定向钻井常用工具及仪器
石油钻井用定向MWD仪器详解
石油钻井用定向MWD仪器详解目录1 定向井测试准备工作1.1基地仪器设备准备工作1.2仪器设备的运输1.3井场测量作业值班房准备1.4井场准备工作和参数资料搜集1.5井场信号系统准备1.6脉冲发生器与APC串联1.7无磁悬挂短节组装2 定向井测试作业下钻前准备工作2.1激活电池2.2仪器电池容量估算公式2.3 压力开关测试2.4下井仪器串测试2.5压耗计算和水眼选择2.6在计算机上建新井记录2.7钻台仪器串联接2.8建本趟下钻记录3 定向井测试作业3.1地面接口箱操作3.2浅测试3.3把工具面偏差输入计算机3.4随钻定向测试作业4 MWD信号检测基本问题及解决办法4.1 MWD仪器下钻前的准备工作4.2 MWD仪器在工作中可能出现的问题4.3进口地面接口箱（SIB）检测4.4压力传感器的检测4.5进口司显（RFD）的检测步骤4.6国产司显（RFD）的检测步骤4.7国产地面接口箱操作使用说明4.8国产MWD系统电缆连接方式4.9进口MWD系统电缆连接方式5 完钻拆卸井下仪器6 完成本趟钻记录并建新记录7 维护与保养7.1清洗无磁悬挂短节7.2脉冲发生器反冲洗方法7.3 SEA、PSA、APC保养7.4完井撤离工作8 井下仪器性能校验8.1 SEA精度校验8.2脉冲发生器压力开关测试9 MWD仪器使用故障现象和分析附件1：推荐仪器设备清单。
1定向井测试准备工作1.1基地仪器设备准备工作现场人员接到上井通知后，现场负责人应认真询问现场服务的有关情况：a.服务对象、地点；所需标准脉冲发生器悬挂短节的型号、尺寸；泵的型号、尺寸、工作情况，以此决定所用悬挂短节及相应配件和泵冲传感器支架。
b. 泵压传感器是否有安装位置及由壬的公英制。
c. 大约的工作时间及MWD工作井段，以便准备MWD仪器电池。
d. 问清生活住宿条件和现场电源供应情况以便提前作好准备。
e. 按照《MWD上井仪器设备清单》领取仪器、工具、相应的消耗和生活用品。
定向井工具面基础知识
定向井工具面基础知识定向井工具是石油工业中常用的一种工具，它可以帮助钻井工程师在钻井过程中改变井眼的方向和角度。
定向井工具可以实现垂直井眼的转换为水平井眼，或者将水平井眼转换为斜井眼，这样可以帮助钻井工程师从一个位置到达另一个位置，以便更有效地勘探和开采石油储藏层。
定向井工具通常包括测斜仪、导向钻头和悬挂物等部件。
测斜仪可以测量井眼的方向和角度，导向钻头可以改变井眼的方向和角度，而悬挂物则可以将这些工具悬挂在钻杆上，以便在钻井过程中使用。
测斜仪是定向井工具中最重要的部件之一，它可以测量井眼相对于地球表面的方向和角度。
测斜仪通常由一个或多个加速度计组成，这些加速度计可以测量井眼相对于重力的方向和角度。
通过对这些数据进行处理，钻井工程师可以了解井眼的位置和方向，以便调整导向钻头的位置和方向。
导向钻头是定向井工具中最重要的部件之一，它可以改变井眼的方向和角度。
导向钻头通常由一个或多个导向翼组成，这些导向翼可以产生侧向力，将井眼向所需方向偏转。
导向钻头通常由钻头、传感器和控制装置组成，控制装置可以控制导向钻头的运动，以便实现所需的井眼方向和角度。
悬挂物是定向井工具中的重要部件，它可以将测斜仪和导向钻头悬挂在钻杆上，以便在钻井过程中使用。
悬挂物通常由上、下两个部分组成，上部分可以固定在钻杆上，下部分可以固定测斜仪和导向钻头。
在钻井过程中，钻杆可以旋转和推进，测斜仪和导向钻头可以根据所需方向和角度进行调整，以便实现井眼的转向和调整。
总的来说，定向井工具是石油钻井工程中至关重要的一种工具，它可以帮助钻井工程师在钻井过程中实现井眼的转向和调整，以便更有效地勘探和开采石油储藏层。
定向井工具的面基础知识包括测斜仪、导向钻头和悬挂物等部件，以及它们的功能和使用方法。
定向钻井常用工具及仪器
3-2 螺杆钻具 1 、基本结构
B、马达总成
马达是螺杆钻 具的动力部件。
? 作用：把钻井液的水力能转化为机械能。
? 结构： 由转子和定子两部分组成。
? 转子是一根表面镀有耐磨材料的钢制螺杆，其上端是自由 端，下端与万向轴相连。
? 定子包括钢制外筒和硫化在外筒内壁的橡胶衬套，橡胶衬 套内孔为一个螺旋曲面的型腔。
将马达产生的扭矩及转速传递给传动轴和钻头。
?结构及工作原理：壳体和万向轴。
a) 直螺杆钻具的万向轴壳体无弯角，而弯壳体 螺杆钻具的万向轴壳体带有弯角。
