定向井及水平井基础知识介绍
定向井水平井教材
第一章定向井（水平井）钻井技术概述第一节定向井、水平井的基本概念1．定向井丛式井发展简史定向井钻井被（英）T ．A．英格利期定义为：“使井筒按特定方向偏斜，钻遇地下预定目标的一门科学和艺术。
”我国学者则定义为，定向井是按照预先设计的井斜角、方位角和井眼轴线形状进行钻进的井。
定向井相对与直井而言它具有井斜方位角度而直井是井斜角为零的井，虽然实际所钻的直井它都有一定斜度但它仍然是直井。
定向井首先是从美国发展起来的，在十九世纪后期，美国的旋转钻井代替了顿钻钻井。
当时没有考虑控制井身轨迹的问题，认为钻出来的井必定是铅垂的，但通过后来的井筒测试发现，那些垂直井远非是垂直的。
并由于井斜原因造成了侵犯别人租界而造成被起诉的案例。
最早采用定向井钻井技术是在井下落物无法处理后的侧钻。
早在1895年美国就使用了特殊的工具和技术达到了这一目的。
有记录定向井实例是美国在二十世纪三十年代初在加利福尼亚享廷滩油田钻成的。
第一口救援井是1934年在东德克萨斯康罗油田钻成的。
救援井是指定向井与失控井具有一定距离，在设计和实际钻进让救援井和失控井井眼相交，然后自救援井内注入重泥浆压死失控井。
目前最深的定向井由BP勘探公司钻成，井深达10，654米；水平位移最大的定向井是BP勘探公司于己于1997年在英国北海的Rytch Farm 油田钻成的M11井，水平位移高达1，0114米。
垂深水平位移比最高的是Statoil 公司钻成的的33/9—C2达到了1:3.14；丛式井口数最多，海上平台：96口；人工岛：170口；我国定向井钻井技术发展情况我国定向井钻井技术的发展可以分为三个阶段，50—60年代开始起步，首先在玉门和四川油田钻成定向井及水平井:玉门油田的C2—15井和磨三井，其中磨三井总井深1685米，垂直井深表遗憾350米，水平位移444.2米，最大井斜92°，水平段长160米；70年代扩大实验，推广定向井钻井技术；80年代通过进行集团化联合技术攻关，使得我国从定向井软件到定向井硬件都有了一个大的发展。
定向井(水平井)钻井技术概述
测量方式
氢氟酸测斜仪，机械式罗盘的电测井方法。
多种引进的有线随钻测斜系统投入工业使用和发展了电子测量系统及陀螺测量系统
发展了无线随钻测斜系统,引进了带地质参数的MWＤ系统
定向井钻井水平
简单的单口定向井、水平井位移小，精度低
钻成大量高难度定向井、大组丛式井、多目标井、套管定向开窗井、水平井也从大半径水平井发展到了中半径水平井
定向井首先是从美国发展起来的,在十九世纪后期,美国的旋转钻井代替了顿钻钻井。当时没有考虑控制井身轨迹的问题,认为钻出来的井必定是铅垂的,但通过后来的井筒测试发现,那些垂直井远非是垂直的。并由于井斜原因造成了侵犯别人租界而造成被起诉的案例。最早采用定向井钻井技术是在井下落物无法处理后的侧钻。早在1895年美国就使用了特殊的工具和技术达到了这一目的。有记录定向井实例是美国在二十世纪三十年代初在加利福尼亚享廷滩油田钻成的。
钻成位移过万米的大位移井
径向水平井可在0．3米之内完成增斜过程
我国定向井钻井技术发展情况
(表二)
年代
内容
60年代
80年代
90年代
剖面设计及轨
迹计算方法
设计采用查表法、图解法等精度不高的方法
发展了曲率半径法，最小曲率半径法等多种更为精确的轨迹计算和设计方法，编制了能进行轨迹预测和防碰扫描的计算机软件包。
第一口救援井是1934年在东德克萨斯康罗油田钻成的。救援井是指定向井与失控井具有一定距离,在设计和实际钻进让救援井和失控井井眼相交，然后自救援井内注入重泥浆压死失控井。
目前最深的定向井由BP勘探公司钻成,井深达1０,654米;
水平位移最大的定向井是BＰ勘探公司于己于199７年在英国北海的ＲｙtｃhＦａｒｍ油田钻成的M1１井,水平位移高达１，011４米。
定向井和水平井简单介绍
定向井和水平井钻井技术简介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：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°（有水平延伸段）大位移井指总水平位移与总垂深之比n≥2的井，对n≥3的大位移井称为超大位移井。
二．定向井井身参数实际钻井的定向井井眼轴线是一条空间曲线。
钻进一定的井段后，要进行测斜，被测的点叫测点。
两个测点之间的距离称为测段长度。
每个测点的基本参数有三项：井斜角、方位角和井深，这三项称为井身基本参数，也叫井身三要素。
1．测量井深：指井口至测点间的井眼实际长度。
2．井斜角：测点处的井眼方向线与重力线之间的夹角。
3．方位角：以正北方向线为始边，顺时针旋转至方位线所转过的角度，该方向线是指在水平面上，方位角可在0—360°之间变化。
目前，广泛使用的各种磁力测斜仪测得的方位值是以地球磁北方位线为准的，称为磁方位角。
