石油钻井造斜工具及造斜率分析(换底)
钻井施工中井斜的产生原因与预防对策探析
钻井施工中井斜的产生原因与预防对策探析在钻井工程的施工过程中，影响井斜角的因素比较多，地质上主要是受到地层的软硬不均、各向异性等不可控因素的影响，工程上主要是钻具组合选用不当，钻井施工参数施加不合理，操作失误等方面。
为了保证井斜角不超过规定的范围，就要进行防斜打直研究，文章通过对井斜角产生的原因分析，对施工中主要防斜措施进行了深入探讨，对预防井斜角产生具有一定的指导作用。
标签：地质因素，工程因素，预防措施，井斜角自人类进行钻井工程施工以来，井斜问题就一直伴随着钻井生产而产生。
就目前而言，我们施工的直井、定向井和水平井，都会产生井斜，而一旦产生井斜，就会产生一定的危害，主要体现在以下几个方面。
对于直井来说，一旦产生井斜，就会影响该井的垂直深度，进而影响到地质录井的油气层深度的界定，这样就会使地质资料失去了原有的真实性，影响后期的油田开发和布井方案等;对于定向井来说，特别是平台丛式定向井，当井斜产生以后，直接涉及到的问题就是与邻井的防碰问题，如果井斜产生后监控不及时，而且是向着已经完成井的井眼方向产生井斜，那么就有可能造成井眼相碰的事故，这样不仅影响施工周期，也会造成一定的经济损失，同时也会影响平台定向井的下一口井的施工;对于一口水平井来说，虽然井眼轨迹控制过程中需要主动增加井斜，调整方位，但是在直井段的施工中是要严格控制井斜角的产生的，这是因为如果一口水平井的直井段井斜角过大，那么就会产生一定的水平位移，这样就很不利于后期的定向增斜施工，因此就需要严格控制井斜角大小。
因此无论任何井型，都要严格控制井斜角的产生。
1 井斜产生的原因分析在长达半个多世纪的钻井施工实践之中，钻井工程技术专家、学者及现场施工技术人员对于井斜产生的原因研究从未停止过，从多项的研究成果中可以看出，井斜的产生主要受到以下三个方面因素的影响，既地质因素、工程因素和其它因素。
1.1 地质因素地质因素是产生井斜角的主要原因，也是在钻井工程施工过程中不可控制的因素。
石油钻井造斜工具及造斜率分析(换底)
– 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 稳斜 降斜
增方位 稳方位 降方位
(九种组合)
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。
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 • 地层因素 – 最地层倾斜及可钻性的 各向异性； – 地层可钻性的纵向变化； – 地层可钻性的横向变化： »岩性变化； »溶洞的存在； »破碎带；
定向井轨迹控制基本概念
• 4. 井眼方向变化的基本原理：
– 钻头对井壁的侧向切削
• 侧向切削的根本原因，是在钻头 上存在一个侧向力。钻头上的侧 向力与很多因素有关：
– 钻压； – 钻柱重力：
» 钟摆力； » 杠杆力； – 钻柱弹性力； – 井眼约束条件； – 特殊结构力： » 水力喷射横向力； » 定向支撑横向力；
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。
2Vc l Vt
• K与机械钻速Vt 成反比；
• K与动力钻具直径和井径之差(DW-DT) 成正比；
• 动力钻具长度影响很大，采用短动力钻具可显著增大造斜率；
造斜工具简介
转盘钻造斜工具
• 射流钻头：
– 工作三部曲： • 1.定向喷射，大水眼冲出 “斜窝”；适当加压使钻 头进入“窝”内，继续喷 射；
测斜仪器及其测斜原理换底
– 井斜角的定义就是：重力方向与 井眼方向之间的夹角。所以可以 利用重力原理测量井斜角。
– 悬挂的重锤，总是指向重力方向；
– 罗盘面上刻有许多同心圆，代表 不同的角度。
– 对着罗盘照相，“十”字标记投
影到罗盘面上，可以读到井斜角
值。
?
? tg ?1 R
L
– 重锤悬挂长度越长，测量范围就 越小；
? X、Y、Z三个方向上的 三个重力加速度计的测 值，分别为： GX、GY、 GZ 。
? 将HX、HY、HZ 测值分 别分解到V1和V2两个 轴上。
测方位原理—磁北原理
2.磁通门—井斜方位角计算
? 这是水平面上的投 影图。
? 显然，井斜方位角 φ 可用下式计算：
当V1>0时，用下式 计算：
? ? tg ?1 V2
测方位原理—磁北原理
2.磁通门
? 磁通门状态
– 磁通门与磁力线方向的关 系状态不同，通过的磁通 量多少就不同。
? 磁通门的布置
– 磁通门在仪器中的三个坐 标方向布置，根据三个磁 通门测得的磁通量的值， 可以算出磁北方向与井眼 方位的夹角，即井斜方位 角。
测方位原理—磁北原理
2.磁通门—井斜方位角计算
(APWD)
? 随钻地震技术 (SWD) ? 导向钻井技术 ? 地质导向技术 ? 闭环钻井技术
现代测斜仪器分类
测井斜原理—液面原理
? 1. 液面是水平的。井眼轴显示 倾斜的。液面与井眼轴线的法 面的交角，即为井眼井斜角。
? 2. 氟氢酸测斜仪就是这个原理。 ? 3. 虹吸测斜仪也是应用此原理。
测井斜原理—液面原理
不讲！
测方位原理— 磁北原理
3.只用磁通门进行计算
旋转导向钻井工具造斜率主要影响因素浅析