b) 万向轴有几种不同的结构形式，普遍采用瓣 型连接轴和挠性连接轴。
3-2 螺杆钻具 1、基本结构
D、传动轴总成
?作用：将马达的旋转动力传递给钻头，同时
制动工况对螺杆钻具 危害甚大，应予避免 ！
在操作时应缓慢施加钻压，一旦发生制动工况（泵压表数值突增），应立即将钻 具提离井底循环钻井液，待泵压表的数值下降后再下放钻具缓慢施加钻压。
3-2 螺杆钻具 4、工作特性(外特性)
(3)额定工作参数的确定
? 负荷效率最大的工况为螺杆钻具的工作点，与此对应的工作参 数应是螺杆钻具的最优工作参数。 如产品说明书上推荐的额定 排量、额定钻压、额定扭矩、额定转速和额定功率。
①转速只与排量 Q 和结构有关，而与工况（钻压、扭矩等）无关； ②工作扭矩与压降 ? P 和结构有关，而与转速无关； ③转速和力矩是各自独立的两个参数； ④具有硬转速特性（不因负载 M 增大而降低转速）和良好的过载能力（ ? p 增大可导致
工作转矩 M 变大）； ⑤泵压表可作为井底工况的监视器，由 ?P 变化来判断和显示井下工况（ MT 和钻压 PB）； ⑥转速 n 随排量 Q 的变化而线性变化， 因此可通过调节排量 Q 很容易地进行转速调节； ⑦工作扭矩 MT 与转速 nT 均与结构（ q）有关，增大马达的每转排量，可获得适合于钻
定向钻进原理与应用
深度和直径。
技术挑战与解决方案
加强钻屑处理和环保措施
采用环保型的钻屑处理技术，减少对环境的污染，同时加强施工现场的环保措 施。
合理选用和维护设备
根据实际需求选用合适的定向钻进设备，并定期进行维护和保养，确保设备的 正常运行和使用寿命。
06
定向钻进未来发展趋势
技术创新与进步
钻进工艺优化
通过改进钻头设计、优化钻进参数等手段，提高钻进效率，降低 成本。
地下管线施工
地下管线施工
定向钻进技术适用于地下管线施 工，如电力、通讯、燃气等管道
的铺设和维修。
非开挖施工
定向钻进技术可以实现非开挖施工， 避免对地面和建筑物的影响，降低 施工成本和风险。
管道修复
定向钻进技术可以对旧管道进行修 复和更换，提高管道的耐久性和安 全性。
城市非开挖施工
城市非开挖施工
定向钻进技术适用于城市非开挖施工，如地铁、 隧道、桥梁等工程的施工和维护。
定向钻进钻具是用于控制钻孔方向的工具，包括弯接头、无 磁钻杆、减震器等。
弯接头可以根据需要选择不同的弯曲角度，以控制钻孔的方 向。无磁钻杆则可以在磁场干扰较大的区域使用，避免磁力 干扰对定向精度的影响。减震器则可以减小钻孔过程中的震 动，提高钻孔精度。
定向钻进测量仪器
定向钻进测量仪器是用于监测和测量钻孔位置、方向和深度的设备，包括测斜仪、陀螺仪、 GPS定位系统等。
泥浆性能的稳定。
测量与纠偏
测量定位
纠偏措施
使用测量设备对钻孔的位置和角度进 行实时监测，确保钻孔的准确性。
在钻进过程中，如发现钻孔偏离预定 轨迹，采取相应措施进行纠偏，以确 保钻孔质量。
数据记录
记录钻孔的各项参数，如钻进深度、 角度、方位等，为后续分析提供数据 支持。
钻井井下作业工具大全展示ppt课件
03
常见钻井井下作业工具介绍
牙轮钻头
01
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03
结构组成
由钻头体、牙轮、轴承及 喷嘴等部件组成。
工作原理
通过牙轮在井底滚动破碎 岩石，同时利用喷嘴喷射 钻井液清洗井底并冷却钻 头。
适用范围
适用于软到中硬地层的钻 井作业。
金刚石钻头
02
01
03
结构组成
由钻头体、金刚石复合片、喷嘴等部件组成。
工作原理
尺寸检查
核对工具尺寸是否符合设计要求，特别是关键部位的尺寸。
使用前检查与准备工作
• 性能测试：对工具进行必要的性能测试，如密封性、耐压性等。
使用前检查与准备工作
清洁工具
清除工具表面的油污、泥土等杂质。
润滑保养
对需要润滑的部位进行润滑保养，确保工具在井下作业过程中运 转顺畅。
安装调试
按照操作规程对工具进行安装和调试，确保工具处于正常工作状 态。
• 经济性：在满足安全和适应性的前提下，选择性价比高的工具。
选型原则和方法
01
选型方法
02
03
04
了解井身结构和井眼轨迹，确 定所需工具的基本类型和规格
。
分析地层特性，选择适合地层 特性的工具材料和结构。
参考类似井的作业经验，选择 经过验证的可靠工具。
使用前检查与准备工作
外观检查
