定向井常规控制理论
定向井轨迹控制办法
定向井轨迹控制实施办法一、定向井技术规程1．定向井施工钻机，应按如下公式选择钻机类型，钻机原有能力=井深（斜深）×（1+井斜角/100），以确保安全运行。
2．定向井施工前，必须作出详细的剖面设计，定向段造斜率按3.6°/30米，复合钻近增斜段按4°/100米，最大井斜与原设计最大井斜相符。
7．井斜超过40度，或位移超过500米的井段，钻具在井下静止时间不得超过2分钟。
8．井下钻具的摩阻，应控制在钻机允许范围之内，对大斜度、大位移井特须注意观测，必要时采取各种措施降低摩阻，如加减阻剂等。
9．当定向井位于井位密集的油区或在井的设计方向有一至数口已钻井时，为避免新老井眼相碰，必须参考老井有关资料，作出合理的井深设计；施工中运用防碰技术，严密监视及控制井眼发展趋势，两井轨迹的最小距离不得小于5米。
10．要求定向井各项技术资料及施工记录齐全、准确、及时、并充分利用已有资料进行分析，以提高定向中靶率和降低综合成本。
二、定向井安全施工规定（一）井身轨迹控制1．严格按设计施工。
井身轨迹尽可能接近设计的井身轴线，保持井身轨迹圆滑。
造斜点、最大井斜角均不得随意更改。
定向前直井段之井斜角控制在1°/1000米以内。
2．严格控制全角变化率12°～13°/100米。
一般情况下使用1°单弯螺杆定向。
（二）泥浆1．固控设备必须全功能运转，使用率不低于95%。
泥浆密度1.20以下固含10%，1.60固含25%，含砂量小于0.3%。
2．泥浆要有良好的润滑性，对其润滑性要定深化验。
定向前化验一次，定向后200米或每天化验一次。
泥浆摩阻系数符合设计要求。
3．为了保持良好的润滑性，泥浆中必须加入足量的润滑剂或混入原油。
加润滑剂和混原油可交替使用。
（三、）钻具管理1．入井钻具应有记录，并打钢印号、丈量内外径及长度，计算准确，确保井深无误，为施工提供数据。
2．为保证井下安全，钻具结构要简化。
第三节--定向井轨迹控制技术
第三节--定向井轨迹控制技术井眼轨迹控制的内容包括：优化钻具组合、优选钻井参数、采用先进的井下工具和仪器、利用计算机进行井眼轨迹的检测预测、利用地层的方位漂移规律、避免井下复杂情况等等。
轨迹控制贯穿钻井作业的全过程，它是使实钻井眼沿着设计轨道钻达靶区的综合性技术，也是定向井施工中的关键技术之一。
井眼轨迹控制技术按照定向井的工艺过程，可分为直井段、造斜段、增斜段、稳斜段、降斜段和扭方位井段等控制技术，其中直井段的控制技术见第七章第四节。
一．定向选斜井段初始造斜方法有五类，即井下马达和弯接头定向、喷射法、造斜器法、弯曲导管定向、倾斜钻机定向。
目前，我国海洋定向井一般采用第一种方式，常用造斜钻具组合为：钻头十井下马达十弯接头十非磁钻铤十普通钻铤（0～30米）十挠性接头十震击器十加重钻杆。
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主要与弯接头的弯角和动力钻具的长度有关。
弯接头的弯角越大，动力钻具长度越短，造斜率也越高。
弯接头的弯角应根据井眼大小、井下动力钻具的规格和要求造斜率的大小选择。
现场常用弯接头的弯角为1.5～2.25度，一般不大于2.5度。
弯接头在不同条件下的造斜率见第四节。
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2000米以内，一般采用涡轮钻具或普通螺杆钻具，深层走向造斜或扭方位应使用耐高温的多头螺杆钻具。
造斜钻具组合、钻井参数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［一般为29.4～78.4千牛（3～8吨）］，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PDC钻头。
根据测斜仪器的种类不同，分为四种定向方式：1．单点定向此方法只适用造斜点较浅的情况，通常井深小于1000米。
定向井钻井轨迹控制PPT课件
水平面 值上等于井斜方位角加装
置角。 •3
关于轨迹控制的几个重要概念
ω=0 °
ω=90 °
ω=180 °
ω=270 °
•4
关于轨迹控制的几个重要概念
4、反扭矩：在用井底动力钻具钻进时，都存在 一个与钻头转动方向相反的扭矩，该扭矩被称 为反扭矩。
5、反扭角：使用井底动力钻具钻进时，因动力 钻具反扭矩的作用，使得井底钻具外壳向逆时 针方向转动一个角度，该角度被称为反扭角。
0.75°单扶单弯螺杆钻具＋PDC钻头，在濮7-147井等6口井试 验中，定向造斜率适中，一般为12-14°/100m。双驱复合钻进时增 斜率2-8°/100m。因此，0.75°单弯单扶螺杆比较适合中原油田钻 井的需要。
•16
1、结构弯角对造斜能力的影晌
0.75°单扶单弯螺杆钻具复合钻进试验情况
井号
1°单弯单扶螺杆双驱试验统计表
井号 文279
定向井段 m
2080-2900
最大井斜 °
53
造斜率 °/100
3-7
使用目的 自然造斜
文23-21 2440-2960
51
5-8
自然造斜
文88-23 2910-3555
48
8
自然造斜
5
•19
