第5节 定向钻井.ppt
合集下载
定向井钻井技术ppt课件
直井段
s
水平位移
二、定向钻井
3、设计书内容还包括： ａ、丛式井应提供井组排序方案及井组图；
ｂ、提出定向井分段施工技术，并附造斜点至井底 间距为30米的设计井身轨道二维剖面数据和 设计井身投影图；
ｄ、提出各设计井段的钻具组合及施工参数要求， 以及使用井下工具的规格、型号及数量；
ｅ、提出井身轨迹测量方案； ｇ、提出井身质量要求；
ｈ、对于需要绕障的井，应提出绕障施工原则及方 案；
ｉ、列出定向井钻井安全技术措施；
二、定向钻井
4、若是丛式井组，应首先做出井组整体设计； ａ、井组安排应考虑道路的优化井眼轨迹的需要，
多靶井应考虑靶前位置对施工的要求。在此前 提下，按井组钻井进尺最少和地形的可能来确 定井组地理位置； ｂ、应尽量避免井组中各井眼轨迹在空间交叉； ｃ、井组中各井的水平位移应综合考虑，长短结合， 以便于错开造斜点； ｄ、井口可根据地形条件及钻机的移动性能等情况 布置成直线型、矩形，急于投产的油井，可布 置成L形； ｅ、井组中各井的表层套管下深应错开20米以上；
二、定向钻井
㈢定向井工艺 1、井眼轨迹的控制 1）直井段钻进过程中按设计要求认真作好测斜 工作，监测井眼轨迹，严格作好防碰工作，并 控制直井段最大井斜符合设计要求。特别要作 好1：100的防碰图，做好随钻分析，异常情况分 析记录判断，搞好全员防碰工作。 2）、造斜段：造斜点的选择应考虑以下因素： ａ、设计造斜点，ｂ、直井段以发生的轨迹偏移 ｃ、有利于防碰，ｄ、下步计划实施的增斜方式
一、专业名词
7、井底水平位移：它是指井口与井底两点在水 平面上投影的连线长度，又称闭合距，单位为m。 8、视平移：水平位移在设计方位线上的投影长 度。
N
Ap
第五章定向钻井
第五章定向钻井
2、井眼轨迹：一口井实际钻成后的井眼轴线形状。 轨迹控制： 直井防斜打直。 特殊工艺井控制井斜和方位，使轨道与轨迹相一致。
Байду номын сангаас
3、直井用途：油田开发和勘探。有井斜限制要求。 4、定向井用途： （1）地面环境条件的限制 高山，湖泊，沼泽，河流，沟壑，海洋，农田或重要的建筑 物等。
（2）地下地质条件的要求 断层遮挡油藏、薄油层、倾角较大的地层钻进等。 （3）处理井下事故的特殊手段 井下落物侧钻、打救援井等。 （4）提高油藏采收率的手段 钻穿多套油气层、老井侧钻等。
东西坐标轴，以正东方向为正。 (6) 视平移Ｖ：水平位移在设计方位线上的投影长度。
(7) 井眼曲率K（“狗腿严重度”、“全角变化率”）： 指井眼轨迹曲线的曲率：平均曲率Kc=30γ/ΔDm “狗腿角”或“全角变化”（γ）：上、下二测点的两 条方向线之间的夹角(空间夹角)。
狗腿角的计算：
Lubinski计算公式：
3．垂直剖面图 垂直剖面：过井眼轴线上 各点垂线组成的柱面展开图。 坐标系：原点（井口）、 横坐标（水平长度）、纵坐 标（垂深） 表达的参数：垂深D、水平 长度Lp、井深Dm、井斜角α 。
第二节 轨迹测量及计算
目的：掌握井眼轨迹参数的测量、计算、轨迹绘图方法。
一．测斜方法及测斜仪简介
1、测斜仪分类 按工作方式分：单点式、多点式、随钻测量（有线、无线）。 按工作原理分：磁性测斜仪（罗盘）、陀螺测斜仪（高速陀螺 空间指向恒定）。 2、测量内容 井深Dm、井斜角α 、方位角φ 。
对一条空间曲线可以有不同的表示方法。 三维坐标法： 投影图示法：垂直投影图+水平投影图 不能反映出真实的井深和井斜角。
柱面图示法：垂直剖面图（柱面展开图）+水平投影图 柱面：设想经过井眼轨迹上每一个点作一条铅垂线，所 有这些铅垂线构成的曲面称为柱面。将柱面展平，就形成了 垂直剖面图。 可以反映出真实的井身参数，如：井深、井斜角、垂深； 作图简便。
2、井眼轨迹：一口井实际钻成后的井眼轴线形状。 轨迹控制： 直井防斜打直。 特殊工艺井控制井斜和方位，使轨道与轨迹相一致。
Байду номын сангаас
3、直井用途：油田开发和勘探。有井斜限制要求。 4、定向井用途： （1）地面环境条件的限制 高山，湖泊，沼泽，河流，沟壑，海洋，农田或重要的建筑 物等。
（2）地下地质条件的要求 断层遮挡油藏、薄油层、倾角较大的地层钻进等。 （3）处理井下事故的特殊手段 井下落物侧钻、打救援井等。 （4）提高油藏采收率的手段 钻穿多套油气层、老井侧钻等。
东西坐标轴，以正东方向为正。 (6) 视平移Ｖ：水平位移在设计方位线上的投影长度。
(7) 井眼曲率K（“狗腿严重度”、“全角变化率”）： 指井眼轨迹曲线的曲率：平均曲率Kc=30γ/ΔDm “狗腿角”或“全角变化”（γ）：上、下二测点的两 条方向线之间的夹角(空间夹角)。
狗腿角的计算：
Lubinski计算公式：
3．垂直剖面图 垂直剖面：过井眼轴线上 各点垂线组成的柱面展开图。 坐标系：原点（井口）、 横坐标（水平长度）、纵坐 标（垂深） 表达的参数：垂深D、水平 长度Lp、井深Dm、井斜角α 。
第二节 轨迹测量及计算
目的：掌握井眼轨迹参数的测量、计算、轨迹绘图方法。
一．测斜方法及测斜仪简介