检查工具表面是否有裂纹、变形、严重磨损等缺陷。
02
钻井井下作业工具核心技术
钻头设计与制造技术
钻头类型与结构
包括刮刀钻头、牙轮钻头、金刚石钻头等，介绍各 种钻头的结构特点、适用地层及工作原理。
钻头材料
阐述钻头制造中常用的高性能合金钢、硬质合金、 金刚石等材料的性能特点与选用原则。
定向井专用工具介绍螺杆
四．螺杆钻具使用方法1．地面检查(1) 螺杆上、下接头（旋转钻头短节）是否有松扣或松动现象，如有松扣现象进行紧扣。
(2) 下接头固定螺栓是否有松扣现象，若有进行紧扣。
(3) 旁通阀是否能关闭，若不能关闭，可采用机油浸泡活动，直到能关闭为止。
(4) 要注意观察弯螺杆上部弯方的标记与下部弯接头弯曲的方向是否一致。
(5) 螺杆钻具上、下钻台必须使用绷绳绷，防止碰撞损坏螺杆钻具。
(6) 用游车吊起螺杆钻具，测量轴承壳体与旋转短节间的轴向间隙，在下放游车让螺杆钻具触到转盘，再测量轴承壳体与旋转短节间的轴向间隙，两者间隙差6-1/2"螺杆不大于6mm，7-3/4"和9-5/8"螺杆不大于8mm，否则应更换螺杆。
(6) 让螺杆钻具与方钻杆相接，把扣上紧，将螺杆钻具的旁通阀下放到转盘面以下，开泵，小排量使钻井液流进马达，应能看见钻井液从旁通阀的旁通孔流出；随着排量加大，马达开始转动，旁通阀关闭；如一切正常，停泵卸方钻杆，接钻头下钻。
2．钻具下井(1) 下放钻具及其组合应小心地控制下放速度。
下钻遇阻，应开泵循环，慢慢划眼通过。
若带有弯接头或弯壳体的钻具遇阻时应间歇性地转动钻具，慢慢通过，以防止划出新眼。
(2) 对深井和高温井，下放钻具建议周期性地进行中途循环。
(3) 在井内，若钻井液不能迅速通过旁通阀阀口流进钻柱中，应减慢下放速度或不时停下来充罐泥浆。
3．启动(1) 钻具达到预先确定的位置，可以开泵循环。
，(2) 定向前充分清洗井底。
4．钻进(1) 下钻完，接方钻杆前把钻杆滤子放入钻杆；钻头离井底1米以上开泵，开泵正常后方能下放钻进，缓慢均匀加压。
(2) 钻进中要随时注意泵压变化情况（当排量给定的前提下）、钻时、岩性变化情况，防止意外事故发生。
(3) 对于弯螺杆要注意选择弯曲角的大小，以满足钻井工程设计的要求。
(4) 钻进中几种异常情况的处理：◆指重表摆动不停。
将钻头提离井底，循环几分钟，待指重表稳定后再钻进。
第三章---定向井主要钻井工具介绍
第三章---定向井主要钻井工具介绍第三章定向井主要钻井工具介绍3.1 泥浆马达介绍泥浆马达由：驱动头、轴承总成、万向接头、转子、定子和旁通阀组成。
其马达部分由定子和转子组成，泵入钻具的钻井液流经马达推动转子转动后再流经钻头，转子的旋转力传递给钻头带动钻头旋转。
图3-1，井下马达的主要部件。
图3-1井下马达的主要部件下面以纳维钻具为例分别介绍泥浆马达的各主要部件：3.1.1旁通阀旁通阀是为了使循环液绕过马达，因此，下钻时可让循环液灌入钻柱；起钻或接钻杆时可让管内液体泻出。
当无循环或低泵量循环时，弹簧使活塞处于上部位置，此时，孔道开启，泥浆可流入钻柱或自钻柱流出。
活塞的动作取决于排量，相当于推荐最大排量的30%时活塞被下推座于活塞座上，于是孔道被封闭，钻井液径直流经马达如果停泵，弹簧再将活塞顶回到原来上部位置，孔道又被开启。
图3-2 旁通阀示意图3.1.2 多级马达目前各类井下马达多为容积式马达，基本由以下两部分组成：①具有螺旋形内腔的橡胶硫化定子。
②螺旋形的钢转子，其表面镀有硬度材料以减少磨损并防止腐蚀。
在定子橡胶和转子抗磨及抗腐蚀金属表面间是连续密封的，所以当泥浆经马达时转子就转动(如图3-3所示)。
图3-3 容积式马达转子和定子剖视图这种马达最大优点是：①钻井扭矩直接和马达产生的压降成正比。
②转子的转速只取决于排量，不受扭矩的影响，因此，当进行钻井作业时，在钻台上就可以确定并控制转速和扭矩。
3.1.3 万向轴转子下端和万向轴总成相连,万向轴可把转子的非同心转动转变为驱动接头的同心转动。
万向轴总成由两个万向接头组成，每个万向接头均以抗油强力橡胶套密封并充满黄油，橡胶套密封的作用旨在使万向接头不受泥浆污染。
3.1.4 轴承总成和驱动接头用轴承支撑的驱动接头将马达的转动和扭矩传给钻头。
约有2%的泥浆排量通过并润滑轴承，绝大部分钻井泥浆经径向轴承上面的水槽进入驱动轴并经钻头流出。
3.1.5 泥浆马达的类型目前大多数泥浆马达都是按螺杆原理工作。
定向井工具简介