1、结构弯角对造斜能力的影晌
⑷ 1.25°或1.5°单弯螺杆钻具组合
0.5°双扶和0.5°单扶单弯螺杆钻具组合在文33-152井、新卫 222井使用，钻进50-80m没有增斜效果。
⑵ 0.75°单弯螺杆钻具组合
0.75°双扶单弯螺杆钻具在胡5-200、卫360、胡7-282、文33-
152、胡5-197等井使用，其增、降斜率0.75°±/根。增斜率与设计
定向井理论与技术(完整版讲义)
6
（1）井深（L） 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，MD)。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。 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。
率也有人称作“狗腿严重度”，“全角变化率”。 对一个测段(或井段)来说，上、下二测点处的井眼方向线是不同的，两条方向线之间的夹角(注意
8
是在空间的夹角)称为“狗腿角”，也有人称为“全角变化”。 3、井眼轨迹的图示法
一种是垂直投影图与水平投影图相配合，如图 1-2-3(a)所示； 一种是垂直剖面图与水平投影图相配合，如图 1-2-3(b)所示。
4
5
随着定向井钻井技术的发展，定向井建井周期和总成本已接近钻直径的水平，定向钻井已成为油 田勘探开发的极为重要的手段。
§1-2 井眼轨迹的基本概念
1、井眼轨迹的基本参数 井眼轨迹为空间曲线。为了进行井眼轨迹控制，就要了解这条空间曲线的形状，就要进行轨迹测
量，也即“测斜”。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”。
H H
图 1-2-3（a） 垂直投影图与水平投影图 图 1-2-3（b） 垂直剖面图与水平投影图 （1）水平投影图 水平投影图相当于机械制图中的俯视图，就是将井眼轨迹这条空间曲线投影到井口所在的水平面 上。图中的坐标为 N 坐标和 E 坐标，以井口为坐标原点。 在水平投影图上，方位角是真实的。 （2）垂直投影图 垂直投影图相当于机械制图中的侧视图，即将井眼轨迹这条空间曲线投影到设计方位线所在的那 个铅垂平面上。图中的坐标为垂深 D 和视平移 V，也是以井口为坐标原点。 优点：垂直投影图与设计的垂直投影图进行比较，可以看出实钻井眼轨迹与设计井眼轨迹的差别， 便于指导施工中轨迹控制。 （3）垂直剖面图 垂直剖面图可以这样来理解：设想经过井眼轨迹上每一个点作一条铅垂线，所有这些铅垂线就构 成了一个曲面。这种曲面在数学上称作柱面。当此柱面展平时就形成了垂直剖面图。垂直剖面图的两 个坐标是垂深 D 和水平长度 Lp。
定向钻井理论基础知识(精华)
–井眼曲率计算方法:有公式计算法、查图法、图解法、查表法和尺算法等五种。后四种皆来源于公式计算法。公式计算法又可分为三套。
•第一套计算公式：
•根据空间微分几何原理推导，可得：
•对于一个测段来说，以和
2.测段编号：自上而下编号，第i-1个测点与第i个测点之间所夹的测段为第i个测段
3.第1测段,应该是第0测点和第1测点之间的测段．
4.第０测点：没有连接点时，要规定第０测点:α0=0 ; L0=L1-25m;φ0=φ1;
–5.用于计算全井轨迹的计算数据必须是多点测斜仪测得的数据．
–6.磁性测斜仪测得的方位角数据，须根据当地当年的磁偏角，进行校正．
测斜计算方法—正切法
正切法又称下切点法，下点切线法。
假设：测段为一直线，方向与下测点井眼方向一致。
所有方法中最简单的，计算误差最大的。
测斜计算方法—平均角法
平均角法又称角平均法。
假设：测段为一直线，其方向为上下两侧点处井眼方向的“和方向”，即方向的矢量和。
式中:
测斜计算方法—平衡正切法
假设：一个测段分为两段，各等于测段长度一半的线构成的折线。
• 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：
• 井斜方位变化率：是指井斜方位角随井深变化的程度，以Ｋφ表示。严格地讲，井斜方位变化率是井斜方位角φ对井深Ｌ的一阶导数，可写为：
定向井理论与技术
一、定向井基本概念
视位移=投影位移
一、定向井基本概念
（井斜示意图）
一、定向井基本概念
南北（NS）、东西(EW)坐标：指测点 在以井口为原点的水平面坐标系里的坐 标值。 这个水平坐标系的两个坐标轴，一个是 正北方向，一个是正东方向。 投影位移（视位移）：水平位移在设计 方位线的投影。
一、定向井基本概念
5 、国外有文献认为是为了钻达到一个预定的地下目标，使井眼在 特定方向偏斜的工艺和科学。 6 、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 与井垂线偏一定距离的井，称为定向井。
一、定向井基本概念
定义的内涵 定向钻进是有预定目标的，根据设计要求，该目标可以是地 下某一点，也可以井眼轴线或特定方向和角度；采用一些科学 的人为可以控制的技术方法与机具有目的地将井孔轴线由弯变 直或由直变弯，使之钻达到目标要求。 定义的含义 定向钻井是指用定向钻进方法控制井眼轨迹钻到预定目标的 钻井。 它与常规钻井的区别：定向钻井设计有特殊的轨迹，钻进中 必须研究和利用地层自然弯曲规律、井眼控制理论或人工造斜 工具控制井眼轨迹，最终钻达预定目标要求。
