定向井及工具

中联煤层气有限责任公司 ChinaUnitedCoalbedMethaneCo.,Ltd.
定向井简介
一般情况下： 当井斜<6°时，使用磁工具面角定向，此时，定向时要把 工具面摆到设计方位方位。 当井斜≥6°后，磁工具面将转变为高边工具面。此时要 根据下步想要的效果摆放工具面，而不是把工具面摆在设计 方位上。
定向井简介
第二套计算公式： 这是Lubinsky先生根据空间平面圆弧曲线推导的。 假定测段是斜面圆弧曲线，则测段的狗腿角γ：
cos cos 1 cos 2 sin 1 sin 2 cos
式中：
2 1
中联煤层气有限责任公司 ChinaUnitedCoalbedMethaneCo.,Ltd.
中联煤层气有限责任公司 ChinaUnitedCoalbedMethaneCo.,Ltd.
定向井简介
c.钻柱与井壁摩阻系数： -摩阻系数越大，摩擦扭矩就越大，反扭角就越小； -摩阻系数与泥浆性能、井壁光滑程度有关； d.装置角的影响 -装置角在0°-180°范围内，将使反扭角减小； -装置角在180°-360°范围内，将使反扭角增大； -装置角在偏增角附近，对反扭角影响达到最大； -装置角在0°和180°附近，对反扭角影响达到最小； -井斜角越大，装置角对反扭角的影响就越大； 15.装置角（β）：在启动钻具后且加压钻进时，工具面 所处的角度。
中联煤层气有限责任公司 ChinaUnitedCoalbedMethaneCo.,Ltd.
定向井简介
14.工具面相关概念
1）工具面——在造斜钻 具组合中，由弯曲工具的 两个轴线所决定的那个平 面，称为工具面。 2）工具面角 φ ——是表 示造斜工具下到井底后， 工具面所在位置的参数 工具面角有两种表示方 法：
中联煤层气有限责任公司 ChinaUnitedCoalbedMethaneCo.,Ltd.
定向井简介
2.井斜角的大小范围定向井又可分为： 常规定向井 ——井斜角＜55 ° 大斜度井 ——井斜角55 ° ～85° 水平井 ——井斜角＞85°
中联煤层气有限责任公司 ChinaUnitedCoalbedMethaneCo.,Ltd.
da K dL
K L
中联煤层气有限责任公司 ChinaUnitedCoalbedMethaneCo.,Ltd.
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： 以增量代替微分，以相邻 二测点间的方位角变化值 （Δφ ）与二测点间井段 长度（ΔL）的比值来表示 方位变化率的。 求得的乃是该测段的平均 方位变化率
中联煤层气有限责任公司 ChinaUnitedCoalbedMethaneCo.,Ltd.
定向井简介
3.处理井下事故的特殊手 段：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(• 作救援 称 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。
定向井简介
• 井身基本参数
所谓井眼轨迹，实指井眼轴线。 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（常说的测斜）。目前常规定向井是每隔一定长度 的井段测一个点。这些井段被称为“测段”，这些点被 称为“测点”。水平井使用随钻测量。 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。
中联煤层气有限责任公司 ChinaUnitedCoalbedMethaneCo.,Ltd.
定向井及工具
王瑞城 2013-7
中联煤层气有限责任公司 ChinaUnitedCoalbedMethaneCo.,Ltd.
主要内容
定向井简介 定向工具 测量工具
中联煤层气有限责任公司 ChinaUnitedCoalbedMethaneCo.,Ltd.
中联煤层气有限责任公司 ChinaUnitedCoalbedMethaneCo.,Ltd.
定向井简介
2.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。 另外，侧钻井，多底井， 分支井，大位移井，侧钻 水平井，径向水平井等等 定向井的新种类，显著地 扩大了勘探效果，增加了 油气产量，提高了油气藏 的采收率。
中联煤层气有限责任公司 ChinaUnitedCoalbedMethaneCo.,Ltd.
定向井简介
中联煤层气有限责任公司 ChinaUnitedCoalbedMethaneCo.,Ltd.
定向井简介
中联煤层气有限责任公司 ChinaUnitedCoalbedMethaneCo.,Ltd.
定向井简介
sin c
中联煤层气有限责任公司 ChinaUnitedCoalbedMethaneCo.,Ltd.
定向井简介
12.磁偏角 目前广泛使用的磁性测斜仪是以地球磁北方位为基准的。 磁北方位与正北分位并不重合而是有个夹角，称为磁偏角。 磁偏角又分为东磁偏角和西磁偏角。东磁偏角指磁北方位线 在正北分位线的东面，西磁偏角指磁北方位线在正北分位线 的西面。用磁性测斜仪测得的井斜方位角称为磁方位角，并 不是真方位角，需要经过换算求得真方位角。这种换算称为 磁偏角校正。换算的方法如下： 真方位角＝磁方位角＋东磁偏角 真方位角＝磁方位角－西磁偏角
中联煤层气有限责任公司 ChinaUnitedCoalbedMethaneCo.,Ltd.
定向井简介
• 定向井分类
1.常规剖面类型主要有两种： 一种是“直-增-稳”剖面， 在我国现场上称为三段制剖 面; 另一种是“直-增-稳-降稳”剖面，现场上称为“S” 形井眼或“五段制剖面”。
O
AB
C D
A B
中联煤层气有限责任公司 ChinaUnitedCoalbedMethaneCo.,Ltd.
