定向井的设计
定向井技术方案
定向井技术方案定向井技术是一种在垂直井中根据油层结构定向钻探的技术，在油气勘探与开发过程中具有重要的应用价值。
下面我们就从研究目标、技术流程、钻具组合、操作要点等方面分别阐述一下定向井技术方案。
研究目标：定向井技术的研究目标主要是解决油气勘探与开发过程中遇到的难点问题，包括以下几方面：（1）实现地震勘探结果的精确定位；（2）随着油层采减，地下空间的变化和油藏储量递减等问题的不断出现，需要对井位置进行调整，以提高开采效率；（3）针对地层复杂、坚硬或松散容易塌方等地质条件，需要采用定向井技术避免出现卡钻、偏心等问题；（4）根据油层地质情况，采用定向井技术，可实现井筒孔径增大，以提高油气的采减量。
技术流程：定向井技术的流程主要包括勘探设计、计划设计、钻井套管、测斜触探、定向钻井、井底起钻等环节。
1、勘探设计：按照地质勘探要求进行详细勘探，并根据勘探结果制定合理的钻井方案。
2、计划设计：确定井深、井口使用设备、钻具组合等设备要求，并根据勘探设计结果进行相应的调整。
3、钻井套管：根据钻井深度和地质条件，钻取表层土石层，并根据设计要求进行套管，保证井身的安全并避免井壁垮塌。
4、测斜触探：在井筒中引入包括来源、产品型号、方法等参数确定的测斜仪，通过实时观测井深、井身方位等参数，以实现油层目标的有效定位。
5、定向钻井：根据测斜仪测量的数据进行钻机方位、下钻深度和转向等参数的调整，并对井筒的方位角和井身角进行实时监控，以实现钻进路径的控制。
6、井底起钻：通过钻井机的操作，调整钻机的方位角，使井筒与油层的最终目标一致，实现井眼的贴合。
钻具组合：定向井技术需要选用具有较好抵抗弯曲和扭转损伤的钻具组合，可选用不同种类和规格的钻头、扩孔器、测斜仪、定向工具等。
1、钻头：需根据地质条件，选用不同种类和规格的钻头，可采用钎杆、三角螺纹等型式，以实现对地质层的快速钻进与采减。
2、扩孔器：用于扩大井眼直径，提高井眼质量；3、测斜仪：用于监控钻孔的井身方位，实现井身方位调整；4、定向工具：用于实现定向钻井沉降路径的调整。
定向井钻井工艺技术优化措施解析
定向井钻井工艺技术优化措施解析一、定向井钻井工艺技术概述定向井钻井是指在垂直井的基础上改变井眼轨迹，使井眼倾角超过45度或在井眼中引入弯头，在一定范围内改变井眼方向。
定向井钻井广泛应用于油气勘探开采中，可以克服垂直井的种种局限，提高地层的开采效率，减少地面占地面积，减少环境污染，是一种重要的井眼构造。
目前，定向井钻井工艺技术已经非常成熟，遵循一系列优化措施可以更好地实现勘探开采目标。
1. 合理确定井斜角和偏角合理确定井斜角和偏角是定向井钻井的基础，直接影响井眼轨迹的设计和施工效果。
一般情况下，井斜角和偏角的大小受到地层条件、钻井设备和钻井液性能等因素的影响。
通过充分了解地层情况，确定井斜角和偏角的合理范围，可以保证钻井效率和井眼质量。
合理确定井斜角和偏角还能最大程度地减小钻井工程所需的成本。
2. 优化井眼轨迹设计优化井眼轨迹设计是定向井钻井工艺技术优化的重要环节。
通过对地表地质构造、油气层分布情况和井眼施工技术等因素进行科学综合分析，可以制定最佳的井眼轨迹设计方案。
在实际施工中，根据设计的井眼轨迹方案，根据地层情况和实际施工情况及时调整井眼轨迹，以保证施工效果。
3. 选用合适的钻头和定向工具钻头和定向工具是定向井钻井的关键设备，选用合适的钻头和定向工具可以提高施工效率，降低施工难度。
在选择钻头和定向工具时，应综合考虑地层性质、井斜角和偏角、钻井设备等因素，选择适合具体施工条件的钻头和定向工具，并做好维护保养工作，以保证设备的正常使用寿命。
4. 优化钻井液性能钻井液是定向井钻井施工中不可或缺的一环，优化钻井液性能可以提高钻井效率，降低施工成本，并保障井眼质量。
通过合理选择钻井液的种类和性能指标，并在施工过程中及时调整钻井液性能，可以有效地防止地层漏失、保护环境、减小地面工程量、提高施工效率。
5. 加强监测和控制定向井钻井过程中，加强监测和控制是保障施工质量和安全的重要手段。
通过实时监测井斜角、偏角和钻进方向，及时调整钻井参数，以确保井眼轨迹设计的准确性和施工的安全性。
定向钻技术规程
定向钻技术规程
定向钻技术是一种通过特殊工具和设备控制钻杆方向的钻井技术。
其主要目的是在井眼质点的基础上按照设计要求进行定向钻井，并最终达到确定的地层目标。
定向钻井技术规程是制定了针对定向钻井工作的一系列规范和参数，以保证钻井作业的安全和效率。
以下是一些常见的定向钻井技术规程：
1. 定向设计规程：确定井斜、方位、井深和倾角等参数，包括井筒测量、测斜和方位工具的选择和使用。
2. 定向测量规程：确定井斜、方位和井深等测斜仪和方位工具的测量方法和精度要求。
3. 定向控制规程：确定钻井工程师和定向操作人员如何根据测量结果进行调整和控制钻杆方向，包括调整钻井液性质和钻速等。