L2 -------
弱降斜组合
定向井中心-塘沽
0.8
18.0～27.0
13
三、非磁钻铤（1）
非磁钻铤结构
Á «
ID
ÇÅêú «´ ¬î Non-magnetic Drilling Collar
S/N
非磁钻铤作用
在使用MWD或者电子多点测斜仪等仪器时，在钻具组合中使用非磁钻铤可 以有效防止由于钻具所带来的磁干扰，使测量结果准确有效。
第三位数字用1和0分别表示公扣和母扣。例如：411表示4-1/2 "的钻杆， 内平式的公接头。
定向井中心-塘沽
27
工具扣型识别(2)
钻杆接头的类型：
1）内平接头（IF）： 适用于外加厚及内外加厚钻杆，其接头内径钻杆加厚部分内 径和钻杆本体内径相等或相近。泥浆流过该类型接头时，流动阻 力小，有利于水功率的利用。但该类接头强度低，易于磨损。 2）贯眼接头（FH）： 适用于内外加厚及内加厚钻杆。接头内径等于钻杆加厚部分内 径，但小于钻杆本体内径。泥浆流过时，流动阻力大于内平式接 头，但强度大于内平式接头。 3）正规接头（REG）： 适用于内加厚钻杆，正规式接头内径小于钻杆加厚部分内径， 钻杆加厚部分内径又小于钻杆本体内径，因此该类型连接的钻杆 有三种不同的内径，并且公接头内径比母接头内径还小。泥浆流 过时阻力大。但该类接头外径小，耐磨损，强度大，常用某些打 捞工具和水龙头下部保护接头等的连接处。
定向井中心-塘沽
14
三、非磁钻铤（2）
8 "非磁钻铤：
扣型：631*630 内径： 3 " 外径：8 " （203.2mm）
3-1/4 " （82.55mm）
《定向钻井技术》课件
标准化和规范化
定向钻井技术将逐渐建立和完善相关 标准和规范，促进技术的规范化和标 准化发展。
06
定向钻井技术的应用实例
BIG DATA EMPOWERS TO CREATE A NEW
ERA
油气田定向钻井实例
总结词
油气田定向钻井技术是定向钻井技术应用的重要领域，通过 定向钻井技术，可以高效开发油气资源，提高采收率。
详细描述
定向钻井技术在地热能开发中应用广泛，主要用于地热井的钻进。通过精确控 制钻头方向和轨迹，实现地热资源的有效开发，同时减少对周围环境的破坏和 污染。
其他领域定向钻井实例
总结词
除了油气田和地热能开发领域，定向钻井技术还广泛应用于其他领域，如水井、桩基孔、地下管道等 。
详细描述
在水井钻进中，定向钻井技术可以控制钻头方向和轨迹，实现水资源的有效开发。在桩基孔钻进中， 定向钻井技术可以提高桩基的稳定性和承载能力。在地下管道建设中，定向钻井技术可以实现管道的 精确铺设和连接。
详细描述
定向钻井技术在油气田开发中应用广泛，主要用于水平井、 大斜度井和对接井的钻井。通过精确控制钻头方向和轨迹， 实现水平段或斜度较大的井段的高效钻进，从而增加油藏暴 露面积，提高采收率。
地热能开发定向钻井实例
总结词
地热能开发定向钻井技术是利用地热资源的重要手段，通过定向钻井技术，可 以高效开发地热资源，减少环境污染。
定向钻井的测量仪器
01
测量仪器是定向钻井中用于监测和记录钻孔信息的 设备。
02
它能够实时监测钻头的位置、方向、深度等信息， 为施工人员提供准确的钻孔数据。
03
测量仪器的精度和可靠性对定向钻井的精度和效率 具有重要影响。
04
定向井测量仪器介绍
一、概 述
按照仪器的测量原理来分：可分为磁性测量仪器与陀螺测 量仪器。
磁性测量仪器：以地球的磁场强度及磁力线分布为测量依 据，测出的井眼方位是以磁北为基准。我们通常所用的电子单 多点、MWD、LWD等都是磁性测量仪器。
陀螺测量仪器是利用高速旋转的陀螺的定轴性原理，通常 在井口以地理北极（真北）确定陀螺的原始基准；后来发展出 的自寻北陀螺是陀螺测量出地球不同纬度的角速度来自动使基 准轴对准地理北极。
一、概 述
磁性测量仪器的特点及使用环境： 抗振动性好，但需要在没有磁干扰的环境中使用。 陀螺测量仪器的特点及使用环境： 抗振动性能差，不能做成随钻仪器，但它可以在有磁干 扰的环境中使用，如套管、钻铤等有磁材料中使用。
定向井测量仪器 介绍
定向井技术服务分公司
二○一四年十二月
介绍内容
一、概述 二、电子单多点仪器 三、有线随钻仪器 四、陀螺仪器介绍 五、无线随钻MWD仪器 六、无线随钻LWD仪器 七、旋转导向简介
一、概 述
一、概 述