磁北方向线与正北方向线之间有一个夹角，称磁偏角，磁偏角有东、西之分，称为东或西磁偏角，真方位的计算式如下：真方位＝磁方位角十东磁偏角或真方位＝磁方位角一西磁偏角;公式可概括为“东加西减”四个字。
4．造斜点：从垂直井段开始倾斜的起点。
5．垂直井深：通过井眼轨迹上某点的水平面到井口的距离。
6．闭合距和闭合方位（l）闭合距：指水平投影面上测点到井口的距离，通常指靶点或井底的位移，而其他测点的闭合距离可称为水平位移。
（2）闭合方位：指水平投影响图上，从正北方向顺时针转至测点与井口连线之间的夹角。
7．井斜变化率和方位变化率：井斜变化率是指单位长度内的井斜角度变化情况，方位变化率是指单位长度内的方位角变化情况，均以度／100米来表示（也可使用度／30米或度／100英尺等）。
定向及水平井简介
对钻井设备和技术的要求较高 ，需要专业的定向井工程师团
队。
在某些情况下，可能存在井眼 轨迹控制难度大、油层污染等
问题。
水平井的优缺点
优点 可以实现长水平段穿越油层，提高油藏的开采效率。
对于薄油层和复杂油藏的开采具有重要意义。
水平井的优缺点
• 可以有效利用地层自然裂缝，提高油藏的开采效 率。
水平井的优缺点
01
缺点
02
钻井过程中需要控制好水平段的稳定性， 避免出现卡钻等事故。
03
对钻井设备和技术的要求较高，需要专业 的水平井工程师团队。
04
在某些情况下，可能存在水平段稳定性差 、油层污染等问题。
定向井与水平井的适用范围及选择依据
适用范围
定向井适用于需要大范围水平位移的油藏开采，如海上油田、复杂断块 油田等。
岩屑携带
定向钻井过程中，岩屑容易堆积在井 底，影响钻进效率。可以采用高压喷 射钻头、空气钻头等新型钻头，提高 岩屑携带能力。
地层适应性
不同地层对钻头、钻具和工艺有不同 的要求，需要根据地层特点选择合适 的钻头、钻具和工艺。
03
水平井钻井技术
水平井钻井设备及工具
01
02
03
04
钻机
用于钻进水平井的钻机，通常 采用顶部驱动钻井系统。
岩屑携带
水平井钻进过程中，岩屑容易堆积在井底，影响钻进效率 。可以采用高压喷射钻井技术来解决这一问题。
井壁稳定
水平井钻进过程中，容易发生井壁失稳现象，可以采用合 理的钻井液体系和稳定剂来解决这一问题。
完井作业
水平井完井作业过程中，需要采用特殊的完井技术，以确 保水平段的密封性和稳定性。可以采用先进的完井技术和 工具来解决这一问题。
定向井及水平井基础知识介绍
定向井及水平井基础知识介绍概述在石油勘探与开发中，为了更有效地获取地下资源，定向井和水平井技术日益被广泛应用。
本文将介绍定向井和水平井的基础知识，包括定义、优势、应用领域和技术特点等内容。
定向井的定义和优势定向井是指在垂直井的基础上，在一定深度范围内以一定倾角钻孔，旨在钻探具有特定目标的井筒。
与传统垂直井相比，定向井有以下优势： - 可钻入地下难以进入的地质层； - 可减少钻井长度，降低成本； - 可提高油井产能； - 可通过改变井眼轨迹实现水平产量。
定向井的应用领域定向井技术在石油勘探与生产中有着广泛的应用，主要包括以下几个领域： 1.增产：通过定向井技术，可达到增加油井产能的目的，提高石油开采效率。
2. 增储：将定向井开入储层可增加有效储集层面积，提高储层有效厚度。
3. 保护环境：通过定向井技术可以减少地表受到的损害，降低对环境的影响。
定向井的技术特点定向井技术具有以下技术特点： 1. 井眼轨迹可以根据地质条件和开采需求调整，灵活性高。
2. 需要精准的测量和导向技术，以确保井眼轨迹的准确性。
3. 钻井难度较大，需要高级的钻井设备和技术支持。
4. 通常需要配合水平井技术，实现更有效的油井开采。
水平井的定义和优势水平井是指在总长度相对较长、倾角相对较小的井筒中的一段呈水平或近水平方向前行的油气井。
与垂直井相比，水平井有以下优势： - 可以在储层中水平方向上穿过多个裂缝或孔隙，提高采收率。
- 可以减缓井底流体速度，减少持液力，降低油井产能。
- 可以有效控制油井生产，避免地层压力过快下降。
水平井的应用领域水平井技术主要应用于以下几个领域： 1. 大垂深气藏开发：通过水平井技术，可以有效提高气藏的采收率。
2. 高含水期油田的开发：水平井技术有助于提高油田的开发效率。
3. 多重边际储层的解决：适用于有多层油气藏交错分布的地质构造。
水平井的技术特点水平井技术具有以下技术特点： 1. 需要精确的测量和控制技术，以确保水平段的准确布置和有效开发。
定向井基本知识及防碰知识
- 90° +0°
谨记：
以下量上
顺正逆负
转角
0°
- 90°
使用单弯螺杆定向（扭方位）时，应注意入井前 量取螺杆弯曲方向与定向直接头间的夹角，称为“弯 差角”。
弯差角的量取原则同样是“以下量上，顺正逆负”。 计算实际工具面面的公式为：
实际工具面=所测工具面-弯差角
如图中，弯差角应为 －90°。 如某次测得工具面为240 °，则
定向井钻具组合的选择
遵循先繁后简、先大后小的原则。 第一增斜段要求下入较大尺寸的扶正器，以
利下部井段钻具组合有较多的选择。