4. 定向井段规程：针对特定的定向井段，如水平段、直井段和斜井段，制定相应的技术规范和施工要求。
5. 定向井口设备规程：确定定向钻井过程中，井口设备的要求和安装方式，如钻杆、钻头和测斜仪等。
6. 定向问题应对规程：针对定向钻井过程中可能出现的问题，如钻失、偏斜、起桩等，制定相应的应对措施和规范。
定向钻井技术规程的制定是为了保证定向钻井作业的顺利进行，并达到预期的地质目标。
合理的技术规程可以提高钻井作业的安全性和效率，减少钻井成本和风险。
石油钻井行业定向井技术课件
井斜角的变化范围：0～180°
一、定向井基础知识
(3) 方位角φ ： 以正北方位线为始边， 顺时针方向旋转到井眼方位 线上所转过的角度。 井斜方位角增量Δ φ ： 上下测点的井斜方位角之差。 Δ φ ＝φ B－φ A 方位角的变化范围：0～360° （4）靶心距：在靶区平面上，实钻井眼轨迹与目标点之间的距离， 称为靶心距。 （5）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前进的方向在三维空间内的角度变化。 单 位为：°／30m、 °／25m 、 °／100m 。
特点：
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式 剖面轨迹难控制）。
一、定向井基础知识
2、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。 常用于在地面井口位置与设计目 标点之间的铅垂平面内，存在井眼难 以通过的障碍物（如：已钻的井眼、 盐丘等），设计井需要绕过障碍钻达 目标点。 三维绕障设计 纠偏三维设计
一、定向井基础知识
2. 投影图示法
垂直投影图 轨迹在设计方位 线所在的铅垂面上 的投影。 原点：井口 横坐标：视平移 V 纵坐标：垂深 D 缺点：垂直投影图不能真实地反映井深L、 井斜角α和水平位移S 等轨迹参数。 + 水平投影图 轨迹在水平面 上的投影。 原点：井口
坐标轴：N、E
一、定向井基础知识
一、定向井基础知识
（6）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。
（7）水平位移：井眼轴线上任一点，与井口铅直线的距离，称为 该点水平位移，也称该点的闭合距。
（8）视位移：水平位移在设计方位线上投影长度，称为视位移。
定向井、丛式井的基本概念
定向井的基本概念为定向钻井。
定向井井身的基本参数，也称为定向井井身的基本要素。
井斜角(Hole inclination or Hole angle):井测点处的井眼方向线与通过该点的重力线之间的夹角称为该点处的井斜角。
井眼方向线和重力线都是有向直线。
其测量单位为度。
位线，都是在水平面上。
正北方位线和井斜方位线都是有向直线。
正北方位线是沿着该测点处的地理子午线向正北方向延伸的直线。
井斜方位线是指该测点处的井眼方向线在水平面上的投影线。
其测量单位为度。
有了井身的基本要素后，我们还不能进行准确的计算，还有两个概念必须清楚。
磁偏角(Deinclinnation )的校正：我们在定义井斜方位角时，是以地球正北方位线为准，而使用磁力测斜仪测得的井斜方位角则是以地球磁北方位线为准，称为磁方位角。
由于磁北极偏离地球北极，使绝大多数区域磁北方位线与正北方位线并不重合，二大地坐标的的确定：大地坐标是以英国的格林威治天文台为坐标原点而构建的全球通用的大地坐标体系，地球上的任一点都可间的位置和形状。
对井身轴线在三维空间的位置和形状的描述除了测深、井斜角、井斜方位角及大地坐标之外，还有其它井身参数参与描述，下面介绍其中几个参数。
垂深(Vertical depth or True vertical depth):垂深即测点的垂直深度，是指井身上任一点至井口所在水平面的距离。
其测量单位水平位移(Displacement or Closure distanee):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。
闭合方位角或总方位(closure azimuth):是指以正北方位线为起点，顺时针转至闭合距方位线上所转过的角度。
其测量单位为度。
N (北)坐标和E坐标：是指测点在以井口为原点的水平坐标系里的坐标值。
其测量单位为米。
视平移(Vertical section):是井身上某点在某一垂直投影面上的水平位移，这个“水平位移”不是真实的水平位移，所以我们称之为视平移。
定向井基本知识
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。
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： 一、专业名词1．定向井（Directional Well ） 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，称为定向井。
