井的实施，首先要有一个轨道设计，才能以此设计为依据进行具体的定向井钻井施工。
对于不同的勘探、开发目的和不同的设计限制条件，定向井的设计方法有多种多样。
而每种设计方法，都有一定的设计原则。
定向井设计是一个非常重要的环节。
“好的设计是成功的一半”。
因此，合理地设计好井身轨道，是定向井成功的保证。
一、设计原则：一口定向井的总设计原则，应该是能保证实现钻井目的，满足采油工艺及修井作业的要求，有利于安全、优质、快速钻井。
在对各个设计参数的选择上，在自身合理的前提下，还要考虑相互的制约。
要综合地进行考虑。
(一)选择合适的井眼形状复杂的井眼形状，势必带来施工难度的增加，因此井眼形状的选择，力求越简单越好。
从钻具受力的角度来看：目前普遍认为，降斜井段会增加井眼的摩阻，引起更多的复杂情况。
如图所示(2-1-1)，增斜井段的钻具轴向拉力的径向的分力，与重力在轴向的分力方向相反，有助于减小钻具与井壁的摩擦阻力。
而降斜井段的钻具轴向分力，与重力在轴向的分力方向相同，会增加钻具与井壁的摩擦阻力。
因此，应尽可能不采用降斜井段的轨道设计。
图2-1-1(二)选择合适的井眼曲率井眼曲率的选择，要考虑工具造斜能力的限制和钻具刚性的限制，结合地层的影响，留出充分的余地，保证设计轨道能够实现。
在能满足设计和施工要求的前提下，应尽可能选择比较低的造斜率。
这样，钻具、仪器和套管都容易通过。
当然，此处所说的选择低造斜率，没有与增斜井段的长度联系在一起进行考虑。
另外，造斜率过低，会增加造斜段的工作量。
因此，要综合考虑。
常用的造斜率范围是4°-10°/100米（三）选择合适的造斜井段长度给女孩送礼送什么好造斜井段长度的选择，影响着整个工程的工期进度，也影响着动力钻具的有效使用。
若造斜井段过长，一方面由于动力钻具的机械钻速偏低，使施工周期加长，另一方面由于长井段使用动力钻具，必然造成钻井成本的上升。
水平井培训教材4
第四章定向井、水平井测量技术第一节定向井、水平井测量的性质和特点一.钻井过程中测量的方法、媒介和基准石油钻井过程中的测量属于工程测量的一种类型。
从物理意义上讲,测量井下钻具的工具面角,即为井下钻具定向或测量井眼的轨迹均属于空间姿态的测量。
由于石油钻井工程的特别性使得这一测量过程必须借助专门的工具和仪器,采取间接测量的方法来完成。
目前,石油钻井过程中的测量需要借助三种媒介,即大地的重力场、大地磁场和天体坐标系,由此产生了与这三种测量媒介有关的测量仪器。
1.借助于重力场测量井歪角或高边工具面,采纳的测量元件为测角器、罗盘重锤或重力加速度计等。
这类仪器的测量基准是测点与地心的连线,即铅垂线。
2.借助于地磁场测量方位角或磁性工具面,采纳的测量元件为罗盘或磁通门等。
这类仪器的测量基准是磁性北极,因此磁性仪器测量的方位角数据必须依据当地的磁偏角修正成真北极,即地理北极的数据。
3.借助于天体坐标系测量方位角或磁性工具面,采纳的测量元件为陀螺仪。
陀螺仪为惯性测量仪器,不以地球上任何一为基准,这类仪器下井测量之前必须对陀螺仪的自转轴进行地理北极的方位标定。
二.钻井过程中测量的特点1.钻井过程中的测量是间接测量,必须借助专用工具和仪器完成。
而且依据测量仪器的数据记录和传输方式的不同,钻井测量分为实时测量和事后测量。
2.测量仪器的尺寸受到井眼和钻井工具的限制,特别是下井仪器的径向尺寸必须能够下进套管和钻具内,而且可不能因仪器的下进而碍事泥浆的流淌或产生过大的泥浆压落。
3.下井仪器受到地层和泥浆的高压,仪器的保卫筒和密封件必须能够承受这种高压,而且还应具备一定的平安系数。
4.由于地层的温度随着井深变化,下井仪器是在高于地面温度的环境里工作,要求下井仪器具有良好的抗高温性能,一般称耐温125℃以下的仪器为常温或常规仪器, 称耐温182℃以下的仪器为高温仪器。
5.某些仪器在使用过程中要承受冲击(如单多点测歪仪的投测)、钻具转动(如转盘钻具中的MWD仪器)、钻头和钻具在钻进过程中的振动(如MWD和有线随钻测歪仪)等。
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 。
定向井水平井课件
多底井（分支井）：一个井口下面有两个或两个以上井底的定
向井。
中 国 石 油 长 庆 油 田 分 公 司 Petrochina changqing oilfield company
二、定向井分类
直 井
定 向 井
水 平 井
分 支 井
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4) 在满足钻井目的的前提下，应尽可能选择比较简单的剖面类型，力 求使设计的斜井深最短，以减小井眼轨道控制的难度和钻井工作 量，有利于安全、快速钻井、降低钻井成本。
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四、定向井轨迹设计
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四、定向井轨迹设计
（四）井眼轨道设计中有关因素的选择
最大井斜角：直井在规定井斜角内；常规定向井和水平井井斜角小于15° 时，方位不稳定，因此，最大井斜角应大于15°，一般15°－45°。
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
N
，指前）与重力 线间的夹角，度。
Inclination（Inc ）.