无论是双扶增斜、双扶稳斜钻具组合，第一 扶正器尺寸足够才能达到较好的效果。
双扶稳斜时，无磁钻铤外径偏小可倒一根较 粗钻铤，达到良好的稳斜稳方位效果。
丛式定向井井组整体设计注意问题
定= φ预－φ工＋ φ反扭
=L60－R50＋35= L 75°
反查工具面
如果第二根测得的工具面，与预定工具面 相差甚远，首先复查胶片，确认有无把工 具面读反。
然后上提钻具，钻杆印记对应的转盘刻度 应该恰好等于定角，否则就是方角量反， 或者钻具发生转动。
定向施工举例
方钻杆刻度线 丈量Ø转１、 Ø方均以下刻度
转= 定＋方=12５+（-75）=５
=120+15=135度
０度
（反扭角假设取20度）
（钻杆钢印与转盘０刻度重
合则Ø转１为０）
扭方位施工举例
重力工具面效果图 方钻杆刻度线
Ø方 Ø转１
钻杆（铤）刻度线
转盘刻度线
假设当前井斜为30度，方位为 120度，需要稳（微增）井斜、 全力增方位
丈量Ø转１、Ø方均以下刻度为 基准，图例Ø转１为负，假设为 -30度；Ø方为负值，假设为-40 度。实测工具面假设为左偏60 度
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,丛式井,水平井名词解释
定向井,丛式井,水平井名词解释Last updated on the afternoon of January 3, 2021定向井，丛式井，水平井名词解释?1，定向井沿着预先设计的井眼轨道，按既定的方向偏离井口垂线一定的距离，钻达目标的井。
2，丛式井在一个井场或一个钻井平台上，有计划地钻出两口或两口以上的定向井，可含一口直井。
3，救援井为抢救某一口井喷，着火的井而设计施工的定向井，又称救险井。
4，多底井在一个井口下面有两个或两个以上井底的定向井。
5，绕障井为避开在地下存在着某种不允许通过或难以穿过的障碍，沿一定井眼轨迹钻达目标的定向井。
6，多目标定向井有两个或两个以上目标的定向井。
7，大斜度井最大井斜角在60~80度的定向井。
8，水平井井斜角大于或等于86度，并保持这种角度钻完一定长度的水平段的定向井。
9，长曲率半径水平井造斜率小于6度/30米的水平井。
10，中曲率半径水平井造斜率为6~20度/30米的水平井。
11，短曲率半径水平井造斜率高达每米1~10度的水平井。
12，斜直井用倾斜钻机或倾斜式井架完成的，自井口开始井眼轨迹首先是一段斜直井段的定向井。
13，井眼轨道表示设计的定向井井眼轴线形状的图形，有称井眼轴线和井身剖面。
14，二维定向井井眼轨道井眼轴线只在某一个给定方位上的铅垂平面内变化，即设计方位角为一常数的井眼轴线。
15，三段制井眼轨道自井口开始至最终目标点，依次为直井段，增斜段，稳斜段的设计井眼轴线；又称直——增——稳，剖面。
16，“S”型井眼轨道自井口开始至最终目标点，依次为垂直段，增斜段，稳斜段，降斜段，稳斜段的设计井眼轴线；又称直——增——稳——降——稳剖面。
17，悬链线井眼轨道设计有悬链线井段的井眼轴线。
18，抛物线井眼轨道设计有抛物线井段的井眼轴线。
19，水平井井眼轨道设计有水平延伸段的井眼轴线。
20，三维定向井井眼轨道设计有方位角变化的井眼轴线21，靶心有地质设计确定的定向井地下坐标点，又称目标点。
定向及水平井简介
定向及水平井除了具备普通直井的优点外，还具有提高油气 开采效率、降低开发成本、利于环保等优势。
定向及水平井的起源和发展
起源
20世纪80年代，由于油气资源供应紧张和开发难度增大，定向及水平井技术 开始得到广泛应用。
发展
定向及水平井技术不断发展完善，从单一的定向井到复杂的多分支井，从浅 层到深层，从陆地到海洋，应用领域也不断拓展。
定向及水平井在水资源工程中的应用
水资源工程是定向及水平井技术应用的重要领域 之一。
定向及水平井技术可以用于地下水资源开发和利 用，提高地下水资源的开采效率。
定向及水平井技术还可以用于水库扩容和加固， 提高水库的蓄水能力和防洪能力。
定向及水平井在其他矿产资源开发中的应用
定向及水平井技术可以应用于 其他矿产资源的开发中。
02
定向井技术
定向井的定义和分类
定向井定义
定向井是一种在石油和天然气勘探和开发过程中，利用定向钻井技术使井筒穿过 一定厚度岩层，到达预定的靶点位置的井。
定向井分类
根据钻井方向和靶点位置的不同，定向井可分为斜向井、水平井和分支井。
定向井的技术原理
定向钻井技术
定向钻井技术是利用旋转钻头、钻柱和定向装置等工具，使 井筒沿着预先设计的轨迹钻进，达到预定靶点位置的钻井技 术。
04
定向及水平井在石油工业中的应用
定向及水平井在油气勘探开发中的应用
1 2
确定油气资源分布
定向井和水平井可以用于确定油气资源的分布 情况，帮助油田勘探和开发。
增加储量
通过定向井和水平井可以发现更多的油气资源 ，增加储量。
提高开采效率
3
定向井和水平井的开采效率比传统直井更高。
定向及水平井在提高油气产量和采收率方面的应用
jsjl定向井水平水平井基础知识介绍解析
