第5节 定向钻井ppt

1、第五节第五节 定向钻井定向钻井1 定向井的作用与定义定向井的作用与定义2 定向造斜与轨迹控制定向造斜与轨迹控制1 定向井的作用与定义定向井的作用与定义定向井定向井(directional well)：设计的目标：设计的目标点与井口不在同一点与井口不在同一铅垂线上的井。铅垂线上的井。A井口井口目标点目标点轨道轨道轨迹轨迹 定向井的概念定向井的概念地面环境条件的限制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。 定向井的作用定向井的作用1 定向井

2、的作用与定义定向井的作用与定义 定向井的作用定向井的作用 地下地质条件的要求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。 对于垂直裂缝的构造带，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； 另外，多底井，分支井，侧钻水平井，径向水平井等定向井的新种类，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。 1 定向井的作用与定义定向井的作用与定义 钻井工艺的需要钻井工艺的需要 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； 特别是遇到井喷着火常规方法难以处理时，在事

3、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。 某些高陡构造地层 ，打直井很困难，若打定向井，则更容易。 定向井的作用定向井的作用1 定向井的作用与定义定向井的作用与定义 开采工艺的需要开采工艺的需要 海上为了方便采油而钻的丛式井； 为了提高开采地热、芒硝、煤层气的效率而钻的井。 定向井的作用定向井的作用1 定向井的作用与定义定向井的作用与定义定向井定向井水平井水平井丛式井丛式井大位移井大位移井多目标井多目标井分支井分支井连通井连通井 定向井的类型定向井的类型1 定向井的作用与定义定向井的作用与定义丛式井丛式井（cluster wells）：在同一井场

4、或钻井平台按一定）：在同一井场或钻井平台按一定井口间距钻出两口或两口以上的一组井。井口间距钻出两口或两口以上的一组井。美国在美国在Freeman岛上岛上0.03km2面积上打了面积上打了284口井口井胜利油田河胜利油田河50丛式井组在丛式井组在0.0442km2面积上打了面积上打了42口井口井 定向井的类型定向井的类型1 定向井的作用与定义定向井的作用与定义分支井分支井（multilateral wells ）：同一井口设计有）：同一井口设计有两个或两个以上井底的井两个或两个以上井底的井。 定向井的类型定向井的类型1 定向井的作用与定义定向井的作用与定义水平井水平井（horizontal we

5、ll）：井眼进）：井眼进入目的层时井斜角接近、等于或大入目的层时井斜角接近、等于或大于于90 并在目的层中延伸一定长度的并在目的层中延伸一定长度的定向井定向井 。 定向井的类型定向井的类型1 定向井的作用与定义定向井的作用与定义大位移井大位移井（extended reach well）：水平位移超过）：水平位移超过3000m或水平位移与垂深比值大于或水平位移与垂深比值大于2的定向井的定向井 。多目标井多目标井（multi-target directional well ）：具有两个）：具有两个或两个以上目标点的定向井或两个以上目标点的定向井 。 定向井的类型定向井的类型1 定向井的作用与定义定

6、向井的作用与定义连通井连通井或称或称U型井型井（U-shaped well ）:通常由两口井组成，一通常由两口井组成，一口直井，一口水平井。口直井，一口水平井。除了根据除了根据井的形状井的形状来对定向井进行来对定向井进行分类外，有时也根据分类外，有时也根据钻定向井的目钻定向井的目的的和和特殊要求特殊要求对定向井进行分类：对定向井进行分类：救援井救援井（relief well）：为抢救井喷失控、着火油气井，在其一定安全距离位置设计、施工与事故井连通，达到控制井喷目的的井。绕障井绕障井（detouring obstacle well ）：为绕过井口和目标点之间的障碍而设计的定向井。侧钻井侧钻井（s

