定向井(水平井)钻井技术概述
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。
定向井水平井钻井技术-简介
1. 地面定向法(定向下钻法) Nhomakorabea十字打印法：
1) 事先在每根要使用的钻杆公母接头上， 扁錾打上“十”字钢印；要注意两个钢 印必须处在同一条母线上； 2) 下钻过程中测量每两个单根连接处的钢 印偏差角度，上相对于下顺时针为正， 逆时针为负，进行详细记录；
3) 下完钻后，将所有偏差值相加即得到最 上面钢印与造斜工具面的偏差角度，若 为正说明钢印在工具面的顺时针方向某 角度处，若为负说明钢印在工具面的逆 时针方向某角度处， 。
• (2) 计算水平距离的加权平均值JJ：
n 1
1 1 1 J i ( Li 1 Li 1 ) J1 ( L2 L1 ) J n ( Ln Ln 1 ) 2 2 2 JJ i 2 Ln L1
• (3) 轨迹符合率的计算：
实钻井眼轨迹
靶区
水 平 位 移
N
北
β-方位角 实际轨迹 靶点
β
设计轨道
E东
• 测点的井眼方向和测段的段长
L L2 L1
et cos1 eH sin 1 cos1 eN sin 1 sin 1 eE
• 井眼轨迹的其他参数：
– – – – 垂深(H)、N坐标(N)、E坐标(E) 水平长度(S)和水平位移(A) 平移方位角(β)和视平移(V) 井眼曲率(K)
（4）邻井距离扫描图的绘制
原理：
1) 寻找最近测点
• • 两口井都要有测斜资料。 从基准井出发，寻找基准井上每一个测 点与被扫描井距离最近的测点。
•
由于每个测点在空间的坐标位置是已知
的，所以可以计算基准井上某一点（M） 到被扫描井上每一点的距离，然后进行 比较，找出最近测点。
定向井水平井课件
对钻具进行全面检查，确保其完好无损，并进行必要的保养。
设备部署
根据工程设计和现场实际情况，合理部署设备，确保钻探工作的 顺利进行。
施工计划与组织
1 2
施工进度计划
制定详细的施工进度计划，确保按期完成钻探任 务。
安全生产措施
制定完善的安全生产措施，确保钻探过程中的安 全。
3
人员组织与培训
水平钻井技术
定义
水平钻井技术是指钻孔轨迹在地 下某一深度处与地面成一定角度， 并在该深度处沿水平方向钻进的
钻井技术。
关键技术
水平钻井的关键技术包括水平段 钻进、斜向器和随钻测量等技术。
应用场景
水平钻井技术广泛应用于石油、 天然气等矿产资源的勘探开发， 可提高单井产量和储量动用程度，
降低开发成本。
定向井水平井集成技术
定义
定向井水平井集成技术是将定向钻井技术和水平钻井技术 有机结合，实现钻孔沿预定轨迹精确进入目的层并在目的 层内进行水平延伸的钻井技术。
关键技术
定向井水平井集成技术的关键技术包括轨迹设计、定向工 具和测量技术、水平段钻进和钻井液技术等。
应用场景
定向井水平井集成技术广泛应用于复杂地层和隐蔽性矿产 资源的勘探开发，可提高勘探开发效益和资源利用率。
风险成本
定向井和水平井钻井过程中存在多种风险，如地层复杂多变、钻井液 性能不稳定等，可能引发安全事故或工程失败，导致高额风险成本。
安全挑战
地层复杂多变
定向井和水平井钻井过程中可能会遇到各种复杂地层，如软硬交错地层、裂缝发育地层等 ，这些地层容易引发井下复杂情况和事故。
钻井液性能不稳定
钻井液是定向井和水平井钻井中的重要介质，其性能稳定性对钻井安全至关重要。若钻井 液性能不稳定，可能导致井壁坍塌、钻屑堆积等事故。
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。
定向井和水平井钻井技术
定向井和水平井钻井技术定向钻井就是“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”。
