定向井水平井教材

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。