２ 影响导向工具造斜 率的 基本 因素
在过去 的几年 里，定 向井技术取 得 了惊人 的进 步，人
们 可 以 更 加 自 如 的 在 各 类 地 层 里 钻 探 特 殊 ： 艺 井 ， 超 深 １ ：
而 旋 转 导 向钻 井 技 术 利的诸多缺点进而 出色的完成这些井 的钻探 。使钻井成 为在
空 问 三 维 可 控 。旋 转 导 向钻 井 不 同与 常 规 钻 井 技 术 ，他 需 要
特殊 的井 下钻 具组合 （ Ｈ ），需要 选择合适 的钻 头 ，本文 ＢＡ
Ｂ ｋｒ Ｈ ｇ ｅ 、 Ｓ ｈｕ ｂ ｒ ｅ 和 Ｈ ｌ ｕ ｔ ｎ 过 各 种 方 ａ ｅ ｕ ｈ ｓ ｃ ｌｍ ｅ ｇ ｒ ａ ｉ ｒ ｏ 通 １ｂ
旋转 导向工具 。传统导 向方法利用弯接头和动 力钻具导 向钻 井属 于滑 动导 向钻井 ，准确地预测钻 具的造斜 率是实现导 向 钻 井 的技 术 关 键 。为 此 ， 国 内 外 钻 井 界 在 导 向 钻 具 组 合 的 力 学特 性 分析 方面 开展 了大 量 的研 究 工作 ，并 取得 了丰 硕成
按 导 向时 钻 具 旋 转 与 否 ，导 向工 具 分 为 滑 动 导 向工 具 和
今世界钻井技 术的最新领域 ，是一项新技 术，该技术能从 整体 上 降低钻 井 费用 ，提 高钻井 成 功率 和勘 探开 发 的效
益 。 井 眼 轨 道 旋转 导 向 钻 井 技 术 有 望 为 石 油 钻 井 带 来 一场 一 技 术 革 命 。至 ２ 世 纪末 期 ，三 家 大 的 石 油 技 术 服 务 公 司 ： Ｏ
浅谈钻井工程中出现井斜情况分析及如何进行防斜
浅谈钻井工程中出现井斜情况分析及如何进行防斜一.井斜情况分析及防斜措施井斜情况统计取芯资料表明，柴窝堡地区多套地层倾角在35°以上，最高达60°，柴参1井上仓房沟群地层倾角为40°，柴参2井1350m处地层倾角高达60°。
从实钻井斜情况可以看出：该地区钻进过程中极易发生井斜，完成的几口井都不同程度地存在井斜，有的甚至很严重，最大的达到6°（见表2-表4）。
表2 柴参1井井斜统计表井深(m) 井斜(°)井深(m)井斜(°)井深(m)井斜(°)井深(m)井斜(°)井深(m)井斜(°)井深(m)井斜(°)5 0.25 45 0.25 107 0.25 148 0.67 208 0.67 288 1.00 390 0.00 515 0.16 590 0.08 740 0.16 940 0.75 1040 1.83 1214 2.58 1315 3.25 1490 3.50 1560 5.50 1715 4.75 1890 5.67 2030 5.00 2125 6.33 2250 4.00 2375 2.00 2675 2.00 2775 2.50 2825 1.75 2870 2.42 2950 2.83 3030 2.75 3070 2.67 3110 2.33表3 柴参2井井斜情况井深(m) 井斜(°)井深(m)井斜(°)井深(m)井斜(°)井深(m)井斜(°)井深(m)井斜(°)井深(m)井斜(°)5 0.67 60 0.75 150 0.58 300 0.92 390 0.92 600 1.16 660 2.83 720 1.50 780 2.50 900 2.83 965 4.50 1085 3.00 1265 3.33 1410 4.00 1500 3.67 1650 3.00 1710 2.25 1880 1.83 2090 1.67 2210 1.00 2300 1.16 2400 0.92 2540 0.92 2660 2.33 2675 1.00 2775 2.16 2855 2.50 2945 2.67 2975 2.67 3005 3.00表4 柴参3井井斜情况井井方位井深井斜方位井深井斜方位井深井斜方位深(m) 斜(°)(°) (m) (°) (°) (m) (°) (°) (m) (°) (°)151 0.30 172.3 1351 2.31 182.3 2350 0.80 156 3447 2.57 353 251 0.10 134 1351 3.66 187 2450 0.40 152 3547 3.31 349 351 0.06 42.4 1450 4.80 186 2550 0.60 83 3647 2.59 339 451 0.41 35.2 1550 4.20 174 2650 1.00 25 3747 2.37 329 551 0.26 109.1 1650 4.20 168 2750 1.40 338 3847 2.61 312 651 0.61 130.8 1750 2.41 164 2850 1.20 327 3947 2.66 300 751 1.62 155.6 1850 2.00 174 2950 2.80 338 4047 3.61 291 851 1.80 148 1950 1.20 169 3050 3.40 339 4147 3.32 293 951 1.84 163 2050 1.50 160 3150 3.10 356 4247 3.99 201 10511.60 172.4 2150 1.60 159 3250 2.20 354 43473.39 306 11511.80 197.3 2250 1.50 165 33472.23 9 44973.05 323 钻具结构及防斜效果分析⑴柴参1井①钻具结构（见表5）表5 柴参1井钻具结构及钻井参数开钻次序实际钻具结构钻井液密度（g/cm3）钻压（KN）转速（rpm）最大井斜（0）1 φ444.5mm钻头+φ241mm钻铤×45.30m+φ203mm钻铤×53.98m+φ178mm钻铤×54.76m+φ127mm钻杆+φ133mm方钻杆。