O O
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
底与失控井相交，然后向井内泵入重浆压住失控井，这是世界上第一口定向 救援井。
定向钻井读本.
定向钻井读本四川石油管理局钻采工艺技术研究院2006年4月目录前言第一章钻井基本常识第一节常用单位换算表及计算公式第二节钻井设备一．钻机的组成部分二．主要固控设备第三节钻井钻具简介第四节钻头简介第五节常见钻井事故与复杂情况第六节钻井工艺流程第二章定向钻井工艺技术第一节定向井概念及应用第二节造斜工具及工艺第三节定向作业技术操作规程第三章特殊工艺井技术第一节裸眼侧钻工艺技术第二节套管开窗侧钻工艺技术一．套管锻铣开窗侧钻技术二．套管磨铣开窗侧钻技术第四章水平井钻井技术简介第一节水平井的分类及特点第二节水平井设计基础第三节中、长半径水平井轨道控制工艺第四节水平井钻井操作的有关注意事项第五章定向专用工具简介第一节螺杆钻具第二节无磁钻铤及无磁承压钻杆第三节定向接头和弯接头第四节稳定器第五节随钻震击器第六节液力加压器第六章各种测斜仪器操作规程第一节照相及自浮式单点测斜议第二节电子多点测斜仪第三节有线随钻测斜议第四节无线随钻测斜议第五节陀螺测斜议第七章定向井软件简介第一节Navigator软件简介第二节Landmark软件简介第八章施工安全知识及汇报程序第一节H2S防护知识第二节井控安全常识第三节定向施工安全操作规程第四节定向施工应急汇报程序附录一：定向井技术操作模拟考试题附录二：四川盆地地层层序表附录三：各种测斜仪器操作手册前言定向钻井读本，是定向钻井技术工作者必备的工具书，对定向钻井技术工作具有重要的指导意义。
近年来，随着石油钻井技术的进步和生产发展，随着钻井市场范围的不断扩大和与国际石油钻井行业的接轨，油气勘探向纵深发展，各种新工艺、新技术、新设备、新材料、新工具的不断涌现，定向钻井技术由于其特殊的应用范围得到了广泛的应用。
迫切需要一本较系统地介绍石油定向钻井技术的书籍，使定向钻井技术得以普及。
本书内容包括八章，第一章“钻井基本常识”有白璟、张萍编写，第二章“定向钻井工艺技术”、第四章“水平井钻井技术简介”和第八章“施工安全知识和汇报程序”由姚振华编写，第三章“特殊工艺井技术”由代勇编写，第五章“定向井专用工具简介”由胡超编写，第六章“各种测斜仪器操作规程”由姚振华、王平、代勇编写，第七章“定向井软件简介”由王平编写。
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第一章定向井（水平井）钻井技术概述第一节定向井、水平井的基本概念1．定向井丛式井发展简史定向井钻井被（英）T ．A．英格利期定义为：“使井筒按特定方向偏斜，钻遇地下预定目标的一门科学和艺术。
”我国学者则定义为，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。
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，在设计和实际钻进让救援井和失控井井眼相交，然后自救援井内注入重泥浆压死失控井。
目前最深的定向井由BP勘探公司钻成，井深达10，654米；水平位移最大的定向井是BP勘探公司于己于1997年在英国北海的Rytch Farm 油田钻成的M11井，水平位移高达1，0114米。
垂深水平位移比最高的是Statoil 公司钻成的的33/9—C2达到了1:3.14；丛式井口数最多，海上平台：96口；人工岛：170口；我国定向井钻井技术发展情况我国定向井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井和磨三井，其中磨三井总井深1685米，垂直井深表遗憾350米，水平位移444.2米，最大井斜92°，水平段长160米；70年代扩大实验，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，使得我国从定向井软件到定向井硬件都有了一个大的发展。
我国目前最深的水平井是胜利定向井公司完成的DH1-H1井，完钻井深达到：6452.00米。