一、定向井基本概念
井斜方位角校正
有二种情况
真方位角=磁力方位角 +东磁偏角 或 真方位角=磁力方位角 -西磁偏角
一、定向井基本概念
一、定向井基本概念
一、定向井基本概念
一、定向井基本概念
一、定向井基本概念
一、定向井基本概念
Ë ® ½ Æ ¾ ® Ä µ ° Ð £ º
¹ ´ î É
² Ô Ö ù Ð Í
最简单的概括：指那里，打那里！
一、定向井基本概念
垂深：指井身上任一点至井口所在水平面的距离。 水平长度：既测点井深的水平投影长度，以S表示，是指自井口至测点的井眼长 度在水平面上的投影长度。
定向井理论知识
定向井世界上第一口定向井是采用槽式斜向器定向造斜，于1932年在美国钻成的。
半个多世纪以来，定向钻井技术水平有了很大提高。
进入80年代，大位移、大斜度井、水平井和丛式井的钻井工艺技术有了飞速发展。
为石油勘探和发展带来了巨大的经济效益。
我国定向钻井是新中国成立后才发展起来的。
1955年在玉门油田钻成的C2—15井，是我国第一口定向井。
之后，我国又钻成了数对双筒井，以及多底井，斜直井等。
特别是1965年，钻成了我国第一口水平井——磨三井，水平位移延伸160m ，达到了当时60年代水平井的世界先进水平。
70年代以后，我国的定向井、丛式井钻井技术得到了进一步的发展。
进入80年代以来，在改革开放的形势下，随着先进的工具，仪器的应用和发展，定向井、丛式井钻井工艺技术水平达到了一个新的高度。
钻成了一批大斜度井，大水平位移定向井。
多数油田已掌握常规定向井、丛式井的钻井技术。
高难度定向井、丛式井及救援井技术从总体上说已达到世界先进水平。
目前，世界上定向井最大水平位移已达4597m 。
水平井的水平延伸长度超过1000m 。
定向井技术正向着大水平位移井、水平井方向发展。
第一节 定向井、丛式井的设计一、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 ”。
定向井知识及防碰要求
反扭角和钻具增斜能力后,连续定向到初始井 斜,再放开复合。
高效率的轨迹控制的要点
复合钻进段严格监控轨迹变化,避免贻 误调整时机导致出洛河时井斜方位偏差 很大,给后期施工造成困难,
下部井段根据剩余位移合理调整井斜, 严防出现位移打超,轨迹失控的被动局 面。
定= φ预－φ工＋ φ反扭
=L60－R50＋35= － 75°
扭方位施工举例
某井井深1200米,井斜为18度,方位为120度,工 具面左偏60° 300° 。
需要稳斜、全力增方位。预算需要施工后井 斜18～20°,方位135°。
假定反扭角为６０度 则定= 目标 – 工具面+反扭
=80- -60 ＋60=200° 丈量Ø方为-50° 转= 定+ 方=200+ -50 =１5０度
面的变化趋势判断井底的实时工具面以调整扶 钻速度,调整速度时必须微变、渐变,不可过于 急躁,造成工具面大起大落。b.反扭角选择要视 井筒情况而定,井筒状况良好、滑动顺畅时,应
选择较大反扭角以提高滑动的钻速；滑动有少 许粘阻时,钻压稍大就会引起工具面的反复,影 响施工效率,建议选用较小反扭。
使用单点测斜仪进行深井调整的方法
2、方位角 ° ：在以井眼轴线上任一点为原点,从正北方向线顺 时针旋转至该点处井眼方向线在水平面上的投影线所转过的角度。
3、工具面：造斜钻具弯曲工具的两个轴线所形成的平面。
4、工具面角： 磁工具面角 为以正北方向线为始边,顺时针转到工具面与井底圆平面的交线在 水平面上的投影线所转过的角度 高边工具面 是以高边方向线为始边,顺时针转到工具面与井底圆平面的交线所 转过的角度。
3.定向井轨迹控制技术
定向井轨迹控制技术钻井四公司一、直井段防斜打直定向井直井段控制原则是防斜打直。
直井段不直，不仅影响定向造斜的顺利完成，还会因上部井段造成的位移影响下步轨迹控制。
负位移会造成实际施工中比设计更大的造斜率和更大的最大井斜，正位移情况相反。
位移向设计方向两侧偏离，就将两维定向井变成三维定向井，造成下步轨迹控制困难。
如果丛式井直井段发生井斜，还会造成两口定向井直井段井眼相碰的施工事故。
1、防斜原理造成井斜的原因为地质因素和钻具弯曲。
控制井斜实质就是控制钻头造斜力，地层造斜力是不可改变的，唯一可控制的是下部钻柱组合和钻井参数，通过改变下部组合和调节钻井参数可抵抗地层造斜力，使井斜控制在一定范围内。
常用组合：钟摆组合、刚性满眼组合、塔式组合、柔性钟摆组合、偏轴接头、双驱复合钻、垂直导向工具（power-V等）2、不同井眼钻具组合及钻进参数选择普通定向井直井段施工中，应采用本地区最不易斜的钻具组合。
A：常规组合12-l／4″井眼一般采用塔式钻具组合：12-1／4″钻头＋9″钻铤＊3根＋8″钻铤＊6根＋6-1／4″钻铤＊9根＋5″钻杆。
8-1／2″井眼通常采用钟摆钻具组合：8-l／2″钻头＋7″钻铤＊2根＋214mm稳定器＋6-l／4″钻铤＊6根＋5″加重钻杆15根+5″钻杆。
