2钻孔弯曲与定向钻进
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
? (1)按勘探网布置钻孔时，尽可能使钻孔垂直于岩 层层面及岩层走向，尽可能避免穿过溶洞、老窿， 尽量减少破碎、松软、 卵砾石层的工作量。
? (2)必须穿过松软、破碎、厚的砂卵砾石覆盖层、 裂隙及 溶洞地层时，应尽可能设计垂直孔。
? 〔3)对软硬不均，层理、片理发育的地层，所设 计钻孔的方向应力求与层理面垂直。
? 无磁钻具是为使用电子罗盘或罗盘进行方位角测量而设计的。电子罗 盘或罗盘进行方位角测量的原理是利用地球磁场，以地球磁场作为参 考，从而确定钻具的方位角。一般的钻具都是钢铁制成的，对地磁场 有严重的屏蔽作用，如果将电子罗盘传感器放入钢铁制成的钻具里， 是无法测出钻具此时的方位角的。为了解决钢制钻杆屏蔽地磁场问题， 在使用电子罗盘时，必须配套使用一段无磁钻具。无磁钻具是由非磁 性材料制成，同时具有一定的强度，能够传递扭矩和钻压。
由加速度计和电子罗盘组成的 岩心钻探回放式新型测斜仪
4、陀螺测斜仪
陀螺仪是一种能够精确地确定运动物体方位的仪器。其原理是：一个高速旋转物 体的旋转轴所指的方向在不受外力影响时，是不会改变的。
陀螺仪由3个相互正交的高速电机组成，一般能达到每分钟几万转以上，从而始 终保持既定方向，安装在定向钻头上，能随钻测试钻具三维方向。
? 2、确保设备安装和开孔质量
? 〔1)设备安装前，地基要平整、坚实，基台 木要水平、稳固。
? (2)钻机钻塔要对正，立轴倾角、方位要符 合开孔的设计要求。钻进过程中要经常检 查和校正立轴方向。
? (3)保证按设计方向开孔，开孔粗径钻具要 直，孔口管要按设计方向固定牢。
? 3、采用合理的钻进方法和规程参数 ? (1)尽可能采用小口径钻进，避免钢粒钻进，恰当
选用冲击回转钻进。 ? (2)钻进规程参数的合理选择应能保证较高机械钻
速，减小孔壁间隙，减小下部钻具弯曲。 ? 4.正确选用钻具 ? (1)钻具应直而圆、不弯曲、不偏心、连接后同心
度好.粗径钻具应有足够长度。 ? (2)应尽可能采用钻锭加压，钻挺重量应大于孔底
所需钻压，使中和点落在钻挺上。 ? (3)扩孔或换径时，钻具必须带有导向。
造斜时，钻井液通过钻杆进入动力钻头， 驱动螺杆马达旋转，带动钻头碎岩，而钻 杆和弯接头不回转，只传递轴向给进力， 由此钻出弧形造斜孔。
? 孔底钻具内部有一套方向检测仪器，可以随钻检 测孔底钻杆倾斜角、钻具方位角和钻具面向角三 个关键参数。在非开挖定向钻进中，多通过有缆 方式将所测得的信号经钻杆传至地面。也可以用 泥浆脉冲方式传输信号。
? 信号到达地面后，反映孔底钻具方向的三个关键 参数可以直接读出，并经过对钻杆倾角和钻具方 位角的累加计算获得当前孔底钻头所在的地下空 间位置。再通过调整钻具面向角来确定接下来的 钻进方向。
? 弯外管是带有一定偏转角度的一段弯钻杆，使钻头（孔底钻具）与钻 杆间形成一定的偏角，两端分别连接钻杆和孔底钻具。在水平定向钻 进中，当钻杆不回转时，利用该偏转角提供的扭矩，使钻孔按照弯外 管弯曲的方向发生偏斜，是定向钻进中控制钻孔弯曲的关键部件。其 弯曲的程度决定了造斜强度。
角值，从而得到钻孔顶角和钻具控向面角。其测试精度高，测试速 度快，是来自百度文库代钻探孔斜测试的发展方向。
z
z
X A
Y X
Y
B
图 17 二维和三维传感器正交安装示意图
3、电子罗盘
电子罗盘由三维磁阻传感器、两个倾角传感器和MCU 构成。三维磁阻传感器用来测量地球磁场，倾角传感器是 在磁力仪非水平状态时进行补偿；MCU处理磁力仪和倾角 传感器的信号以及数据输出和软铁、硬铁补偿。用它可以 准确、迅速地测试钻孔方位角。
它的最大应用特点之一是不受地磁影响。
四、防斜保直钻进技术要点
（一）、造成孔斜的原因 地质因素：斜向构造，层理、片理发育，
软硬互层，破碎、溶洞、卵砾石 工艺技术因素：开孔垂直度、下部弯曲、