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。
我们根据钻井用到的惯性产品的技术进行总结，分析各个技术中使用惯性陀螺及加速度计的优势，最后给出适合钻井技术的惯性产品。
一、井眼轨迹控制技术井眼轨迹控制的内容包括：优化钻具组合、优选钻井参数、采用先进的井下工具和仪器、利用计算机进行井眼轨迹的检测预测、利用地层的方位漂移规律、避免井下复杂情况等等。
轨迹控制贯穿钻井作业的全过程，它是使实钻井眼沿着设计轨道钻达靶区的综合性技术，也是定向井施工中的关键技术之一。
井眼轨迹控制技术按照定向井的工艺过程，可分为直井段、造斜段、增斜段、稳斜段、降斜段和扭方位井段等控制技术。
我们根据造斜段所需要的测斜仪进行分析。
根据测斜仪器的种类不同，分为四种定向方式：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+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。
定向及水平井简介ppt
定向井和水平井技术还可应用于环境治 理、地质灾害防治等领域。
02
定向及水平井的分类和优缺点
定向井的分类
按照井底井口连线与预先确定的方向导引轨迹可 以分为三类：直井、斜井、丛式井。
按钻井目的可以分为：采油井、注水井、注气井 、注入井等。
按照设计用途可以分为：探井、开发井、注水井 、调整井、增采井、扩边井等。
水资源利用
定向及水平井技术在水资源利用领域可以用来开发地下水，实现水资源的合理利用。
05
定向及水平井的发展趋势和展望
定向及水平井的发展趋势
1
全球范围内定向及水平井的应用越来越广泛， 市场规模持续增长。
2
定向及水平井技术不断发展，钻井周期不断缩 短，安全性不断提高。
3
非常规油气资源的开发利用，推动了定向及水 平井技术的发展。
THANKS
效开采。
四川油田水平井技术应用
03
四川油田采用水平井技术开采深部油藏，提高了开采效率。
定向及水平井在其他领域的应用实例
矿产资源开发
定向及水平井技术在矿产资源开发领域也有广泛应用，例如在煤炭、金属矿产等资源开采 中。
新能源领域
定向及水平井技术在新能源领域也有应用，例如太阳能、风能等新能源的开发和利用。
提高采收率的方法与技术
01
采用先进的采油工艺技术，提高采收率。
02
推广应用丛式井组和水平井组等高效开发模式。
利用数值模拟和物理模拟等技术手段，优化采油方案。
03
发展中的新型定向及水平井技术
旋转导向钻井技术
该技术可以在钻井过程中随时调整钻头方向，提 高井技术应用
大庆油田采用定向井技术开采难以到达的油藏 ，实现了高效开采。
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。
石油钻井行业定向钻井技术概述概述
§ 1-2 井眼轨迹的基本概念
下面说法哪些是正确的？
1.某点的井眼方向线就是该点的切线方向。 2.井斜角就是井眼方向线与重力线之间的夹角。 3.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 的井斜方位线。 4.方位角就是井斜方位线与正北方向的夹角。 5.井斜方位角就是方位角。 6.井眼轴线投影到水平面上以后，过其上某一点作投影线的切 线，该切线向井眼前进方向延伸部分即为该点的井斜方位线。
向和轨迹钻达目的层的钻井工艺方法。
井眼轨道(well trajectory)：钻进之前人们预想的该井井眼
轴线形状。
井眼轨迹(well path)：实际钻出来的井眼轴线形状。
§1-1 定向井的用途
1、地面环境条件的限制 2、地下地质条件的要求 3、钻井工艺的需要
4、提高油藏采收率的手段
§1-1 定向井的用途
§1-1 定向井的用途
2、地下地质条件的要求
§1-1 定向井的用途
2、地下地质条件的要求
§1-1 定向井的用途
2、地下地质条件的要求