1、测斜仪分类 按工作方式分：单点式、多点式、随钻测量（有线、无线）。 按工作原理分：磁性测斜仪（罗盘）、陀螺测斜仪（高速陀螺 空间指向恒定）。 2、测量内容 井深Dm、井斜角α 、方位角φ 。
对一条空间曲线可以有不同的表示方法。 三维坐标法： 投影图示法：垂直投影图+水平投影图 不能反映出真实的井深和井斜角。
柱面图示法：垂直剖面图（柱面展开图）+水平投影图 柱面：设想经过井眼轨迹上每一个点作一条铅垂线，所 有这些铅垂线构成的曲面称为柱面。将柱面展平，就形成了 垂直剖面图。 可以反映出真实的井身参数，如：井深、井斜角、垂深； 作图简便。
《钻井定向钻井》课件
定向钻井的施工过程
钻孔定位
按照施工计划，使用测 量仪器确定钻孔位置和
角度。
钻孔开钻
启动钻机，开始钻孔作 业。
定向钻进
根据需要，使用定向钻 头进行定向钻进，调整
钻孔角度。
钻孔扩孔
钻孔完成后，对钻孔进 行扩孔处理，以便于后 续的管道敷设或其它施
工。
定向钻井的施工监测与控制
监测
01
实时监测钻孔的位置、角度、深度等参数，确保钻孔按照预定
测量技术
阐述各种测量技术在定向 钻井中的应用，如空间定 位技术、重力测量、磁力 测量等。
测量数据处理
讲解如何对测量数据进行 处理和分析，以确保定向 钻井的准确性和精度。
定向钻井的泥浆系统
泥浆组成
介绍泥浆的组成成分，如 水、粘土、化学添加剂等 ，以及它们在定向钻井中 的作用。
泥浆性能
阐述泥浆的重要性能指标 ，如密度、粘度、切力等 ，以及如何调整这些指标 以满足定向钻井的需求。
06
定向钻井的未来发展
定向钻井技术的发展趋势
智能化
随着人工智能和大数据技术的应用，定向钻井技术将更加智能化， 实现自动化决策和远程控制。
高效化
提高钻井效率和降低成本是定向钻井技术的重要发展趋势，通过优 化钻井参数、采用新型钻井液和钻具等手段实现高效钻井。
环保化
随着环保意识的提高，定向钻井技术将更加注重环保，采用清洁能源 和减少废弃物排放，实现绿色钻井。
在城市基础设施建设中，定向钻井技术可 以用于穿越建筑物、公路、铁路等障碍物 ，进行管道敷设、线路安装等作业。
02
定向钻井技术
定向钻井的原理
定向钻井的原理是通过测量地球磁场、重力场、地热场等自 然场，以及利用钻孔内的测量仪器测量钻孔内的方向和位置 参数，从而确定钻孔的轨迹和深度。
定向井
C
特点：
D
难度较三段制剖面大，主要
原因是有降斜段。降斜段会增大
扭矩、摩阻（如小水平位移深定
向井采用三段制剖面轨迹难控制
）。
第二节 定向井井身剖面设计
O
2、特殊二维剖面
为了减少摩阻 2.1 悬线剖面 2.2 抛物线剖面
第二节
定向井井身剖面设计
3、三维定向井剖面
三维定向井剖面指在设计 的井身剖面上既有井斜角的 变化又有方位角的变化。
垂直平面上：
每一点的井深与空 间井眼的井深一样,每 一点的井斜角与与空间 井眼对应的井斜角一致 。（不是直接投影）
第一节 定向井的基本概念
N A A B 水平面上：
B
为空间井眼的水平投
S
影
E O
第一节 定向井的基本概念
一、定向井基本要素
测深 ———井口至测点处的井
眼实长，米。 Measured depth（ MD)
第二节 定向井井身剖面设计
一、名词解释
直井段: 井斜角为0 造斜点：开始定向造斜的位置 增斜段：井斜角随井深增加的井段 定向造斜段：造斜点以下的增斜段 稳斜段：井斜不变的井段 降斜段：井斜角随井深增加而减小
O
A
B C D
的井段
E
第二节 定向井井身剖面设计
一、名词解释
目标点：设计规定必须钻达的地下空
第一章 定向钻井
概述 第一节 定向井的基本概念 第二节 定向井井身剖面设计 第三节 实际井眼轴线的计算和绘制 第四节 定向井的井斜和方位控制 第五节 定向仪器及定向工具
第一节 定向井的基本概念
第一节 定向井的基本概念
井眼曲线的表示方法：垂直平面与水平平面
第一节 定向井的基本概念
斯伦贝谢定向钻井和旋转导向 ppt课件
一步提高钻速
斯伦贝谢定向钻井和旋转导向
旋转导向 - PowerDrive
Pad 开
Pad 关
斯伦贝谢定向钻井和旋转导向
旋转导向 - PowerDrive
Control Shaft Disk Valve
斯伦贝谢定向钻井和旋转导向
旋转导向 - PowerDrive
• PowerDrive 1100
2001 World Record #2 PowerDrive900 drills 13.789ft of 12.25” hole in 1 run
2002 World’s First 6” RSS Run PowerDrive475 drills 4712ft of 6 1/8” hole in 1 run
Saved $536,000 1739m , 5705 ft 17.6 m 57.6 ft/hr
Inclination In 74.9 Out 51.1 Turned 10 right
斯伦贝谢定向钻井和旋转导向
旋转导向 - PowerDrive
• Improved drilling efficiency – 98 m/day with PDM, 193 m/day with RSS