2．井深（Measure Depth ）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。
单位为“m ”。
3．垂深（Vertical Depth or True Vertical Depth ）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。
通常以“m ”为单位。
4．水平位移（Displacement or Closure Distance ）井眼轨迹上任一点，与井口铅直线的距离，谓之该点的“水平位移”。
也称该点的闭合距。
其计量单位为“m ”。
5．视平移（Vertical section ）水平位移在设计方位线上的投影长度，称为视平移。
如图10—1所示，OQ 为设计方位线，T O曲线为实钻井眼轴线在水平面上的投影，其上任一点P 的水平位移为OP ，以 A P表示。
P 点的视平移为OK ，其长度以V P 表示。
当OK 与OQ 同向时V P 为正值，反向时为负值。
视平移是绘制垂直投影图的重要参数。
单位为m 。
6．井斜角（Hole Inclination or Hole Angle ）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，称为该点处的“井斜角”。
以度为单位。
7．最大的井斜角（MaxinumHoleAngle）“最大井斜角”有两种不同的意义。
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
定向井第一讲
给定的内插条件有两种情况：一是给定插 入点i的井深Li；二是给定插入点的垂深Di。则 可求得插入点距离上端点的井段长度△Li。和 垂增△Di。 如图1—4—2所示，可以得到一个通用的 计算公式：
2)轨迹内插的用途 (1)在所有轨道设计中，当完成了测段计算 之后，需要进行分点计算时，可以根据内插原 理很快地完成分点计算； (2)一口井完钻并完成了全井轨迹测量计算 之后，需要进行中靶计算，在计算靶心距时， 需要根据内插原理求得中靶点的坐标； (3)在进行邻井距离扫描和丛式井防碰扫描计 算中，每一步扫描计算都可能用到轨迹内插来 求得扫描点的基本参数和坐标。
方位线是水平面上的矢量，包括：方位、方位 线、方位角。
方向线则是空间的矢量。包括：方向和方向线， 则是在三维空间内(当然也可能在水平面上)
西方国家表示井斜方位角通常使用象 限角，在Ⅰ， Ⅳ象限，用井斜方位线与正 北方位线之间的夹角表示；在Ⅱ， Ⅲ象限， 用井斜方位线与正南方位线之间的夹角表 示。象限角的值在0°～90°之间变化。
(5)N坐标和E坐标
N坐标和E坐标：是指轨迹上某点在以井 口为原点的水平面坐标系里的坐标值。此 水平面坐标系有两个坐标轴，一是南北坐 标轴，以正北方向为正方向；一是东西坐 标轴，以正东方向为正方向。 如图5—4所示，A、B二点的水平坐标分 别为NA 、EA 和NB 、EB 。水平坐标可以有 增量，以ΔN、ΔE表示。
2．测段计算方法的多样性
我国钻井行业标准规定： • 手工计算时用平均角法； • 计算机计算时用校正平均角法。
1．平均角法 平均角法假设测段是一条直线，该直线的方向是上、 下两测点平均方向线。如图1—3—8所示，根据这种 假设，测段计算公式为：
2．校正平均角法
校柱螺线在水平投影图上是圆弧。 圆柱螺线在圆柱面展平平面上也是圆弧，即垂直 剖面图是圆弧。根据这个假设推导的计算方法， 称为“圆柱螺线法”。这是我国著名学者郑基英 教授首先提出的。这种方法与美国人提出的“曲 率半径法”的公式表达不同，但计算结果是完全 相同的。
定向井轨迹设计计算方法探析
1.井眼轨迹的基本概念1.1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。
（井斜控制是使井眼按规定的井斜、狗腿严重度、水平位移等限制条件的钻井过程）。
1.2井眼轨迹的基本参数所谓井眼轨迹，实指井眼轴线。
测斜：一口实钻井的井眼轴线乃是一条空间曲线。
为了进行轨迹控制，就要了解这条空间曲线的形状，就要进行轨迹测量，这就是“测斜”。
测点与测段：目前常用的测斜方法并不是连续测斜，而是每隔一定长度的井段测一个点。
这些井段被称为“测段”，这些点被称为“测点”。
基本参数：测斜仪器在每个点上测得的参数有三个，即井深、井斜角和井斜方位角。
这三个参数就是轨迹的基本参数。
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。
井斜角：井眼轴线上每一点都有自己的井眼前进方向。
过井眼轴线上的某点作井眼轴线的切线，该切线向井眼前进方向延伸的部分称为井眼方向线。
井眼方向线与重力线之间的夹角就是井斜角。