§1-1 定向井的用途
3、钻井工艺的需要
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；
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，可处理井喷 着火事故。 高陡构造地层 ，打直井很困难，若打定向井，则更容易。
§1-1 定向井的用途
3、钻井工艺的需要
§1-1 定向井的用途
丛式井
丛 式 井 三 维 结 构 图
4、提高油藏采收率的手段
•钻穿多套油气层、老井侧钻、水平井等。
扩大泄油面积 增加控制储量 提高油井产能
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
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。
水平井钻井技术
目标段井斜角的计算
已知：地层倾角δ；目标段 设计方位线与地层下倾方 位线的夹角为Δφ； 求：目标段的井斜角T
T 90o tg 1[tg cos ]
2、井眼轨迹控制要求高、难度大
要求高，是指轨迹控制的目标区的要求高。 普通定向井的目标区是一个靶圆，井眼只要穿过此靶圆即为合 格。水平井的目标区则是一个扁平的立方体，如图所示，• 仅 不 要求井眼准确进入窗口，而且要求井眼的方位与靶区轴线一致， 俗称“矢量中靶”。
L2-P1井
109m 11m
640.22m
（3）连通水平井
多井联通实现连续生产 ，提高产量。
顺9-平1井 顺5井
顺9-平1井等25对连通水 平井，使该矿单井芒硝 产量提高8倍以上。是水 平井在非石油行业应用 的成功范例。 重要的是为井喷救援、 非石油行业应用积累了 重要经验。
486m
（4）单井蒸气驱重力泄油水平井、 多井联合蒸汽吞吐热采井
水射流破岩必须具备三个基本条件：
一是形成的孔眼要有足够大的 面积； 二是形成的孔眼必须具有规则 的形状； 三是具有较高的破岩效率和钻 进速度。 常规的圆射流不具备这些功能 ，因此设计利用旋转射流。
旋转射流可以钻出大于喷 嘴面积百倍的规则孔眼。 并比普通圆射流的破岩效 率高得多。 旋转射流破岩形成的孔底 成规则的内凸锥状，完全 与圆射流形成的类半球状 或锥状不同。 其破岩成孔的过程和孔底 形状如左图。
4.1 国外水平井技术发展概况
Sperry Sun公司使用8-3/4″牙轮钻头、旋转导向系统和磁 测距技术，在加拿大不列颠哥伦比亚省Jedney油田创出了 将两口井距3104m的井底部相交的纪录；测量深度为 5864m，总垂深1545m。 Mobil公司在德国钻成的R—308井（4 ¾ ”井眼），创短半 径水平井水平段最长600m的世界记录。 美国Bechtel公司采用高压水射流技术开发的超短半径水平 井系统，在 4 ¾ ”井眼中同一深度半径方向钻24个辐射状 的水平井眼，水平段长30 60m，曲率半径0.3m。
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。
定向井钻井技术
第一章定向井钻井技术概述1.1 定向井的定义定向井是指按照预先设计的井斜方位和井眼的轴线形状进行钻井的井, 定向井是相对直井而言的, 而且是以设计的井眼轴线形状为根据。
根据一口定向井最大井斜角的范围, 可把定向井分为如下三类:⑪常规定向井: 最大井斜角在60°以内(该角度无一定论);⑫大斜度定向井: 即大斜度井, 最大井斜角在60°到90°之间;⑬水平井: 最大井斜角保持在90°左右(一般大于85°就叫水平井),且在目的层中维持一定长度的水平井段。
把井口集中到一个有限范围内(如海上钻井平台、人工岛等) 而完成的一组定向井叫丛式井。
这主要是出于经济的考虑。
关于丛式井技术的详细内容将在第六章中讨论。