图4-7 法面扫描法 法面扫描得到的距离，是周围相关邻井到扫描井的径向距离，而方向却是反映了相对扫描井来 说：上、下、左、右的关系。
四 计算方法介绍
4.6.3 最近距离扫描法
图4-8 最近距离扫描法示意图
五 螺杆钻具
螺杆动力钻具的构造及各部分的功 能： A.旁通阀总成----是起下钻作业和 接但根时的泥浆进出的通道。在 钻进过程中旁通阀关闭。 B.马达总成----由钢制转子和固结在 外筒的橡胶定子组成。在钻井 液的推动下转子转动并带动钻头旋 转。 C.万向连轴节总成----上端连接 转子，下端连接驱动轴。其作用是 将转子的偏心运动转化为驱动轴的 同心运动。 D.轴承总成----Navi-Drill钻具有三 套轴承，两套径向轴承，一套推力 轴承。上下径向轴承起驱动轴的扶 正和稳定作用及限制钻井液的溢流 量的作用。推力轴承承受上下的轴 向载荷。 E.驱动轴总成----上端接万向连轴 节，下端接钻头。起驱动钻头转动 的作用。
二 基本计算
1.全角变化率计算公式：
cos cos1 cos 2 sin 1 sin 2 cos
2.工具造斜率计算公式：
KC 30 D
3.装置角计算公式：
cos
cos1 cos cos 2 sin 1 sin 1
4.定向方位角计算公式：
s 1 n
图4-3平衡正切法示意图
计算公式：
四 计算方法介绍
4.4 圆柱螺线法（曲率半径法）
圆柱螺线法假设两测点间的测段是一条等变螺旋角的圆柱螺线。螺线在两端点处与上下 两测点处的井眼方向相切。
图4-4 曲率半径法示意图
四 计算方法介绍
4.4 圆柱螺线法（曲率半径法）
圆柱螺线法假设两测点间的测段是一条等变螺旋角的圆柱螺线。螺线在两端点处与上下 两测点处的井眼方向相切。
jsjl定向井水平水平井基础知识介绍
图1-1 井斜角示意图
图1-2 方位角示意图
一 基本术语
6）磁偏角：磁北方位线与真北方位线并不重合，两者之间有一个夹角，这个夹角称为磁偏角。磁偏角又有东 磁偏和西磁偏角之分，当磁北方位线在正北方位线以东时，称为东偏角；当磁北方位线在正北方位线以 西时称为西偏磁偏角。• 进行磁偏角校正时按以下公式计算（图1-3）： 真方位角＝磁方位角＋东偏磁偏角 真方位角=磁方位角－西偏磁偏角 7• ）井斜变化率：是指井斜角随井深变化的快慢程度，常以Kα表示，精确的讲井斜变化率是井斜角度（α） 对井深（L• ）的一阶导数。 8）井深方位变化率：实际应用中简称方位变化率，是指井斜方位角随井深变化的快慢程 度，常用KΦ表示。 9）全角变化率（狗腿严重或井眼曲率）：从井眼内的一个点到另一个点，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），• 该角度既反映了井斜角度的变化又反映了方位角度的变化，通常称为全 角变化值。• 两点间的全角变化值γ相对与两点间井眼长度ΔL变化的快慢及为全角变化率。 10）垂深（垂直井深）：即某测点的垂直深度，以H表示。• 是指井身任意一点 至转盘面所在平面的距离。 11）水平投影长度：是指自井口至测点的井眼长度在水平面上的投影长度。以 S• 表示。 12）水平位移：简称平移，是指测点到井口垂线的距离。在国外又称为闭合距 ( Closure Distance）。 13）平移方位角：又称为闭合方位角（Closure Azimuth），常用θ表示，• 是 指以正北方位线为始边顺针方向转至平移方位线上所转过的角度。 14）视平移：又称为投影位移，井身上的某点在垂直投影面上的水平位移。在 实际定向井钻井过程中，这个投影面选在设计方位线上。所以视不移也可以定 义为水平位移在设计线上的投影。 图1-3
二 基本计算
定向及水平井简介
定向及水平井简介xx年xx月xx日CATALOGUE目录•定向及水平井概述•定向及水平井的分类与技术要求•定向井与水平井的施工流程•定向及水平井的应用场景与案例分析•定向及水平井的优缺点分析•定向及水平井的发展趋势与展望01定向及水平井概述按照事先设计的轨迹和方位钻达目的层的钻井方法。
可分为直井、斜井和丛式井。
定义与特点定向井井斜角达到或接近90°，井眼轨迹在油层中沿水平方向延伸的钻井方法。
水平井提高油井产能、降低开发成本、提高原油采收率、保护环境和减少污染。
特点定向及水平井的起源与发展20世纪60年代，由于定向磁性仪器和陀螺仪的出现，定向钻井技术得到了广泛应用。
20世纪80年代，水平井技术得到了快速发展，成为高效开发油气资源的重要手段。
定向井起源于19世纪末，由John Goodwin和J. Hoover提出。
0102定向及水平井的应用范围广泛应用于油气田开发、地热、水文工程、矿山工程、城市工程等领域。
定向及水平井的优势•提高油井产能：水平井能够穿过多层油藏，提高单井产能。
降低开发成本水平井可以大幅度减少所需的井数，降低开发成本。
提高原油采收率水平井能够更好地适应油藏特征，提高原油采收率。
保护环境减少对地表和植被的影响，减少对生态环境的破坏。