四合一钻具稳斜率的研究和应用
四合一钻具组合稳斜的研究和 应用
潘树坤
2019年12月12日
长庆石油勘探局钻井工程总公司
45 1546.0 27.9 344.0 1431.8 481.1 462.2 -133.5 343.9 480.9 -11.5 1.6 -5.2 2.1
46 1593.0 25.5 345.0 1473.8 502.2 482.2 -140.3 343.8 502.0 -11.1 1.6 -5.1 2.1
经过一年使用四合一钻具的实践表明，洛河组是四合一钻
具控制的关键井段。要提高一趟钻井的比例，就必须加强对四
合一钻具在洛河组钻进过程的控制，尤其是在洛河组井段要精
雕细凿；在洛河组以前该钻具组合在各地层能够轻松自如的实 施滑动导向钻进。同时在施工中不要错失良机。2006年我队施 工的21口井最多采用二开后两趟钻完成，其中4口井实现了一 趟钻完成。该钻具组合的优点是稳斜，缺点由于该钻具组合中 动力钻具性能所导致的钻压加不大，泵高压。对其钻具稳斜的 研究有助于优化四合一钻具结构。
问题的提出
PDC钻头在导向钻井技术中可以解决钻头失效问题，但PDC钻头对地 层有顺倾特点，增斜效果很明显尤其是在洛河组。这就提出在直井段要直， 斜井段要斜，并且还要稳。要解决这一问题必须对PDC钻头在导向钻具结构 的稳斜效果进行研究。问题提出了在深井定向井完成直井段和造斜段后有一 个稳定的增斜率或者是稳斜率使之完成增（稳）斜段的施工，做到优质快速 钻进，实现二开后一趟钻。2006年是长庆钻井大提速年，年初我队在学59-5， 学58-5两口井连续试验四合一钻具并取得了成功，钻井周期、建井周期随之 缩短，为国家节约大量成本。同时也解决了多年困绕着定向井技术的直井段 要直，斜井段要稳的问题。本文通过对钻具组合Φ222PDC＋Φ172单弯螺杆 ×1°+431×460× （ 3-5 ） 米 +Φ210stab ＋ Φ165NMDC×1 +Φ165DC×12+Φ127DP+KL（称做“四合一”）的实践和分析，对该钻具 组合的稳斜进行研究，以期进一步提高一趟钻井的比例，大幅提高机械钻速； 优化出多功能的四合一钻具组合来满足不同类型的定向井施工。。
胜利油田Z18X区块地层造斜特性分析
胜利油田Z18X区块地层造斜特性分析摘要：Z18X区块地层形成较新、埋藏较浅、造斜特性较复杂，是历来水平井施工的事故多发区。
本文根据同一区块的两口井不同情况的对比分析，例证了地层因素对造斜率的较大影响，也提出了一些浅显的工作方法，希望能为以后的施工提供一点借鉴经验。
关键词：造斜特性对比分析地层倾向滑动钻进划眼1. 设计剖面数据对比TP油田Z18X块地理上位于山东省东营市西北部，构造上位于渤海湾盆地济阳坳陷义和庄凸起的东部。
南接邵家洼陷，西为义和庄凸起主体部位，北为义北斜坡带和郭局子洼陷，东邻四扣洼陷，Z18X区块紧邻东边的Z14区块。
已施工完成的Z14-P4、Z14-P3两口井均属于TP油田Z18X区块两口同台丛式井。
1.1 Z14-P4设计构造位置为济阳坳陷义和庄凸起Z18X区块中南部。
1.2 Z14-P3设计构造位置为济阳坳陷义和庄凸起Z18X区块北部。
1.3 对比总结通过设计可以看出，两井开发的目的层属于同一油层，除了方位正好相反外，两井井身参数差别不大，这就为两井施工对比提供了前提条件。
2. 增斜段施工对比分析2.1 Z14-P4施工情况1）钻具组合有时为了提高造斜率需要连续全根滑动钻进，不开转盘划眼，只是打完上下拉上一遍。
如果中间有一根复合钻进5m以上，下面增斜趋势会被严重破坏，造斜率会明显减低，即使定全根也很难达到之前的效果。
这种现象在胜利油田其他地方馆陶组也时有出现，如垦东区块等，但如Z18X区块这种情况的尚属少数。
2.3两井对比分析两井在增斜段施工中，造斜特性大相径庭，前者较高，后者较低。
由于两井施工中的钻井参数和钻具组合基本一样，因此由此产生的对造斜率的影响并不是引起两井造斜特性不同的主要原因，显然，这个主要原因应该是该区块的地层引起的。
Z18X块位于义和庄凸起Z5高点的东北缓坡带，该区构造简单，总体上具宽缓的鼻状构造特点，断层少，仅在Z18X井南发育一条南掉正断层，该断层南倾，近东西向延伸近1千米，垂直断距10-20米，它对该区油气的运移及油藏的侧向封堵起着重要作用。
造斜率原则分析的详细介绍
造斜率原则分析的详细介绍从理论上看，根据“造斜率原则”，由井身设计的造斜率K值即可确定工具的实际造斜率KTa值，用户可不必过分苛求所选钻具的具体结构型式。
但现场上，为了满足钻井工艺的要求，螺杆钻具结构参数（结构弯角类型、结构弯角位置与大小、扶正器类型、扶正器尺寸与位置）的合理确定确实是一个协调矛盾、逐步调整寻优的过程。
主要建议性原则概括如下：(1)用于小馥率井段和水平段钻进的导向螺杆钻具可选择反向双弯双扶正器的结构形式。
