定向井基本知识及防碰知识(20200920091155)
6定向井
概述
定向井涉及的关键技术：
工具：造斜（增、降、稳斜）工具、扭方位工具。 仪器：测斜仪。 施工经验。
第二节
定向井井身剖面设计
第二节
定向井井身剖面设计
主要内容：
•基本概念
•井身剖面设计原则
造斜点 井眼曲率 最大井斜角
•剖面类型
•设计方法
第二节
定向井井身剖面设计
目的：
• 选择满足要求的井身剖面类型 • 设计剖面结构参数
4、轨迹控制——测斜、实钻井眼位置计算、钻具组合 调整计算、轿正井眼设计。增斜、稳斜、降斜、扭方 位。
概述
定向井涉及的关键技术：
计算：（计算机技术）
轨迹设计、钻具设计、轨迹预测、定向参数。
从井口到目的点，要有不同的井段连接，有增 斜与降斜要求，而造斜能力受工具和工艺水平的限 制，同时还应考虑如何安全钻进。故必须设计井眼 轨迹。
定向井的基础知识
1.定向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)
2.发展特殊工艺井的目的
井眼轨迹的基本概念
磁偏角 真方位与磁方位的换 算 真方位角＝磁方位角 ＋东磁偏角 真方位角＝磁方位角 －西磁偏角
3－基本概念
垂深（Vertical depth or True vertical depth）: 垂深即测点的垂直深度， 垂 是指井身上任一点至井口 深 所在水平面的距离。其测 量单位为米。 水平位移（Displacement or Closure distance）： 即井眼轴线某点在水平面 上的投影至井口的距离， 也称闭合距。其测量单 位为米。
最新定向井技术基本知识
三者之间要满足一定的关系
实际井眼轴线的计算方法
定向井井眼轴线是以等间距测量的，每一测点
的数据有测量井深、井斜角和方位角。
任意测点间的空间坐标位置需要根据两测点间 的轨迹形状来计算。
井眼轨迹形状是的未知的，不同假设就得到不 同的计算方法。
正切法
正切法计算公式
１、垂直位移： H i L ico s i 1
O 原井斜角
A
钻具组合
用改变井底钻具组合的方法来控制井身轨迹
反扭矩的影响
使用井下动力钻具造斜时，钻具产生的反 扭矩对装置角会产生影响。
定向井测量方法
１、井斜角测量
原理：重力
方法：液体染色（虹吸测斜仪），腐蚀（ＨＦ）， 感光照相（单、多点照相仪），电法（随钻 测量仪 MWD）。
井 段 长 L ， 米
… … … … Li … … …
井斜角 ，度
… … … … i … … …
方位角 f，度
… … … … fi … … …
平 均 井 斜 角 v ， 度 … … … … vi … … …
平 均 方 位 角 fv ， 度
… … … … fvi … … …
垂 深 增 量 H ， 米
… … … … Hi … … …
闭合距：SE＝OE
全角变化率K:井眼的空间曲率
AK B
KK 2K 2sin2
表示空间井眼轨迹的两个平面
A
fE fA
A
水平投影
fE fA
井身剖面设计
设计原则
１、利用地层自然造斜规律 ２、利于钻井、采油、修井工作 ３、剖面简单 ４、造斜井段地层稳定 ５、井眼曲率变化均匀
定向井剖面类型
定向井基础
22.10.2020
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按一个井场或平台钻井数可分为：
定向井工艺
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目录
一、定向井基本知识
二、水平井简介
三、定向井技术要求和注意事项
四、螺杆钻具
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一、定向井基本知识
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一、定向井基本知识
（一）、定向井的应用： 定向井的应用归纳起来有以下几个方面：
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按设计井眼轴线形状分：
1、两维定向井：是指井眼轴线形状只 在某个铅垂平面上变化的定向井，它们的井 斜角是变化的，而方位角是不变的。
2、三维定向井：是指井眼轴线超出某 一铅垂平面而在三维空间中变化的定向井。 三维定向井既有井斜变化，又有方位角的变 化。三维定向井又可分为三维纠偏井和三维 绕障井。