井斜角常以希腊字母α表示，单位为度(°)。
一个测段内井斜角的增量总是下测点井斜角减去上测点井斜角，以Δα表示。
井斜方位角：井眼轴线上每一点，都有其井眼方位线；称为井眼方位线，或井斜方位线。
井眼轴线上某点处的井眼方向线投影到水平面上，即为该点的井眼方位线（井斜方位线）以正北方位线为始边，顺时针方向旋转到井眼方位线（井斜方位线）上所转过的角度，即井眼方位角。
井斜方位角常以字母θ表示，单位为度(°)。
井斜方位角的增量是下测点的井斜方位角减去上测点的井斜方位角，以Δθ表示。
定向井设计暨compass操作指南讲解
第六章定向井设计暨compass操作指南一、定向井设计需要的基本数据1、单井(1) 所钻井井口的大地坐标，靶点的大地坐标并给出相应的经纬度，以及定向井的靶区描述（如定向井靶点半径，水平井等）。
(2) 井身结构及套管程序（给定垂深），以及所用套管的型号和单位重量。
(3)若下抽油泵，请给定垂深和该垂深下的前后井段。
(4) 该井所在地区的详细地质资料（包括地质分层，岩性及风险提示等）。
(5) 该井分段所用的泥浆比重，塑性粘度，切力，屈服值等。
(6) 钻机的游动系统重量，以及泥浆泵型号及功率和提供的工作排量。
(7) 可提供的钻杆和加重钻杆钢级、公称尺寸，震击器型号，钻头类型等等。
(8) 给定工程设计标准及特殊要求。
(9) 该区域内已钻井的定向井资料。
2、丛式井(1) 平台的槽口分布，槽口间距，平台结构北角，该平台的中心坐标（大地坐标）和经纬度，以及覆盖区内所有已钻井（包括探井）的井眼轨迹数据（井斜、方位等）。
(2) 丛式井的井口和靶点大地坐标及靶点垂深，定向井的靶区描述（如定向井靶点半径，水平井等），以及油底垂深和口袋长度等。
(3) 井身结构及套管程序（给定垂深），所用套管的型号和单位重量等。
.(4)若下抽油泵，请给定垂深和该垂深下的前后井段。
(5) 该井所在地区的详细地质资料（包括地质分层，岩性及风险提示等）。
(6) 该井分段所用的泥浆比重、塑性粘度、切力、屈服值等。
(7) 钻机的游动系统重量，以及泥浆泵型号及功率和提供的工作排量等。
(8)可提供的钻杆和加重钻杆钢级、公称尺寸，震击器型号，钻头类型等等。
(9)该区域内已钻井的定向井资料。
(10)给定工程设计标准及特殊要求。
二、丛式井设计1．丛式井的概念丛式井是指一组定向井（水平井），它们的井口是集中在一个有限范围内，如海上钻井平台、沙漠中钻井平台、人工岛等。
丛式井的广泛应用是由于它与钻单个定向井相比较，大大减少钻井成本，并能满足油田的整体开发要求。
2．丛式井设计应考虑的问题（1）．井身剖面在满足油田开发要求的前提下，尽量选择最简单剖面，如典型的“直一增一稳”三段制，这样将减少钻井工序，降低摩阻，减少钻井时复杂情况和事故发生的可能性。
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
[讲解]定向井基础知识名词解释
![[讲解]定向井基础知识名词解释](https://img.taocdn.com/s3/m/305abed90408763231126edb6f1aff00bfd57055.png)
定向井基础知识名词解释定向井基础知识名词解释发布：本站来源：济南多吉利定向井基础知识名词解释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（m）：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：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×cos (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），其方位为闭合方位（又叫总方位）。
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“井斜变化率”，常用“°/100m”表示。
定向井井身剖面设计
04
绘制剖面图
根据计算出的参数，绘制定向井剖面 图，标明各段的长度、角度和位置等 信息。
03 定向井井身剖面设计方法
基于地质资料的剖面设计
总结词
考虑地质条件和岩石力学特性
详细描述
根据地质资料，如地层分布、岩石力学特性、地下水情况等，设计定向井的井 身剖面，以确保钻井过程中的安全性和稳定性。
04
定向井井身剖面设计需要遵循一定的设计原则，包括 优化井身结构、控制井眼轨迹、降低摩阻和扭矩等。
展望
随着科技的不断发展，定向井井身剖面设计将更 加智能化和自动化。例如，利用人工智能技术进 行智能优化设计，利用传感器和远程监控技术实 现钻井过程的实时监测和调控。
随着非常规油气资源的不断开发，定向井井身剖 面设计将更加注重复杂地层的钻井技术。例如， 针对页岩、煤层和礁灰岩等复杂地层的钻井技术 将得到更广泛的应用。