下扶正器一般为近钻头扶正器，装在传动轴（万向轴）之上。
万向轴壳体为反向( DTU)，其下结构弯角A．应大于上结构弯角A：，二者间常用的关系为λ2＝－1／2λ 2 工具面是由下结构弯角确定的，根据大小变化有不同的规格，A，增大将导致K值增大。
(2)用于小曲率和中曲率半径井段的中、下段[K= (00 -13。
)/30m]的导向螺杆钻具的基本型式一般为单弯壳体加扶正器的结构型式。
扶正器为装在传动轴壳体上的近钻头扶正器，上扶正器为装在钻具旁通阀之上的钻柱扶正器（是否加扶正器可依现场控制需要考虑，若不加上扶正器会使造斜率略有增加，但会降低工具面的稳定性）。
单弯壳体确定了工具面，调整弯点位置可影响造斜率的大小。
(3)用于中曲率井段的上段(K =13°- 20°/30m)的导向螺杆钻具的结构型式主要是同向双弯( FAB)的结构形式。
这种类型的螺杆钻具组合是由一个较大角度的单弯壳体（带有下结构弯角Ai）和装在旁通阀之上的同向共面接头（带有上结构弯角λ2）构成，λ1和λ2必须同向且严格共面，否则将造成工具的力学特性紊乱，λ1对造斜率的影响大于λ2。
同向双弯螺杆钻具都不加扶正器，需进一步增大造斜率时，可考虑加垫块，位置可在下弯点附近。
(4)弯壳体的弯点位置对于工具的造斜率、钻头的偏移量和钻具的强度均有影响。
弯点位置下移可显著增加造斜率和减小钻头偏移量，而减小偏移量有利于降低钻具下井的难度和减小导向钻进时的井眼扩大量。
造斜钻具
（1）弯接头带动力钻具——造斜钻具目前，最常用的造斜钻具组合是采用弯接头和井下动力钻具组合进行定向造斜或扭方位施工。
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（螺杆钻具或涡轮）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与弯接头的弯曲角和弯接头上边的钻铤刚性大小有关。
弯接头的弯曲角越大，弯接头上边的钻铤刚性越强则造斜钻具的造斜能力也越强，造斜率也越高。
弯接头的弯曲角应根据井眼大小，井下动力钻具的规格和要求的造斜率的大小选择。
现场常用弯接头的角度为1°～ 2.5°，一般不大于3°弯接头在不同条件下的造斜率见表10—4。
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1000m以内，一般采用涡轮钻具或螺杆钻具，深层定向造斜或扭方位应使用耐高温的井下马达。
造斜钻具组合、钻井参数设计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3～8t），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复合片PDC钻头。
（2）增斜钻具增斜钻具组合一般采用双稳定器钻具组合。
增斜钻具是利用杠杆原理设计的。
它有一个近钻头足尺寸稳定器作为支点，第二个稳定器与近钻头稳定器之间的距离应根据两稳定器之间钻铤的刚性（尺寸）大小和要求的增斜率大小确定。
一般20～30m。
两稳定器之间的钻键在钻压作用下，产生向下的弯曲变形，使钻头产生斜向力，井斜角随着井眼的加深而增大。
增斜钻具组合应用的钻井参数应根据下部钻具的规格，两稳定器之间的距离和要求的增斜率进行设计。
（3）微增斜钻具微增斜钻具组合在井下的受力情况和增斜钻具相同。
主要是通过减小近钻头稳定器与2号稳定器的距离或减小近钻头稳定器的外径尺寸（磨损的稳定器），减小钻具的造斜能力。
石油工程技术 侧斜工艺技术简介
侧斜工艺技术简介侧斜工艺技术是一项新的套损井钻复技术，它弥补了使用整形、加固、取换套等常规钻井方法所无法彻底钻复的技术空白，能够实现对套损井的彻底钻复。
1概述1.1侧斜的概念侧斜是指通过浅层（350～450m）取套作业将原井内一部分套管取出，然后在原井裸眼一定深度利用侧斜工具按设计的方位侧钻，避开下部井眼和套管，重新钻出新井眼。
根据设计的井眼轨迹中靶，再下入新套管串固井的钻井方法。
1.2侧斜施工工序起原井—打通道—打捞井下落物—水泥浆报废油层、漏点及错断口井段—取套—打侧斜水泥塞—侧斜定向—稳斜钻进—降斜钻进—完井。
1.3侧斜井井身质量要求侧斜井在井眼轨迹控制上较普通直井存在较大难点，但其井身质量标准和普通直井完全相同，即最大井斜角小于3°，方位控制在设计范围内，井眼曲率小于5°/25m，井底水平位移小于30m。
1.4侧斜井的优点利用原井场、井口，不新增占地面积，不用重新铺设地面管线及采油流程，不影响原井网部署和开发方案；对其他钻井方法不能解决的井得到彻底钻复。
2侧斜工艺2.1浅层取套2.1.1取套深度的选择取套深度一般选择在350～450m，主要基于以下两方面的原因：2.1.1.1一是350～450m已进入泥岩段，岩性相对稳定、软硬适中，适合于螺杆钻具造斜钻进；2.1.1.2二是尽可能减少生产组织的工作量，钻井队配备26根套铣筒，两次即可完成取套施工，同时切割时将套铣筒座挂于井口，套管鱼头含在套铣筒内，保证鱼头不丢失。
2.1.2套铣头的选择2.1.2.1套铣头的选择直接关系到套铣速度和一次套铣深度，常选用的套铣头为：φ230mm复合片铣头和φ230mm圆弧齿铣头，分别适合不同的井况，如图1所示。