定向钻井测量仪器是定向工作者的眼睛，是控制井眼轨迹必 不可少的工具。定向钻井测量仪器和定向钻井工艺是相辅相成的 ，二者缺一不可。而且随着定向钻井技术的发展，其越来越依赖 于测量仪器和工具的技术发展，先进的测量仪器和工具是完成高 质量高难度定向井、水平井的必要条件。常用的定向井测量仪器 包括以下种类：
午线之间的夹角称这个深度的井眼真方位角。 4、高边：在井眼曲线上的某一深度，当铅垂线穿过井轴时，铅垂线进入的那边
叫做重力高边，铅垂线穿出井轴的那边叫做重力低边。 5、工具面：由弯接头构成的平面称为工具面。 6、高边工具面角：由弯接头构成的平面与铅垂线之间的夹角称为高边工具面角
定向井基础知识讲座
二、基本技术术语
入靶点：是指地质设计规定的目标起始点。
终止点：是指地质设计规定的目标结束点。
靶前位移：是指入靶点的水平位移。 水平段长：入靶点与终止点的轨道长度。 矩形靶：即纵向为a米,横向为b的长方体。 调整井段：用于施工中调整井眼轨迹的井段。
倒装钻具组合：在钻大斜度井段和水平段时，为了给钻
头加压，将部分重量较轻的钻具放至钻具组合下部，把 钻铤、加重钻杆等较重的钻具放至直井段或较小井斜的 井段的钻具组合。
准确命中B靶与王东12-13井直接连通。完钻井深2358m，水
平段长198m，实钻垂深与设计相差0.3m，A点靶心距1.14m，
B点钻入王东12-13井半径为3m的溶腔中，实现了不用压裂，
两井直接连通的目的。
四、现场工艺技术
（二）水平井应用实例
1、直井段
要求防斜打直。二开采用塔式钻具，控制钻压10～40kN， 转速117r/min，确保井斜在较低范围内。三开采用钟摆钻具， 钻压20～30kN，转速217 r/min，井斜控制在2°以内，取得了 较好效果。钻具组合为： φ215.9mmPDC+φ158.75mm无磁钻铤1根+φ158.75mm钻铤1 根 +φ214mm 稳 定 器 +φ158.75mm 钻 铤 1 根 +φ214mm 稳 定 器
五、今后发展方向
压力传感器/ 译码装置
旋转导向系统
地面计算机 地面控制闭环系统
信号通过立管向 井内系统传输
旁通启动系统
五、今后发展方向
PowerDrive系统及其指令设置
五、今后发展方向
旋转导向钻井系统
可变径稳定 器
滑动导向控制
旋转导向控制
Q
定向井工具简介
4
一、马 达（2）
马达内部结构图：
旁通阀总成
马达总成
万向轴总成 传动轴总成
单位名称－序号
5
一、马 达（3）
马达外型结构：
Á «
Á «
AKO
Á «
单位名称－序号
6
马达的工作原理（4）
马达是一种 螺杆钻具（SCREW DRILLS），它是以 泥浆作为动力的一种井下动力钻具。 马达工作原理：泥浆泵产生的高压泥浆流，经旁 通阀进入马达时，转子在压力泥浆的驱动下，绕定 子的轴线旋转，马达产生的扭矩和转速，通过万向 轴和传动轴传递给钻头，来实现钻井作业。
单位名称－序号
24
五、短非磁钻铤
短非磁钻铤的作用： 与非磁钻铤的作用类似，只是长度不同。
Hale Waihona Puke 短非磁钻铤尺寸、内外径及扣型：
8 "短非磁钻铤： 扣型：631*630 外径：8 " （203.2mm）
内径：3-1/4 " （82.55mm）
6-1/2 "短非磁钻铤：
扣型：411*410
外径：165.1mm
内径：3-1/4 “ 或 2-13/16 ” （71.4mm）
单位名称－序号
25
六、浮阀和定向接头（1）
浮阀的作用：
主要作用是防止泥浆倒流损害井下测量工具， 以及防止钻头水眼被堵。
定向接头的作用：
主要作用是为定向仪器（陀螺等）提供一个稳 定的座封环境，便于准确地知道马达等井下工具 的方向，保障下部作业顺利进行。
单位名称－序号
7
旁通阀总成---马达（5）
旁通阀结构及工作原理：
旁通阀有旁通和关闭两个位置，在起下钻时位于旁 通位置，下钻时匀许环空的泥浆由旁通阀阀体侧面的阀 口孔流向钻杆内孔，起钻时使钻杆内孔的泥浆从阀体侧 面的阀口流入环空，减少井台溢出泥浆，当泥浆流量及 压力达到一定值时，旁通阀关闭，泥浆流经马达，将泥 浆能量转换为机械能。
定向方法与定向专用工具介绍
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。
因为造斜点较深时，反扭角很难控制，且定向时间较长。
施工过程如下：（l）下入定向造斜钻具至造斜点位置（注意：井下马达必须按厂家要求进行地面试验）。