05 定向井井身剖面设计案例 分析
案例一：某油田定向井剖面设计
总结词
复杂地质条件下的优化设计
详细描述
该油田地质条件复杂，存在多套地层，地层倾角大，且存在断层和裂缝发育。为了提高钻遇率，设计 了一种多段定向井剖面，采用阶梯式降斜设计，以适应不同地层条件，同时优化了钻具组合和钻井液 性能，提高了钻井效率。
案例二：某气田定向井剖面优化
总结词
提高产能的优化设计
详细描述
该气田要求钻遇储层后能够实现高效开采。为了提高产能， 对定向井剖面进行了优化设计，采用大斜度定向井，以增加 储层裸露面积，同时优化了完井方式，采用了复合完井技术 ，提高了气井的产能和采收率。
案例三：某煤田定向井剖面设计
石油工程技术 文4-1井拔套侧钻定向井施工案例
文4-1井拔套侧钻定向井施工案例四川川中油田利用原文4井（一口枯竭直井），从1992年9月至1993年6月，在拔掉部分套管，并在350m处的裸眼井段注水泥塞后，裸眼侧钻，钻成文4-1井。
文4-1井完井后经测试，获日产原油9.8t，比该地区的生产井平均日产量高2～3倍。
1文4-1井初期设计原文4井位于川中北部斜坡上的常乐向斜东侧，井身结构见图1。
图1文4井井身结构示意图图2设计斜穿靶区示意图图3文4-1井设计井身结构方案图据地质部门分析认为：文4井落空的主要原因是未钻在裂缝发育带上。
为此，地质部门为文4-1井设计了大一和大三两个靶点，属双靶点定向井（见表1）。
靶区半径比标准规定半径（±65m）小，工程施工难度较大（见图2）。
表1文4-1井地质设计靶区数据靶区参数垂深（m）水平位移（m）方位（°）设计靶区半径（m）标准规定半径（m）大一顶（第一靶）2077430±20321±52065大三底（第二靶）2164470±50321±55065原文4井是φ139.7mm油层套管完井，文4-1井只能设计拔掉部分φ139.7mm未固结套管，利用裸眼侧钻至靶区完钻。
综合考虑，选用“直—增—稳”三段制剖面，在水泥面1387m裸眼处侧钻至最大井斜角40°后，稳斜钻井靶区的设计方案（见图3。
注：从1387m处割掉套管，注水泥塞裸眼侧钻至靶区完钻）。
2切割拔套管施工制订了两套切割拔套管方案：一是用套管切割弹引爆切割套管；二是用套管割刀切割套管。
2.1使用切割弹引爆切割套管2.1.1首先用注磁电测法电测套管卡点位于井深290m处，经反复活动，卡点下移至460m处，用φ127mm钻杆切割弹(φ139.7mm套管切割弹无货）于井深1216m处引爆，未断。
2.1.2憋泵压26Mpa，憋通，建立循环，并且有大量砂子返出，反复活动，卡点无变化。
后用地面震击器震击，泡油（16m3）等方法处理，无效。
定向井技术
摘要定向井技术是当今世界石油勘探开发领域最先进的钻井技术之一，它是由特殊井下工具、测量仪器和工艺技术有效控制井眼轨迹，使钻头沿着特定方向钻达地下预定目标的钻井工艺技术。
采用定向井技术可以使地面和地下条件受到限制的油气资源得到经济、有效的开发，能够大幅度提高油气产量和降低钻井成本，有利于保护自然环境，具有显著的经济效益和社会效益。
定向井就是使井身沿着预先设计的井斜和方位钻达目的层的钻井方法。
本文介绍的主要是定向井及水平井的应用。
关键字：定向井水平井及前沿技术发展1、定向钻井的目的：1、地面条件限制；如高山、大河、湖泊、海洋、城市、建筑等；2、地下条件限制；如地下断层、盐丘、穹窿等复杂地层；3、钻井工艺要求；如侧钻井、救援井、丛式井、分支井等；4、开发油气藏的需要。
钻水平井的目的是：1、开发低渗透、低孔隙度油气藏；2、丛式钻井和海洋钻井的需要。
主要内容有：1、定向井和水平井剖面设计；2、定向井和水平井井眼轨迹测量和计算；3、定向井和水平井井眼轨控制原理和技术。
发展状况：最早的定向井是用于井下落鱼而无法继续钻进的侧钻井；用专门的工具及技术钻定向井则始于1895年。
真正钻定向井是1930年在美国的加里福尼亚开采海岸浅层石油。
1934年用于井喷失控的救援井。
广泛使用定定向井是在最近20年。
在此基础上为了开发低渗透油气藏和海洋、从式井的需要又出现了水平井技术。
目前，定向井水平井已发展到很高的水平，应用越来越广泛，在剖面设计，轨迹测量、控制技术已相当完善。
井深超过8000米，水平位移达5000米。
井斜角达800以上，即所谓大斜度井。
2、定向井的基本要素1、井斜角。
井眼轴线的垂直投影平面上，任一点的切线与垂线的夹角，；2、方位角。
井眼轴线的水平投影上任一点的切线与正北方向的夹角，；3、水平位移。
是井底的水平投影与井口的水平投影之间的距离；4、井斜变化率。
井眼单位长度井深井斜角的变化值；5、方位变化率。
单位长度井深方位角的变化值；6、全角变化率（井眼曲率或狗腿度），同时表示井斜和方位变化的程度；7、测量深度（MD）。
compass操作指南