2.1.2.2φ230mm复合片铣头主要用于套铣水泥封固段和裸眼段，具有套铣速度快，使用寿命长的优点，但是φ230mm复合片铣头在井下遇到金属落物时复合片容易脱落。
2.1.2.3如在井下遇到金属落物则应选择φ230mm圆弧齿铣头，该套铣头对井下金属落物具有较好的研磨性，同时圆弧齿铣头的铣齿呈喇叭口形状，即使铣齿与套管脱离，套铣时也不研磨套管，可以避免复杂情况的发生。
造斜点和造斜率计算(第二章)
第二章造斜点选择及造斜率计算第一节造斜点选择在定向井设计与施工中，造斜点的选择很重要，其具体选择遵循如下原则：①造斜点应选在比较稳定的地层，避免在岩石破碎带，漏失地层，流砂层或容易坍塌等复杂地层定向造斜，以免出现井下复杂情况，影响定向施工。
②应选在可钻性较均匀的地层，避免在硬夹层定向造斜。
③造斜点的深度应根据设计井的垂直井深，水平位移和选用的剖面类型决定，并要考虑满足采油工艺的需要。
如：设计垂深大、位移小的定向井，应采用深层定向造斜，以简化井身结构和强化直井段钻井措施，加快钻井速度。
对于设计垂深小，位移大的定向井，则应提高造斜点的位置，在浅层定向造斜，这样既可减少定向施工的工作量，又可满足大水平位移的要求。
④在井眼方位漂移严重的地层钻定向井，造斜点位置选择应尽可能使斜井段避开方位自然漂移大的地层或利用井眼方位漂移的规律钻达目标点。
⑤造斜点高使得定向容易（起下钻和测量快，容易定准，进尺快，动力钻具工作时间短）；上部地层软，形成的键槽软，易破坏掉；用较小的井斜获得的位移大。
其缺点是轨迹控制井段变长，后面井段长，钻具重，更容易形成键槽。
通常达到稳斜段后、下一层技套封固造斜段可避免键槽带来的麻烦。
⑥造斜点低则定向困难，需要的造斜率和最大井斜相对要大。
但需要控制的井段大大缩短，为了准确，往往采用随钻测量工具定向。
⑦高造斜点选用高造斜率是十分危险的。
它形成的狗腿角大，很容易在下部(长井段)钻具重量作用下形成严重的键槽，造成卡钻。
相反，为了减少轨迹控制的工作量，提高定向井钻井速度，在位移条件允许情况下，可采用低造斜点高造斜率施工，全井的摩阻也会因斜井段短而变小。
同样，需要随钻测量手段保证定向的准确。
第二节短弯外壳导向钻具的造斜率计算根据短弯外壳导向钻具在井眼中的造斜特性，推导了导向钻具组合造斜率的计算公式，方法是精确的，没有做近似处理。
这种方法还能考虑近钻头扶正嚣的欠尺寸影响，可对在井眼轨迹控制中使用的单弯和双弯导向钻具组合进行预测计算。
底部钻具组合造斜率预测新方法
Ａ ｎ ｅ ｗ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｆ ｏ ｒ ｂｕ ｉ ｌ ｄ－ － ｕｐ ｒ ａ ｔ ｅ ｐ ｒ ｅ ｄ ｉ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｂｏ ｔ ｔ ｏ ｍ－ － ｈｏ ｌ ｅ ａ ｓ ｓ ｅ ｍ ｂｌ ｙ ｉ ｎ ｗｅ ｌ ｌ ｄ ｒ ｉ ｌ ｌ ｉ ｎｇ
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ａ ｂ ｉ ｔ — ｒ ｏ ｃ ｋ ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ａ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｍｏ ｄ ｅ ｌ ａ ｎ ｄ ａ ｎ ｅ ｖ ａ ｌ ｕ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｉ ｎ ｄ ｅ ｘ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｏ ｆ ｄ ｉｌ ｒ ｌ ｉ ｎ ｇ ｔ ｅ ｎ ｄ ｅ ｎ ｃ ｙ， ＨＩ Ｙｕ ｃ ａ ｉ ，ＧＵＡＮ Ｚｈ ｉ ｃ ｈｕ ａ ｎ ，ＺＨＡＯ Ｈｏ ｎ ｇ ｓ ｈａ ｎ ，ＨＵＡＮＧ Ｇｅ ｎ ｌ ｕ
（ １ ． Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｏ ｆＰ ｅ ｔ ｒ ｏ ｌ ｅ ｕ ｍ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ｉ ｎ Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｆＰ ｏ ｅ ｔ ｒ ｏ ｌ ｅ ｕ ｍ， Ｑ ｉ ｎ ｇ ｄ ａ ｏ ２ ６ ６ ５ ８ ０ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ；
史玉才 ， 管志川 ， 赵洪山 ， 黄根 炉
（ １ ． 中国石油大学石油工程 学院， 山 东青 岛 ２ ６ ６ ５ ８ ０ ； ２ ． 中石化 胜利石油工程有限公 司钻井 工艺研 究院， 山 东东营 ２ ５ ７ ０ １ ７ ） 摘要 ： 基于钻头与地层相互作用模 型及 钻进 趋势评价指标 。 提 出一种底部 钻具组合 造斜率预测 的新方法——平衡 趋 势法 ， 认为底部钻具组合 的造斜率应 与钻进 趋势 角为零 时的井 眼 曲率 相等。结合 钻具组 合受力 分析模 型和钻头 与 地层相互作用模型 ， 推导 出钻进趋势角 的计算表达式 ． 建立平衡趋 势法求解底 部钻具组 合造斜率 的计算方法 。实例 验证表 明。 该方 法具有较高的计算精度 ， 能够实现 钻头 和地层 的各 向异 性 、 地层倾 角及倾 向等各种 因素对底 部钻具