‘PowerDrive’ 是目前在国际上独一的一套 “全自动化” 旋转导向垂 直钻进仪器. 操作简单效率高. 它不需要人员操作也不需要MWD 仪器, 降低成本. PowerDrive 在钻进时会自动追踪地心吸力 (自动感应井斜), 自动设定及调和促动仪器所发动的侧力而打钻使井斜快速返回垂直. 这是一个全自动重复的过程. 在整个过程中 PowerDrive 是age MTBF
350
800,000 300
700,000
斯伦贝谢定向钻井和旋转导向
旋转导向 - PowerDrive
Pad 开
Pad 关
斯伦贝谢定向钻井和旋转导向
旋转导向 - PowerDrive
Control Shaft Disk Valve
斯伦贝谢定向钻井和旋转导向
旋转导向 - PowerDrive
• PowerDrive 1100
2001 World Record #2 PowerDrive900 drills 13.789ft of 12.25” hole in 1 run
2002 World’s First 6” RSS Run PowerDrive475 drills 4712ft of 6 1/8” hole in 1 run
Saved $536,000 1739m , 5705 ft 17.6 m 57.6 ft/hr
Inclination In 74.9 Out 51.1 Turned 10 right
斯伦贝谢定向钻井和旋转导向
旋转导向 - PowerDrive
• Improved drilling efficiency – 98 m/day with PDM, 193 m/day with RSS
‘PowerDrive’ 是目前在国际上独一的一套 “全自动化” 旋转导向垂 直钻进仪器. 操作简单效率高. 它不需要人员操作也不需要MWD 仪器, 降低成本. PowerDrive 在钻进时会自动追踪地心吸力 (自动感应井斜), 自动设定及调和促动仪器所发动的侧力而打钻使井斜快速返回垂直. 这是一个全自动重复的过程. 在整个过程中 PowerDrive 是age MTBF
350
800,000 300
700,000
定向及水平井简介ppt
矿产资源开发
定向及水平井技术在矿产资源开发领域也有广泛应用，例如 在煤炭、有色金属等矿产资源开采中采用定向及水平井技术 可实现高效、安全开采。
新能源领域
在新能源领域，定向及水平井技术也可用于风电、太阳能等 可再生能源的开发。例如，利用定向井技术开发太阳能资源 ，可提高太阳能利用率和发电效率。
05
定向及水平井的发展趋势和展望
定向井的应用
定向井广泛应用于提高石油和天 然气勘探的成功率和开发效率。 通过定向井技术，可以在特定地 层上钻多个分支井眼，实现一对 多的开采模式，提高资源开采效 率。
定向井的钻井设备
定向井的钻井设备主要包括定向 井钻机、井架、动力系统、控制 系统等。其中，定向井钻机是核 心设备，它能够实现钻头的精确 导向。
环境监测和治理
定向井和水平井技术还可以应用于环境监测和治 理领域，如监测地下水和土壤污染情况、治理污 染源等。
02
定向及水平井的分类和优缺点
定向井的分类
按照井底井口连线与预先设定的井口轨迹的关系，定 向井可分为三类：斜井、水平井和复合井。
按照设计方法，定向井可分为几何定向井和物理定向 井。
按照钻井的目的，定向井可分为地质勘探井、开发试 验井、生产试验井、采油井等。
定向及水平井的发展趋势
全球范围内定向及 水平井的应用越来 越广泛，市场规模 持续增长。
非常规油气资源的 开发利用，推动了 定向及水平井技术 的发展。
定向及水平井技术 不断发展，钻井周 期不断缩短，安全 性不断提高。
提高采收率的方法与技术
采用先进的采油工艺技术，提 高采收率。
推广应用丛式井组和水平井组 等高效开发模式。
水平井钻井技术
水平井定义
水平井是一种钻井技术，它使钻头沿着近水平方向钻入地层。水平井通常在油气田开发后期或开发过程中使用，以增加油气 的产量和采收率。
定向及水平井技术在矿产资源开发领域也有广泛应用，例如 在煤炭、有色金属等矿产资源开采中采用定向及水平井技术 可实现高效、安全开采。
新能源领域
在新能源领域，定向及水平井技术也可用于风电、太阳能等 可再生能源的开发。例如，利用定向井技术开发太阳能资源 ，可提高太阳能利用率和发电效率。
05
定向及水平井的发展趋势和展望
定向井的应用
定向井广泛应用于提高石油和天 然气勘探的成功率和开发效率。 通过定向井技术，可以在特定地 层上钻多个分支井眼，实现一对 多的开采模式，提高资源开采效 率。
定向井的钻井设备
定向井的钻井设备主要包括定向 井钻机、井架、动力系统、控制 系统等。其中，定向井钻机是核 心设备，它能够实现钻头的精确 导向。
环境监测和治理
定向井和水平井技术还可以应用于环境监测和治 理领域，如监测地下水和土壤污染情况、治理污 染源等。
02
定向及水平井的分类和优缺点
定向井的分类
按照井底井口连线与预先设定的井口轨迹的关系，定 向井可分为三类：斜井、水平井和复合井。
按照设计方法，定向井可分为几何定向井和物理定向 井。
按照钻井的目的，定向井可分为地质勘探井、开发试 验井、生产试验井、采油井等。
定向及水平井的发展趋势