定向井设计暨compass操作指南一、定向井设计需要的基本数据1、单井(1) 所钻井井口的大地坐标，靶点的大地坐标并给出相应的经纬度，以及定向井的靶区描述（如定向井靶点半径，水平井等）。
(2) 井身结构及套管程序（给定垂深），以及所用套管的型号和单位重量。
(3)若下抽油泵，请给定垂深和该垂深下的前后井段。
(4) 该井所在地区的详细地质资料（包括地质分层，岩性及风险提示等）。
(5) 该井分段所用的泥浆比重，塑性粘度，切力，屈服值等。
(6) 钻机的游动系统重量，以及泥浆泵型号及功率和提供的工作排量。
(7) 可提供的钻杆和加重钻杆钢级、公称尺寸，震击器型号，钻头类型等等。
(8) 给定工程设计标准及特殊要求。
(9) 该区域内已钻井的定向井资料。
2、丛式井(1) 平台的槽口分布，槽口间距，平台结构北角，该平台的中心坐标（大地坐标）和经纬度，以及覆盖区内所有已钻井（包括探井）的井眼轨迹数据（井斜、方位等）。
(2) 丛式井的井口和靶点大地坐标及靶点垂深，定向井的靶区描述（如定向井靶点半径，水平井等），以及油底垂深和口袋长度等。
(3) 井身结构及套管程序（给定垂深），所用套管的型号和单位重量等。
.(4)若下抽油泵，请给定垂深和该垂深下的前后井段。
(5) 该井所在地区的详细地质资料（包括地质分层，岩性及风险提示等）。
(6) 该井分段所用的泥浆比重、塑性粘度、切力、屈服值等。
钻机的游动系统重量，以及泥浆泵型号及功率和提供的工作排量等。
(8)可提供的钻杆和加重钻杆钢级、公称尺寸，震击(7)器型号，钻头类型等等。
(9)该区域内已钻井的定向井资料。
(10)给定工程设计标准及特殊要求。
二、丛式井设计1．丛式井的概念丛式井是指一组定向井（水平井），它们的井口是集中在一个有限范围内，如海上钻井平台、沙漠中钻井平台、人工岛等。
丛式井的广泛应用是由于它与钻单个定向井相比较，大大减少钻井成本，并能满足油田的整体开发要求。
2．丛式井设计应考虑的问题（1）．井身剖面在满足油田开发要求的前提下，尽量选择最简单剖面，如典型的“直一增一稳”三段制，这样将减少钻井工序，降低摩阻，减少钻井时复杂情况和事故发生的可能性。
定向井钻井轨迹设计与控制技术研究
定向井钻井轨迹设计与控制技术研究摘要：在定向井钻井过程中，井眼轨迹的设计和控制至关重要，它可以决定定向井施工的成败。
因此，有必要进一步探索定向井井眼轨迹的设计和控制技术，以实现安全、优质、高效的定向井施工。
定向井轨迹的选择对钻井施工的安全、高效、低成本起着重要作用。
关键词：定向井；钻井轨迹；设计；轨迹控制前言近年来，随着钻井工程技术和钻井设备的不断改进，钻井技术得到了快速发展。
定向钻井作为一种非常重要和实用的钻井方法，受到了人们的极大关注。
井眼轨迹设计技术是一整套钻井技术中的第一个关键环节。
定向井是指根据预先设计的井斜方向和井筒轴线形状钻探的井。
换句话说，任何设计目标偏离井口所在垂直线的井都属于定向井。
定向井是相对于垂直井而言的，根据设计的井筒轴线分为二维定向井和三维定向井。
由于油气资源短缺以及当前油气生产中遇到的问题，为定向井轨迹设计提供了广阔的发展前景和空间。
定向井轨迹的设计方法和实际钻井偏移测量理论将是研究的重要趋势。
现在，进入计算机快速发展时期，将现有和更成熟的工程模型计算机化，以提高现场施工人员的工作效率；另一方面，准确及时地将现场数据输入计算机，为未来的数据统计和科研分析提供第一手现场真实数据。
因此，利用定向井轨迹设计的软件实现和强大的计算机编程功能，实现了定向井轨迹优化设计软件的研究。
通过不断的实验和改进，设计的轨迹不仅满足了施工现场条件的限制，而且是满足各种设计条件的理想轨迹。
1.定向井轨迹概念井眼轨迹可分为两类：设计轨迹和实际钻井轨迹。
其中，设计轨迹可分为钻孔前设计的轨迹和钻孔过程中钻孔时修改或调整的轨迹。
设计轨迹通常由一些分段的特殊曲线组成，具有很强的规律性。
设计轨迹和实际钻井轨迹都是连续光滑的空间曲线，只有一条线，在三维空间中随机变化，没有任何规则可循。
为了表达这样的曲线，可以使用图形来显示井轨迹的形状，或者使用几何参数来描述井轨迹的形式。
这两种方法相互补充，并且通常以一种既考虑到图形方法的视觉和直观特性，又考虑到精确和灵活的分析参数的优势的方式应用。
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第二章定向井的设计2.1 定向井设计的准备2.1.1 定向井基本技术术语钻井工程师首先必须熟练定向井中的一些术语。
(1) 造斜点，Kick-Off Point 或 K.Ｏ.P，即井眼开始从垂直井段倾斜的起点。
(2) 井斜角，Inclination或INC，即井眼某一点的轴线的切线与铅直线之间的夹角。
(3) 方位角是表示井眼偏斜的方向，它是指井眼轴线在水平面的投影的方向与正北方向之间的夹角。
(4) 井斜变化率，指单位长度（100英尺或30米）内井斜角的变化值，而单位长度内方位角变化值则称为方位变化率。