7、idetrack well ）：从已有井眼的选定深度处侧向钻出并钻达目标点的井。 定向井的类型定向井的类型1 定向井的作用与定义定向井的作用与定义侧钻井水平井侧钻井水平井 定向井设计轨道的分类定向井设计轨道的分类三维定向井：纠偏、绕障三维定向井：纠偏、绕障(既有井斜角变化，又有既有井斜角变化，又有方位变化方位变化)按按轨轨道道类类型型分分二二维维定定向向井井常规：由直常规：由直线和圆弧组线和圆弧组成的铅垂平成的铅垂平面上的曲线面上的曲线非常规：由直线、圆弧和变曲率曲线（悬链线、抛非常规：由直线、圆弧和变曲率曲线（悬链线、抛物线）等组成的铅垂平面上的曲线。物线）等组成的铅垂平面上的曲线。三段式轨

8、道三段式轨道五段式轨道五段式轨道双增式轨道双增式轨道多靶式三段轨道多靶式三段轨道1 定向井的作用与定义定向井的作用与定义Power SectionKick Off SubDrive TrainDrive Subwith Bit Box传动系统2 2 定向造斜与轨迹控制定向造斜与轨迹控制Drive Mechanism :Impact of mud flowTurbineDrive Mechanism :Displacement by mudMud Motor Motor Power Generation 导向马达采用的轨迹导向马达采用的轨迹控制原理就是控制原理就是“三点定三点定圆圆”； 工具工具

9、1-3旋转导向工具旋转导向工具也是采用三点定圆法控也是采用三点定圆法控制轨迹，这与导向马达制轨迹，这与导向马达相同。理想情况下，钻相同。理想情况下，钻头按照三点定圆钻出圆头按照三点定圆钻出圆弧轨迹。但要注意，除弧轨迹。但要注意，除了几何因素外，还有力了几何因素外，还有力学因素。学因素。 但工具但工具4的原理不是的原理不是三点定圆。三点定圆。2 2 定向造斜与轨迹控制定向造斜与轨迹控制 造斜工具斜向器斜向器2 2 定向造斜与轨迹控制定向造斜与轨迹控制 造斜工具不对称射流钻头不对称射流钻头2 2 定向造斜与轨迹控制定向造斜与轨迹控制 造斜工具固定扶正器组合固定扶正器组合 只能增斜、稳斜、降斜，不能

10、造斜只能增斜、稳斜、降斜，不能造斜 只能改变井斜，不能改变方位只能改变井斜，不能改变方位 包括增斜组合、稳斜组合和降斜组合包括增斜组合、稳斜组合和降斜组合2 2 定向造斜与轨迹控制定向造斜与轨迹控制 造斜工具固定扶正器组合固定扶正器组合a. 增斜组合增斜组合杠杆原理杠杆原理2 2 定向造斜与轨迹控制定向造斜与轨迹控制 造斜工具固定扶正器组合固定扶正器组合b. 稳斜组合稳斜组合刚性满眼原理刚性满眼原理2 2 定向造斜与轨迹控制定向造斜与轨迹控制 造斜工具固定扶正器组合固定扶正器组合c.降斜组合降斜组合钟摆原理钟摆原理2 2 定向造斜与轨迹控制定向造斜与轨迹控制 造斜工具弯接头弯接头+井下动力钻具

11、井下动力钻具弯外壳螺杆钻具弯外壳螺杆钻具电动钻具电动钻具涡轮钻具涡轮钻具螺杆钻具螺杆钻具2 2 定向造斜与轨迹控制定向造斜与轨迹控制 造斜工具螺杆钻具螺杆钻具2 2 定向造斜与轨迹控制定向造斜与轨迹控制 造斜工具可复合旋转的螺杆钻具可复合旋转的螺杆钻具2 2 定向造斜与轨迹控制定向造斜与轨迹控制 造斜工具可变径稳定器组合可变径稳定器组合2 2 定向造斜与轨迹控制定向造斜与轨迹控制 造斜工具可调弯角螺杆钻具可调弯角螺杆钻具2 2 定向造斜与轨迹控制定向造斜与轨迹控制 造斜工具旋转导向钻井系统旋转导向钻井系统PowerDrive完全的旋转导向系统：完全的旋转导向系统： 整个钻柱，从上到下，全部都在