1.2 定向井的应用定向井在以下几个方面得到广泛应用:⑪对地面条件受到限制, 如人口稠密地区、河流、森林、道路等, 需要进行不可靠近的钻探;⑫在人工岛上, 海上或沙漠中钻丛式井, 可大大减少费用;⑬直井纠斜或侧钻;⑭定向救险井;⑮绕过盐丘;第二章定向井的设计2.1 定向井设计的准备2.1.1 定向井基本技术术语钻井工程师首先必须熟练定向井中的一些术语。
⑪造斜点, Kick-Off Point 或K.O.P, 即井眼开始从垂直井段倾斜的起点。
⑫井斜角, Inclination或INC, 即井眼某一点的轴线的切线与铅直线之间的夹角。
⑬方位角是表示井眼偏斜的方向, 它是指井眼轴线在水平面的投影的方向与正北方向之间的夹角。
⑭井斜变化率, 指单位长度(100英尺或30米)内井斜角的变化值, 而单位长度内方位角变化值则称为方位变化率。
⑮垂深(True V ertical Depth), TVD, 深度零点到测点水平面的距离⑯闭合距和闭合方位, 闭合距指水平面上测点到井口的距离; 闭合方位即在水平投影图上, 测点与井口联线与正北方向的夹角。
⑰Lead Angle, 导角或方位提前角, 预计造斜时的方向线与靶点方向线(目标方向)的夹角。
定向井、水平井钻井技术(8)
第八章定向井、水平井钻井技术前言定向井、水平井钻井技术在国内经过多年的研究、发展，目前已经相对成熟。
但是，就应用地域而言，川东北地区应用定向井、水平井技术相对较晚，由于地质条件复杂，钻井施工期间出现的问题较多，有必要对前期定向井施工中的成功经验和负面教训进行总结、分析，为提高今后钻井队伍对该地区定向井、水平井施工的认知程度，推动川东北地区定向井钻井技术的成熟，形成较为完善的川东北水平井钻井技术方案奠定基础。
一、国内外定向井、水平井钻井技术现状（一）定向井钻井技术简而言之，定向井是指按照预先设计的井斜方位和井眼的轴线形状进行钻进的井。
沿着预先设计的井眼轴线钻达目的层位的钻井方法，称为定向钻井。
定向井技术可以增加油藏泄油面积，提高油气产量，还能够克服地表障碍设定井场、节约用地、降低开发成本、提高经济效益。
定向井通常采用的轨道剖面是“直—增—稳”和“直—增—稳—降—稳”或与之相近的剖面结构,在数量上以“直—增—稳”三段制结构占绝大多数。
对于这种剖面，早期的定向井钻井在造斜点以下井段是分三步施工的,即弯接头+直螺杆定向造斜、转盘钻进增斜和转盘钻进稳斜。
该施工步骤相对而言较为复杂，且由于定向井井眼轨迹的井斜变化和方位漂移量受地层岩性、钻具结构、钻进参数等诸多因素影响,如果没有对相应区块的钻井施工经验，判断和量化分析井斜、方位变化规律的存在一定的难度。
随着弯壳体泥浆马达、高效PDC钻头的研制成功和无线随钻测量技术的发展，导向钻井系统逐步发展，并成为定向井技术发展的最重大的成果。
最初是弯壳体动力钻具与MWD组成的滑动导向钻井系统,近年来又出现了旋转导向钻井系统。
导向钻井系统的最大优点是一套工具下入井内后,可以增斜、降斜和稳斜,可以根据需要钻出不同曲率的井眼,从而大大提高了井眼轨迹控制能力。
如英国BP公司1999年7月在英国WytchFarm油田完成的M16SPZ井，完钻井深11278m，垂深1637m，水平位移达10728.4m。
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。
水平井定向井钻井提速技术措施
水平井定向井钻井提速技术措施摘要：随着全球范围内油气资源的大力开采，能源消耗总量逐渐加剧并且逐渐产生了供应不足的现象，资源开发利用和相关开采技术的开发也逐渐受到了全球范围的重视。
在我国现阶段石油资源开采工程中，在各个地区都广泛应用了水平井钻井技术，这一技术在石油开发工程中发挥了十分重要的作用，实现了高效、清洁的油气资源开发。
关键词：水平井；定向井钻井；提速技术；措施1水平井、定向井的概念1.1水平井水平井是一种钻井方式，其特点是在垂直井段之后，通过调整钻头的方向和倾斜度，使井眼在地层中水平或接近水平延伸。