钻进参数：钻水泥塞采用轻压吊打方式，12-1／4″井眼，正常钻进钻压常采用180－200KN，吊打时常采用50－80KN；8-1／2″井眼正常钻进钻压常采用120－140KN，吊打时常采用30－50KN。
B：双驱组合12-1/4″井眼φ311.1mmPDC钻头+φ244.5mm直螺杆+φ228.6mm钻铤*2根+φ203.2mm无磁钻铤*1根+φ203.2mm钻铤*6根+φ177.8mm钻铤*9根+φ127 mm钻杆注:如果使用钻具扶正器,应接在φ228.6mm和φ203.2mm钻铤之间8-1/2″井眼φ215.9mmPDC钻头+φ172mm直螺杆+φ158.8mm钻铤*1根+φ214mm扶正器+φ158.8mm钻铤*6根+φ127mm加重钻杆*15根+φ127mm 钻杆钻压：20-80KN 转盘转速：45-60rpm 排量：40-45l/s 泵压：15-18MPaC：直井段长度影响1）造斜点深度小于500米，采用塔式或钟摆钻具，严格控制钻压、保证井斜角不大于lº。
关于定向井钻井轨迹控制技术的探讨
造斜段完成后，需要进行稳斜段的钻井施工，在稳斜段的钻进中，要选用无线随钻测井仪器对钻头的工作进程进行动态跟踪，实时监测钻头的实际井斜角、方位角偏离情况并与设计值进行对比，确保钻头中靶。在没有无线随钻测井仪器的情况下，需要通过稳斜钻具组合进行钻井，并应用单、多点测斜仪进行定点测斜，从而保证井眼中靶，提高钻井质量。
二、三段制定向井轨迹剖面钻井控制技术
基于三种不同类型轨迹剖面的优缺点，在现实中多应用三段制和五段制井眼轨迹剖面进行定向井钻井设计，而三段制井眼轨迹剖面最为常用，下面就对三段制定向井井眼轨迹钻井控制技术进行研究。
1、直井段的井眼轨迹控制技术
直井段的井眼轨迹控制技术主要是防斜打直，这是定向井轨迹控制的基础，因为地质、工程因素和井眼扩大等原因，直井段钻井中会发生井斜，地质因素无法控制，可通过在施工和井眼扩大两方面采取技术措施进行直井段钻井的轨迹控制，关键要选择满眼钻具和钟摆钻具组合进行直井段钻井，前者可以在钻井中防止倾斜，将扶正器与井壁尽量靠近，就可以有效防止井斜问题出现；钟摆钻具的工作原理是超过一定角度后会产生回复力，具有纠正井斜问题的作用，但要保证钻压适量，因为钻压过大会使钟摆力减小而增斜力增大，妨碍纠斜效果。
2、造斜段的井眼轨迹控制技术
在定向井钻井中，造斜段钻井是关键部位，造斜就是从设计好的造斜点开始，使钻头偏离井口铅垂线而进行倾斜钻进的过程，关键是要让钻头偏离铅垂线开始造斜钻进。要根据设计好的井眼轨迹，综合井斜角、方位偏差来计算造斜率，以此指导造斜钻井施工，通过增加钻铤等措施，调整滑动钻进和复合钻进的比例，从而使钻头按照设计的井眼轨迹进行钻进，指导造斜段完成。
2、定向井钻井的轨道设计
根据定钻井的目的和用途不同，可以将定向井分为常规定向井、丛式井、大位移井等几种类型进行设计，常规定向井一般水平位移不超过1km、垂直深度不超过3km，丛式井可减小井场面积，大位移定向井的轨道一般采用悬链曲线轨道，在井眼轨迹上采用高稳斜角和低造斜率。我国定向井井眼剖面轨迹主要有“直―增―稳”三段制剖面、“直―增―稳―降”四段制剖面和“直―增―稳―降―直”五段制剖面三种类型，在具体设计时根据所在地层地质特征不同进行优化设计。三种井眼轨迹各有优缺点：三段制井眼轨迹造斜段短，设计和施工操作比较方便，在没有其他特殊要求时可以采用三段制轨迹剖面；四段制井眼轨迹剖面起钻操作时容易捋出键槽加大下钻的摩擦力，容易造成卡钻事故，且容易形成岩屑床，一般不会采用，只在特殊情况下使用；五段制井眼轨迹剖面在目的油气储层中处于垂直状态，有利于采油泵安全下摘要：对于石油天然气的开采来说，钻井是其开采的重要手段。然而在庞大的钻井技术体系中，定向钻井技术在钻井技术体系中占有十分重要的地位。由于定向钻井技术可以在复杂的地形的环境条件下进行，因而这一特性决定了定向钻井技术在实际的操作中在保持井眼的稳定，井眼的轨迹控制等方面要做到十分的精确。可以说定向钻井技术的成败在于如何在施工中井眼轨道的设计以及井眼轨迹的控制。本文就定向井钻井轨迹控制技术进行论述。
常规定向井的轨迹控制研究
定向井轨迹控制摘要: 定向井是目前所钻采油井的主要井型之一。
井眼轨迹的各项技术指标是影响后续测井、试油、修井、采油等作业的重要技术指标。
井眼轨迹控制技术是定向井全井施工中的技术关键。
它是一项使实钻井眼沿着预先设计的轴线钻达目标靶区的综合性技术。
井眼轨迹控制技术的主要内容包括:优化钻具结构;优选钻井参数;井眼轨迹的检测及预测;利用地层对井眼轨迹的影响规律等。
定向井井眼轨迹一般设计为“直—增—稳”三段制剖面。
井眼轨迹控制技术就是指直井段防斜打直、造斜段定向、斜井段井眼轨迹控制、井眼轨迹的及时调整等技术。
防斜造斜稳斜一、直井段防斜打直根据直井段长度和井眼尺寸合理选择钻具结构及钻井参数,严格控制井斜,是直井段钻井的重中之重。
控制直井段井斜主要是1)防止两井相碰;2)便于定向造斜施工;3)便于斜井段井眼轨迹控制。
目前直井段防斜效果好的钻具结构主要有满眼钻具(加2~3个扶正器);塔式钻具(加1柱7″钻铤);钟摆钻具(加单扶正器)。