下部重力、扶正性差、孔壁超径、孔壁软 弱、粗径钻具、钻进方法、轴压过大、转 速与泵量
? （二）、一般防斜措施
? 1、按照地层条件布置和设计钻孔
78 口井中共钻 535主分支（legs ），钻出100万英尺 分支井，主支井中最多达 12 个分支(lateral) 地点： Galveston, Texas 公司：Larry Comeau andCurtis
Cheatham Larry Precision Drilling
? 二、钻孔轨迹三维量化
对钻具位置是从入土点开始，根据钻具倾角
和方位角的变化，间接计算出钻具位置的变 化，进行累加计算获得。
D1 D2 D3
z
o
x
第六章 孔斜控制与定向钻进技术
一、深孔钻进方向控制的意义
? 防止孔斜超差是钻探质量的一项重要指标， 是钻探获取准确地质资料的基本要求。
? 定向钻进是钻探、钻井工程领域近来迅速 发展的新技术方法。它的优势体现在越来 越广泛的用途上。
? 纠正钻孔弯曲 ? 绕过事故钻具 ? 斜孔、弯曲孔达到的地质和工程 目的 ? 多底分支孔（垂直和水平），节约勘探成本 ? 水平孔钻采石油天然气 ? 可溶性矿床钻采对接孔 ? 煤层气羽状孔 ? 非开挖水平定向钻进铺管
? 由空间几何学和计算机图形技术结合，形 成钻孔轨迹三维量化可视化程序，大大提 高了快速分析钻孔弯曲情况的能力。
方位角 钻孔顶角（井斜角、俯仰角）
三、孔斜测试技术
1、传统测斜仪 重锤式、氢氟酸玻管式、机械磁针罗盘式、照
相记录式、钻杆定向式等均为上世纪80年代以前 的测斜仪型式。
2、加速度计测斜仪 其原理是由2个相互正交安放的微型电子加速度传感器获得的 2个重 力加速度分量进行合成计算，得到唯一的 1个倾斜角值和1个工具面
（三） 钟摆、钻铤、满眼钻具
? （四）主动垂钻系统 ? 基本原理：孔底钻具径向顶推
五、定向钻进原理与钻具
? 1、偏心楔人工弯曲
2、机械式连续造斜
3、螺杆马达造斜定向
? 螺杆马达（又称泥浆马达）的又一功能就 是定向钻进。孔底钻具由一弯接头和一孔 底动力钻头构成，动力钻头内有一液力螺 杆马达。钻杆和弯接头固为一体，动力钻 头与弯接头之间可相对转动（如图3-1-9）。
? (2)必须穿过松软、破碎、厚的砂卵砾石覆盖层、 裂隙及 溶洞地层时，应尽可能设计垂直孔。
? 〔3)对软硬不均，层理、片理发育的地层，所设 计钻孔的方向应力求与层理面垂直。
? 无磁钻具是为使用电子罗盘或罗盘进行方位角测量而设计的。电子罗 盘或罗盘进行方位角测量的原理是利用地球磁场，以地球磁场作为参 考，从而确定钻具的方位角。一般的钻具都是钢铁制成的，对地磁场 有严重的屏蔽作用，如果将电子罗盘传感器放入钢铁制成的钻具里， 是无法测出钻具此时的方位角的。为了解决钢制钻杆屏蔽地磁场问题， 在使用电子罗盘时，必须配套使用一段无磁钻具。无磁钻具是由非磁 性材料制成，同时具有一定的强度，能够传递扭矩和钻压。
由加速度计和电子罗盘组成的 岩心钻探回放式新型测斜仪
4、陀螺测斜仪
陀螺仪是一种能够精确地确定运动物体方位的仪器。其原理是：一个高速旋转物 体的旋转轴所指的方向在不受外力影响时，是不会改变的。
陀螺仪由3个相互正交的高速电机组成，一般能达到每分钟几万转以上，从而始 终保持既定方向，安装在定向钻头上，能随钻测试钻具三维方向。
? 2、确保设备安装和开孔质量
? 〔1)设备安装前，地基要平整、坚实，基台 木要水平、稳固。
? (2)钻机钻塔要对正，立轴倾角、方位要符 合开孔的设计要求。钻进过程中要经常检 查和校正立轴方向。
? (3)保证按设计方向开孔，开孔粗径钻具要 直，孔口管要按设计方向固定牢。
? 3、采用合理的钻进方法和规程参数 ? (1)尽可能采用小口径钻进，避免钢粒钻进，恰当
选用冲击回转钻进。 ? (2)钻进规程参数的合理选择应能保证较高机械钻
速，减小孔壁间隙，减小下部钻具弯曲。 ? 4.正确选用钻具 ? (1)钻具应直而圆、不弯曲、不偏心、连接后同心
度好.粗径钻具应有足够长度。 ? (2)应尽可能采用钻锭加压，钻挺重量应大于孔底