全球范围内定向及 水平井的应用越来 越广泛，市场规模 持续增长。
非常规油气资源的 开发利用，推动了 定向及水平井技术 的发展。
定向及水平井技术 不断发展，钻井周 期不断缩短，安全 性不断提高。
提高采收率的方法与技术
采用先进的采油工艺技术，提 高采收率。
推广应用丛式井组和水平井组 等高效开发模式。
水平井钻井技术
水平井定义
水平井是一种钻井技术，它使钻头沿着近水平方向钻入地层。水平井通常在油气田开发后期或开发过程中使用，以增加油气 的产量和采收率。
定向钻井技术(幻灯片培训材料)
井身剖面设计的条件、内容和步骤 设计条件：
一般情况下，给定的设计条件有：地面井位坐标、地下 目标点坐标、目的层垂直深度和井底位置。根据这些基本数 据，通过坐标换算，可计算出设计方位和设计水平位移。 井身剖面设计的内容和步骤： （1）、选择剖面类型（直－增－稳、直－增－增－稳、直－增－稳－降等）；
（2）、确定增斜率和降斜率，选择造斜点； （3）、求得剖面上的未知参数，一般情况下这个未知参 数是全井最大井斜角； （4）、进行井身计算，包括各井段的井斜角、垂深、水 平位移、井斜方位角（三维剖面）及井深；
开始把钻井和洗井联系在一起，并使用了牙轮钻头和注水泥封固套管 的工艺。 （2）发展阶段（1920--1948）：
钻井工艺、固井工艺、牙轮钻头、钻井液等得到进一步发展，同时出 现了大功率钻井设备，特殊工艺井诞生。 （3）科学化钻井阶段（1948--1968）：
科学研究使钻井技术得以迅速发展：高压喷射钻井、高效牙轮钻头、 优质钻井液、优选参数钻井等，使钻井速度产生大的飞跃。继而又发展 了地层压力检测技术、油气井压力控制技术、钻井液固相控制技术、平 衡压力钻井技术使钻井速度又一次产生了大的飞跃。同时，特殊工艺井 技术也有了重大的进展。 （4）自动化钻井阶段（1968至今）：
第二章、定向井、丛式井钻井技术－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。 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。 全角变化率（Dogleg severity）： “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。其常用单
一般情况下，给定的设计条件有：地面井位坐标、地下 目标点坐标、目的层垂直深度和井底位置。根据这些基本数 据，通过坐标换算，可计算出设计方位和设计水平位移。 井身剖面设计的内容和步骤： （1）、选择剖面类型（直－增－稳、直－增－增－稳、直－增－稳－降等）；
（2）、确定增斜率和降斜率，选择造斜点； （3）、求得剖面上的未知参数，一般情况下这个未知参 数是全井最大井斜角； （4）、进行井身计算，包括各井段的井斜角、垂深、水 平位移、井斜方位角（三维剖面）及井深；
开始把钻井和洗井联系在一起，并使用了牙轮钻头和注水泥封固套管 的工艺。 （2）发展阶段（1920--1948）：
钻井工艺、固井工艺、牙轮钻头、钻井液等得到进一步发展，同时出 现了大功率钻井设备，特殊工艺井诞生。 （3）科学化钻井阶段（1948--1968）：
科学研究使钻井技术得以迅速发展：高压喷射钻井、高效牙轮钻头、 优质钻井液、优选参数钻井等，使钻井速度产生大的飞跃。继而又发展 了地层压力检测技术、油气井压力控制技术、钻井液固相控制技术、平 衡压力钻井技术使钻井速度又一次产生了大的飞跃。同时，特殊工艺井 技术也有了重大的进展。 （4）自动化钻井阶段（1968至今）：
第二章、定向井、丛式井钻井技术－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。 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。 全角变化率（Dogleg severity）： “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。其常用单
《物理定向井》PPT课件
定向井井身剖面
剖面类型
另一种是“悬链 式”剖面，如右图所 示。此类剖面造斜率 由小到大，自然递增 ，能够有效地减少摩 阻，适用于大位移井
三、定向井的井眼轨迹控制
三、定向井的井眼轨迹控制 1、定向井直井段井斜控制
定向井直井段的井造斜点时，如果直井段不直，不仅
会影响造斜的顺利完成，还会因为上部井段的井 斜造成位移影响下一步的井身轨迹控制。
四、定向仪器
四、定向仪器
磁偏角 单点测斜仪 多点测斜仪 有线随钻 MWD 陀螺测斜仪
磁偏角
定义：磁北方位线 与正北方向线之间 的夹角 真方位=磁方位+东 磁偏角 真方位=磁方位-西 磁偏角 高尚堡地区：-6.65 柳瓒地区：-6.35 老爷庙地区：-6.37
定向钻井基础知识
概述
一、定向井的基本概念
二、定向井井身剖面 三、定向井的井斜和方位控制 四、定向仪器 五、井身质量要求 六、定向井监督工作的主要内容
概述
一、定向井的定义