造斜工具及原理
4．第四代造斜工具 第四代造斜工具是上世纪末出现的。
由于结构复杂，而且从诞生开始就与MWD和 高效能钻头相结合，以旋转导向钻井系统 的形式出现，所以第四代造斜工具不能简 单地用某个“工具”来命名，而是称为 “旋转导向钻井系统”。
许多学者对造斜率进行了研究，提出了 计算方法，给出了计算公式，编写了计算软 件等。应该说，这些计算公式和软件，大体 上预测造斜率是可以的，因为在工具下井前， 也需要大体上知道造斜率有多大，但是要准 确计算是不可能的。
由于工具造斜率等于用该工具钻出的井 眼的曲率，所以，在工程上可以通过钻后实 测井眼曲率求得工具的造斜率。某种造斜工 具，经过在某地层的多次使用，积累数据和 经验，可以更准确地掌握其造斜率。
1．第一代造斜工具 最先出现的造斜工具，是适用于旋转钻
井方式的斜向器。实际上是以斜向器为主， 辅以射流钻头和肘节工具等。斜向器的结构 如图3—1—4所示，它的主要结构是在一个 圆柱体的一侧加工出的一个导斜面。导斜面 是一个倾斜的不完整的圆柱面，主要结构参 数是导斜面的导斜角γ。导斜角等于导斜面 的中心线与斜向器中心线的夹角。导斜面的 长度大约为4—5 m。
钻头偏斜方向和偏转角度依靠井下控制 总成改变内、外偏心环的不同转动角度调整， 造斜率的大小则依靠钻头轴线偏离角度的大 小调整。
三、造斜率、工具面与工具面角 1．造斜率 造斜工具最重要的性能，是它的造斜能力。
表达造斜能力的参数是造斜率。各种造斜工具， 由于结构的不同和造斜原理的差别，造斜率大 小有很大差别。
第二代造斜工具用于井下动力钻具钻井方式可以连续造斜钻进所钻出的井眼轴线乃是连续曲线造斜能力和造斜效率都大大提高因而可以钻出小中大斜度定向井甚至可以钻出水平井20世纪5060年代平井
螺杆钻具造斜率计算
螺杆钻具造斜率计算螺杆钻具造斜率计算是石油钻探过程中的一个重要环节。
螺杆钻具是由钻杆、钻头、驱动装置和导向装置组成的一种正负旋转式造斜工具，主要用于钻探斜井或水平井。
通过控制螺杆钻具的转速和扭矩，可以实现井眼的弯曲和方向变化。
螺杆钻具的造斜率计算涉及到一些基本参数，包括转速、扭矩、斜井段长度、井眼直径和压裂液密度等。
下面将详细介绍螺杆钻具造斜率计算的基本原理和步骤。
螺杆钻具的建模描述可以通过剩余扭矩方程来实现。
该方程可以表示如下：T(RPM)=(WOBxROP)+(τxNxA)其中，T表示转矩，RPM表示转速，WOB表示下压力，ROP表示旋转速度，τ表示工具扭矩常数，N表示弹性常数，A表示井眼的面积。
根据这个方程，我们可以计算出斜井段的钻井参数，包括斜率和转角。
斜率是指井眼轴线与地面水平面的倾角，转角是指井眼轴线从初始方向偏离的角度。
在计算斜井段的斜率和转角之前，首先需要确定初始方向。
初始方向可以通过使用导向装置来实现，导向装置可以记录井眼的方向和位置。
计算斜井段的斜率和转角可以使用下面的公式：斜率=△D÷L×100转角=△D÷L×180÷π其中，△D表示井身钻进的水平距离，L表示斜井段的长度，π表示圆周率。
以上就是螺杆钻具造斜率计算的基本原理和步骤。
当然，在实际应用中，还需要考虑一些其他因素，例如地层的物理性质、钻具的几何特征和钻井液的流动情况等。
这些因素的影响可以通过相关的数学模型和计算方法来进行分析和计算。
总之，螺杆钻具造斜率计算是石油钻探中重要的技术环节之一、通过合理地计算和控制斜井段的斜率和转角，可以有效地支持钻井作业的进行，并获得满意的钻井效果。
旋转导向钻井工具造斜率的影响因素分析
49随着油田开发的深入，开发难度逐步增加，为钻井施工带来了更大的困扰。
旋转导向钻井技术是在20世纪90年代兴起的一种新技术，能灵活、精准控制复杂井眼轨迹，提升钻井效率，节省开发成本。
旋转导向钻井技术在大位移井、超深井、水平井等特殊井中应用能克服常规钻井的不足而实现高效钻探。
本文是从影响旋转导向钻井工具造斜率的因素出发，探讨钻头旋转方案和底部钻具方案。
1 影响导向工具造斜率的基本因素导向时根据是否旋转可分为旋转导向工具和滑动导向工具。
传统导向方法是滑动导向钻井，主要是通过动力钻具和弯接头导向，导向钻井实现的关键技术就是对钻具造斜率的准确预测。
国内外的钻井研究机构和企业投入大量精力来研究导向钻具组合的力学特性，也取得了一定成绩。
弯客体导向钻具组合有着较大的刚度和较小的长度，对其造斜率计算普遍采取几何关系来实现。
旋转导向钻井的商业化应用历史不长，由于其不同的导向方式，对其导向力能的分析不仅要考虑传统因素，还要结合旋转导向工具的实际情况采取新的分析方法。
影响造斜率的基本因素包括地层特性参数、钻井工艺参数、井眼几何参数、旋转导向工具特性、井底钻具组合结构参数和钻头特性参数等。
钻头在地层内作用形成了井眼。
造斜率反映的是工具造斜能力的强弱。
工具钻斜率K可通过下列函数表示：其中，为钻头倾角，是表征钻头姿态的参数；为钻头侧向力；为钻压，是表征钻头受力参数。
在确定井眼尺寸所钻地层的情况下，现场施工需要选定的参数主要包括钻井工艺参数、钻具组合以及钻头选型。