水平井的主要目的是增加油气开采面积，提高产能。
水平井通常应用于油气田开发中，特别是对于低渗透和致密油气储层的开采，能够有效提高采收率。
1.2定向井定向井是一种钻井方式，通过调整钻头的方向和倾斜度，使井眼朝特定的方向延伸。
与传统的垂直井相比，定向井具有更大的井角，可以在地下进行更长的水平或倾斜段。
定向井的主要目的是满足特定的工程需求，例如在地下水勘探中获取垂直井无法获得的水文地质信息，或者在地热能开发中实现更有效的热能采集。
2水平井定向井钻井提速技术的重要性（1）提高钻井效率。
水平井和定向井的钻井过程相对复杂，需要调整钻头的方向和倾斜度，因此钻井速度相比传统垂直井较慢。
钻井提速技术的应用可以有效降低钻井时间，提高钻井效率，减少勘探和开发成本。
（2）增加有效井长。
水平井和定向井可以在更大的地层范围内进行油气开采，有效井长比传统垂直井更长。
钻井提速技术可以减少钻井时间，从而使得更多的井段可以被钻进，进一步增加有效井长，提高油气产量。
（3）改善钻井质量。
钻井提速技术的应用可以减少钻井过程中的不稳定现象，如井眼塌陷、钻头卡钻等，从而改善钻井质量，降低钻井事故风险。
（4）提高油气产量。
水平井和定向井的应用可以增大油气藏的有效开采面积，提高油气产量。
钻井提速技术的应用可以缩短钻井时间，更快地实现油气开采，提高油气产量。
定向井技术
摘要定向井技术是当今世界石油勘探开发领域最先进的钻井技术之一，它是由特殊井下工具、测量仪器和工艺技术有效控制井眼轨迹，使钻头沿着特定方向钻达地下预定目标的钻井工艺技术。
采用定向井技术可以使地面和地下条件受到限制的油气资源得到经济、有效的开发，能够大幅度提高油气产量和降低钻井成本，有利于保护自然环境，具有显著的经济效益和社会效益。
定向井就是使井身沿着预先设计的井斜和方位钻达目的层的钻井方法。
本文介绍的主要是定向井及水平井的应用。
关键字：定向井水平井及前沿技术发展1、定向钻井的目的：1、地面条件限制；如高山、大河、湖泊、海洋、城市、建筑等；2、地下条件限制；如地下断层、盐丘、穹窿等复杂地层；3、钻井工艺要求；如侧钻井、救援井、丛式井、分支井等；4、开发油气藏的需要。
钻水平井的目的是：1、开发低渗透、低孔隙度油气藏；2、丛式钻井和海洋钻井的需要。
主要内容有：1、定向井和水平井剖面设计；2、定向井和水平井井眼轨迹测量和计算；3、定向井和水平井井眼轨控制原理和技术。
发展状况：最早的定向井是用于井下落鱼而无法继续钻进的侧钻井；用专门的工具及技术钻定向井则始于1895年。
真正钻定向井是1930年在美国的加里福尼亚开采海岸浅层石油。
1934年用于井喷失控的救援井。
广泛使用定定向井是在最近20年。
在此基础上为了开发低渗透油气藏和海洋、从式井的需要又出现了水平井技术。
目前，定向井水平井已发展到很高的水平，应用越来越广泛，在剖面设计，轨迹测量、控制技术已相当完善。
井深超过8000米，水平位移达5000米。
井斜角达800以上，即所谓大斜度井。
2、定向井的基本要素1、井斜角。
井眼轴线的垂直投影平面上，任一点的切线与垂线的夹角，；2、方位角。
井眼轴线的水平投影上任一点的切线与正北方向的夹角，；3、水平位移。
是井底的水平投影与井口的水平投影之间的距离；4、井斜变化率。
井眼单位长度井深井斜角的变化值；5、方位变化率。
单位长度井深方位角的变化值；6、全角变化率（井眼曲率或狗腿度），同时表示井斜和方位变化的程度；7、测量深度（MD）。
- 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)。
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。