定向及水平井的应用范围与优势03040502定向及水平井的分类与技术要求单靶定向井、多靶定向井按照井底靶点个数增斜定向井、降斜定向井、S型定向井按照轨迹形状浅井定向井、中深井定向井、深井定向井按照钻井完钻深度浅水平井、中深水平井、深水平井按照完钻深度单靶水平井、多靶水平井按照靶点个数直平井、增斜平井、降斜平井、S 型平井按照轨迹形状定向及水平井的钻井技术要求钻头选型与优化根据地层特点选择合适的钻头类型和尺寸掌握地层特点了解地层岩性特征、力学性质和钻遇率等因素轨迹设计与控制利用计算机钻井设计软件进行轨迹设计，并通过钻进参数调整和辅助设备操作实现轨迹精确控制应对复杂情况定向及水平井钻进过程中需应对各种复杂情况，如地层出水、漏失、垮塌等现象，需采取相应的技术措施钻具组合选择与优化选用合适的钻具组合，包括钻杆、钻铤、稳定器等，并优化组合配置，以实现钻进高效、安全的目的03定向井与水平井的施工流程地质资料收集和分析对目标油田的地质资料进行详细收集和分析，包括地层分布、岩性、地应力等。
随钻测井技术定向井和水平井简介
一 随钻测井技术介绍
定向井、水平井的基本概念
定向井的分类 按定向井的用途分类可以分为以下几种类型： 普通定向井 多目标定向井 丛式定向井 救援定向井 水平井 多分枝井（多底井）
一 随钻测井技术介绍
定向井、水平井的基本概念
水平井的类型： 根据水平井曲率半径的大小分为： 长曲率半径水平井（小曲率水平井）； 中曲率半径水平井（中曲率水平井）； 短曲率半径水平井（大曲率水平井）。
水平井钻井技术是近二十年来发展最快，推广应用最广的一项钻井
技术，到目前为止已在世界上不同类型油气藏中得到广泛的应用。
目前美国和加拿大等国平均每年钻水平井 2000 多口，占钻井总数的 10%以上，成本是直井的1.2～2倍，产量是直井的3～8倍。 到 2005年底全球已完钻水平井超过 30000口，遍布美国、加拿大、 前苏联等70余个国家
一 随钻测井技术介绍
定向井、水平井的基本概念
据国外13 家石油公司在世界多个地区的统计资料，水平井对直井的 日产量增长比率平均为5倍，在北海达6～20倍
国外水平井钻井记录 水平井最长水平段：6118m；
水平井最大垂深：6062m；
Z-12，井深11680m，61d完钻。 丛式井口数最多的，海上平台为96口，人工岛为170口。
一 随钻测井技术介绍
定向井、水平井的基本概念
定向井首先是从美国发展起来的，在十九世纪后期，美国的旋转 钻井代替了顿钻钻井。当时没有考虑控制井身轨迹的问题，认为钻出 来的井必定是铅垂的，但通过后来的井筒测试发现，那些垂直井远非 是垂直的。并由于井斜原因造成了侵犯别人租界而造成被起诉的案例。 最早采用定向井钻井技术是在井下落物无法处理后的侧钻。早在1895 年美国就使用了特殊的工具和技术达到了这一目的。有记录定向井实 例是美国在二十世纪三十年代初在加利福尼亚享廷滩油田钻成的。
定向井水平井概述
Da
αa
D
b
O1
O2
Dt
d
O
S
St
αt
c
t
αb
f
二定向井设计
上述公式中符号代表意义 H0——过度参数，m； H——全井总垂深，m； ΔHXZ——自降斜终点到目标点处的垂增，m； HZ——造斜点的深度，m； a，——降斜终点的井斜角，m； S0——过度参数，m； S——井口到目标点的水平位移，m； ΔSXZ、ΔLXZ——分别为降斜终点到目标点的水平位移和段长，m；
磁极
地理北极
磁极
磁偏角
地理方位
磁方位
磁偏角：它是指地磁北极方向线与地理北极方向线之间的夹角。随着地理位置和时间不同其数值也不同。有正负值之分。
a
专业名词
地理方位角：以地理北极为基准的方位角。
添加标题
地理方位角=磁方位角+磁偏角
添加标题
井斜变化率：单位井段内井斜角的改变速度。以两测点间井斜角的变化量与两测点井段的长度的比值表示。
设计轨道
靶区
水 平 位 移
α-井斜角
定向井垂直投影图
垂 深
定向井是使井筒沿特定方向 钻达地下预定目标的油气井
什么是定向井？
定向井水平投影图
β
01
北
02
东
03
靶点
04
N
05
E
06
β-方位角
07
井口
08
设计轨道
09
实钻轨迹
10
为什么要钻定向井？
绕开地面地下障碍物 地下地质条件要求：由于地质构造特点采用直井不能有效地开发油气藏时 钻井技术的需要：遇到井下事故或复杂情况无法处理或者不易处理时。
jsjl定向井水平水平井基础知识介绍解读
图4-7 法面扫描法 法面扫描得到的距离，是周围相关邻井到扫描井的径向距离，而方向却是反映了相对扫描井来 说：上、下、左、右的关系。
四 计算方法介绍
4.6.3 最近距离扫描法
图4-8 最近距离扫描法示意图
五 螺杆钻具
