定向井的设计

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