我国目前最深的水平井是胜利定向井公司完成的JF128井，井深达到7000米，垂深位移比最大的大位移井是胜利定向井公司完成的郭斜井，水平位移最大的大位移井是大港定向井公司完成的井，水平位移达到2666米，最大的丛式井组是胜利石油管理局的河50丛式井组，该丛式井组长384米，宽115米，该丛式井平台共有钻定向井42口。
2．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定向井丛式定向井救援定向井水平井多分枝井（多底井）国外定向井发展简况我国定向井钻井技术发展情况第二节水平井钻井技术简介所谓水平井，是指一种井斜角大于或等于86°，并保持这种角度钻完一定长度水平段的定向井。
1．水平井钻井技术发展概况1863年，瑞士工程师首先提出钻水平井的建议；1870年，俄国工程师在勃良斯克市钻成井斜角达60°的井；瑞典和美国研制出测量井眼空间位置的仪器，1888年俄国也设计出了测斜仪器；1929年，美国国加利福尼亚州钻成了几米长的水平分支井筒；30年代，美国开始用挠性钻具组合在垂直井内钻曲率半径小的水平井分支井眼；1954年苏联钻成第一口水平位移；1964年—1965年我国钻成两口水平井，磨—3井、巴—24井；自来80年代以来，随着先进的测量仪器、长寿命马达和新型PDC钻头等技术的发展，水平井钻井大规模高速度的发展起来。
我国水平井钻井在90年代以来也取得了很大发展，胜利油田已完成各种类型水平井百余口，水平井钻井水平和速度不断提高。
水平井的类型及各种类型水平井的特点1）．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）。
2）．不同曲率水平井的基本特征及优缺点（1）．不同曲率水平井的基本特征表（2）．长曲率半径水平井的优缺点优点缺点1．穿透油层段最长（可以>1000米）1．井眼轨道控制段最长2．使用标准的钻具及套管２．全井斜深增加最多3．“狗腿严重度”最小３．钻井费用增加4．使用常规钻井设备４．各种下部钻具组合较长5．可使用多种完井方法５．不适合薄油层和浅油层6．可采用多种举升采油工艺６．转盘扭矩较大7．测井及取芯方便７．套管用量最大8．井眼及工具尺寸不受限制８．穿过油层长度与总水平位移比最小（３）．中曲率半径水平井的优缺点优点缺点1．进入油层时无效井段较短1．要求使用MWD测量系统2．使用的井下工具接近常规工具２．要求使用加重钻杆或抗压缩钻杆3．使用动力钻具或导向钻井系统4．离构造控制点较近5．可使用常规的套购及完井方法6．井下扭矩及阻力较小7．较高及较稳定的造率8．井眼轨迹控制井段较短9．穿透油层段较长（1000米）10．井眼尺寸不受限制11．可以测井及取芯12．从一口直井可以钻多口水平分枝井13．可实现有选择的完井方案（4）．短曲率半径水平井的优缺点优点缺点1．井眼曲线段最短1．非常规的井下工具2．侧钻容易２．非常规的完井方法3．能够准确击中油层目标３．穿透油层段短（120—180米）4．从一口直井可以钻多口水平分枝井４．井眼尺寸受到限制5．直井段与油层距离最小５．起下钻次数多6．可用于浅油层６．要求使用顶部驱动系或动力水龙头7．全井斜深最小７．井眼方位控制受到限制8．不受地表条件的影响８．目前还不能进行电测第三节定向井的基本术语解释1）井深：指井口（转盘面）至测点的井眼实际长度，人们常称为斜深。
国外称为测量深度（Measure Depth）。
2）测深：测点的井深，是以测量装置（Angle Unit）的中点所在井深为准。
3)井斜角：该测点处的井眼方向线与重力线之间的夹角（见图1.2）。
•井斜角常以希腊字母α表示，单位为度。
4•）井斜方位角：是指以正比方位线为始边，顺时针旋转至井斜方位线所转过的角度（见图1.3）。
•井斜方位角常以希腊字母Φ表示，单位为度。
实际应用过程中常常简称为方位角。
• A5）磁方位角：磁力测斜仪测得的井斜方位角是以地球磁北方位线为准的，称磁方位角。