定向井简介
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(MeasureDepth)。 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。 2.垂深D——测点的垂直深度。 3.井斜角 —测点处井眼方向线（切线）与重力线间的 夹角。 4.方位角θ —正北方向至测点处井眼方向线在水平面投 影线间夹角。 5.水平位移—测点至井口所在的铅垂线的距离。(闭合距)
13.象限角 井斜方位角还有另一种表 示方式，称“象限角”它是 指井斜方位线与正北方位线 或与正南方位线之间的夹角。 象限角在 0～90度之间变化。 书写时需注明所在的象限， 如N67.5°W。
中联煤层气有限责任公司 ChinaUnitedCoalbedMethaneCo.,Ltd.
定向井简介
象限方位角得校正，更为麻烦。 区别东西磁偏角； 区别在那个象限里；
定向井简介
• 定义
定向钻井是使井眼沿预先 设计的井眼轴线（井眼轨迹） 钻达预定目标的钻井过程。
定向井—— “按预定设计的具有井斜和方 位变化轨道钻进的井”。
中联煤层气有限责任公司 ChinaUnitedCoalbedMethaneCo.,Ltd.
定向井简介
• 定向井用途（为什么打 定向井？）
1.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 钻井作业费用很高时，为 了勘探和开发它们下面的 油气田，最好是钻定向井。 （征地难度大，为节约井 场）
定向井简介
第三套计算公式： 这套公式源于沙尼金图解法，其表达式为：
1 2 21 2 cos
2 2
这是任意三角形余弦定理的表达式。
中联煤层气有限责任公司 ChinaUnitedCoalbedMethaneCo.,Ltd.
定向井简介
第一套公式，数学推导严密，是用于各种形状的井眼， 具有普遍性。 第二套公式是建立在假设井段是平面曲线，而且是平面 圆弧曲线的前提下推导，适用于平面曲线的井眼，例如，用 弯曲动力钻具定向钻进钻出的井眼。 第三套公式本身就是近似公式，只能是用于井斜角较小 ，井斜方位角也较小的情况下。 我国定向井标准化委员会制定的标准规定：使用第一套 计算公式。 2 2 2
高边工具面角；磁工具面角。
中联煤层气有限责任公司 ChinaUnitedCoalbedMethaneCo.,Ltd.
定向井简介
3）高边——定向井的井 底是个呈倾斜状态的圆平面。 称为井底圆。井底圆上的最 高点称为高边。 从井底圆心至高边之间的 连线所指的方向，称为井底 的“高边方向”。 高边方向在水平面上的投 影称为高边方向线。即井底 的方位 。
2 2
1 2
2
K 和 L L
代入 ，
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
代替公式中的
，得
K sin 2 c L L
K 令： L

2 2 sin 2 c 则：
中联煤层气有限责任公司 ChinaUnitedCoalbedMethaneCo.,Ltd.
中联煤层气有限责任公司 ChinaUnitedCoalbedMethaneCo.,Ltd.
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；
中联煤层气有限责任公司 ChinaUnitedCoalbedMethaneCo.,Ltd.
定向井简介
高边工具面角1——是指 以高边方向为始边，顺时 针转到工具面与井底圆平 面的交线所转过的角度。 又称为重力工具面角 磁工具面角2 ——是指以 磁北为始边，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
中联煤层气有限责任公司 ChinaUnitedCoalbedMethaneCo.,Ltd.
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： 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
d K dL
K L
中联煤层气有限责任公司 ChinaUnitedCoalbedMethaneCo.,Ltd.
定向井简介
3）全角变化率——从一点到另一点，井眼前进方向变化的 角度（两点处井眼前进方向线之间的夹角），既反映了井 斜角的变化，又反映了井斜方位角的变化。人们将此角度 称为全角变化值，或称为狗腿角，通常以γ表示。 井段长度不变，狗腿角越大，则井眼前进方向变化的越快， 井眼弯曲越厉害，井眼曲率越大。 全角变化率也称为井眼曲率，又称狗腿严重度(简称为狗 腿度)，都是同一个概念，是指单位长度井段内狗腿角的 大小。 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。
中联煤层气有限责任公司 ChinaUnitedCoalbedMethaneCo.,Ltd.
定向井简介
第一套计算公式根据空间微分几何原理推导，可得：
2 2 K K K sin 2
2 2 K K H K A sin 4
对于一个测段来说，以K 并以测段平均井斜角 c 到：
中联煤层气有限责任公司 ChinaUnitedCoalbedMethaneCo.,Ltd.
定向井简介
中联煤层气有限责任公司 ChinaUnitedCoalbedMethaneCo.,Ltd.
定向井简介
6.水平长度—井深在水平面上的投影长度。 7.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。 8.视平移—测点水平位移在设计方位线上的投影。又称 投影位移。 9.井斜变化率—单位井段内井斜角的变化速度。 10.方位变化率—单位井段内方位角的变化速度。 11.全角变化率—单位井段内井眼钻进的方向在三维空 间内角度的变化，它既包括井斜角的变化也包括方位角的变 化，俗称“狗腿度”。