水平位移最大的大位移井是胜利定向井公司完成的埕北21-平1井，水平位移达到3167.34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。
2．定向井的分类按定向井的用途分类可以分为以下几种类型：普通定向井多目标定向井定向井丛式定向井救援定向井水平井多分枝井（多底井）国外定向井发展简况年代内容50 年代60 年代70 年代80 年代90 年代剖面设计及轨迹计算方法误差很大的正切法，进行定向井设计轨迹计算18种二维计算方法，如更精确的曲率半径法发展到三维设计和大组丛式井整体设计计算机专家系统进行定向井的设计和指导定向井施工发展了大型集成设计软件包井斜控制理论斜直井段的二维分析考虑了井眼的曲率及满眼组合的特性三维数据分析，由静态发展到动态发展了多种分析计算方法并编制了计算机程序在原来多种分析的基础上引入了数学及其它边沿学科定向造斜工艺涡轮加弯接头斜向器配合转盘钻使用效率更高的螺杆动力钻具，专用工具的定型配套涡轮、螺杆动力钻具向低速大扭矩发展。
各种专用井下工具系列化发展了复合式动力钻具，导向钻井系统，长寿命PDC钻头等发展成熟多分枝井回接工艺地质导向钻井系统测量方式氢氟酸玻璃管刻线法和地面定向法机械式罗盘，精度较高的单多点照相测斜仪有线随钻测斜仪投入工业性使用，无线随钻测斜仪研制成功多种无线随钻测斜系统投入工业使用和发展了电子测量系统和陀螺测量系统发展成熟带地质参数的无线随钻测斜仪定向井钻井水平精度要求不高中深定向井可打准确度较高的定向井和小组定向井可打准确度较高的定向救援井和大组丛式井钻成大量水平井从大半径水平井到小半径水平井多底泄油井钻成位移过万米的大位移井径向水平井可在0.3米之内完成增斜过程我国定向井钻井技术发展情况年代内容60年代80 年代90 年代剖面设计及轨迹计算方法设计采用查表法、图解法等精度不高的方法发展了曲率半径法，最小曲率半径法等多精确的轨迹计算和设计方法，编制了能进预测和防碰扫描的计算机软件包。
引入人工智能和专家系统井斜控制理论进行了钻具的二维静态分析主要使用有限元法发展了多种新的分析计算方法，例如：平衡梁法、加权余量法等，并编制了计算机分析程序理论分析模型由静态态发展到动态，由二维发展到三维定向造斜工艺使用地面定向法（钻杆打钢印）。
数据测量使用电测井数据。
使用精度高的磁性单多点测斜仪进行定向和轨迹数据测量，发展了有线随钻测斜仪定向。
发展了导向钻井系统初步研制出径向水平井造斜工艺测量方式氢氟酸测斜仪，机械式罗盘的电测井方法。
多种引进的有线随钻测斜系统投入工业使用和发展了电子测量系统及陀螺测量系统发展了无线随钻测斜系统，引进了带地质参数的MWD系统定向井钻井水平简单的单口定向井、水平井位移小，精度低钻成大量高难度定向井、大组丛式井、多目标井、套管定向开窗井、水平井也从大半径水平井发展到了中半径水平井在水平井方面取得大型突破，钻成了长、中、短半径水平井第二节水平井钻井技术简介所谓水平井，是指一种井斜角大于或等于86°，并保持这种角度钻完一定长度水平段的定向井。
1．水平井钻井技术发展概况1863年，瑞士工程师首先提出钻水平井的建议；1870年，俄国工程师在勃良斯克市钻成井斜角达60°的井；瑞典和美国研制出测量井眼空间位置的仪器，1888年俄国也设计出了测斜仪器；1929年，美国国加利福尼亚州钻成了几米长的水平分支井筒；30年代，美国开始用挠性钻具组合在垂直井内钻曲率半径小的水平井分支井眼；1954年苏联钻成第一口水平位移；1964年—1965年我国钻成两口水平井，磨—3井、巴—24井；自来80年代以来，随着先进的测量仪器、长寿命马达和新型PDC钻头等技术的发展，水平井钻井大规模高速度的发展起来。
我国水平井钻井在90年代以来也取得了很大发展，胜利油田已完成各种类型水平井近400口，水平井钻井水平和速度不断提高。
水平井的类型及各种类型水平井的特点1）．水平井的类型：根据水平井曲率半径的大小分为：长曲率半径水平井（小曲率水平井）；中曲率半径水平井（中曲率水平井）；短曲率半径水平井（大曲率水平井）。