定向井是按预先设计的井 斜角、方位角及井眼轴线形 状进行钻进的井。 定向井最早是在 1895 年的 美国钻成的。我国的定向井 钻井技术 50 年代开始起步的 ， 80 年代有了较大发展，特 别是最近几年无论是从理论 研究上还是现场实际应用上 ，我国已接近发达国家的技 术水平。
三、定向井的井眼轨迹控制
2、定向井造斜段井斜控制
造斜井段一般采用采用单弯螺杆钻具组合：
Φ215.9mmBIT+Φ172mmL+Φ177.8mmNDC+165mmM WD短节+Φ165mmNDC+Φ127mmHDP +Φ127mmDP
钻进参数：钻压2—5T，排量28—32L/S ，泵压 10-14MPa
第五节--定向井的轨迹控制基本做法
3. 井眼方向控制内容：
– 井斜角的控制：增斜、降斜、稳斜； – 井斜方位角控制：增方位、降方位、稳方位；
增斜
增方位
稳斜
稳方位
(九种组合)
降斜
降方位
定向井轨迹控制基本概念
4. 井眼方向变化的基本原理：
– 钻头对井底的不对称切削 • 近钻头钻柱的弯曲和倾斜。
– 在某个时刻，钻头轴线与井眼轴 线是重合的。但当钻头前进时， 钻头轴线总是与原井眼轴线不重 合。钻头前进方向总在变化。
造斜工具简介
动力钻具造斜工具
动力钻具又称井下马达， 包括涡轮钻具、螺杆钻 具、电动钻具三种。常 用前两种。
位置：在钻铤和钻头之 间。钻井液循环驱动。
动力钻具以上整个钻柱 都不旋转，对定向造斜 非常有利。
结构由三种:
– 动力钻具带弯接头； – 弯外壳动力钻具； – 动力钻具带偏心垫块；
造斜工具简介
L2 ------18.0～27.0 9.0～18.0
L3 ------------9.0
造斜工具简介
转盘钻造斜工具
稳斜钻具组合
按稳斜能力分为强、中、弱三种。
在使用中要注意保持正常钻压和较 高转速。
若需要更强的稳斜组合，可使用双 扶正器串联起来作为近钻头扶正器。
类型
L1
强稳斜 组合
中稳斜 组合
弱稳斜 组合
– 如果工具面实际方位与预定方位不附，可用转盘调整； – 工序简单，准确性高，但需要先进的定向测量仪器。 – 关键技术：工具面的标记方法。
造斜工具的定向
工具面的标记方法
定向齿刀标记法：
– 适指方位， 标志着造斜工具的工具面 方位。
– 测量时仪器最下面的铅模 压在定向齿刀上，留下齿 刀的印痕，于是可知道造 斜工具的工具面方位；
定向井及工具.ppt
定向井简介
1）井斜变化率——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：
K
da dL
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
K L
定向井简介
2）方位变化率——以Ｋφ表 示。严格地讲，方位变化 率是方位角φ 对井深Ｌ的 一阶导数，可写为：
当泥浆流量值过小或停泵时，所产生的压力不足以克 服弹簧力和静摩擦力时，弹簧把阀芯顶起，旁通阀孔又处 于开启位置。
定向工具
定向工具
2）马达总成的结构及工作原理：
马达总成由转子和定子两部分组成。定子与转子之间 形成若干个密封腔，在泥浆动力作用下，密封腔不断的形 成与消失，完成能量交换从而推动转子在定子中旋转。马 达可形成几个密封腔就称几级马达。
定向井简介
定向井简介
根据轨迹全角变化率选择相对应的单弯马达，单弯马达 造斜率如下表：
单弯马达
造斜率 °/30m
1° 1.25° 1.5° 1.75° 2° 2.25° 2.5° 1～6 3～10 6～14 8～18 11～20 14～23 17～26
单弯马达的造斜率与地质构造及现场施工参数有关，不 同的地层和施工参数造斜率不同，在实际施工中，选择马达 的造斜率应大于设计造斜率。
定向井简介
4）反扭角——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。
影响反扭角的因素 a.动力钻具扭矩的大小： -扭矩越大，反扭角越大； -扭矩与钻具结构、泥浆排量、钻压、地层等因素有关； b.钻柱尺寸和钢材性能： -反扭角与钻柱长度成正比； -与钻柱断面的极截面惯性矩（扭转惯性矩）成反比；与 钻柱钢材的弹性模量成反比；
《钻井定向钻井》课件
按控制技术
• 磁定向钻井 • 测斜定向钻井 • 惯性定向钻井
定向钻井的应用场景
1
海上油气钻井
定向钻井技术在海上油气钻井中广泛应用，实现了多井同台、高效开发。
2
复杂地质条件
定向钻井技术使得在地下复杂地质条件下的油气勘探和开采更加可行。
3
高效石油开发
定向钻井可以提高石油开采效率，降低成本，实现更加可持续的石油资源开发。
《钻井定向钻井》PPT课 件
定向钻井是一种钻井技术，通过调整钻井井眼的方向和位置，使其沿指定路 径钻进地下。
什么是定向钻井？
1 技术概述
定向钻井是指改变钻井井眼方向，将钻井井眼定向到斜井、水平井和方向井。
2 应用领域
广泛应用于油气勘探开发、地热能利用、水资源开发等领域。
定向钻井的历史和背景
发展起源
定向钻井的工程设计流程
井眼轨迹设计
根据油气田勘探开发需求，设计 井眼的路径和方向。
钻井井具选择
选择适合井眼轨迹要求的钻具， 包括钻头、钻杆等。
实时数据采集
使用测斜仪等工具采集井下数据， 并通过实时传输进行监测。
定向钻井的技术方法和工具
