第1章 定向井概述

定向钻井理论与技术 定向钻井理论与技术 课时安排 ： 32课时（石工 05级、海工 05级） 学习目的 ： 掌握定向井设计和计算的基本理论和方法，初步具备分析和解决定向钻井过程中具体问题的能力，并对当前的定向井新技术有最基本的了解，为以后从事定向井工作打下较好的基础。 主要内容 ： 井眼轨迹计算；井眼轨道设计；井眼轨迹预测；钻柱摩阻扭矩计算；定向井测量技术；定向井专用井下工具；井眼轨迹控制技术；定向井新技术专题介绍等。 教材 ：定向钻井设计与计算 (韩志勇 编著 ). 中国石油大学出版社， 主要参考文献 ：有关定向井的行业标准、科技论文。 定向钻井理论与技术 第 1章 定向钻井技术概述 （ 2学时） 1向井的用途 1眼轨迹的基本概念 1井眼轨迹的图示法 第 2章 井眼轨迹计算与评价 （ 6学时） 2眼曲率计算方法 2斜计算方法 2眼轨迹质量评价方法 2眼轨迹的内插方法 第 3章 井眼轨道设计 （ 6学时） 3眼轨道设计概述 3维常规轨道设计 3曲稳斜轨道设计 3钻井眼轨道设计 3标系统及转换 * 第 4章 井眼轨迹预测方法 （ 4学时） 4眼轨迹预测的外推法 4给定造斜率的井眼轨迹预测方法 4具的造斜率预测方法 * 4头与地层相互作用模型简介 * 定向钻井理论与技术 第 5章 管柱摩阻扭矩计算 *（ 1学时） 第 6章 定向井专用井下工具 （ 45学时） 6磁钻铤 6杆钻具 6它井下工具 第 7章 定向井测量技术 （ 2学时） 7磁测斜仪 7线随钻测斜仪 7螺测斜仪 专题 1 水平井钻井技术 （ 46学时） 1 水平井轨道设计方法 2 水平井轨迹控制技术 专题 3 分支井钻井技术 * （ 2学时） 专题 2 丛式井技术 *（ 2学时） 1 丛式井技术难点及对策 2 井眼轨迹扫描与防碰技术 专题 4 旋转导向钻井技术 * （ 2学时） 第 1章 定向钻井技术概述 1向井的用途 1眼轨迹的基本概念 1井眼轨迹的图示法 定向井的基本概念 定向井 ( 按照事先设计的具有井斜和方位变化的轨道钻进的井。 直井打斜了，也具有井斜角和方位角的变化，但那不是定向井。 定向钻井 ( 使井身沿着预先设计的方向和轨迹钻达目的层的钻井工艺方法。 井眼轨道 ( 钻进之前人们预想的该井井眼轴线形状。 井眼轨迹 ( 实际钻出来的井眼轴线形状。 定向井的发展历程 1、定向井引入石油钻井界约在 19世纪后期，是在落鱼周围侧钻。 2、世界上第一口真正有记录的定向井是 1932年美国人在加利福尼亚亨延滩油田完成的。当时浅海滩下油田的开发是在先搭的栈桥上竖井架钻井。一位有创新精神的钻井承包商在陆地上竖井架，使井眼延伸到海床下，开创了钻井新纪元。 3、 1934年，德国的克萨斯康罗油田一口井严重井喷。一位有丰富想象力的工程师提出用定向井技术来解决。在距失控井一定距离钻一口定向井，井底与失控井相交，然后向井内泵入重浆压住失控井，这是世界上第一口定向救援井。 4、二战后生产的发展，海洋石油的开发，井下动力钻具的研制，计算技术的进步促进了定向井技术的发展。 定向井的发展历程 5、我国的第一口定向井是 1955年在玉门油田钻成，井号为 5井。 1965年在四川油田钻成了我国第一口水平井，磨 3井，水平延伸 160m，是世界上第二个钻成水平井的国家。 6、四川油田的草 16井， 1987年钻成，是一口过长江定向井。 7、胜利油田的河 50丛式井组， 1988年完成，一个陆地平台钻成35口定向井。 8、 1997年南海东部西江项目打成水平位移 8000米的大位移定向井，当时世界最深。 9、 1998年渤海公司 口大位移井。 1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、处理井下事故的需要 4、提高油藏采收率的手段 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。 1、地面环境条件的限制 胜利油田河 50井组 2、地下地质条件的要求 断层遮挡油藏 ：定向井比直井可发现和钻穿更多的油层； 薄油层 ：定向井和水平井比直井的油层裸露面积要大得多； 垂直裂缝的构造带 ：打直井很难钻遇裂缝，若钻定向井或水平井，则钻遇裂缝的机会就大得多。 2、地下地质条件的要求 3、处理井下事故的需要 井下落物或断钻事故 最终无法捞出时，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。 3、处理井下事故的需要 4、提高油藏采收率的重要手段 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 直井的 5倍以上（ L=300m） 水平井技术适合于薄层的开采 几种特殊的定向井 水平井 （ ：井眼轨迹达到水平（ 井斜角 90左右 ）以后，井眼继续延伸一定长度（ 延伸长度与油层厚度之比不小于 6倍 ）的定向井。 