2）．不同曲率水平井的基本特征及优缺点（1）．不同曲率水平井的基本特征表井型项目长半径水平井中半径水平井短半径水平井造斜率< 6°/30米6°—20°/30米150°—300°/30米曲率半径304—914米291—87米12—6米井眼尺寸无限制12 1/4″—4 3/4″ 6 1/4″—4 3/4″钻井方式转盘钻或导向钻井系统造斜段：特种马达或导向钻井系统水平段：转盘钻井或导向钻井系统以使用特种工具的转盘钻进为主，目前也使用特种马达方式钻杆常规钻杆>15°/100米使用抗压钻杆铰接驱动钻杆测量工具无限制有线随钻测斜仪，MWD，但井眼<6 1/8″时不能使用转盘钻井时使用多点测斜仪马达钻井时使用有线随钻测斜仪地面设备常规钻机常规钻机需要配备顶部驱动系统或动力水龙头完井方式无限制无限制裸眼或割缝管（2）．长曲率半径水平井的优缺点优点缺点1．穿透油层段最长（可以>1000米）1．井眼轨道控制段最长2．使用标准的钻具及套管２．全井斜深增加最多3．“狗腿严重度”最小３．钻井费用增加4．使用常规钻井设备４．各种下部钻具组合较长5．可使用多种完井方法５．不适合薄油层和浅油层6．可采用多种举升采油工艺６．转盘扭矩较大7．测井及取芯方便７．套管用量最大8．井眼及工具尺寸不受限制８．穿过油层长度与总水平位移比最小（３）．中曲率半径水平井的优缺点优点缺点1．进入油层时无效井段较短1．要求使用MWD测量系统2．使用的井下工具接近常规工具２．要求使用加重钻杆或抗压缩钻杆3．使用动力钻具或导向钻井系统4．离构造控制点较近5．可使用常规的套购及完井方法6．井下扭矩及阻力较小7．较高及较稳定的造率8．井眼轨迹控制井段较短9．穿透油层段较长（1000米）10．井眼尺寸不受限制11．可以测井及取芯12．从一口直井可以钻多口水平分枝井13．可实现有选择的完井方案（4）．短曲率半径水平井的优缺点优点缺点1．井眼曲线段最短1．非常规的井下工具2．侧钻容易２．非常规的完井方法3．能够准确击中油层目标３．穿透油层段短（120—180米）4．从一口直井可以钻多口水平分枝井４．井眼尺寸受到限制5．直井段与油层距离最小５．起下钻次数多6．可用于浅油层６．要求使用顶部驱动系或动力水龙头7．全井斜深最小７．井眼方位控制受到限制8．不受地表条件的影响８．目前还不能进行电测第三节定向井的基本术语解释1）井深：指井口（转盘面）至测点的井眼实际长度，人们常称为斜深。
国外称为测量深度（Measure Depth）。
2）测深：测点的井深，是以测量装置（Angle Unit）的中点所在井深为准。
真北极3)井斜角：该测点处的井眼方向线与重力线之间的夹角（见图1.2）。
•井斜真北方位线角常以希腊字母α表示，单位为度。
4•）井斜方位角：是指以正比方位线为始东磁偏角边，顺时针旋转至井斜方位线所转过的角度（见图1.3）。
•井斜方位角常以希腊字母Φ表示，单位为度。
实际西磁偏角应用过程中常常简称为方位角。
• A地B地图1.1磁偏角示意图5）磁方位角：磁力测斜仪测得的井斜方位角是以地球磁北方位线为准的，称磁方位角。
井口AB 正北方位线αA 井斜方向线井底 B井斜方位角ΦB 重力线αB井斜方位线图1.2 井斜角示意图图1.3 井斜方位角示意图6）磁偏角：磁北方位线与真北方位线并不重合，两者之间有一个夹角，这个夹角称为磁偏角。
磁偏角又有东磁偏和西磁偏角之分，当磁北方位线在正北方位线以东时，称为东偏角；当磁北方位线在正北方位线以西时称为西偏磁偏角。
•进行磁偏角校正时按以下公式计算：真方位角＝磁方位角＋东偏磁偏角真方位角=磁方位角－西偏磁偏角7•）井斜变化率：是指井斜角随井深变化的快慢程度，常以Kα表示，•精确的讲井斜变化率是井斜角度（α）对井深（L•）的一阶导数。
dαKα＝───dL井斜变化率的单位常以每100米度表示。
8）井深方位变化率：实际应用中简称方位变化率，•是指井斜方位角随井深变化的快慢程度，常用KΦ表示。
计算公式如下：dΦＫΦ＝───dL井斜方位变化率的单位常以每100米度进行表示。
9）全角变化率（狗腿严重或井眼曲率）：从井眼内的一个点到另一个点，井眼前进方向变化的角度（两点处井眼前进方向线之间的夹角），•该角度既反映了井斜角度的变化又反映了方位角度的变化，通常称为全角变化值。