1 磁定向钻井
通过磁场感应设备测量地 磁场的变化，确定钻头在 空间中的方向。
பைடு நூலகம்
环保节能
利用定向钻井技术减少垂直井 的钻井数量和环境污染。
2 惯性定向钻井
通过加速度计和陀螺仪等 惯性测量装置，测量井眼 的方向和位置。
3 测斜定向钻井
利用测斜仪测量井眼的倾 角和方位角，确定井眼的 方向和位置。
定向钻井的发展趋势与前景
自动化
定向钻井技术将更加自动化， 提高精确度和施工效率。
定向钻井
A点参数为： 井斜角α1 方位角φ1 井深L1
• • • •
B点参数为： 井斜角α2 方位角φ2 井深L2
60
装置角ω与A B 两点参数的关系
cos 2 cos1 cos sin 1 sin cos sin sin tg sin 1 cos cos1 sin cos
47
第三章
井斜及方位的控制
一 、装置角的概念 造斜工具弯曲方向 所在平面与原井斜 方向所在的铅垂面 的夹角
48
造 斜 工 具 面 ω
井 斜 铅 垂 面
49
钻进过程 ω=0 ：垂直剖面图
50
钻进过程 ω=0 ：水平投影图
51
52
53
54
装置角对井斜角和方位角的影响
工具面
井斜铅垂面
ω
55
arccos(cos 1 cos )
5. 稳斜扭方位：
tg 2 arccos( ) tg1
63
装置角的图解法
φ O N
α1
A
1 .在图纸上划出方位线ON 2 .以ON为始边作OA，使
∠NOA=φ,以OA 长度表示α1
64
装置角的图解法
φ
O N
Δφ
A
D
B
3. 以A为圆心，以全角变化量β为半径画圆， 延长OA 交于D. 4. 以OA 为始边，量取方位角增量Δφ作 OB,连接AB. 65
41
造斜方法及造斜工具
一、井底动力钻具造斜 1. 工具
1) 2) 3) 4) 弯接头 单弯动力钻具 双弯动力钻具 涡轮偏心短节
42
2.原理
弯接头
井底动力钻具
43
• • • •
B点参数为： 井斜角α2 方位角φ2 井深L2
60
装置角ω与A B 两点参数的关系
cos 2 cos1 cos sin 1 sin cos sin sin tg sin 1 cos cos1 sin cos
47
第三章
井斜及方位的控制
一 、装置角的概念 造斜工具弯曲方向 所在平面与原井斜 方向所在的铅垂面 的夹角
48
造 斜 工 具 面 ω
井 斜 铅 垂 面
49
钻进过程 ω=0 ：垂直剖面图
50
钻进过程 ω=0 ：水平投影图
51
52
53
54
装置角对井斜角和方位角的影响
工具面
井斜铅垂面
ω
55
arccos(cos 1 cos )
5. 稳斜扭方位：
tg 2 arccos( ) tg1
63
装置角的图解法
φ O N
α1
A
1 .在图纸上划出方位线ON 2 .以ON为始边作OA，使
∠NOA=φ,以OA 长度表示α1
64
装置角的图解法
φ
O N
Δφ
A
D
B
3. 以A为圆心，以全角变化量β为半径画圆， 延长OA 交于D. 4. 以OA 为始边，量取方位角增量Δφ作 OB,连接AB. 65
41
造斜方法及造斜工具
一、井底动力钻具造斜 1. 工具
1) 2) 3) 4) 弯接头 单弯动力钻具 双弯动力钻具 涡轮偏心短节
42
2.原理
弯接头
井底动力钻具
43
石油钻井定向井基础知识讲座PPT课件
第37页/共43页
五、今后发展方向
压力传感器/ 译码装置
旋转导向系统
信号通过立管 向井内系统传 输
地面计算 机 地面控制闭环系 统
旁通启动系统
第38页/共43页
五、今后发展方向
➢PowerDrive系统及其指令设置
第39页/共43页
五、今后发展方向
➢旋转导向钻井系统
可变径稳定 器
滑动导向控制
旋转导向控制
（二）水平井应用实例
黄盐平1井是江汉油田首口设计施工的采卤连通水平井， 准确命中B靶与王东12-13井直接连通。完钻井深2358m，水平 段长198m，实钻垂深与设计相差0.3m，A点靶心距1.14m，B点 钻入王东12-13井半径为3m的溶腔中，实现了不用压裂，两井 直接连通的目的。
第31页/共43页
第34页/共43页
四、现场工艺技术
黄盐平1井井眼轨迹图
第35页/共43页
内容
一、定向井、水平井国内外发展现状 二、基本技术术语 三、常用工具、仪器 四、现场工艺技术 五、今后发展方向
第36页/共43页
五、今后发展方向
旋转导向钻井技术
定向井钻井工具最重要的发展趋势之一就是用 旋转导向钻井系统(Steerble Rotary Drilling System)取代常规转盘钻井系统。目前，国外定向 井钻井轨迹已从单纯通过起下钻更换下部钻具组合 来改变方位和井斜的阶段,进入到利用电、液或泥 浆脉冲信号从地面随时改变方位和井斜的阶段,使 定向井、水平井进入了真正的导向钻井方式。
第33页/共43页
四、现场工艺技术
3、水平段 水平段从A点到B点，靶框为逐渐变小的楔形靶，
且全部在纯盐岩层中钻进，由于B点垂深只下移 0.3m ，基本是平直的，从A点开始下入1°单弯+欠尺 寸稳定器，通过复合钻进，保持稳斜效果，使井斜控 制 在 88.5° ～ 90 ° ， 对 准 靶 心 钻 进 。 复 合 钻 进 到 2358m ， 钻 时 由 8min/m ， 突 然 下 降 到 2min/m ， 泵 压 由 16MPa降到14MPa，钻具放空，证实已钻入王东12-13井 的溶腔中。
