定向钻进原理与应用

1929年，他测量记录255口井的空间位置，发现深度2000m的
钻井水平位移竟达177m，井斜角(顶角)超过65º 。 稍晚，在俄克拉荷马 (Oklahoma)油田两台钻机施工的两
口井井身相遇，结果钻到同一井中。这是从用顿钻打井改为
用转盘钻井之后，人们首次意识到井弯的严重性，并想方设 法采取对策纠正井斜。
眼在特定方向偏斜的工艺和科学。
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第一节 定向钻探与定向钻孔
定向转进原理与应用
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定义的内涵本质 定向钻进是有预定目标的，根据设计要求，该目标可以 是地下某一点，也可以井眼轴线或特定方向和角度； 采用一些科学的人为可以控制的技术方法与机具有目的 地将井孔轴线由弯变直或由直变弯，使之钻达到目标要求。 2、定向钻井（孔）的含义。 定向钻井是指用定向钻进方法控制井孔轨迹钻到预定目 标的钻井。 它与常规钻井的区别：定向钻井设计有特殊的轨迹，钻 进中必须研究和利用地层自然弯曲规律、井眼控制理论或人 工造斜工具控制井眼轨迹，最终钻达预定目标要求。
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第一节 定向钻探与定向钻孔
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1941年后，二次世界大战刺激石油需求量增加，石油开发 投向海底。在海滨向海底打定向井，建海上平台钻丛式井。 到1957年，完成了100多万米多井底井。1956年，美国施密斯 工具公司 研制了螺杆钻，60年代用于定向钻井。70年代，在 深井定向钻进中，西方国家广泛采用螺杆钻。 80年代，为准确控制定向井井身轨迹，普遍采用随钻测量 技术，即MWD (Measurement While Drilling) 技术。在钻井过 程中可即刻了解井身的空间位置和造斜工具的面向。井底马 达、随钻测量技术和计算机辅助钻进CAD (Computer Aids Drilling) 技术的应用，使石油天然气定向钻井达到成熟的阶 段。
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第一节 定向钻探与定向钻孔
2、我国定向钻进技术的发展
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自1986年，通过攻关及推广，各油田“七五”期间钻各类 定 向井4317口，掌握了定向井、丛式井优化设计技术及计算机
软件包，包括丛式井开发油田平台数和平台位置的优化设计
斯公司戴纳螺杆钻具制造技术。西安仪器厂引进单、多点测斜 仪与MWD生产线，生产的MWD测量仪已用于钻井作业，可以
满足国内需要。
另一方面依靠国内力量，自行研制新型工具，实现机具国 产化，定向钻进机具装备水平不断提高。
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第一节 定向钻探与定向钻孔
二、定向钻进与定向钻井（孔）的含义
由表中可知：钻孔精度很低，浅孔钻探尚可满足要求，中深孔
则偏距过大。
在一些极易造成孔斜的地层，有时每百米2.0º 的要求往往也难以 达到，造成孔斜超差，钻孔报废。
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随着钻探与钻井工程向深部的发展，对勘探精度要求的 不断提高，1.5º ~ 2.0º /100m已不能满足要求，设计部门提出了 0.5º /100m的要求，常规钻探技术要达到这一要求是非常困难 的，钻探技术中研制了种类繁多的防斜、稳斜机具，取得了 一定的成效，但仍然无法从根本上解决这一技术问题。 70~80年代，随着我国的改革开放政策，机械、电子、测 试、材料加工等技术的发展，研究、引进和开发受控定向钻 进技术取得了巨大的进展，利用地层自然弯曲规律钻孔和采 用人工强制手段改变钻孔轨迹在此基础上迅速发展起来，钻 探与钻井工程由过去的被动防斜转变为主动地人为控制，实 现了钻探史上的一次飞跃。
技术，三维绕障井和三维多目标井设计技术。 “八五”期间，重点攻关“石油水平井钻井成套技术研 究”， 到1997年钻成长、中、短半径三类水平井共153口，掌握了水 平井井眼轨迹优化设计方法，建立了水平井下部钻拄大挠度 受力分析模型，以及水平井井眼轨迹预测模型，定向钻进技 中国地质大学勘查教研室 2017/3/16
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每百米2.0º 钻孔的水平偏距如下： 钻孔深 100米 钻孔深 200米 钻孔深 300米
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水平偏距 1.75米 钻孔深 400米 水平偏距 27.8米 水平偏距 7.00米 钻孔深 500米 水平偏距 43.5米 水平偏距 15.7米 钻孔深 800米 水平偏距＞110米
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平面上。既有井斜角的变化，又有井斜方位角的变化。
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（二）按设计井眼轴线形状分类 1、两维平面定向井。是指井眼轴线轨迹 只在某个铅垂平面（水平平面）上变化的定 向井，井斜角（方位角）是变化的，而方位 角（井斜角）是不变的。 2、三维定向井。指井眼轴线轨迹在三维 空间中变化的定向井。井眼轴线可以是任意 三维空间内，也可以在三维空间的某个倾斜
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3、关于“靶区”与“靶点”的含义
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为了控制定向井轴线到达预定目标时偏离不大，在定向井 设计时，对预定目标事先规定了一定的范围，该范围是井孔 轴线到达预定目标时的允许偏差区域，称为靶区。 靶区的形状和大小可以是以靶点为圆心的一定半径的圆或 圆筒，也可以是以靶点为中心，离靶心一定偏线距和沿线距 的距形或正方形。目的层急倾时，靶区还可给定在垂直面或 目的层倾斜面上。