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二、定向井设计
（一）、井身剖面的设计原则
1、能实现钻定向井的目的；
2、应尽可能利用地层的自然造斜规律；
3、在选择造斜点、井眼曲率、最大井斜角等参数时， 应有利于钻井、采油和修井作业；
4、在满足钻井目的的前提下，力求使设计的全井斜 井深最短，有利于安全、优质、快速钻井，降低钻井成本；
定向井基础知识
定向井基础知识定向井基础知识一、概念部分1定向井：一口井的设计目标点，按照人为的需要，在一个既定的方向上与井口垂线偏离一定的距离的井，统称为定向井。
2井深（米：井眼轴线上任一点，到井口的井眼长度，称为该点的井深，单位为米3垂深《m》：井眼轴线上任一点，到井口所在水平面的距离，称为该点的垂深，单位为《米》4 水平位移（M）：井眼轨迹上任一点，与井口铅直线的距离，称为该点的水平位移，也称为该点的闭合距，单位为《米》严格意义上水平位移为闭合距在设计井眼轨迹上的投影位移闭合距井眼轨迹投影于水平面与设计轨迹投影于水平面的夹角井底与井口连线在水平面上的投影线的长为总闭合距（习惯叫闭合距又叫总水平位移），5、视位移（m）：水平位移在设计方位线上的投影长度，称为视位移，是绘制垂直投影图的重要参数，单位为“米”。
6、井斜角《°）：井眼轴线上任一点的井眼方向线与通过该点的重力线之间的夹角，称为该点的井斜角，单位为“度”。
7/方位角（°）：在以井眼轴线上任一点为原点的平面坐标系中，以通过该点的正北方向线为始边，按顺时针方向旋转至该点处井眼方向线在水平面上的投影线为终边，其所转过的角度称为该点的方位角，单位为“度”。
8、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”，顺时针为正，逆时针为负。
磁方位校正为磁方位角加上该地区的磁偏角。
9、造斜点（KOP）：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。
10、造斜率：表示造斜工具的造斜能力，常用“°/100m”表示。
11、井斜变化率：单位井段内井斜角的变化速度称为“井斜变化率”，常用“°/100m”表示。
12，方位变化率：单位井段内方位角的变化速度称为“方位变化率”，常用“°/100m”表示。
13、全角变化率K（狗腿度）：指的是单位井段内井眼钻进的方向在三维空间内的角度变化，它既包含了井斜角的变化又包含着方位角的变化。
定向井基本知识及防碰知识1
定向（扭方位）注意事项
井口印迹要清晰，测量夹角要注意判明 方向。 要根据当前井斜方位和施工工具面，准 确估计井底的井斜方位，保证造斜（扭 方位）达到预期效果。
定向井几个基本概念
普通定向井：一个井场内仅有1口最大井斜角小于60°的定向井。 斜直井：用斜直钻机或斜井架完成，自井口开始井眼轨道一直是一段斜 井段的定向井。
大斜度井：最大井斜角在60° ~80°范围内的定向井
水平井：最大井斜角大于或等于86° ，并保持这种井斜角钻完一定长度 段的井。
定 向 井
长曲率半径：6° /30m 中曲率半径：6° ~20° /30m 水平井: 中短曲率半径：1° ~20° /30m 短曲率半径：1° ~10°/m
定向施工举例
方钻杆刻度线
Ø转１ Ø方
转盘刻度线 钻杆（铤）刻度线
假设设计方位为120度，预 计取方位超前角15度。 则目标=设计方位+超前角 =120+15=135度
丈量Ø转１、 Ø方均以下刻度 为基准，顺时针为正，逆时针 为负。图例Ø转１为正，假设为 30度； Ø方为负值，假设为-75 度。实测工具面假设为60度 （磁工具面） 则定= 目标 – 工+ 转１=13５60+30=10５度 转= 定＋方+反扭=10５+（-75 ）+２０=５０度 （反扭角假设取20度） （钻杆钢印注意问题
根据已钻井确定合适的超前角。 井斜小时工具面保证到位，避免井斜大 时方位相差较多而扭方位，增加定向工 作量。 根据井的深浅反扭角推荐取10-40度。
定向井钻井基础知识
定向井钻井基础提纲（一）为什么要钻定向井？（二）定向井的基本概念（三）定向作业专业术语（四）井眼轴线的计算方法（五）定向井轨迹防碰（一）、为什么要钻定向井？1、在海洋钻井平台上钻丛式定向井。
控制较大面积的油气构造。
生产设施集中在平台上，节省建造平台费用。
2、勘探和开发近海岸油气田。
使钻井定向弯曲，钻达海底油气层，节约海上钻井平台的建设费用。