五、今后发展方向
压力传感器/ 译码装置
旋转导向系统
信号通过立管 向井内系统传 输
地面计算 机 地面控制闭环系 统
旁通启动系统
第38页/共43页
五、今后发展方向
➢PowerDrive系统及其指令设置
第39页/共43页
五、今后发展方向
➢旋转导向钻井系统
可变径稳定 器
滑动导向控制
旋转导向控制
（二）水平井应用实例
黄盐平1井是江汉油田首口设计施工的采卤连通水平井， 准确命中B靶与王东12-13井直接连通。完钻井深2358m，水平 段长198m，实钻垂深与设计相差0.3m，A点靶心距1.14m，B点 钻入王东12-13井半径为3m的溶腔中，实现了不用压裂，两井 直接连通的目的。
第31页/共43页
第34页/共43页
四、现场工艺技术
黄盐平1井井眼轨迹图
第35页/共43页
内容
一、定向井、水平井国内外发展现状 二、基本技术术语 三、常用工具、仪器 四、现场工艺技术 五、今后发展方向
第36页/共43页
五、今后发展方向
旋转导向钻井技术
定向井钻井工具最重要的发展趋势之一就是用 旋转导向钻井系统(Steerble Rotary Drilling System)取代常规转盘钻井系统。目前，国外定向 井钻井轨迹已从单纯通过起下钻更换下部钻具组合 来改变方位和井斜的阶段,进入到利用电、液或泥 浆脉冲信号从地面随时改变方位和井斜的阶段,使 定向井、水平井进入了真正的导向钻井方式。
第33页/共43页
四、现场工艺技术
3、水平段 水平段从A点到B点，靶框为逐渐变小的楔形靶，
且全部在纯盐岩层中钻进，由于B点垂深只下移 0.3m ，基本是平直的，从A点开始下入1°单弯+欠尺 寸稳定器，通过复合钻进，保持稳斜效果，使井斜控 制 在 88.5° ～ 90 ° ， 对 准 靶 心 钻 进 。 复 合 钻 进 到 2358m ， 钻 时 由 8min/m ， 突 然 下 降 到 2min/m ， 泵 压 由 16MPa降到14MPa，钻具放空，证实已钻入王东12-13井 的溶腔中。
- 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)。
PowerDrive
• 结构：
– 下部偏置部分：在旋转过程中始终给钻头一个侧向力；
– 中部控制部分：始终控制侧向力的方向；
– 上部MWD部分：测量信息及传输；
• 关键是控制总成内的不转动的部分，具有一个称作“惯性平台”的部分，实 际上是由井下计算机控制的“电子液压伺服系统”，可以保证控制轴不受整 个钻柱转动的影响。控制轴可以给定偏置部分一个轨迹控制所需要的导向方 位角。
1 定向井的作用与定义 •
③ 定向井的类型
分支井（multilateral wells ）：同一井口设计有 两个或两个以上井底的井。
1 定向井的作用与定义
③ 定向井的类型
大位移井（extended reach
•
水平井（horizontal well）：井眼进 • 入目的层时井斜角接近、等于或大 于90并在目的层中延伸一定长度的 定向井 。
第五节 定向钻井
1 定向井的作用与定义 2 定向造斜与轨迹控制
1 定向井的作用与定义
① 定向井的概念
A 井口
•
定向井(directional well)：设计的目标 点与井口不在同一
轨道 轨迹
铅垂线上的井。
目标点
② 定向井的作用
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
1 定向井的作用与定义
③ 定向井的类型
•ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
除了根据井的形状来对定向井进行 分类外，有时也根据钻定向井的目 的和特殊要求对定向井进行分类：
– 救援井（relief well）：为抢救 井喷失控、着火油气井，在其 一定安全距离位置设计、施工 与事故井连通，达到控制井喷 目的的井。
–
绕障井（detouring obstacle well ）：为绕过井口和目标点 之间的障碍而设计的定向井。
PowerDrive
• 钻头侧向力的产生原理
– 控制轴和上盘，是由惯性平台控制 的独立部分。上盘的水眼方位，就 是给钻头侧向力的方位。该方位确 定后，不管钻柱如何转动，上盘都 不转动。
– 下盘与偏置机构以及钻头相连接， 随钻柱转动而转动。
– 只有上下盘水眼相通时，才能有泥 浆流过，并推动支撑块伸出，给井 壁一作用力，同时给钻头一反方向 的作用力。
PowerDrive
怎样调整轨道？方位？
2 定向造斜与轨迹控制 ① 造斜工具
无：固定稳定器组合、可变径稳定器组合
造斜及调 方位能力 连续造斜 能力
有：斜向器、弯接头+涡轮或螺杆钻具、弯外壳螺杆钻具、可 复合旋转螺杆钻具、可调弯角钻具、旋转导向系统 无：斜向器 有：固定稳定器组合、可变径稳定器组合、弯接头+涡轮或螺 杆钻具、弯外壳螺杆钻具、可复合旋转螺杆钻具、可调弯角 钻具、旋转导向系统 无：斜向器、弯接头+涡轮或螺杆钻具、弯外壳螺杆钻具