通过大量的钻井实践证明,满眼钻具、钟摆钻具和塔式钻具是直井段防斜打直的三种较为合理的钻具结构。
钟摆钻具的特点是结构简单,但只有纠斜力,没有防斜力。
因此,钟摆钻具在直井段防斜钻井要保证足够的钻铤长度,根据地层特性,优选钻井参数。
塔式钻具是较为理想的一种防斜钻具,其随大尺寸钻铤长度的增加,防斜效果越好,并可适当加大钻压快速钻井,提高钻井速度。
由于现场多为Ф165mm 无磁钻铤,无磁钻铤与钻头距离相对较远,不能适时检测,当测点井斜接近3°时,井底井斜可能大于3°,必须引起重视,可通过改变钻井参数轻压吊打严格控制井斜,使直井段井斜不超过规定标准。
使用塔式钻具结构的目的是以控制井斜为主,通过测斜而获取井眼轨迹参数,计算实际井眼剖面。
满眼钻具是最好的防斜钻具,可加大钻压快速钻进,提高钻进速度。
环河、华池组不易产生井斜,钻井参数可适当放宽,采用全压、高转速钻进;洛河、宜君组地层较厚,容易产生井斜,是全井防斜、防碰的重点层段,特别是华池与洛河、洛河与安定组的两交界面最易产生大井斜的井段,要把钻压控制在100~120千牛,转速在90转/分为宜。
定向钻井理论与技术
2、常用钻具组合： 常用钻具组合： （1）直井段 （a）满眼钻具
钻头+1号钻头稳定器（1-3个）+短钻铤+2号稳定器（挡板）+无磁 钻铤1-2根+3号稳定器+大钻铤1根+4号稳定器+钻铤+加重钻杆+钻杆
（b）塔式钻具
钻头+大尺寸钻铤1柱+中尺寸钻铤2柱+小尺寸钻铤3柱+钻杆
（c）钟摆钻具
钻头+钻铤1-3根+稳定器+钻铤+钻杆
内下入仪器测量工具面在井下的实际方位；如果实际方位与一定方 位不符，亦可在地面上通过转盘将工具面扭到预定的定向方位上。
井下定向法井下定向法-是用正常下钻法将造斜钻具下到井底，然后从钻柱 3、定向方法：定向齿刀法、定向磁铁法、定向键法。
七、轨迹的测量—测斜 轨迹的测量— 1、MWD基本操作理论 MWD基本操作理论
定向钻井
定向钻井理论与技术 一、基本概念
1、定向钻井： 定向钻井：
使井身沿着预先设计的 方向和轨迹钻达目的层 的钻井工艺方法。
2、应用领域： 应用领域：
（1）地面环境条件限制 （2）地下地质条件要求 （3）处理井下事故的手段 （4）提高原油采收率的手段
定向钻井理论与技术
3、几种特殊的定向井
水平井：井眼轨迹达到水平（井斜角90º左右）以后，井
（二）转盘钻造斜 1、常用工具： 常用工具：
变向器 射流钻头 扶正器组合
变向器
射流钻头
四、轨迹控制
1、技术要求： 技术要求：
（1）打好垂直井段 （2）把好定向造斜关 （3）跟踪控制到靶点
通常用来纠正井眼方位的方法是： 通常用来纠正井眼方位的方法是：调整造斜工 具在井底的作用方位。 具在井底的作用方位。
定向井、水平井井身轨迹控制
第三章定向井、水平井井身轨迹控制技术第一节定向井、水平井井眼轨迹控制理论无论是定向井，还是水平井，控制井眼轨迹的最终目的都是要按设计要求中靶。
但因水平井的井身剖面特点、目的层靶区的要求等与普通定向井和多目标井不同，在井眼轨迹控制方面具有许多与定向井、多目标井不同的新概念，需要建立一套新的概念和理论体系来作为水平井井眼轨迹控制的理论依据和指导思想。
我们在长、中半径水平井的井眼轨迹控制模式的形成和验证过程中，针对不断出现的轨迹控制问题，建立了适应于水平井轨迹控制特点的几个新概念。
一、水平井的中靶概念地质给出的水平井靶区通常是一个在目的层内以设计的水平井眼轨道为轴线的柱状靶，其横截面多为矩形或圆。
我们可以把这个柱状靶看成是由无数个相互平行的法面平面组成，因此，控制水平井井眼轨迹中靶，与普通定向井、多目标井是个截然不同的新概念，主要体现是:井眼轨迹中靶时进入的平面是一个法平面（也称目标窗口），但中靶的靶区不是一个平面，而是一个柱状体，因此，不仅要求实钻轨迹点在窗口平面的设计范围内，而且要求点的矢量方向符合设计，使实钻轨迹点在进入目标窗口平面后的每一个点都处于靶柱所限制的范围内。
也就是说，控制水平井井眼轨迹中靶的要素是实钻轨迹在靶柱内的每一点的位置要到位（即入靶点的井斜角、方位角、垂深和位移在设计要求的范围内），也就是我们所讲的矢量中靶。
二、水平井增斜井段井眼轨迹控制的特点及影响因素对一口实钻水平井，从造斜点到目的层入靶点的设计垂深增量和水平位移增量是一定的，如果实钻轨迹点的位置和矢量方向偏离设计轨道，势必改变待钻井眼的垂深增量和位移增量的关系，也直接影响到待钻井眼轨迹的中靶精度。
水平井钻井工程设计中所给定的钻具组合是在一定的理论计算和实践经验的基础上得出的，随着理性认识的深化和实践经验总结，设计的钻具组合钻出实际井眼轨迹与设计轨道曲线的符合程度会不断提高。
但是，由于井下条件的复杂性和多变性，这个符合程度总是相对的。
第五章定向井轨迹控制技术
第五章定向井轨迹控制技术5.1 定向井轨迹控制基本原则通过选择钻具组合，优选和调整钻进参数，使井眼沿预计的轨迹前进，最终钻达目的层，中靶。
这是定向井轨迹控制的内容。
一个优秀的定向井工程师的追求目标，除了中靶外，还要钻出良好的井眼轨迹并保证优质、快速钻进。
5.2 井底钻具组合的选择和调整井底钻具组合是轨迹控制的工具。
如何优选井底钻具组合是轨迹控制最重要的内容。
因为井底钻具组合作用的结果就是井眼轨迹。