(5) 垂深(True Vertical Depth)，TVD，深度零点到测点水平面的距离。
(6) 闭合距和闭合方位，闭合距指水平面上测点到井口的距离；闭合方位即在水平投影图上，测点与井口联线与正北方向的夹角(7) Lead Angle，导角或方位提前角，预计造斜时的方向线与靶点方向线(目标方向)的夹角。
2.1.2 作业者应提供的设计资料(1) 井名、数量、地区；(2) 井的垂深；(3) 水平位移与方位；(4) 靶区描述与限制；(5) 井眼尺寸与套管程序；(6) 泥浆程序；(7) 邻井位置及可能的测斜数据；(8) 邻井的钻井资料；(9) 钻井承包商的名称及钻机号；(10) 钻杆描述(11) 钻铤及加重钻杆的资料；(12) 泵型号、马力、缸套尺寸、冲程及额定泵压等；(13) 工具运输和人员计划；(14) 能提供的通讯；(15) 承包商及作业者代表的名字与电话；(16) 钻井工具的最小井径；(17) 定向钻井人员的食宿；(18) 狗腿严重度限制；(19) 轨迹测量方式；(20) 任何其他有关情况。
2.1.3 服务公司应提供的设计资料(1) 一份(或几份)定向井设计图；(2) 服务公司计划提供的工具及设备清单；(3) 非磁钻铤的要求；(4) 磁偏角；(5) 推荐的测量方式；(6) 总体定向钻井方案；(7) 责任定向井工程师的名字、地址及电话；(8) 准备使用的测量计算方法；(9) 人员、设备的运输计划。
2.1.4 井眼尺寸(1) 目前的常规定向工具能满足6”～17-1/2”井眼的定向钻井；(2) 大尺寸井眼比较容易控制井眼轨迹，而小井眼则相对较难，因为小井眼需使用更小、更柔的钻铤、钻杆；(3) 小尺寸井眼中，地层因素对轨迹的影响较大。
2.1.5 套管程序(1) 定向井中使用的套管有13-3/8”、10-3/4”、9-5/8”、7-5/8”、7”，甚至更小的套管；(2) 如果井眼轨迹很光滑，没有很大的狗腿，那么即使在大井斜井段，也能顺利进行下套管作业；(3) 井眼倾斜井段，应在套管上加扶正器以支撑套管，避免在下套管过程中，发生压差粘卡；(4) 在大井斜井段，可使用较厚的套管以避免磨损；(5) 大多数定向井可采用直井中的套管程序；(6) 对于深井或大斜度井，应该考虑在钻杆上加橡胶保护箍以避免损坏套管或钻杆。
2.1.6 泥浆程序(1) 定向钻井泥浆程序十分重要，合理的泥浆应有足够的携砂能力和润滑性，以减少卡钻的机会；(2) 泥浆性能控制对减少定向井钻柱拉伸与扭矩也很重要；(3) 泥浆中应加润滑剂，泥浆比重与粘度必须随时控制；(4) 如果以泥浆作为钻井液，那么在正常压力井段，应使用高般土，低规固相含量的泥浆，这样将有利于清洁井眼；(5) 水泥基浆中加6～8%的柴油，将保证良好的润滑性能以减少钻具磨阻和压差卡钻；然而在水域钻井，一定要避免污染水域；(6) 如果有异常高压井段,要求泥浆比重达到12.oppg或更高，那么应考虑在钻开该高压地层前，下一层保护套管，以封固所有正常压力井段；(7) 能用清水钻直井的地区,同样也用清水钻定向井。
2.1.7 造斜点选择(1) 造斜点通常是越浅越好；(2) 一般来说浅层造斜比深层造斜容易一些，因为深层地层往往胶结良好；(3) 造斜点至少应在前一层套管鞋以下50米，以避免损坏套管鞋；(4) 尽量在大段砂层中造斜，因为砂层的井径稳定，而页岩段较易受到冲蚀；(5) 对一口定向井来说，初始造斜的井斜、方位非常重要；(6) 造斜后的井斜角大小也要考虑，通常井斜在25°以上井眼方位较稳定，而井斜较小时(5°～20°)，井斜、方位都比较难控制。
2.1.8 靶的形状与尺寸(1) 定向井设计的第一步就是确定靶区；(2) 靶区开头与尺寸通常由地质构造、产层位置决定，并考虑油区油井分布情况；(3) 然而，靶区应经过广泛讨论后再确定，以避免靶区定得太小，不现实，从而导致作业费用大大增加。
2.1.9 平台最佳位置选择(1) 选择最优井位，利用地层的自然漂移趋势,是非常必要的；(2) 地层走势对井斜有很大的影响；(3) 通过软、硬交错的地层，通常钻头倾向于垂直地层层面钻进；(4) 如果层状地层倾角大于45°，通常钻头倾向于平行地层层面钻进；(5) 同样，地层走势对方位漂移有影响。
如果预计钻进方向同于地层上倾方向，方位将按钻头自然漂移趋势漂移，而井斜将增加很快；(6) 如果预计钻进方向在地层上倾方向的左边，钻头将向右漂移；如果预计钻进方向在地层上倾方向的右边，钻头将向左漂移；(7) 因此在地面条件允许的情况下，应尽量利用地层走势，最大限层地减少井眼的漂移。
2.1.10 造斜率选择(1) 大多数定向井造斜率为2°～3°/30m；如果需要在浅层造斜段获得较大位移，造斜率可提高到3.5～5°/30m；(2) 造斜时，井斜应稳步增加，直到最大井斜。