螺杆动力钻具的构造及各部分的功 能： A.旁通阀总成----是起下钻作业和 接但根时的泥浆进出的通道。在 钻进过程中旁通阀关闭。 B.马达总成----由钢制转子和固结在 外筒的橡胶定子组成。在钻井 液的推动下转子转动并带动钻头旋 转。 C.万向连轴节总成----上端连接 转子，下端连接驱动轴。其作用是 将转子的偏心运动转化为驱动轴的 同心运动。 D.轴承总成----Navi-Drill钻具有三 套轴承，两套径向轴承，一套推力 轴承。上下径向轴承起驱动轴的扶 正和稳定作用及限制钻井液的溢流 量的作用。推力轴承承受上下的轴 向载荷。 E.驱动轴总成----上端接万向连轴 节，下端接钻头。起驱动钻头转动 的作用。
二 基本计算
1.全角变化率计算公式：
cos cos1 cos 2 sin 1 sin 2 cos
2.工具造斜率计算公式：
KC 30 D
3.装置角计算公式：
cos
cos1 cos cos 2 sin 1 sin 1
4.定向方位角计算公式：
s 1 n
图1-1 井斜角示意图
图1-2 方位角示意图
一 基本术语
6）磁偏角：磁北方位线与真北方位线并不重合，两者之间有一个夹角，这个夹角称为磁偏角。磁偏角又有东 磁偏和西磁偏角之分，当磁北方位线在正北方位线以东时，称为东偏角；当磁北方位线在正北方位线以 西时称为西偏磁偏角。•进行磁偏角校正时按以下公式计算（图1-3）： 真方位角＝磁方位角＋东偏磁偏角 真方位角=磁方位角－西偏磁偏角 7•）井斜变化率：是指井斜角随井深变化的快慢程度，常以Kα表示，精确的讲井斜变化率是井斜角度（α） 对井深（L•）的一阶导数。 8）井深方位变化率：实际应用中简称方位变化率，是指井斜方位角随井深变化的快慢程 度，常用KΦ表示。 9）全角变化率（狗腿严重或井眼曲率）：从井眼内的一个点到另一个点，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），•该角度既反映了井斜角度的变化又反映了方位角度的变化，通常称为 全角变化值。•两点间的全角变化值γ相对与两点间井眼长度ΔL变化的快慢及为全角变化率。 10）垂深（垂直井深）：即某测点的垂直深度，以H表示。•是指井身任意一点 至转盘面所在平面的距离。 11）水平投影长度：是指自井口至测点的井眼长度在水平面上的投影长度。以 S•表示。 12）水平位移：简称平移，是指测点到井口垂线的距离。在国外又称为闭合距 ( Closure Distance）。 13）平移方位角：又称为闭合方位角（Closure Azimuth），常用θ表示，•是 指以正北方位线为始边顺针方向转至平移方位线上所转过的角度。 14）视平移：又称为投影位移，井身上的某点在垂直投影面上的水平位移。在 实际定向井钻井过程中，这个投影面选在设计方位线上。所以视不移也可以定 义为水平位移在设计线上的投影。 图1-3
定向及水平井简介
定 向
定向工具的选择
1、同一弯度的螺杆，因螺杆弯点位置的不同，螺杆扶正器尺寸不同， 同一弯度的螺杆，因螺杆弯点位置的不同，螺杆扶正器尺寸不同， 弯点位置是否加厚，进尺快慢不同，地层倾角的不同， 弯点位置是否加厚，进尺快慢不同，地层倾角的不同，定向造斜率 是不一样的。 是不一样的。 2、某一度数的螺杆，在起步定向时的造斜率要低于这一螺杆的平均造 某一度数的螺杆， 。（Φ172mm1.5º螺杆，起步定向时的造斜率17 23º/100m， 17斜率。（Φ172mm1.5º螺杆，起步定向时的造斜率17-23º/100m，平均造
建议：造斜点到目的层的轨迹有无数条，只 造斜点到目的层的轨迹有无数条，
要增斜井段狗腿度满足设计要求，实钻轨迹 要增斜井段狗腿度满足设计要求， 满足地质避水等要求， 满足地质避水等要求，是否可以不必太要求 轨迹复合率。太要求轨迹复合率， 轨迹复合率。太要求轨迹复合率，增加了轨 迹调整次数，增加施工周期。 迹调整次数，增加施工周期。 尤其是在定向井和长稳斜井段。 尤其是在定向井和长稳斜井段。
定向井与直井对比 定向井与直井对比： 对比：
1、定向井有定向滑动钻进作业； 定向井有定向滑动钻进作业； 2、经常测井斜、方位; 经常测井斜、方位; 3、钻压失真、扭矩大； 钻压失真、扭矩大； 失真 4、起下钻频繁； 起下钻频繁； 5、泥浆性能要求严（携屑、润滑、 泥浆性能要求严（携屑、润滑、 井壁稳定）。 井壁稳定）。 6、定向井钻具事故多（粘附、键 定向井钻具事故多（粘附、 槽、疲劳）。 疲劳）。
定向井的基本概念
定向井的基本要素
测深— 井口至测点处的井眼实长， 测深— 井口至测点处的井眼实长，米。 井斜角— 测点处井眼方向线（切线，指前）与重力线间的夹角， 井斜角— 测点处井眼方向线（切线，指前）与重力线间的夹角，度。 方位角— 测点处正北方向至井眼方向线在水平面投影线间夹角， 方位角— 测点处正北方向至井眼方向线在水平面投影线间夹角，度。 井斜变化率 — 井斜角对井深的变化率，度/30米、度/100米。 井斜角对井深的变化率， /30米 /100米 方位变化率 — 方位角对井深的变化率，度/30米、度/100米。 方位角对井深的变化率， /30米 /100米 垂深 — 测点的垂直深度，米。 测点的垂直深度， 水平位移— 测点至井口所在的铅垂线的距离， 水平位移— 测点至井口所在的铅垂线的距离，米 。 闭 合 距— 井底的水平位移，米。 井底的水平位移， 闭合方位角— 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 。 投影位移（视位移） 测点水平位移在设计方位线上的投影， 投影位移（视位移）— 测点水平位移在设计方位线上的投影，米。