3、用定向井控制断层，查明油水界面或断层面的位置(c)4、避开地表障碍物，勘探和开发障碍物下方的油气田。
5、纠正已斜的井眼或绕过井内落鱼而进行侧钻。
6、打定向井探采盐丘突起下部的油气层。
含油构造有时与盐丘构造共生，部分盐丘可能直接覆盖在油藏上面，直井钻遇盐层可能导至冲蚀、钻井液漏失和腐蚀等问题。
7、井喷无法处理或油气井失火，钻定向救援井与原井衔接控制井喷或扑灭火灾。
8、钻大斜度井或水平井，防止气锥和水锥问题；增加井眼在产层中的延伸长度；增大平台的泄流面积，在裂缝性油藏9、供水井。
钻多孔底定向井多次穿过含水裂隙或沿含水裂隙钻单孔底定向井，可增加出水量。
10、开发地壳深部“干热岩”体的能量。
钻两口定向井，用水力压裂法使两井连通，形成一个地下热仓和封闭回路，用—口井向下注冷水，干热岩将冷水加热，另一口井抽出高温蒸气进行发电。
11、在煤层中钻定向排放孔抽瓦斯，保证采煤时的安全。
能钻遇多条裂缝，提高单井的产量。
12、对接连通开采可水溶性矿藏过去，在钻孔采可水溶性矿盐时，一直采用单井对流水溶采卤法，这种采卤技术存在较多缺点，如矿产回采率不足20％，卤井寿命短，产量低，采出的卤水浓度低而且不稳定等。
双井对接连通水溶采卤可克服上述一系列缺点。
数十年来，盐业系统探索了几种使两井能连通的方法(压裂法，自然溶通法等)，但并不是很理想，采用定向钻进技术实现两井对接、三井对接甚至更多的井眼对接，极大地提高采盐卤水量。
（二）定向井的基本概念1、定义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。
定向井基本知识及防碰知识
定向施工的工作量。
小位移井施工注意要领
• 小位移井一般指设计位移小于２００米的 定向井。
• 小位移井施工造斜点较深，以简化井身结 构、加快钻速。
• 剖面以直Байду номын сангаас（稳）为主。稳斜段通常设计 为１００米以内以调节井斜方位。
• 直增剖面的前提是对钻具组合的增斜性能 把握较好，避免欠井斜。
结合，相邻两井造斜点错开５０米。 • 井口间距不小于６米。 （提示：严格执行钻井工程设计。）
造斜点选择考虑因素
• 直井段已发生的轨迹偏移。 • 有利于防碰。 • 下部计划实施的增斜方式及其增斜率。 • 尽量利用钻头寿命。 • 造斜点应选择比较稳定、可钻性较好的地层。 • 垂深大、水平位移小的井，造斜点应深，以简化
控制经验,考虑定向后的超前(或滞后),定向到135°比较合适.这个定向的Ф预 =135°.
再如,某井井斜25°,需要稳斜降方位,则 Ф预=L90°,注意:井斜<6°,用磁 工具面定向,工具面直接摆到预定方位.
井斜>6°,用重力工具面,尽量使用扭方位施工,按照井斜和方位情况确定 工具面的左右偏角度.
全力增斜0 °
举例
• 例如:某次扭方位井深1200m,井斜 18°,方位100°,需要增斜降方位, 预定工具面L60°,测得工具面 L40°,弯差角-90°,估计反扭角 35°,则:
定=Ф预- Ф工 + Ф反扭 =L60°-R50°+35°=-75°
举例
• 例如：某次定向井深８００m，井斜１°， 方位１００°，预定施工到２００°，测 得工具面２４０°，弯差角－９０°，估 计反扭角２０°，则：
定向钻井技术基本概念,弯差角,扭方位,防碰
水平位移 监督培训
目标点:设计规定的、必须钻达的地层位 置，通常以地面井口为坐标原点的空间坐 标系的坐标值来表示。
定向井技术
定向钻井技术
一、定向工具： 1、螺杆（直、单弯双弯螺杆等 ）、弯接头（常规、可变、 双弯等）及井口定向工具 二、测斜工具： 磁力测斜仪、陀螺测斜仪 定时方法：机械、电子、无磁传感器 悬挂、自浮 方式：单、多点；随钻（有线随钻、无线随钻MWD、LWD 等）
离井口垂线一定距离，钻达一定目标的井。
监督培训
长庆工程监督公司王保平
定向钻井技术
普通定向井：一个井场内仅有1口最大井斜角小于60°的定向井。
斜直井：用斜直钻机或斜井架完成，自井口开始井眼轨道一直是一段斜井段
的定向井。
大斜度井：最大井斜角在60° ~80°范围内的定向井
水平井：最大井斜角大于或等于86° ，并保持这种井斜角钻完一定长度段
定= φ预－φ工＋ φ反扭 （钻具要相对扭转的角度）
转= 定+ 方
（方钻杆标记棱要扭到的绝对刻度）
监督培训
定向井技术
定向钻井技术
例如：某次定向井深800m，井斜１°， 方位100°，预定施工到200 °，测得 工具面240 °，弯差角－90 °，估计反 扭角20 °，则：