（2）单点测斜，测量造斜位置的井斜角，方位角，弯接头工具面；（3）在测斜照相的同时，对方钻杆和钻杆进行打印，并把井口钻杆的印痕投到转盘面的外缘上，作为基准点；（4）调整工具面（调整后的工具面是：设计方位角十反扭角）。
锁住转盘、开泵钻进；（5）定向钻进。
每钻进2～4个单根进行一次单点测斜，根据测量的井斜角和方位角及时修正反扭矩的误差，并调整工具面；（6）当井斜角达到8～10度和方位合适时，起钻换增斜钻具，用转盘钻进。
在单点定向作业中要注意：①在确定了反扭角和钻压后，要严格控制钻压的变化范围，通常在预定钻压±千牛（2吨）内变化；②每次接单根时，钻杆可能会转动一点，注意转动钻杆的打印位置至预定位置；③如果调整工具面的角度较大（＞90度），调整后应活动钻具2～3次（停泵状态），以便钻杆扭矩迅速传递。
第六节方位调整段轨迹控制一、什么时候需要下动力钻具调整井眼轨迹（1）井眼的方位角不符合设计要求时。
（2）利用转盘钻已经达不到合理调整井眼井斜角和方位角的要求时。
（3）井眼的井斜角不符合设计要求时（转盘钻钻具组合已经达不到要求）。
二、下入什么样的钻具组合进行井身轨迹调整：根据井眼轨迹调整所需要的造斜率来决定下入的钻具组合，一般来说需要按造斜率的大小来选择钻具组合：造斜率在10°～15°/100米之间可以下入弯接头的钻具组合来完成。
造斜率在15°～30°/100米之间可以下入单弯的钻具组合来完成。
造斜率在30°～45°/100米之间可以下入双弯的钻具组合来完成。
（目前改进了的单弯造斜率已有所提高）一般情况：30°/1000米左右，但也有其他情况，反扭角不仅仅是受到钻压的影响，还受到井眼光滑程度的影响等等。
定向钻进原理与应用
定向钻进技术也用于电力、通信等电 缆的铺设，减少对现有设施和环境的 破坏。
地下水治理
地下水监测
定向钻进技术用于监测地下水水位、水质等参数，为地下水治理提供数据支持。
污染治理
定向钻进技术可用于对地下水污染源进行定位和封堵，控制污染扩散。
考古挖掘
遗址定位
定向钻进技术用于定位和发掘古代遗址，了解古代文明和历史。
定向钻进原理与应用
目 录
• 定向钻进原理概述 • 定向钻进设备与工具 • 定向钻进技术应用 • 定向钻进技术优势与挑战 • 定向钻进工程案例分析
01 定向钻进原理概述
定向钻进定义
定向钻进是一种利用钻孔设备在地层中按照预定方向进行钻 进的施工技术。通过控制钻孔的方向和深度，实现钻孔轨迹 的精确控制，以满足特定的工程需求。
02 定向钻进设备与工具
定向钻进钻机
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02
03
钻机类型
根据不同的地质条件和应 用需求，定向钻进钻机可 分为轻型、中型和重型。
钻机结构
定向钻进钻机由钻杆、钻 头、泥浆泵、控制系统等 组成，其中钻杆和钻头是 主要的切削工具。
钻机特点
定向钻进钻机具有结构紧 凑、操作简单、适应性强 等特点，能够在复杂的地 质条件下进行高效钻进。
定向钻进泥浆系统的主要作用是 冷却钻头、携带岩屑、稳定孔壁
和润滑钻具等。
泥浆材料
定向钻进泥浆的原材料一般为水和 膨润土，根据不同的地质条件和钻 进需求，添加适量的泥浆添加剂。
泥浆循环
定向钻进泥浆循环系统由泥浆泵、 泥浆管、水槽等组成，通过循环将 泥浆输送到钻孔中，并将岩屑带出。
定向钻进测量仪器
测量仪器类型
定向钻进广泛应用于石油、天然气、水井、地热等领域，也 可用于穿跨越河流、湖泊、高速公路等复杂地形的管道铺设 。
常用井下作业工具+介绍
自封封井器
双闸板封井器
全封闸板 半封闸板
环形封井器
球形胶芯
控制装置
地面防喷器控制装置（简称液控装置）是控制井口防喷器组及液动 节流阀、压井阀的重要设备，是钻井、修井作业中防止井喷不可缺少的 装置。液控装置的功用就是预先制备与储存足量的压力油并控制压力油 的流动方向，使防喷器得以迅速开关动作。
扩张式封隔器
该封隔器使用时必须与定压单流凡尔同时使用， 封隔器工作时，油管内加压，液体通过下接头水眼进 入中心管与胶皮筒空间，使胶筒向外扩张，完成坐封。 压力达到一定值时，定压单流凡尔打开，（形成管柱 内与环空的液流通道）由于定压凡尔的阻流作用，管 柱内压力永远大于环空压力，封隔器保持密封工作状 态。当封隔器内外无压差时，排出内腔液体，胶筒收 缩，封隔器解封。可应用于注水、酸化压裂等管串施 工，该封隔器结构简单，操作方便。
上卸扣工具