2 旋转导向系统钻头的选择旋转导向钻井系统包括指向钻头式和推靠钻头式两类，都是通过通过机械原理来控制钻头姿态方向，控制地层空间内钻具的轨迹。
推靠钻头式旋转导向系统是将推力施加到钻头一侧使其按既定方向钻进，指向钻头式导向系统是使钻头导向与井眼轴线存在一定倾角。
两种系统所选用的工具和钻头必须匹配，充分发挥其导向能力。
对于推靠式旋转导向钻井系统，需要钻头具有与轴向存在一定角度的强侧向切削力，但钻具的震动会随着侧向切削能力的增加而持续加剧，导致井眼质量较差。
钻井施工井斜产生原因分析及预防对策
钻井施工井斜产生原因分析及预防对策作者：朱锐来源：《中国化工贸易·下旬刊》2019年第07期摘要：石油钻井工程过程中常常会伴有井斜角的出现，一旦井斜角超过一定的范围将会对钻井产生不利的影响，因此要充分分析石油钻井井斜角产生的原因，然后制定相应的技术措施，这样才能实现防斜打直。
关键词：石油钻井;井斜角;产生原因;预防措施在石油钻井施工的过程当中，由于多种因素的影响，会产生井斜角，一旦井斜角超出一定的范围，就会给石油钻井工程带来不利的影响，比如探直井如果井斜角过大，那么就会引起垂直深度出现偏差，给钻井施工中的准确卡准目的层深度带来困难，甚至影响后期的开发;在平台开发井施工当中，如果直井段的井斜角过大，那么就会引起新井与老井之间发生相碰撞，造成老井新井和老井报废，引起巨大的经济损失。
因此在石油工业钻井施工中要尽量控制井斜角。
1 石油钻井井斜角产生原因在石油钻井工程中，井斜角的产生是受到多个方面因素的影响的，但是经过多年的总结，最终确定意向三个方面因素是引起井斜角产生的主要因素。
1.1 地层因素石油钻井主要是对地层进行钻探，因此井斜角的产生和大小与地层因素是息息相关的，这主要表现在下面几点：一是地层的各向异性。
地层在几亿年，甚至几十亿年的沉积过程中并不是都一样硬度的，因此就会产生软硬交错，这种软硬交错的地层不仅表现在地层的垂直方向上，也表现在地层的水平方向上，一旦钻井施工应用的钻头遇到这样的软硬交错的地层，那么钻头就会改变原来的行进轨迹，朝着比较软的方向前进，使井斜角产生，并且逐渐增大，最后危及钻井施工安全。
二是地层倾角。
地层倾角和地层的各向异性一样，都是地层在沉积过程中普遍存在的现象，在地层沉积的长期过程中，由于沉积环境的变化和上覆岩层压力的不同，地层就会产生倾角，这种地层倾角从零点几度、几度，甚至几十度不等，当石油钻井应用的钻头钻遇到这样本身带有地层倾角的地层的时候，钻头就会沿着地层倾角的方向前进，最后使井斜越来越大。
石油钻井施工中产生井斜角原因及预防措施探讨
石油钻井施工中产生井斜角原因及预防措施探讨摘要：在石油钻井施工的过程当中，由于多种因素的影响，会产生井斜角，一旦井斜角超出一定的范围，就会给石油钻井工程带来不利的影响，比如探直井如果井斜角过大，那么就会引起垂直深度出现偏差，给钻井施工中的准确卡准目的层深度带来困难，甚至影响后期的开发；在平台开发井施工当中，如果直井段的井斜角过大，那么就会引起新井与老井之间发生相碰撞，造成老井新井和老井报废，引起巨大的经济损失。
因此在石油工业钻井施工中要尽量控制井斜角。
关键词：石油钻井施工；井斜角；原因；预防措施某公司布置的一口开发水平井（X井），该井设计井深5634m、垂深3956m。
X井通过优选防斜、纠斜螺杆钻具组合及相应的钻井参数，同时结合复合钻进和垂直钻井系统进行防斜打直，使井身质量得到有效控制，满足钻井设计要求，对同区块直井段防斜打直具有借鉴意义。
1井斜角在钻井施工中的现状在进行钻井施工时，井斜是不可避免的，井斜的存在关乎井身的质量以及钻井度。
钻井工作既需要钻头速度快，又需要井身的质量过关。
井身本身的好坏，也就是环境地质因素决定了井身本身的质量。
这是能否开采到泊气田的先决条件。
随着科技的发展，一些钻具组合的出现，比如偏心钻具、柔性钻具等。
对钻井慢的情况有所帮助，但如果遇到特殊地形或土质结构，仍然很难对整个井斜做很好的控制。
所以要新的防斜需要对井身质量进行检测提高，同时还要保证钻井速度。
这是一个全新的挑战。
2石油钻井井斜角产生原因2.1地质因素地质因素是造成井斜的根本原因。
该井中生界以上陆相沉积地层倾角较大，局部小型褶皱较多，地层硬度大，自然造斜能力强。
当钻头在倾斜的层状地层中钻进时，由于在层面交接处的岩石不能长时间支持钻压而趋向沿垂直层面发生破碎，因而在井眼下倾一侧的层面上形成小斜台，它对钻头施加一个横向力，把钻头推向地层的上倾方向，从而引起井斜。
当钻头逐层钻进时，将使井斜不断增大，但最大也只能等于地层倾角。
水平井旋转造斜钻井工具研究
水平井旋转造斜钻井工具研究发布时间：2022-11-07T02:05:52.289Z 来源：《中国建设信息化》2022年第13期作者：郑伟徐彪张旗[导读] 针对常规水平井钻具制造斜度较差的问题，对其进行了深入的探讨。
郑伟徐彪张旗中石油渤海钻探第二钻井工程分公司摘要：针对常规水平井钻具制造斜度较差的问题，对其进行了深入的探讨。
通过对旋转式导轨对井内的推力进行了研究，得到了转动导引头的下倾力，并利用 LWD法进行了主参数的确定，从而完成了转动导轨的设计。
经设计算例验证，该方法所研制的钻头造斜比比一般的钻具要大得多，可以很好地克服了传统水平井眼造斜度不足的问题。
关键词：水平井；旋转导向；造斜；钻井工具引言：为了寻找深层石油的勘探，需要进行深井钻探和开采。