5.2.1 井底钻具组合的类型根据井底钻具组合的设计目的或作用效果的不同，可分为以下三类：即增斜、降斜和稳斜。
而增斜钻具又可分为马达增斜(或造斜)和转盘增斜。
所以，实际上常规定向井的最基本钻具组合有四个，即马达造斜钻具、转盘增斜、转盘降斜和稳斜。
下面是12-1/4”井眼中，四套基本钻具组合：①造斜，12-1/4”Bit+9-1/2”马达+1.5°弯接头+8”NM·DC(1)+5”HWDP(14)预计 BOR=3°/30m②转盘增斜12-1/4”Bit+12-1/4”STB+8”NMDC(1)+8”DC(2)+12-1/4”STB+8”DC(1)+12-1/4”STB+8”DC(5)+5”HWDP(20)预计 BOR=2～4°/30m③降斜，12-1/4”Bit+8”NMDC(1)+12-1/4”STB+8”DC(1)+12-1/4”STB+8”DC(5)+5”HWDP(20)预计BOR=-(2～3)°/30m④稳斜，12-1/4”Bit+12-1/4”STB+8”S·DC(2)+12-1/4”STB+8”DC(1)+12-1/4”STB+8”DC(5)+5”HWDP(20) 在上述组合中，如需要可加一些配合接头，扰性接头、震击器、键槽破坏器等。
前面已说过，从钻具组合的效果上看，可分为四种基本类型。
但是实际井眼轨迹控制时，对钻具组合性能的要求远非如此简单。
定向钻井轨迹控制一般方法
– 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
增方位 稳方位
(九种组合)
降斜
降方位
定向井轨迹控制的主要做法
• 第一阶段:打好垂直井段
–垂直井段打不好，将给造斜带来很大的困难。 –要求实钻轨迹尽可能接近铅垂线，也就是要求井 斜角尽可能小。定向井的垂直井段可以按照打直 井的方法进行轨迹控制，而且比打直井要求更高， 因为定向井垂直井段的施工质量是以后轨迹控制 的基础。 –使用打直井的技术：大钻铤，钟摆钻具组合，控 制钻压，等。
定向井轨迹控制的主要做法
• 第三阶段：跟踪控制到靶点
• 二.跟踪控制需遵循的几条原则： • 2. 尽可能多的使用转盘钻扶正器钻具组合来进行控 制。
–这是因为转盘钻的钻速比动力钻具要高。所以在造斜段结 束之后，一般都换用转盘钻继续增斜，并在需要稳斜和降 斜的时候，仍然使用转盘钻来完成。只有在下列两种情况 下，才使用动力钻具进行控制： –(1)．使用转盘钻扶正器组合已难以完成增斜或降斜要求 时，改用动力钻具造斜工具进行强力增斜或降斜； –(2)．转盘钻扶正器组合不能控制方位，而且在钻进中常 常出现方位漂移。 •当井眼方位有较大偏差，有可能造成 脱靶时，必须使用动力钻具造斜工具来完成扭方位。
定向井轨迹控制的主要做法
• 第三阶段：跟踪控制到靶点
• 二.跟踪控制需遵循的几条原则： • 3.尽可能利用地层的自然规律。
–种种地层因素导致钻头的不对称切削，或引起井 斜变化，或引起方位漂移：
• 地层可钻性的各向异性：平行层面方向与垂直层面方 向，地层可钻性不同。 • 沿垂直地层层面方向，可钻性发生变化； • 沿平行地层层面方向，可钻性发生变化；
定向井轨迹控制的主要做法
定向钻井轨迹控制一般方法课件
定向钻井轨迹控制一般方法
定向井轨迹控制的主要工作内容
1.适时进行轨迹测量和轨迹 3.做好造斜工具的装置方
计算：
位计算：
• 测量仪器的选择；测量密度 和测点密度的选择；
• 根据轨迹计算结果，提出下 步轨迹控制要求；
定向井的轨迹控制理 论与技术
1. 定向井轨迹控制的基本概念； 2. 定向井轨迹控制的主要做法；
定向钻井轨迹控制一般方法
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。
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定向钻井轨迹控制一般方法
• 一.跟踪控制需遵循的几条原则：
• 1.既要保证中靶，又要加快钻速。
• 这一阶段的任务是在实钻过程中，不断了解轨迹的变化发 展情况，不断地使用各种造斜工具或钻具组合，使实钻轨 迹离开设计轨迹“不要太远。“不要太远”一词的意义在于， 一方面如果“太远”就可能造成脱靶，成为不合格井；另一 方面如果始终要求实钻轨迹与设计轨迹误差很小，势必要 求非常频繁地测斜，频繁地更换造斜工具，必将大大地拖 延时间，增加成本，而且还有可能造成井下复杂情况，得 不偿失。
定向钻井轨迹控制一般方法
定向井轨迹控制的主要做法
• 第三阶段：跟踪控制到靶点
• 二.跟踪控制需遵循的几条原则： • 2.尽可能多的使用转盘钻扶正器钻具组合来进行控制。
• 这是因为转盘钻的钻速比动力钻具要高。所以在造斜段结 束之后，一般都换用转盘钻继续增斜，并在需要稳斜和降 斜的时候，仍然使用转盘钻来完角 的计算；
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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定向井常规控制理论一、川东地区定向井概况四川石油管理局川东钻探公司是全国大型专业化钻井公司，地处四川盆地东部。