2.1.11 最大井斜角(1) 常规定向井,一般最大井斜在20°～60°之间；(2) 如果井斜大小(低于20°)，则井眼的井斜、方位都较难控制；(3) 井斜大于60°将使钻具摩阻大大增加，并且难于进行用常规测井工具的测井。
渤海定向井1993年所钻SZ36-1-B10井，最大井斜65°，测井时工具所通过井段的最大井斜为62°，而在65°井段，反复通井，测井仪器均不能通过。
2.1.12 降斜率(1) 对于“S”型井眼，通常降斜段降斜率选择1°～2°/30m；(2) 如果降斜后仍然要钻较长的井段，必须采用较小的降斜率，平缓降斜，以避免键槽卡钻。
2.1.13 导角(方位提前角)(1) 导角就是指实际造斜时的方位与设计方位的差值。
(2) 通常对于转盘钻进时，钻头有右漂趋势，但有些定向井方位左漂。
(3) 为利用这一自然漂移趋势，通常是造斜时的方位在设计方位的左边，即比设计方位小某一角度，即导角。
(4) Southern Louisiana Offshore 定向井作业中，最大导角达15°～30°并且定向控制很成功。
2.1.14 狗腿严重度(1) 狗腿严重度是描述井眼轨迹全角变化的尺度。
通常以每30米井段的全角变化表示。
(2) 通常狗腿较大的井段应反复划眼，以减小严重程度和形成键槽的可能，同时也能减小钻柱旋转时挠曲，避免损坏钻具。
(3) 狗腿严重度计算公式：a: Cos Dog-Leg=﹝Cos(Inc1)×Cos(Inc2)+Sin(Inc1)×Sin(Inc2)×Cos(Direction Change)﹞b: Dog Leg=Cos-12.1.15 允许的方位偏移与极限(1) 定向钻进时，初始造斜方向或在设计方位的左边或右边，(即选定导角)，然后通过自然漂移钻达靶区，井眼轨迹是一条空间曲线。
(2) 但是对导角也有一个限制，在井眼密集的井网中，要求定向井轨迹保持在以设计井眼轴线为中心的圆柱内，以避免与邻井相碰。
(3) 同样，由于油藏特性和地质地层条件，也对导角的大小有一定的限制。
2.1.16 邻井和钻柱的磁场对测量仪器的影响(1) 用过的钻柱通常已被磁化，因此测量时需用非磁钻铤。
(2) 同时，邻井的套管产生的磁场对测量有影响，因此也要加以考虑。
2.2 定向井轨迹设计与计算2.2.1 定向井剖面类型选择在进行定向设计的时候,首先应根据井身剖面设计的原则确定一种井身剖面。
井身的剖面类型很多。
选择合适的井身剖面不是一位容易的事。
它必须考虑到地质条件、套管程序、目的层的位置以及钻井技术水平等因素。
根据目前国内外的资料和经验，最常用的井身剖面有三种。
如图2-1 所示：类形1，如图2-1A所示，这种剖面造斜深度较低，通常在表层套管内即达到所需的井斜角，以后一直稳斜钻至目的层位。
该剖面最常用于不下中间套管和单一油层的中深井，也可用于要求水平位移很大，井深较深的井。
类型2，如图2-1B所示，这种剖面造斜井深较浅。
造斜完后，下表层套管然后稳斜钻进。
在达到预定的水平位移后降斜钻进，直到井眼垂直，然后下中间套管。
最后使井眼垂直进入油层。
该剖面适用于地层情况复杂需要下中间套管，而且油层较多的井。
采用这种剖面，井距易于保持均匀。
在斜井段处于较软的上部地层便于造斜。
类型3，如图2-1C所示。
这种剖面具有大段的垂直井段，与其它类型的剖面相比井斜角可能大一些，且位移小一些。
由于造斜点较深，地层胶结较好，因此造斜费时较长，且造斜段没有用套管封固。
图2-1A 图2-1B 图2-1C上述几种剖面类型，并不是一成不变的。
在生产实践中，常常根据实际情况灵活应用，设计出许多剖面。
例如悬链线，二次抛物线等井身剖面，选用这类井身剖面，钻具摩阻小。
2.2.2 井身剖面的设计方法(1) 定向井井身剖面的设计方法有三种：作图法、查图法、解析法。
由于计算机技术的迅速普及且精度高，因此解析法成为最广泛使用的一种方法。
(2) 解析法的计算方法2.2.1中所述的第二类型井身剖面，即五段制剖面“直-增-稳-降-稳”，可以作为所有常规井剖面的代表，故下面以这种剖面为例说明其设计计算方法。
例1：已知条件：全井总垂井H，靶点垂深Ht，设计方位Ф0，进入油层角度α”，试设计该定向井。
设计步骤：①初步确定井身剖面类型采用五段制，即“直-增-稳-降-稳”。
图2-1为剖面示意图图2-2：剖面示意图②选定造斜点，即确定垂直井段Hv③选定增斜率和降斜率增斜率Δα1，降斜率Δα2，则增斜、降斜井段的曲率半径分别为：1 1R1=----------- R1=-----------Δα1 Δα2④计算最大井斜角αmax通过几何关系，求得方程得：αmax-1（HO-（HO2+AO2-2RO*AO）1/2）/(2RO-AO)式中:HO=Ht-Hv+R2*sinα*AO=At+R1-R2*cosα*RO=R1+R2井身剖面的计算，按照曲率半径法原理通过计算机实现。
2.2.3 实际井眼轴线的计算方法(1) 井眼轨迹的测量方法分类，共分为三类七种方法：第一类：直线法，包括正切法和平均角法。