液动油管钳是靠液压系统进行控制和传递动力的上 卸油管扣的专用工具。
液压钳现场应用
油管小滑车
起吊工具
吊卡是用来起吊并卡住套管、 钻杆、油管、抽油杆的专用工具， 起下作业时，用吊环将吊卡悬吊在 游动滑车上，吊卡再卡住套管（或 钻杆、油管、抽油杆）便可以进行 起下作业了。吊卡一般为活门吊卡 和月牙吊卡两种型式。
防喷器井口安装
节流压井管汇
节流压井管汇是控制 井内各种流体的流动，或 改变流动路线，通过节流 阀给井内施加一定回压的 一整套专用管汇，是钻井 液压防喷器的配套装置， 也是控制井喷、平衡钻井 工艺和恢复油气井压力的 主要设备之一。
套管头
套管头是连接套管和各种井口装置的部件，用以支持技术套管和油层套管的重 力，密封各层套管间的环行空间，为安装防喷器、油管头和采油树等上部井口装置 提供过渡连接，并且通过套管头本体上的两个侧口，可以进行补挤水泥，监控井沉 和注平衡液等作业。
常用钻井工具常识
压力平衡
钻井液能够维持井内的压力平 衡，防止井喷或漏失。
冷却钻头
钻井液能够将钻头的热量带走 ，起到冷却作用，延长钻头使
用寿命。
适用场景
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水基钻井液适用于各种 地层条件，特别是松散、 易塌地层。
油基钻井液适用于复杂、 易塌、高研磨性地层。
泡沫钻井液适用于低压 力、易漏失地层。
乳化钻井液适用于高粘 度、高密度地层，具有 较好的稳定性和润滑性。
。
牙轮钻头
适用于钻软至中硬岩层，具有 较大的切削面和钻孔直径，钻
孔速度快。
工作原理
切削原理
磨削原理
钻头通过旋转切削岩层，将岩屑排出 孔外。
钻头通过磨削破碎岩层，将岩屑排出 孔外。
冲击原理
钻头通过冲击破碎岩层，将岩屑排出 孔外。
适用场景
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硬岩层
适用于钻硬度较高的岩层， 如花岗岩、大理石等。
THANKS FOR WATCHING
感谢 据钻井深度和地层情况分段安装，提高稳定性和 适应性。
工作原理
刚性稳定器
利用其刚性结构，直接支撑井壁，减少钻头侧向 摆动，提高钻进效率。
弹性稳定器
利用其弹性结构，吸收地层的变形能量，减少钻 头受到的冲击，延长钻头使用寿命。
分段式稳定器
利用其分段式结构，可根据钻井实际情况分段安 装，提高适应性和稳定性。
压井管汇
通过增加或减少钻井液的重量来调节 井内压力。
泥浆泵
通过活塞的往复运动来产生压力，推 动钻井液循环。
适用场景
防喷器
节流阀
适用于各种钻井作业，特别是深井和高压 油气田。
适用于需要调节钻井液流量和压力的场合 。
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3-1 无磁钻铤 3-2 螺杆钻具 3-3 测斜仪器
3-1 无磁钻铤
1、作用：为磁性测斜仪提供一个没有局部磁场干扰的工作 环境，防止磁罗盘读数失真。
磁性测斜仪测量井眼数据时，磁罗盘必须与地磁场相符合， 所在的钻柱处不能有使罗盘读数失真的局部磁场。
普通钢钻铤容易被磁化，尤其在接头处还会形成“磁极”， 由此产生的局部磁场会使磁罗盘的读数失真。
3-2 螺杆钻具
1、基本结构
由四部分组成，从上至下依次为： • 旁通阀总成； • 马达总成； • 万向轴总成； • 传动轴总成。
3-2 螺杆钻具 1、基本结构
A、旁通阀总成
• 作用：停泵时使钻柱内空间与
环空沟通，避免起下钻和接单根 时钻柱内钻井液溢出污染钻台， 影响正常工作。
旁通阀是螺杆 钻具的辅助部
结构及工作原理：壳体和万向轴。
a) 直螺杆钻具的万向轴壳体无弯角，而弯壳体 螺杆钻具式，普遍采用瓣 型连接轴和挠性连接轴。
3-2 螺杆钻具 1、基本结构
D、传动轴总成
作用：将马达的旋转动力传递给钻头，同时
承受钻压所产生的轴向和径向负荷。
结构及工作原理：
件。
• 结构：由阀体、阀芯、弹簧、筛 板等组成。
3-2 螺杆钻具 1、基本结构
A、旁通阀总成
工作原理：
a. 开泵时，钻井液压力迫使阀 芯向下运动，造成弹簧压 缩并关闭阀体上的通道 （内装筛板过滤异物）， 此时螺杆钻具可循环钻井 液或正常钻进。
b. 停泵时，钻井液压力消失，被压缩的弹簧上举阀芯，旁通阀 开启，使钻柱内空间与环空沟通。
磁性测斜仪的保护筒、测量时仪器所在的钻铤都必须 使用不能被磁化的无磁材料制成。