定向井水平井
自19世纪末旋转钻井诞生以来，初期都是打直井，人们预想的井眼轨道乃是一条铅垂直线。
并且认为旋转钻的实钻井眼轨迹也和顿钻一样，是一条铅垂直线。
直到大约本世纪20年代末，人们意外地发现一口新钻井把旁边一口老井的套管钻穿了，还发现相邻两口井的井深不同却钻到了同一油层。
于是认识到井是会斜的，需要采取有效措施控制井眼轨迹，才能减小井斜。
于是出现了“直井防斜技术”。
本世纪30年代初，在海边向海里打定向井开采海上油田的尝试成功之后，定向井得到了广泛的应用，其应用领域大体有以下三种情况。
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田，最好是钻定向井。
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，增加了原油产量，提高了油藏的采收率。
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(•称作救援井)，与事故井贯通，进行引流或压井，从而可处理井喷着火事故。
目前，定向钻井已成为油田勘探开发的极为重要的手段，井眼轨道设计和井眼轨迹控制乃是定向钻井技术的基本内容。
事实上，直井可以看作是定向井的特例，其设计的轨道为一条铅垂线。
直井防斜和定向井井眼轨迹控制，在技术原理上是一致的，只是应用方向不同而已。
井眼轨迹控制技术经历了从经验到科学，从定性到定量的发展过程。
现在正处在向井眼轨迹自动控制阶段发展。
三．定向井轨迹控制的基本方法二维定向井的设计轨迹一般是由四种井段组成：垂直井段，增斜井段，稳斜井段和降斜井段。
定向井知识培训
定向井知识培训一、定向井概念及分类定向井是指在油气勘探开发过程中，通过特殊的调控手段，改变井眼方向，使其在地层中具有一定的倾角和方向性。
定向井的分类主要包括定向钻井、水平井和多级水平井。
1. 定向钻井：是指在一般的垂直钻井方法之外，通过使用特殊的工具和技术来改变井眼方向，以实现在地层中特定目的的定向进尺。
2. 水平井：是指井眼地表段与地层接触平面倾角大于70度度的井。
3. 多级水平井：是指在水平井井身的不同深度段中开钻多个水平段。
定向井的分类主要是根据井眼的倾角和方向来划分的，不同的类型适用于不同的地质情况和开发目的。
二、定向井的优势1. 提高产量：通过定向井技术，可以最大限度的利用地层中的储集层，提高油气产量。
2. 降低成本：定向井可以减少钻井井眼数目，降低钻井成本。
3. 减少地表占地面积：通过定向井技术可以在一个地表场地上钻探多口钻井井眼，减少地表占地面积。
4. 提高勘探开发成功率：通过定向井技术可以钻探到难以到达的地层，提高勘探开发成功率。
三、定向井的主要工具和装备1. 定向井测井工具：包括测斜仪、磁探仪、地质定位仪等，用于测量井眼的倾角方向等。
2. 定向井钻头：包括定向导向钻头、下扩钻头、水平井磨岩钻头等，用于指导井眼方向并进行地层钻进作业。
3. 定向井钻探平台：包括双鼓式平台、三脚架平台等，用于安装井下工具，钻井作业和管柱下入等。
四、定向井施工流程1. 钻前准备：确定定向井的设计方案和目的、选型选用作业所需的工具设备。
2. 定向井井眼测斜：通过使用定向井测井工具，对井眼进行测斜，确定钻井方向。
3. 定向井导向钻进：采用定向井钻头和测斜工具对钻井方向进行调整，并进行定向钻进。
4. 定向井水平段钻进：根据地质要求，对水平段进行钻探并进行完井作业。
5. 定向井压裂和产出：通过定向井工具进行裸眼压裂或水平井砂浆封隔并进行产出。
五、定向井安全注意事项1. 定向井工作时应按照相应的安全操作规程进行作业，避免钻井事故的发生。
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点以后第七、八位，有效数字的前8位都是相同的）。
井眼轴线形状的图示法
• 投影图表示法
– 相当于机械制图中的视图表示法，在国外 使用广泛。
– 这种图示法包括两张图：一张是水平投影 图，相当于俯视图。一张是垂直投影图， 相当于侧视图，其投影面选在原设计方位 线所在的铅垂平面上(横坐标V，纵坐标D) 。
真方位角＝磁方位角＋东磁偏角
真方位角＝磁方位角－西磁偏角
不准确的说法：“地北与磁北
之间的差值，称为磁偏
角”“以地球北极为准，磁北 在其右边的为东磁偏角，……”
井眼轨迹的基本参数
磁偏角地图
测斜计算方法
• 主要的七种计算方法可分为三类：
• 曲线法优于直线法和折线法。手算用平均角法，电算用曲 线法。动力钻具钻出的井眼用最小曲率法；转盘钻钻出的 井眼用圆柱螺线法。