定= φ预－φ工＋ φ反扭
定向钻井技术
前言 钻井监督，是钻井施工质量的检查和把关者，一名合格的钻
井监督，不但要有扎实的基础知识，而且要有丰富的现场实践 经验，必须熟悉钻井设备、钻井流程、钻井措施、钻井技术， 具备对钻井施工各个环节做以正确的评定的能力，尤其是在定 向井丛式井钻井作业监督中，掌握定向井钻井技术知识必不可 少，下面，我根据自己现场工作经验及掌握的定向井知识做以 讲述，力在巩固和共讨定向井知识。
定向井基本知识
The directional well1. 定向井的基本概念：定向井是钻井专业术语，是指按照事先设计的具有井斜和方位变化的轨道钻进的井。
其剖面主要有三类：(1)两段型：垂直段+造斜段；(2)三段型：垂直段+造斜段+稳斜段；(3)五段型：上部垂直段+造斜段+稳斜段+降斜段+下部垂直段。
水平井是定向井的一种，一般的油井是垂直或倾斜贯穿油层，通过油层的井段比较短。
而水平井是在垂直或倾斜地钻达油层后，井筒转达接近于水平，以与油层保持平行，得以长井段的在油层中钻进直到完井。
Advantage: 有利于多采油，油层中流体流入井中的流动阻力减小，生产能力比普通直井、斜井生产能力提高几倍。
2.定向井的基本应用：地面限制：油田埋藏在高山、城镇、森林、沼泽海洋、湖泊、河流等地貌复杂的地下，或井场设置和搬家安装碰到障碍时，通常在他们附近钻定向井。
地下地质条件要求：用直井难以穿过的复杂层、盐丘和断层等，常采用定向井。
如：安718段块的井漏、二连地区巴音区块的井，自然方位120-150度。
钻井技术需要：遇到井下事故无法处理或不易处理时，常采用定向井技术。
如：掉钻头、断钻具、卡钻等。
经济有效的勘探开发油气藏的需要：ⅰ原井钻探落空，或钻通油水边界和气顶时，可在原井眼内侧钻定向井。
ⅱ遇多层系或断层断开的油气藏，可用一口定向井钻穿多组油气层。
ⅲ对于裂缝性油气藏可钻水平井穿遇更多裂缝、低渗透性地层、薄油层都可钻水平井，提高单井产量和采收率。
ⅳ在高寒、沙漠、海洋等地区，可用丛式井开采油气。
3. 定向井基本分类：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。
按设计最大井斜角分：ⅰ低斜度定向井：井斜小于15度，钻井时井斜、方位不易控制，钻井难度大。
ⅱ中斜度定向井：井斜在15-45度之间，钻井时井斜、方位易控制，钻井难度相对较小，是使用最多的一种。
定向井基本知识及防碰
定向(扭方位)的计算公式
预定(目标)工具面:定向扭方位前,一定要通过预算轨迹, 预定(目标)工具面:定向扭方位前,一定要通过预算轨迹,首先得出 一个预定要把螺杆摆到的工具面,称之为目标工具面,记作φ 一个预定要把螺杆摆到的工具面,称之为目标工具面,记作 预. 例如,某井设计方位 磁偏角- 例如,某井设计方位130°,井斜 ° 井斜1.5 °,磁偏角-1.633°(或称西偏 ° 1.633 ° ).但根据直井段的井斜方位形成的位移影响,结合本区块的地 ).但根据直井段的井斜方位形成的位超前(或滞后),定向到135 °比较合 ),定向到 层规律和控制经验,考虑定向后的超前(或滞后),定向到 这个定向的φ 适.这个定向的 预= 135° ° 需要稳斜降方位, 90° 再如,某井井斜25 再如,某井井斜25 °,需要稳斜降方位,则φ预= L 90° 注意:井斜 用磁工具面定向,工具面直接摆到预定方位. 注意:井斜<6 °,用磁工具面定向,工具面直接摆到预定方位. 井斜>6 用重力工具面, 井斜 °,用重力工具面,尽量使用扭方位施工,按照井斜和方位情 用重力工具面 尽量使用扭方位施工, 况确定工具面的左右偏角度. 况确定工具面的左右偏角度. 0°
定 向 井
长曲率半径: ° 长曲率半径:6° /30m 中曲率半径:6° ~20° /30m 中曲率半径: ° ° 水平井: 水平井 中短曲率半径: ° 中短曲率半径:1° ~20° /30m ° 短曲率半径: ° 短曲率半径:1° ~10°/m ° 径向水平井: ∝ 径向水平井:k=∝ 丛式井:在一个井场内有计划地钻出两口或两口以上的定向井组, 丛式井:在一个井场内有计划地钻出两口或两口以上的定向井组,其中 可含1口直井 口直井. 可含 口直井. 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. 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.