公司在川东地区高陡构造上面临井深(平均4500～5000米；最深达6016米)、地层倾角大(一般30～60°，最大达80°)、断层多、地层硬及高温、高压、高含硫、地质靶区狭窄等一系列恶劣的地层条件，实施钻井勘探作业已四十载。
经过多年的探索，研究，使公司形成了独具特色的深井工艺技术，能承担各类深井、复杂井、工艺井技术作业。
定向井公司是川东钻探公司所属的专门从事定向井、特殊工艺井技术开发研究及技术服务、钻井工程设计的技术服务公司，我公司拥有业务熟练、工作态度踏实、任劳任怨、纪律性强的钻井专业技术人员和先进的工具仪器装备。
目前已完成定向井、中靶工艺井及套管开窗侧钻井170余口，均准确中靶，为我局的油气勘探做出了突出贡献。
所钻定向井中水平位移最大达1231.1米(茨竹1井)，最大井斜角56.3°(塔中59井)，完钻井井深最深5810米(云安7-1井)，造斜点最深4539米(龙会2井)，高精度双靶定向井，实钻靶心距仅1.54 m(下25井)。
近年来分别到贵州、新疆、湖北、青海、河南及新星公司等油田进行了定向井技术服务，所承包的项目技术指标均达到甲方的要求。
（一）发展历史第一阶段（1988年以前），为培训专业技术人才和专业工具配套准备阶段。
在此期间，主要采用井下定向或地面定向的方法，成功地完成了数十口难度较大的定向侧钻井，其中有大井眼硬地层的定向侧钻井，如池2、罐8井等，也有小井眼深井段逆地层自然造斜方向的定向侧钻井，如卧90、板东14等井。
这些井主要是井下事故难以处理及井斜超标，难以钻达地质目标而实施的定向侧钻井。
该阶段主要成果是：成功地自行设计和指导完成川东钻探公司成立以来第一口定向井——天2井。
第二阶段（1989～1999年），为公司全面开展高陡构造定向钻井研究和实践阶段，以及推广应用阶段。
这一阶段开展了对高陡构造地质形态的研究，认识到高陡构造地层倾角大，含气范围一般较窄，靶区要求十分严格，并且往往需要逆着地层自然造斜方向钻进的特点，采用普通定向井的手段，难以高效、低耗地准确钻达地质目标靶区。
通过反复实践，逐步探索总结出一套行之有效的高陡构造常规定向钻井工艺技术，其中主要包括“逆地层自然造斜方向侧钻定向井技术”、“套管开窗侧钻定向井技术”、“饶障定向井技术”、“直井方位偏离设计范围，定向矫正方位技术”、“利用地层自然造斜规律定向钻井技术”、“川东高陡构造中靶工艺技术”等，从而形成了一个较为完善的高陡构造常规定向钻井体系。
采用这一技术，用单点测斜仪监控，成功地钻成了多口难度较大的高陡构造定向井。
其主要成果有：卧122A———国内第一口7"套管定向开窗定向井。
池39-1井———四川地区第一口石炭系定向井，获天然气井口测试产能207万方/日。
池17-1井———川东地区第一口钻机月速达到直井钻井水平的定向井。
月东1-1井———完钻井深5171m，最大井斜角26°。
温泉1-1———完钻井深4125m，最大井斜角40.5°。
云安7-1———完钻井深5810m，为川东地区最深的定向井之一。
第三阶段（2000～至今），引进先进的测斜仪器有线随钻和无线随钻，为高陡构造定向钻井工艺技术推广应用开辟了新的领域，提高了高陡构造综合勘探经济效益。
（二）目前现状1、设备现状通过几十年的发展，我公司已配套完善了定向井方面的专用仪器和工具，成功研制出不同尺寸的套管开窗工具和与之相配套的工艺技术，特别是多级复式铣鞋可有效地克服磨铣套管过“死点区”慢的难题，获国家专利。
拥有一批测量精度高、性能稳定、比较先进的工具仪器装备，能满足定向井水平井施工的需要。
具体配置如下：我公司还拥有各种尺寸的无磁钻铤、随钻震击器、螺杆钻具、新型弯接头等定向井专用工具。
2、工程技术人员状况我公司拥有一批钻井现场经验丰富和理论基础扎实的工程技术人员，全面掌握了定向井方面的专业知识，能胜任定向井钻井工程设计、定向井技术服务、中靶工艺井及套管开窗侧钻井的施工作业、技术咨询及工具开发，具备参与国内外相关专业市场竞争的能力。
3、相关的工艺技术和软件通过对川东地区多口定向井、中靶工艺井及套管开窗侧钻井的钻井作业，总结并完善了高陡构造定向井钻井工艺技术，开发出适用于侧钻井定向井设计的软件《侧钻井定向井设计、设计评价及施工分析软件系统》和井身轨迹控制及预测的软件《井身轨迹系统软件》，确保了定向井施工的顺利完成和准确中靶。
高陡构造定向钻井工艺技术主要包含以下内容：²根据地下靶心优选地面井位技术²高陡构造定向钻井优化设计²高陡构造定向井井身轨迹控制技术²高陡构造定向井安全钻井技术²高陡构造定向井固井工艺技术²高陡构造定向井取心工艺技术²高陡构造定向井钻井液技术4、近年典型定向井井例川东地区已累计完成定向井、中靶工艺井及套管开窗侧钻井170余口，其典型井例如下：（1）茨竹1井——川东地区第一口双目标定向井1997年6月完钻，井深5625m 。
该井设计二个目标靶区，垂深相差700m，水平位移最近初仅差9m，(既中第一靶后在井斜角达30°的情况下，应快速降斜（2）云安7-1井——四川地区最深的定向井1995年11月完钻，井深5810m。