增斜 减 方 位 增 方 位
ω=180° Ⅲ Ⅱ
Ⅳ Ⅰ
ω=0°
ω=90°
造斜过程中 旋转能力
有：固定稳定器组合、可变径稳定器组合、可复合旋 转螺杆钻具、可调弯角钻具、旋转导向系统
唯一具有主动造斜能力的是：旋转导向钻井系统
2 定向造斜与轨迹控制 • 钻进方式与工具面角
钻进方式
滑动钻进方式：井口不旋转，利用井下动力钻具带动钻 头旋转 旋转钻进方式：井口旋转
工具面角：井斜铅垂面与造斜工具面的夹角。
1 定向井的作用与定义
② 定向井的作用
开采工艺的需要
– 海上为了方便采油而钻的丛式井； – 为了提高开采地热、芒硝、煤层气的效率而钻的井。
1 定向井的作用与定义 ③ 定向井的类型
丛式井 水平井
分支井
定向井
大位移井
连通井
多目标井
1 定向井的作用与定义 ③ 定向井的类型
• • • 丛式井（cluster wells）：在同一井场或钻井平台按一定 井口间距钻出两口或两口以上的一组井。 美国在Freeman岛上0.03km2面积上打了284口井 胜利油田河50丛式井组在0.0442km2面积上打了42口井
很高时，为了勘探和开发它
们下面的油田，最好是钻定 向井。
1 定向井的作用与定义
1 定向井的作用与定义 ② 定向井的作用
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，多底井，分支井，侧钻水平 井，径向水平井等定向井的新种类， 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。
2 定向造斜与轨迹控制 ② 钻进方式与工具面角
工具面角对井斜角和方位角的影响
装置角在Ⅰ 、 Ⅱ 象限，方 位角增大；装置角在 Ⅲ 、 Ⅳ象限，方位角减小。 装置角在Ⅰ 、Ⅳ象限，井 斜角都是增加的；但装置 角在Ⅱ 、 Ⅲ象限，井斜角 并非都是减小的。
偏增 角 减斜
ω=-90°(270 °)
按 轨 道 类 型 分
二 维 定 向 井
三维定向井：纠偏、绕障(既有井斜角变化，又有 方位变化)
2 定向造斜与轨迹控制
Power Section Kick Off Sub
Drive Train
传动系统
Drive Sub with Bit Box
Turbine
Mud Motor
Motor Power Generation
well）：水平位移超过3000m
或水平位移与垂深比值大于2 的定向井 。
1 定向井的作用与定义
• 多目标井（multi-target directional well ）：具有两个 或两个以上目标点的定向井 。
③ 定向井的类型
• 连通井或称U型井（U-shaped well ）:通常由两口井组成，一 口直井，一口水平井。
螺杆钻具
2 定向造斜与轨迹控制 ① 造斜工具
可复合旋转的螺杆钻具
2 定向造斜与轨迹控制 ① 造斜工具
可变径稳定器组合
2 定向造斜与轨迹控制 ① 造斜工具
可调弯角螺杆钻具
2 定向造斜与轨迹控制 ① 造斜工具
旋转导向钻井系统
PowerDrive
• 完全的旋转导向系统：
– 整个钻柱，从上到下，全部都在旋转，没有静止的部分； – 但在下部控制总成内部，有不旋转的部分；
侧钻井（sidetrack well ）：从 已有井眼的选定深度处侧向钻 出并钻达目标点的井。
侧钻井水平井
–
1 定向井的作用与定义 ④ 定向井设计轨道的分类
三段式轨道 常规：由直 线和圆弧组 成的铅垂平 面上的曲线 五段式轨道 双增式轨道 多靶式三段轨道 非常规：由直线、圆弧和变曲率曲线（悬链线、抛 物线）等组成的铅垂平面上的曲线。
Drive Mechanism : Impact of mud flow
Drive Mechanism : Displacement by mud
导向马达采用的轨迹 控制原理就是“三点定 圆”； 工具1-3旋转导向工具 也是采用三点定圆法控 制轨迹，这与导向马达 相同。理想情况下，钻 头按照三点定圆钻出圆 弧轨迹。但要注意，除 了几何因素外，还有力 学因素。 但工具4的原理不是 三点定圆。
1 定向井的作用与定义 ② 定向井的作用
钻井工艺的需要
– 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。
– 某些高陡构造地层 ，打直井很 困难，若打定向井，则更容易。
2 定向造斜与轨迹控制 ① 造斜工具
固定扶正器组合 b. 稳斜组合——刚性满眼原理
2 定向造斜与轨迹控制 ① 造斜工具
固定扶正器组合 c. 降斜组合——钟摆原理
2 定向造斜与轨迹控制 ① 造斜工具
弯接头+井下动力钻具 电动钻具 涡轮钻具 螺杆钻具 弯外壳螺杆钻具
2 定向造斜与轨迹控制 ① 造斜工具
2 定向造斜与轨迹控制 ① 造斜工具
斜向器
2 定向造斜与轨迹控制 ① 造斜工具
不对称射流钻头
2 定向造斜与轨迹控制 ① 造斜工具
固定扶正器组合
只能增斜、稳斜、降斜，不能造斜 只能改变井斜，不能改变方位 包括增斜组合、稳斜组合和降斜组合
2 定向造斜与轨迹控制 ① 造斜工具
固定扶正器组合 a. 增斜组合——杠杆原理