（一）定向钻探技术发展背景。 地质勘探的一般方法：区域地质调查——物探与化探——钻 探普查——布置勘探网进行钻探详查和详勘——定点取样，提 交矿床报告。 常规钻探方法：根据地质或设计部门的要求——设计钻孔位 置、深度、轨迹形式，一般是各种类型的直线孔（垂直孔居多， 也最合理）——进行钻孔技术方案设计——提出弯曲度等技 术要求——施工时，采取防斜、保直措施保证钻孔达到勘探 要求。 我国70~80年代对钻探普查的规范：孔斜＜1.5º ~2.0º /100m。 这也是根据当时的钻探技术水平而制定的。其精度到底如何？ 能否满足现代钻探与钻井的要求？
预定的目标为靶点，一般为靶区的中心。井孔轴线钻到
预定靶区称为“中靶”，反之则称之为“脱靶”。
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三、定向钻孔的类型 （一）按施工技术方法分类 1、自然弯曲定向孔。利用地层在一定钻进条件下的自然 弯曲规律设计钻孔轴线，通过移动孔位或改变开孔顶角、方 位角，采用常规钻进技术工艺，必要时利用井斜控制理论辅 以一般的增斜、减斜措施，达到基本按设计的钻孔轴线钻达 目的层的钻孔。自然弯曲定向孔又称初级定向孔。 2、人工弯曲定向孔。采用人工造斜工具与技术强制进行 人工弯曲，并克服钻孔自然弯曲的影响，或者利用钻孔自然 弯曲规律与人工造斜工具强制进行人工弯曲相结合，使钻孔 按设计轨迹钻达目的层的钻孔。又称受控定向孔。
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2、我国定向钻进技术的发展
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我国定向钻进始于50年代。1956年，玉门油田钻成第一口 定向井，1962年起，四川油田进行了多种型式的涡轮钻定向 钻进试验。70年代以来，我国海洋定向钻井迅速发展，在渤
课程以岩土钻掘工程学为基础，是岩土钻掘工程学 相关内容的深化，涉及到设计计算、机械、电子仪器、 测试技术等内容，要求学生具有专业基础和专业课知识。
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2、课程计划课时。
根据新一轮教学计划，课程为30课时，对涉及到岩土钻 掘工程学等课程的基础性内容（如钻孔弯曲、测斜原理、 防斜机理等）一般不作详细讲解，重点讲授以下三个方面 的内容。
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学习要求
1、加强课堂纪律。 2、按要求完成相关内容的自习和作业（设计与计算）。 3、考核方式：闭卷考试。
第一章 概述
一、定向钻探与定向钻孔 二、受控定向探技术中的主要技术 经济问题
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（1）钻孔轴线空间坐标计算及定向钻孔轴线轨迹设计。 （2）人工弯曲工具（造斜工具）的作用原理及受控定向 钻孔施工工艺。 （3）人工弯曲工具在孔内的定向原理及仪器。
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教材及参考书
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1、教材： 《受控定向钻探技术》，江天寿等编，地质出版社。 该书侧重于技术方法的应用，理论与实际结合，收集了大 量的实践性公式与数据，对该技术在实际工程中的应用具有 较高的指导意义和参考价值。 缺点：基本概念及有关理论讲解不透，逻辑性较差。 2、参考书： 《钻孔弯曲和定向钻探》、《定向钻进工艺原理》，吴光 琳，成都科技大学，—理论性较强。 《定向钻井》Inglis.T.A. （英）石油工业出版社，—国外 石油定向钻井。
海湾海面打丛式井，在一座钻井平台上施工多达12口定向井。 除涡轮钻外，还用螺杆钻作为造斜工具。1977～1982年， 全国共完成定向井316口，平均井深2478.9m。1982年，在 新疆柯克亚地区施工了柯10-3救援井，井深3820m，最大 井斜角19º 45′，距靶心最小距离为4.78 m，在井底进行爆 炸后，压入泥浆才把火扑灭。
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1、wk.baidu.com向钻进的含义
石油钻井中对定向钻进技术的定义为沿着预先设计的井眼 轴线钻达目的层位的钻井方法。
地质勘探中对定向钻进技术的定义是指利用钻孔自然弯曲
规律或采用人工造斜工具使钻孔按设计要求进行延伸钻到预 定目标的一种钻进方法。
国外有文献认为是为了钻达到一个预定的地下目标，使井
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（二）国内外定向钻进技术的发展状况 1、国外定向钻进技术的发展状况。
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国外定向钻进技术研究始于20年代，由于钻孔弯曲引起地 租界争议，1924年美国A· 安德森(Anderson) 设计了测斜仪。
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课 时： 30 学时 教 材：《受控定向钻探技术》 参考书：《钻孔弯曲和定向钻探》 《定向钻进工艺原理》 《定向钻井》Inglis.T.A.等 主讲人：蒋国盛（教授）吴翔（副教授） 勘查与基础工程系 2005-3-28
课程简介
1 、该课程是安排在岩土钻掘工程学课程之后讲授的
一门实用性专业新技术类的课程。
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通过研究与引进，我国石油勘探部门基本上拥有了国外专 用于定向井的先进工具、仪器，如无线随钻测量仪、有线随钻 测量仪、单点陀螺测斜仪、磁性单点和多点井下照相测斜仪、 井下动力钻具等。
北京石油勘探机械厂和大港石油机械厂还引进了美国斯密
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（二）国内外定向钻进技术的发展状况
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30年代前后，苏联卡彼柳什尼柯夫（Капелющииков)和
美国沙彭伯格 (Scharpenberg) 几乎同时研究涡轮钻。由于勘 探海底油田，有意识地利用或制造井弯现象，打定向井采油。 才促进了定向钻进技术的发展。 1930年，美国在加里福尼亚 (California) 亨廷顿海滩 （Huntington Beach）施工了两口深入海底的定向井。 1934年，苏联在巴库 (Б а к у ) 也开始从海岸向近海 底部打定向井，勘探里海海滨下方的油田。