定向井基本知识
定向井基本概念1、定向井：一口井的设计目标点，按照人为的需要，在一个既定的方向上与井口垂线偏离一定距离的井。
2、井深：井眼轴线上任一点，到井口的井眼长度，称为该点的井深，也称为该点的测量井深，或斜深。
3、垂深：井眼轴线上任一点，到井口所在水平面的距离。
4、水平位移：井眼轨迹上任一点，与井口铅直线的距离。
5、视平移：水平位移在设计方位线上的投影长度。
6、井斜角：井眼轴线上任一点的井眼方向线，与通过该点的重力线之间的夹角。
7、最大井斜角：全井井斜角的最大值。
8、方位角：在以井眼轨迹上任一点为原点的平面坐标系中，以通过该点的正北方向线为始边，按顺时针方向旋转至该点处井眼方向线在水平面上的投影线，所转的角度称为该点的方位角。
9、造斜点：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表示。
10、井斜变化率：单位井段内，井斜角的改变速度，称为井斜变化率。
通常以两测点间井斜角的变化量与两测点间井段的长度的比值表示。
11、方位变化率：单位井段内方位角的变化值称为方位变化率。
通常以两测点间方位角的变化量与两测点间井段长度的比值表示。
12、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。
13、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。
14、全角变化率：指的是在单位井段内，井眼前进的方向在三维空间内的角度变化。
15、增斜段：井斜角随井深增加的井段。
16、稳斜段：井斜角保持不变的井段。
17、降斜段；井斜角随着井深的增加而逐渐减小的井段。
18、目标点：设计规定的必须钻达的地层位置。
19、靶区半径：允许实钻井眼轨迹偏离设计目标点的水平距离。
20、靶心距：在靶区平面上，实钻井眼轴线与目标点之间的距离。
21、工具面：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。
22、反扭角：使用井底马达带弯接头进行定向造斜和扭方位时，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。
定向井的基础知识
• 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。
定向井的用途
定向井的用途
• 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。 – 对于垂直裂缝的构造带，打直井很难钻遇裂缝，若钻 定向井或水平井，则钻遇裂缝的机会就大得多； – 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。 新提法：用钻井方法提高油藏采收率
井斜变化率和井斜方位变化率
• 井斜角和井斜方位角是在随着井深而不 断变化的。既然在变化，就有变化快慢 之分。变化率就是变化的快慢。 • 井斜变化率：是指井斜角随井深变化的 程度，以Ｋα表示。严格地讲，井斜变化 率是井斜角α对井深Ｌ的一阶导数，可写 为： • 以增量代替微分，以相邻二测点间的井 斜角变化值（Δα）与二测点间井段长度 （ΔL）的比值来表示井斜变化率的。 • 求得的乃是该测段的平均井斜变化率：
定向井的用途
丛式井
丛式井三维结构图
井眼轨迹的基本参数
• 井深：
– 指井口(通常以转盘面为基准)至测点的井眼长度， 也有人称之为斜深，国外称为测量井深(Measure Depth)。井深是以钻柱或电缆的长度来量测。井 深既是测点的基本参数之一，又是表明测点位置 的标志。 – 井深常以字母Ｌ表示，单位为米(m)。井深的增 量称为井段，以ΔＬ表示。二测点之间的井段长 度称为段长。一个测段的两个测点中，井深小的 称为上测点，井深大的称为下测点。井深的增量 总是下测点井深减去上测点井深。