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，在海边向海里打左向井开采海上油田的尝试成功之后，左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.地而环境条件的限制：当地面上是髙山，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：对于断层遮挡汕藏，定向井比直井可发现和钻穿更多的油层：对于薄油层，左向井和水平井比宜井的汕层裸需而积要大得多。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，等等左向井的新种类，显箸地扩大了勘探效果, 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岀时，可从上部井段侧钻打左向井：特別是遇到井喷着火常规方法难以处理时，在事故井附近打左向井（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，左向钻井已成为汕出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泄向钻井技术的基本内容。事实上，直井可以看作是泄向井的特例，其设il•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

二维左向井的设讣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。显然，不同的井段将使用不同的工具，将有不同的轨迹控制方法。总的说，一口定向井的轨迹控制过程，可分为三个阶段。

1 .打好垂直井段

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。关于直井的轨迹控制问题，已在第三节中论述。

2.把好定向造斜关

这是增斜井段的一部分，但它是从垂直井段开始增斜的。由于垂直

井段井斜角等于零，所以称为“造斜”；由于垂直井段没有井斜方位

角，所以开始造斜时需要“泄向”。如果圧向造斜段的方位有偏差，则

会给以后的轨迹控制造成巨大困难。所以, 定向造斜是关键，一定要把好

这一关。

现代的左向造斜，除套管开窗侧钻还使用变向器外，几乎全是使用

动力钻具造斜工具。造斜井段的长度，一般是以井斜角达到可以使用转

盘钻的扶正器钻具组合继续增斜为准。这个井斜角大约为8°至10° o

3.跟踪控制到靶点

从造斜段结束，至钻完全井，都属于跟踪控制阶段。人们常说的轨迹

控制实际多指这一阶段。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”就可能造成脫靶，成为不合格井：另一方而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。所以这里的原则就是：既要保证中靶，又要加快钻速。

跟踪控制阶段还有一个原则，是尽可能使用转盘钻的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

进中常常岀现方位偏差。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。

可见，在跟踪控制阶段，井斜角的控制比较容易，

可用的工具也较多。而方位的控制则比较难，而且还牵

扯到许多复杂的讣算问题，特别是在扭方位的同时还要

求改变井斜角，其汁算就更为复杂。所以下而重点叙述

扭方位il•算问题。

四.造斜工具的定向

在扭方位计算中，我们可以算岀造斜工具的左向方位角①…现在要问，我们人在地面上，怎样知道造斜工具在井下的状况呢？我们又是如何使造斜工具的工具而正好处在预定的左向方位角呢？这需要一套龙向工艺技术。泄向就是把造斜工具的工具而摆在预泄的泄向方位线上。

,而且在使用动力钻具造斜工具进行造斜、增斜和使用

转盘钻造斜工具中的变

工具而摆到预泄的方位\

线上，然后通过泄向下图定冋齿刀标记法

钻，始终知道造斜工具的工具而在下钻过程中的实际方位，因而也知道下钻到底时的实际方

图5 76装置角示意图

向器和射流钻头进行造

斜时，也要先进行泄向。

这时的定向方位角也可

按照式(74)进行计算,

但需注意此时的装置角

3 =0 o

建向方法可分为两

大类：地面泄向法和井下

泄向法。地而泄向法是在井口将造斜工具的A-A剖面

HF酸液面

HF酸液瓶

铅模

位。如果实际方位与预龙方位不附，则可在地而上通过转盘将工具而扭到预立的左向方位上。 这种方法由于工序复杂，准确性差，目前已经很少应用了。井下左向法是先用正常下钻法, 将造斜工具下到井底：然后从钻柱内下入仪器测量工具面在井下的实际方位：如果实际方位 与预左方位不附，亦可在地而上通过转盘将工具而扭到预左的疋向方位上。这种方法工序简 单，准确性高，但需要一套先进的泄向测量仪器。下面着重介绍井下定向法。

1. 工具面的标记方法

要把仪器下到造斜工具内部测量工具面的方位，必须在造斜工具的内部给工具而作个标 记。这种标记方法有三种：

a. 泄向齿刀法：这是使 用氟氢

酸测斜仪进行泄向的 标记方法。如

图5-40所示， 齿刀上的齿尖所指方

位，标 志着造斜工具的工具而方

位。测量时仪器最下面的铅 模压在

泄向齿刀上，留下齿 刀的印痕，于

是可知道造斜 工具的工具面方位；

同时， 氟氢酸液瓶的液而倾斜方位

代表着井斜方位。这样就知 道了造

斜工具的工具而方位 与井斜方位的

关系。若下钻 前在裸眼内测得井斜

方位，

于是就可知适斜工具的工具而在井

下的实际方位。 b. 左向磁铁法：这是使用磁性测斜仪进行左向的标记方法。如图5-41所示，紧在造斜 工具上而接着一根专用的无磁钻铤，在该无磁钻铤的体部装着三对小磁铁（从原理上讲一对

就行了，三对的目的是加强磁 场强度），

磁铁的N 极方向与 造斜工具的工具面

方向之间的 关系是已知的。测量仪器中

有 两个磁性罗盘，下到井底后， 上罗

盘处在三个左向磁铁位 置，指针标志工

具而方位：下 罗盘则远离泄向磁铁，在

无磁 钻铤内指针指向正北方位。照 相

时两个罗盘而同时照在一张 底片上，于

是可知造斜工具的 工具而在井下的实

际方位。

c. 定向键法：这是一种用途 广泛的标

记方法，既可用于用

磁性测斜仪泄向，也可用于陀螺测斜仪

左向，原理上讲也可用于HF 酸测斜仪

左向。如图5-42 所示，左向键所在的母线就标志着造斜工具的工具而方位。测量时设法测到左向键的方位, 就可以知道造斜工具的工具而方位了。在测量仪器的罗盘而上有一个“发线”，在测量仪器 的最下而有一个“圧向鞋”，宦向鞋上有一个“定向槽”，在仪器安装时使“发线”与"泄向 槽”在同一个母线上对齐。当仪器下到井底时，泄向鞋的特殊曲线将使左向槽自动卡在泄向 键上，从而使罗盘而上的发线方位就标志了造斜工具的工具而方位。在照相底片上罗盘的指 针标志着井斜方位，所以可以求得造斜工具的工具面方位。

2. 各种定向方法及其使用场合

图5T1定向磁铁标记祛

图572定向锲标记法