该井从井深4000m造斜，7"裸眼钻进井段长达3056m(9-5/8"套管固井井深2218m)，准确中靶。
（3）卧122A——四川地区第一口7"套管内定向开窗侧钻定向井1990年完钻，井深3480m。
在井深2947m处定向开窗，并采用6"钻头在钻井液密度达1.97g/cm3硬地层条件下定向钻进496m并准确中靶。
（4）温泉5-1井——7"套管开窗定向钻井准确中靶1999年10月完钻，井深4846m。
该井在井深4339m处采用自行研制的CTB-140斜向器定向开窗(设计开窗方位180°，实际开出窗口179°，开窗点井斜角38.5°/H4339m)，然后采用6"钻头在钻井液密度高达1.92～1.95g/cm3，硬地层，小井眼条件下安全钻进507m 准确中靶，实钻水平位移达1022.54m，最大井斜角52°。
二、川东地区对井眼轨迹的要求1．川东高陡构造的地质构造特点（1）地面正向构造多为高耸的大山，相对高差500—800m，轴部出露地层多为中、下三叠系统碳酸岩。
（2）背斜褶皱强烈；两翼陡峻，甚至直立倒转三、定向井常规控制技术1 井身剖面设计1.1 井身剖面设计原则①根据油田勘探、开发布置要求，保证实现钻井目的。
②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。
③在满足钻井目的的前提下，应尽可能选择比较简单的剖面类型，力求使设计的斜井深最短，以减少井眼轨迹控制的难度和钻井工作量，有利于安全、快速钻井，降低钻井成本。
1.2 剖面设计中有关因素的选择(1) 造斜点选择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。
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求。
(2) 最大井斜角常规定向井的最大井斜角尽可能控制在15°～45°范围内。
(3) 井眼曲率常规定向井井眼曲率的选择范围是：①井下动力钻具造斜井段的造斜率取：5°～16°/100m。
②转盘钻增斜井段的增斜率取：4°～8°/100m。
③转盘钻降斜井段的降斜率取：6°～2°/100m。
2 井身轨迹数据计算选择好井身剖面、造斜点和造斜率后，在计算机调出定向井设计软件，输入已知数据；然后整理计算结果，列出井身轨迹设计数据表。
3 钻具组合设计定向井常用的钻具组合，按其用途分为：弯接头带井下马达造斜钻具、增斜钻具、稳斜钻具、微增斜钻具和降斜钻具。
（1）弯接头带井下马达——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（或弯壳体井下动力钻具）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，迫使井下动力钻具驱动钻头侧向切削，使钻出的新井眼偏离原井眼轴线，以达到定向造斜或扭方位的目的。
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。
常用弯接头的角度为1°～2.5°，一般不大于3°。
（2）增斜钻具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大小和要求的增斜率大小确定。
一般20～30m。
（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。
主要是通过减少近钻头稳定器与2号稳定器的距离或减少近钻头稳定器的外径尺寸，减小钻具的造斜能力。
（4）稳斜钻具稳斜钻具组合是采用刚性满眼钻具结构，通过增大下部钻具组合的刚性，控制下部钻具在钻压作用下的弯曲变形，达到稳定井斜和方位的效果。
（5）降斜钻具降斜钻具一般采用钟摆钻具组合，利用钻具自身重力产生钟摆力实现降斜目的。
根据设计剖面要求的降斜率和井斜角的大小，设计钻头与稳定器之间的距离，便可改变下部钻具钟摆力的大小。
4 相关技术措施要求（1）施工前要求甲方对设备进行全面检查，确保施工顺利进行，特别是泥浆泵要保证上水良好；（2）带井下动力钻具(包括弯接头)下钻、起钻时要控制起、下速度；下钻遇阻时应上提、下放活动钻具，严禁开泵定点划眼；（3）钻井液性能要保证施工顺利进行，特别是钻井液的润滑性要良好；（4）送钻均匀平稳，钻井队应严格执行定向井工程师给定的钻井参数及其它技术要求；（5）改变钻具结构下钻必须控制下放速度，遇阻一般须划眼，划眼钻压：20KN，转速：40~45rpm。
四、定向井施工1. 定向井井眼轨迹控制井眼轨迹控制技术是定向井施工中的技术关键。
它是一项使实钻井眼沿着预先设计的轨迹钻达目标靶区的综合性技术。
1.1直井段轨迹控制根据造斜点的深度和井眼尺寸合理选择钻具组合和钻井参数、严格控制井斜角，以减小定向造斜施工的工作量。
1.2定向造斜井段根据垂直井段、井斜、方位、造斜点深度和造斜钻具组合、以及地层影响井眼轨迹的规律，确定定向角。
常用定向造斜钻具组合为：钻头——井下马达（直螺杆或弯螺杆）——弯接头——非磁钻铤——普通钻铤——钻杆1.2.1井下动力钻具使用方法(1) 地面检查①用提升短节将钻具提起坐入转盘卡瓦内，装上安全卡瓦，卸去提升短节。