大位移井 （延伸井， 水平位移与垂深之比（ 位垂比， 或 水垂比 ）不小于 2的定向井。 丛式井 （ ： 在同一个井场上或一个钻井平台上，有计划地钻出两口或两口以上的定向井，可含一口直井。 分支井 （ 也称为 多底井 ，是指一个井口下面有两个或两个以上井底的定向井。 水平井的应用 水平井的应用 水平井的应用 水平井的应用 稠油开采 用水平井连通有高低差的两孤立油藏 水平井的应用 阶梯水平井 海油陆探、海油陆采 大位移井的用途 西江 24大位移井的用途 大位移井的用途 侧钻井 (多分支井 多分支井 鱼骨井 也称为 羽状井 1眼轨迹的基本概念 1、井眼轨迹的基本参数（测斜参数） (1)井深（ L， 井口 (通常以转盘面为基准 )至测点的井眼长度，也称为斜深、测深 （ D）。 井深增量（ L） ：下测点井深与上测点井深之差。 L 测量方法：非连续测量 ； “ 测段 ” ； “ 测点 ” 。 三个基本参数： 井深、井斜角、井斜方位角（方位角） (2)井斜角 ()： 过井眼轴线上某测点作井眼轴线的切线，该切线向井眼前进方向延伸的部分称为 井眼方向线 ；井眼方向线与重力线之间的夹角称为 井斜角 。 1、井眼轨迹的基本参数 井斜角增量 ( )：下测点井斜角与上测点井斜角之差。 B A (3) 井斜方位角 （ ）：某测点处的井眼方向线在水平面上的投影称为 井眼方位线（井斜方位线）； 以正北方位线为始边，顺时针方向旋转到井眼方位线上所转过的角度。也称为 井眼方位角、方位角 。 1、井眼轨迹的基本参数 井斜方位角的变化范围： 0 360 。 井斜方位角增量 （ ） ：上下测点的井斜方位角之差。 B A 象限角 ：井斜方位线与正北方位线或与正南方位线之间的夹角。 象限角的变化范围 ： 0 90 之间。 井斜方位角的象限角表示方法 图中： 0 60E=120 25 规定：东磁偏角为“”，西磁偏角为“”； 则： 真方位角 磁方位角磁偏角 磁偏角 ： 磁方位与真方位之间的夹角。 井斜方位角的修正 东磁偏角： 磁北方位线在正北方位线的东面。如： 我国西部地区 。 西磁偏角： 磁北方位线在正北方位线的西面。如： 我国东部地区 。 真方位与磁方位的换算关系： 真方位角 磁方位角东磁偏角 真方位角 磁方位角西磁偏角 中国大陆磁偏角变化情况 下面说法哪些是正确的？ 为该点的井斜方位线。 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。 1眼轨迹的基本概念 2、井眼轨迹的计算参数： 由基本参数计算得到的参数 (1) 垂直深度 （ ， H）： 轨迹上某点至井口所在水平面的距离，简称“垂深” (。 垂深增量 （ ）：下测点垂深与上测点垂深之差，简称“ 垂增 ” 。 D 直角坐标（ 5个）： 垂深 (D， H)、 N)、 E)； 水平长度 (、视平移 (V) ； 极坐标（ 2个）： 水平位移 (S) 、平移方位角 () ； 井眼曲率 (K) 。 (2)水平投影长度 （ ： 井眼轨迹上某点至井口的长度在水平面上的投影，即井深在水平面上的投影长度。 也称为“ 水平长度”，简称 “平长”。 2、井眼轨迹的计算参数 平增 （ 水平投影长度的增量。 3) 水平位移（）： 轨迹上某点至井口所在铅垂线的距离，简称“ 平移” 。（或：在水平投影面上，轨迹上某点至井口的距离）。 2、井眼轨迹的计算参数 国外，将水平位移称作 闭合距 。 国内，将完钻时的水平位移称为 闭合距 。 (4) 平移方位角（ ） ： 水平投影面上，井口至轨迹上某点的连线称为 平移方位线 ； 平移方位线所在的方位角称为平移方位角 。 国外，将平移方位角称作 闭合方位角 。 国内，指完钻时的平移方位角为 闭合方位角 。 (5) 坐标和坐标 ： 井眼轨迹上某点在以井口为原点的水平面坐标系里的坐标值。 2、井眼轨迹的计算参数 (6) 视平移（）： 水平位移在设计方位线上的投影长度。 南北坐标轴，以正北方向为正； 东西坐标轴，以正东方向为正。 (7)井眼曲率 （ K）：指井眼轨迹曲线的曲率（ 平均曲率） ， 也称为“ 狗腿严重度 ”、“ 全角变化率 ”。 2、井眼轨迹的计算参数 狗腿角 （ ），或称为“ 全角变化 ” ：上、下二测点的两条井眼方向线之间的夹角（空间夹角）。 狗腿角既反映了井斜角的变化，又反映了井斜方位角的变化。 1、三种基本图形 1井眼轨迹的图示法 （ 1） 水平投影图 ：相当于机械制图的“ 俯视图 ” 投影面：水平面 坐标系：以井口为原点，纵轴为 轴为 表达的参数： 坐标、坐标、水平位移 S 、平移方位角 、 井斜方位角 、水平长度 闭合距、闭合方位角 。 在水平投影图上，方位角是真实的 。 1、三种基本图形 1井眼轨迹的图示法 （ 2） 垂直投影图 ：相当于机械制图的“ 侧视图 ” 投影面：过设计方位线的铅垂面，即井口和目标点所在的铅垂面。 坐标系：原点（井口）、纵轴为垂深 D，横轴为视平移 V。 表达的参数：垂深 D、视平移 V、井斜的增减趋势。 1、 三种基本