所需钻压，使中和点落在钻挺上。 ? (3)扩孔或换径时，钻具必须带有导向。
造斜时，钻井液通过钻杆进入动力钻头， 驱动螺杆马达旋转，带动钻头碎岩，而钻 杆和弯接头不回转，只传递轴向给进力， 由此钻出弧形造斜孔。
? 孔底钻具内部有一套方向检测仪器，可以随钻检 测孔底钻杆倾斜角、钻具方位角和钻具面向角三 个关键参数。在非开挖定向钻进中，多通过有缆 方式将所测得的信号经钻杆传至地面。也可以用 泥浆脉冲方式传输信号。
? 信号到达地面后，反映孔底钻具方向的三个关键 参数可以直接读出，并经过对钻杆倾角和钻具方 位角的累加计算获得当前孔底钻头所在的地下空 间位置。再通过调整钻具面向角来确定接下来的 钻进方向。
? 弯外管是带有一定偏转角度的一段弯钻杆，使钻头（孔底钻具）与钻 杆间形成一定的偏角，两端分别连接钻杆和孔底钻具。在水平定向钻 进中，当钻杆不回转时，利用该偏转角提供的扭矩，使钻孔按照弯外 管弯曲的方向发生偏斜，是定向钻进中控制钻孔弯曲的关键部件。其 弯曲的程度决定了造斜强度。
角值，从而得到钻孔顶角和钻具控向面角。其测试精度高，测试速 度快，是来自百度文库代钻探孔斜测试的发展方向。
z
z
X A
Y X
Y
B
图 17 二维和三维传感器正交安装示意图
3、电子罗盘
电子罗盘由三维磁阻传感器、两个倾角传感器和MCU 构成。三维磁阻传感器用来测量地球磁场，倾角传感器是 在磁力仪非水平状态时进行补偿；MCU处理磁力仪和倾角 传感器的信号以及数据输出和软铁、硬铁补偿。用它可以 准确、迅速地测试钻孔方位角。
它的最大应用特点之一是不受地磁影响。
四、防斜保直钻进技术要点
（一）、造成孔斜的原因 地质因素：斜向构造，层理、片理发育，
软硬互层，破碎、溶洞、卵砾石 工艺技术因素：开孔垂直度、下部弯曲、
下部重力、扶正性差、孔壁超径、孔壁软 弱、粗径钻具、钻进方法、轴压过大、转 速与泵量
? （二）、一般防斜措施
? 1、按照地层条件布置和设计钻孔
78 口井中共钻 535主分支（legs ），钻出100万英尺 分支井，主支井中最多达 12 个分支(lateral) 地点： Galveston, Texas 公司：Larry Comeau andCurtis
Cheatham Larry Precision Drilling
? 二、钻孔轨迹三维量化
对钻具位置是从入土点开始，根据钻具倾角
和方位角的变化，间接计算出钻具位置的变 化，进行累加计算获得。
D1 D2 D3
z
o
x
第六章 孔斜控制与定向钻进技术
一、深孔钻进方向控制的意义
? 防止孔斜超差是钻探质量的一项重要指标， 是钻探获取准确地质资料的基本要求。
? 定向钻进是钻探、钻井工程领域近来迅速 发展的新技术方法。它的优势体现在越来 越广泛的用途上。
? 纠正钻孔弯曲 ? 绕过事故钻具 ? 斜孔、弯曲孔达到的地质和工程 目的 ? 多底分支孔（垂直和水平），节约勘探成本 ? 水平孔钻采石油天然气 ? 可溶性矿床钻采对接孔 ? 煤层气羽状孔 ? 非开挖水平定向钻进铺管
? 由空间几何学和计算机图形技术结合，形 成钻孔轨迹三维量化可视化程序，大大提 高了快速分析钻孔弯曲情况的能力。
方位角 钻孔顶角（井斜角、俯仰角）
三、孔斜测试技术
1、传统测斜仪 重锤式、氢氟酸玻管式、机械磁针罗盘式、照
相记录式、钻杆定向式等均为上世纪80年代以前 的测斜仪型式。
2、加速度计测斜仪 其原理是由2个相互正交安放的微型电子加速度传感器获得的 2个重 力加速度分量进行合成计算，得到唯一的 1个倾斜角值和1个工具面
（三） 钟摆、钻铤、满眼钻具
? （四）主动垂钻系统 ? 基本原理：孔底钻具径向顶推
五、定向钻进原理与钻具
? 1、偏心楔人工弯曲
2、机械式连续造斜
3、螺杆马达造斜定向
? 螺杆马达（又称泥浆马达）的又一功能就 是定向钻进。孔底钻具由一弯接头和一孔 底动力钻头构成，动力钻头内有一液力螺 杆马达。钻杆和弯接头固为一体，动力钻 头与弯接头之间可相对转动（如图3-1-9）。