• 平移方位角：指平移方位线所在 的方位角，即以正北方位为始边 顺时针转至平移线上所转过的角 度，常以字母θ表示。
• 闭合距与闭合方位：国外将水平 位移称作 闭合距(Closure Distance)，将平移方位角称作闭 合方位角(Closure Azimuth)。我 国现场常特指完钻时的水平位移 为闭合距，平移方位角为闭合方 位角。
– 投影图主要用于指导施工。 – 优点：从图上可直接看出，需要增斜还是
需要降斜，需要增方位还是需要减方位。 也可根据这张图，可以想象出井眼轴线的 空间形状。 – 缺点：这种垂直投影图不能反映出井身参 数的真实值。
其它井身参数
• 垂直深度：简称垂深，是指轨迹 上某点至井口所在水平面的距离 。垂深的增量称为垂增。垂深常 以字母Ｄ表示，垂增以ΔＤ表示。
井眼轨迹的基本参数
– 井斜方位角常以字母φ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Δφ表示。井斜方位 角的值可以在0～360° 范围内变化。
– 注意“方向”与“方位”的区别。方位线则是水平面上的矢量，而方向线 乃是空间的矢量。只要讲到方位，方位线，方位角，都是在某个水平 面上；而方向，方向线和狗腿角，则是在三维空间内(当然也可能在水 平面上)。井眼方向线是指井眼轴线上某一点处井眼前进的方向线。该 点的井眼方位线则指该点井眼方向线在水平面上的投影。在学习扭方 位计算时，也要特别注意这个区别。
视平移：有人称为投影位移， 英文称Vertical Section，视 平移可以定义为水平位移在
设计方位线上的投影。视平 移以字母Ｖ表示。
其它基本概念
1、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。 2、造斜率：表示造斜工具的造斜能力，常用“°/100m ”表示。 3、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“°/30m ”表示。 4、方位变化率：单位井段内方位角的变化速度称为“方位变化率”， 常用“°/30m ”表示。 5、全角变化率K（狗腿度）：指的是单位井段内井眼钻进的方向在三维 空间内的角度变化，它既包含了井斜角的变化又包含着方位角的变化。 常用“°/30m ”表示。
定向井及水平井基础知识介绍
路漫漫其悠远
少壮不努力，老大徒悲伤
提纲
第一部分、定向井基础知识介绍 第二部分、水平井基础知识介绍 第三部分、现场实际应用情况
一、定向井技术概述
定向井技术起源于20世纪初，是美国Eastman公司开展 起来的，到20世纪中期，随着国际钻井三大技术(MWD随钻 测量技术、高效PDC钻头、长寿命导向螺杆钻具)的应用， 得到飞速发展，我国是继美国和前苏联之后，第三个钻水 平井的国家，1965年在四川钻成了两口水平井，90年水平 井被列入国家“八五”重大科技攻关项目，目前全国各油 田已经普遍推广应用。
定向井：按照一定目的要求，沿着设计轨道钻达预定 目的层位的井。
井眼轨迹的基本参数
• 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。
–显然，井眼方向线与重力线都是有向 线段。井斜角表示了井眼轨迹在该测 点处倾斜的大小。
井眼轨迹的基本参数
• 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：
– 2. 井眼轴线投影到水平面上以后，过其上每一点作投影线的切线，该 切线向井眼前进方向延伸部分，即为该点的井眼方位线，或称井斜方 位线。
– 上述1和2两个定义，是相同的，都是正确的。 – 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。注意，正北方位线是指地理子午线 沿正北方向延伸的线段。所以正北方位线和井眼方位线也都是有向线 段，都可以用矢量表示。
–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。
井眼轨迹的基本参数ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
• 井斜方位角：
– 1. 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）
• 水平投影长度：简称水平长度或 平长，是指井眼轨迹上某点至井 口的长度在水平面上的投影，即 井深在水平面上的投影长度。水 平长度的增量称为平增。平长以 字母Ｐ表示，平增以ΔＰ表示。
• 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。
其它井身参数
• 水平位移：简称平移，指轨迹上 某点至井口所在铅垂线的距离， 或指轨迹上某点至井口的距离在 水平面上的投影。此投影线称为 平移方位线。水平位移常以字母 Ｓ表示。