12、旋转，没有静止的部分；整个钻柱，从上到下，全部都在旋转，没有静止的部分； 但在下部控制总成内部，有不旋转的部分；但在下部控制总成内部，有不旋转的部分；PowerDrive结构：结构： 下部偏置部分：在旋转过程中始终给钻头一个侧向力；下部偏置部分：在旋转过程中始终给钻头一个侧向力； 中部控制部分：始终控制侧向力的方向；中部控制部分：始终控制侧向力的方向； 上部上部MWD部分：测量信息及传输；部分：测量信息及传输；关键是控制总成内的不转动的部分，具有一个称作关键是控制总成内的不转动的部分，具有一个称作“惯性平台惯性平台”的部分，实的部分，实际上是由井下计算机控制的际上是由井下计算机控制的“电子液压

13、伺服系统电子液压伺服系统”，可以保证控制轴不受整，可以保证控制轴不受整个钻柱转动的影响。控制轴可以给定偏置部分一个轨迹控制所需要的导向方个钻柱转动的影响。控制轴可以给定偏置部分一个轨迹控制所需要的导向方位角。位角。PowerDrive钻头侧向力的产生原理钻头侧向力的产生原理 控制轴和上盘，是由惯性平台控制控制轴和上盘，是由惯性平台控制的独立部分。上盘的水眼方位，就的独立部分。上盘的水眼方位，就是给钻头侧向力的方位。该方位确是给钻头侧向力的方位。该方位确定后，不管钻柱如何转动，上盘都定后，不管钻柱如何转动，上盘都不转动。不转动。 下盘与偏置机构以及钻头相连接，下盘与偏置机构以及钻头相连接，随钻柱

14、转动而转动。随钻柱转动而转动。 只有上下盘水眼相通时，才能有泥只有上下盘水眼相通时，才能有泥浆流过，并推动支撑块伸出，给井浆流过，并推动支撑块伸出，给井壁一作用力，同时给钻头一反方向壁一作用力，同时给钻头一反方向的作用力。的作用力。PowerDrive怎样调整轨道？方位？怎样调整轨道？方位？2 2 定向造斜与轨迹控制定向造斜与轨迹控制 造斜工具造斜及调造斜及调方位能力方位能力无无：固定稳定器组合、可变径稳定器组合：固定稳定器组合、可变径稳定器组合有有：斜向器、弯接头：斜向器、弯接头+涡轮或螺杆钻具、弯外壳螺杆钻具、可涡轮或螺杆钻具、弯外壳螺杆钻具、可复合旋转螺杆钻具、可调弯角钻具、旋转导向系统

15、复合旋转螺杆钻具、可调弯角钻具、旋转导向系统连续造斜连续造斜能力能力无无：斜向器斜向器有有：固定稳定器组合、可变径稳定器组合、弯接头：固定稳定器组合、可变径稳定器组合、弯接头+涡轮或螺涡轮或螺杆钻具、弯外壳螺杆钻具、可复合旋转螺杆钻具、可调弯角杆钻具、弯外壳螺杆钻具、可复合旋转螺杆钻具、可调弯角钻具、旋转导向系统钻具、旋转导向系统造斜过程中造斜过程中旋转能力旋转能力无无：斜向器、弯接头：斜向器、弯接头+涡轮或螺杆钻具、弯外壳螺杆钻具涡轮或螺杆钻具、弯外壳螺杆钻具有有：固定稳定器组合、可变径稳定器组合、可复合旋：固定稳定器组合、可变径稳定器组合、可复合旋转螺杆钻具、可调弯角钻具、旋转导向系统转螺杆钻具、可调弯角钻具、旋转导向系统唯一具有主动造斜能力的是：旋转导向钻井系统唯一具有主动造斜能力的是：旋转导向钻井系统2 2 定向造斜与轨迹控制定向造斜与轨迹控制钻进方式与工具面角钻进方式钻进方式滑动钻进方式滑动钻进方式：井口不旋转，利用井下动力钻具带动钻：井口不旋转，利用井下动力钻具带动钻头旋转头旋转旋转钻进方式旋转钻进方式：井口旋转：井口旋转工具面角：工具面角：井斜铅垂面与造斜工具面的夹角井斜铅垂面