井口ΦB 图1.2 井斜角示意图图1.3 井斜方位角示意图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：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。
dαKα＝───dL井斜变化率的单位常以每100米度表示。
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。
计算公式如下：dΦＫΦ＝───dL井斜方位变化率的单位常以每100米度进行表示。
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。
用化式表达如下：γＫ＝───ΔL实际钻井中，井眼曲率的计算方法：目前计算井眼曲率的方法有很多。
有公式法、查表法、图解法、查图法和尺算法五种。
后四种办法皆来源于公式法。
计算井眼，曲率的公式计有三套：第一套公式：对于一个测点：K＝SQR（Kα2＋KΦ2sin2α）2L)2SIN2αc）Δa图1.4第一套公式的图解法第一套公式的图解法（参见图1.4）：（1）．作水平射线OA；（2）．作∠BOA＝αc（两测点平均角）；（3）. 以一定长度代表单位角度，量OB＝ΔΦ（两测点方位角差）；（4）．自B点向OA作垂线，垂足为C点；（5）．按步骤(3)中的比例，量CA＝Δα；（6）．连接A、B，并量AB长度，按步骤(3)比例换算成角度，此角度及狗腿角γ。
第二套公式：（由于误差较大，现场使用少略）第三套公式：γ＝SQR（α12＋α22－2α1α2COSΔΦ）图1.5第三套公式的图解法第三套公式图解法（参见图1.5）：（1）．选取一定比例，经一定长度代表单位角度，作线段OA，使其长度代表α1；（2）．作OB线段，使∠BOA＝ΔΦ；（3）．按步骤(1)的比例，量OB＝α2；（4）．连接A、B，并量邓AB的长度，按步骤(1)的比例换算成角度，既为γ．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。
15）高边：在斜井段用一个垂直于井眼轴线的平面于井眼（这时的井眼不能理解为一条线，而是一个具有一定直径的圆）相交，由于井眼是倾斜的故井眼在该平面上有一个最高点，最高点与井眼圆心所形成的直线及为井眼的高边。
16）工具面：工具面就是造斜工具弯曲方向的平面。
17）磁性工具面角：造斜工具弯曲的平面与正北方位所在平面的夹角。
18）高边工具面角：造斜工具弯曲方向的平面与井斜方位角所在平面的夹角。
19）装置角：造斜工具弯曲方向的平面与原井斜方向所在平面的来夹角，通常用ω•表示。
20）反扭矩：在用井底动力钻具钻进时，都存在一个与钻头转动方向相反的扭矩，该扭矩被称为反扭矩。
21）反扭角：使用井底动力钻具钻进时，都存在一个与钻头转动方向相反的扭矩，由于该扭矩的作用，使得井底钻具外壳向逆时针方向转动一个角度，该角度被称为反扭角。
22) 贮层顶部：水平井段控制油层的顶部23)贮层顶部：水平井段控制油层的底部24)设计入口角度：进入储层顶部的井斜角度25)着陆点：井眼轨迹中井斜角达到90°的点26)入口窗口高度：入靶点垂直方向上下误差之和27)入口窗口宽度：入靶点水平方向左右误差之和28)出口窗口高度：出靶点垂直方向上下误差之和29)出口窗口宽度：出靶点水平方向左右误差之和30)着陆点允许水平偏差：着陆点允许水平方向前后的误差31)单弯动力钻具：动力钻具壳体上具有一个弯曲角度的动力钻具，特点是造斜率较弯接头组合高，钻头偏移较小32)双弯动力钻具：同向双弯，动力钻具壳体上具有两个弯曲方向相同的弯曲角度的动力钻具，具有比单弯动力钻具更高的造斜率33) DTU动力钻具（异向双弯）：动力钻具壳体上具有两个弯曲方向相反的弯曲角度的动力钻具，钻头偏移最小，不仅可以导向钻进，而且可以配合转盘钻进；附：常用单弯动力钻具、双弯动力钻具、DTU（异向双弯）造斜率表。