3-1 无磁钻铤
2、无磁材料及其性能
材料：蒙乃尔合金（monel，含铜、镍、铬等）； 弹性模量： 26*106psi 。（钢材：29 *106psi）
与普通钢钻铤相比，无磁钻铤的价格昂贵，强度较 低，使用时应特别小心防止损坏。
3-2 螺杆钻具
3、分类方法
(2)按螺杆钻具（马达）的公称外径分类
便于使用者根据所钻井眼尺寸来选择相应直径的螺杆钻具，或生产 者根据井眼尺寸系列来开发螺杆钻具的系列与规格。
3-2 螺杆钻具 1、基本结构
B、马达总成
• 工作原理：万向轴约束了转子的轴向运动，所以高压钻井液
在流过马达副时，不平衡的水压力驱动转子作平面行星运动， 转子的自转转速和力矩经万向轴传给传动轴和钻头。
3-2 螺杆钻具 1、基本结构
C、万向轴总成
作用：将马达的行星运动转变为传动轴的定轴转动，
将马达产生的扭矩及转速传递给传动轴和钻头。
d) 常规螺杆钻具的传动轴外壳上不带稳 定器（水平井用的螺杆钻具除外）。
e) 对干中曲率造斜用的螺杆钻具，为了 保证有足够的造斜率，要求压缩万向 轴壳体弯点至钻头的距离，需要设计 轴向尺寸较小的传动轴总成。
3-2 螺杆钻具
2、工作原理
当高压流体从钻柱内孔进入螺杆钻具时，液 体迫使旁通阀活塞下行并密封旁通阀筛孔， 整个钻具变形成了一个高压密封系统；
3-2 螺杆钻具 1、基本结构
B、马达总成
马达是螺杆钻 具的动力部件。
作用：把钻井液的水力能转化为机械能。
结构：由转子和定子两部分组成。 ✓ 转子是一根表面镀有耐磨材料的钢制螺杆，其上端是自由 端，下端与万向轴相连。 ✓ 定子包括钢制外筒和硫化在外筒内壁的橡胶衬套，橡胶衬 套内孔为一个螺旋曲面的型腔。
当液体通过转子和定子间组成的连续密封腔 时推动转子转动，经万向轴的转换把行星转 动变为轴心转动，带动钻头旋转，即把钻井 液的液力能通过螺杆转换成机械能。
3-2 螺杆钻具
3、分类方法
根据螺杆马达的结 构特征及其结构参 数进行分类。
(1)按螺杆马达的结构特征分类
a) 按螺杆马达转子端面线型的“头数”N（Lobe，又称波瓣数）， 可分为单头钻具（N=1）和多头钻具（N2）。单头马达具有高转 速、小扭矩特性。多头马达具有低转速、大扭矩特性。
3-1 无磁钻铤
3、使用长度
无磁钻铤的使用长度、测量时罗盘所处的位置与井斜角、 方位角及井位所处的地理位置（纬度）有关。
3-1 无磁钻铤
3、使用长度
无磁钻铤下端仅有钻头 或一个近钻头扶正器
无磁钻铤下端有动力钻 具或多个近钻头扶正器
3-1 无磁钻铤
4、安放位置
Why？
与钻具组合形式有关，要尽可能靠近钻头。
✓降斜钻具：直接与钻头连接（钻头＋双母接头＋无磁钻铤…）； ✓增斜钻具：接在近钻头稳定器上方； ✓稳斜钻具：接在中钻头稳定器上方； ✓动力钻具组合：接在定向接头之上 （钻头＋动力钻具＋定向接头＋无 磁钻铤…） 。
3-2 螺杆钻具
螺杆钻具：根据莫依诺（Rene Moineau ）原理制造的，容
积式井下动力机械， 。 作用：把钻井液的水力能转化为机械能供给钻头。 应用领域：主要用于定向井、水平井的定向造斜及扭方位 施工，也用于直井反扣或侧钻作业中，是目前使用最广泛 的一种井下动力钻具。 生产商： Smith公司：迪纳钻具（Dyna系列）； • Christensen公司：纳维钻具（Navi系列）； • 北京石油机械厂、大港中成石油机械厂、天津立林公司。
b) 按马达转子与定子头数的关系进行分类。原理上讲，只要二者头 数相差1均可构成螺杆马达，可分为N/（N+1）型N/（N－1）型两 种。 目前油气井作业中普遍采用N/（N+1）型螺杆钻具。
c) 按马达“级数”进行分类。螺杆马达的定子－转子运动副的长度 与定子导程长度的比值，即定子－转子运动副所包含的定子导程 的整倍数，称为螺杆马达的级数（Stage）。实际用于钻井作业的 螺杆钻具马达，单头的多在3级以上，多头的多在2级以上。级数 越多，马达可输出的工作力矩值越大。
a) 由壳体、传动轴、上部推力轴承、下部推 力轴承、径向扶正轴承组及其它辅助零件 总装组成。
b) 上、下推力轴承用来承受钻具在各种工况 下产生的轴向力。径向扶正轴承组用于对 传动轴进行扶正，保证其正常工作位置。
3-2 螺杆钻具 1、基本结构
D、传动轴总成
结构及工作原理：
c) 传动轴总成的推力轴承是螺杆钻具最 易损坏的部位 （上部推力轴承）。