在深井生产中，水平井的旋转造斜法是目前最常用的一种钻进方法，但是，由于石油的储量往往集中在深层的地层中，使得其难度很大。
常规的水平井生产工艺中，钻机的工作效率一直很高，而其工作质量又是影响其工作效率的重要指标。
根据已有的调查结果，说明了水平井钻孔钻具的成斜度愈高，说明其工作性能愈佳，故应进行最优的设计。
常规的水平井造斜设备的设计是以钻孔路径为中心的，而首批生产的刀具是倾斜式刀具，其钻孔速度较慢；第二代造斜钻具是弯管头井下的动力钻具，其最大的缺点是造斜性能差；第四代造斜机以转动导引作为主要的研究方向，主要针对水平井的旋转式造斜机进行了最优的设计。
因此，以旋转造斜钻机为研究对象，进行了最优的方案，旨在改善其造斜度。
1旋转导向介绍1.1旋转导向钻井技术概念旋转定向钻探技术是20世纪90年代兴起的一种先进的、自动的钻探技术。
该系统包括：井底旋转自动导向钻井系统、地面监测系统以及将以上两个部件连接起来的双向通讯技术，构成了闭环的自动轨道控制系统。
1.2旋转导向的优势实现了优质高效的钻井，提高了钻井速度，实现了在特定井段一次钻孔的高效钻井，保证了优质的钻井品质。
该系统可对井下断面进行准确的轨道控制，且具有较高的造斜速率，可有效地控制深井复杂构造井的井道。
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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 • 偏喷嘴的作用 – 最典型的是射流钻头，三 个喷嘴中，有一个特别大， 另两个是比较小的。在定 向喷射钻进时，大喷嘴一 边井底冲蚀快，形成偏窝。 在旋转钻进，即可钻出弯 曲井眼。
定向井轨迹 控制基本概念
• 4. 井眼方向变化的基本原理：
造斜工具简介
转盘钻造斜工具
• 套筒形变向器： – 只能在小范围内改变井眼 方位。 – 结构： • 心轴与钻头、钻铤连接； • 心轴外有套筒；套筒与 心轴用小轴连接； • 套筒外有上下两个“瓦 片”； – 改变上下瓦片的位置，可 以实现增方位或减方位；
增斜 稳斜 增方位 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。 – 这就使钻头对井底的切削， 一边钻速快，一边钻速慢。 钻出的井眼发生弯曲了。
造斜工具的原理及影 响造斜率的因素
1. 定向井轨迹控制的基本概念；
2. 造斜工具简介；
定向井轨迹控制基本概念
• 1. 要求：在实钻过程中，设法使实钻的井眼轨迹尽 可能符合设计的井眼轨道。 • 2. 实质：井眼轨迹控制，的实质，就是不断地控制 井眼的前进方向。井眼方向由井眼的井斜角和井斜 方位角来表示的。 • 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；
• 槽式变向器：
– 造斜过程： • 定向安置槽式变 向器； • 加压剪断销钉， 旋转钻进钻出导 眼； • 起钻并起出槽式 变向器； • 更换扩眼钻头， 扩大导眼； – 每安置一次，只能 使井斜增加一个导 斜角大小的角度。
造斜工具简介
转盘钻造斜工具
• 对抗器：
– 作用：可在小范围内改变 井斜方位 – 结构： • 体部为一根短钻铤；形 状如图； • 上下两个瓦片，用小轴 相连，并被固定在体部 的纵向沟槽内。 – 改变瓦片宽度，可以实现 增方位或减方位；
造斜工具简介
动力钻具造斜工具
•
影响造斜工具造斜率的因素 分析： – 1. 造斜钻具结构性能的 影响：
6 EJ 1 PX 1 PT sin LT L 2
• PX 与工具的弯曲角γ1 成正变关系； • PX 与弯曲点以上钻柱 的刚度EJ成正比关系； • PX 与动力钻具长度LT 成反比关系；
造斜工具简介动力钻具造斜工具
• 影响造斜工具造斜率的因素分析： DW DT 2Vc K – 2. 钻进速度的影响： 2 l l Vt • K与侧向钻速VC 成正比； • K与机械钻速Vt 成反比； • K与动力钻具直径和井径之差(DW-DT) 成正比； • 动力钻具长度影响很大，采用短动力钻具可显著增大造斜率；
– 钻头对井底的不对称切削 • 地层因素 – 最地层倾斜及可钻性的 各向异性； – 地层可钻性的纵向变化； – 地层可钻性的横向变化： »岩性变化； »溶洞的存在； »破碎带；
定向井轨迹控制基本概念
• 4. 井眼方向变化的基本原理：
– 钻头对井壁的侧向切削 • 侧向切削的根本原因，是在钻头 上存在一个侧向力。钻头上的侧 向力与很多因素有关：
– 钻压； – 钻柱重力： » 钟摆力； » 杠杆力； – 钻柱弹性力； – 井眼约束条件； – 特殊结构力： » 水力喷射横向力； » 定向支撑横向力；
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
转盘钻造斜工具
• 射流钻头：
– 工作三部曲： • 1.定向喷射，大水眼冲出 “斜窝”；适当加压使钻 头进入“窝”内，继续喷 射； • 2.边喷射，上下活动钻柱， 扩大“斜窝”，并对井底 造成冲击； • 3.旋转钻进，钻出弯曲井眼；Байду номын сангаас– 适用地层：软地层； – 需要给大水眼喷嘴定向。
造斜工具简介转盘钻造斜工具