定向井、丛式井的基本概念

1、（一） 定向井、丛式井钻井技术1.1、 定向井、丛式井的基本概念定向井的基本概念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；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。定向井井身的基本参数，也称为定向井井身的基本要素。了解实钻定向井的井身轴线在三维空间的位置和形状，目前唯一的办法就是沿井身进行测斜。在每个测点上所取得的测斜有三项数据，即该点处的测深、井斜角、井斜方位角，我们称这三项测斜数据为井身的基本要素。测深（Measure depth）:井身轴线上任一点到井口的井身长度，称为该点的测深，也称为该点的测量斜深。其测量单位为米。井斜角(Hole inclina

2、tion or Hole angle):井测点处的井眼方向线与通过该点的重力线之间的夹角称为该点处的井斜角。井眼方向线和重力线都是有向直线。其测量单位为度。井斜方位角（Hole direction）：井斜方位角是指以正北方位线为始边，顺时针旋转至井斜方位线所转过的角度。凡所讲到的方位线，都是在水平面上。正北方位线和井斜方位线都是有向直线。正北方位线是沿着该测点处的地理子午线向正北方向延伸的直线。井斜方位线是指该测点处的井眼方向线在水平面上的投影线。其测量单位为度。有了井身的基本要素后，我们还不能进行准确的计算，还有两个概念必须清楚。磁偏角（Deinclinnation）的校正：我们在定义井斜方

3、位角时，是以地球正北方位线为准，而使用磁力测斜仪测得的井斜方位角则是以地球磁北方位线为准，称为磁方位角。由于磁北极偏离地球北极，使绝大多数区域磁北方位线与正北方位线并不重合，二者间的夹角即为磁偏角。磁偏角有偏东、偏西之分，若磁北方位线在正北方位线以东称偏东磁偏角，若磁北方位线在正北方位线以西称偏西磁偏角。进行井斜方位角校正时，可使用如下简单公式：井斜方位角磁方位角西磁偏角井斜方位角磁方位角东磁偏角大地坐标的的确定：大地坐标是以英国的格林威治天文台为坐标原点而构建的全球通用的大地坐标体系，地球上的任一点都可以通过卫星定位在该坐标系中找到自己的唯一位置。当定向井的井口位置测定后，该井井身的任一点的

4、大地坐标都可以确定。有了以上定向井的基本参数和相应的结构参数，经过相应的计算，我们就可以非常清楚地确定实钻定向井的井身轴线在三维空间的位置和形状。对井身轴线在三维空间的位置和形状的描述除了测深、井斜角、井斜方位角及大地坐标之外，还有其它井身参数参与描述，下面介绍其中几个参数。垂深（Vertical depth or True vertical depth）:垂深即测点的垂直深度，是指井身上任一点至井口所在水平面的距离。其测量单位为米。水平位移（Displacement or Closure distance）：即井眼轴线某点在水平面上的投影至井口的距离，也称闭合距。其测量单位为米。闭合方位角或

5、总方位（closure azimuth）:是指以正北方位线为起点，顺时针转至闭合距方位线上所转过的角度。其测量单位为度。N（北）坐标和E坐标：是指测点在以井口为原点的水平坐标系里的坐标值。其测量单位为米。视平移（Vertical section）：是井身上某点在某一垂直投影面上的水平位移，这个“水平位移”不是真实的水平位移，所以我们称之为视平移。显然，垂直投影面的在的位置不同，视平移也就不同。实际工作中，对于正在钻进的井作垂直投影图时，都是将垂直投影面选在设计方位线上。其测量单位为米。造斜点(Kick off point):在定向井中，开始定向造斜的位置叫造斜点。通常以开始定向造斜的井深来表示

6、，其测量单位为米。造斜率：造斜率表示了造斜工具的造斜能力，其值等于用该造斜工具所钻出的井段的井眼曲率。增（降）斜率：指的是增（降）斜井段的井斜变化率。其井斜变化为正值时为增斜率，负值为降斜率。全角变化率（Dogleg severity）：“全角变化率”、“狗腿严重度”、“井眼曲率”，都是相同的意义，指的是在单位井段内三维空间的角度变化。它既包含了井斜角的变化，又包含着方位角的变化。其常用单位为：度30/M。增斜段：井斜角随井深增加的井段，称为增斜段。稳斜段：井斜角保持不变的井段称为稳斜段。降斜段：井斜角随着井深的增加而逐渐减小的井段称为降斜段。目标点（Target）：设计规定的，必须钻达的地层

7、位置，称为目标点。通常是以地面井口为坐标原点的空间坐标系的坐标值来表示。靶区半径：允许实钻井眼轨迹偏离设计目标点的水平距离，称为靶区半径。靶心距：在靶区平面上，实钻井眼轴线与目标点之间的距离，称为靶心距。上述井身参数基本能够描述一口定向井井身轴线的形状和和空间位置，但在施工过程中还必须引入以下施工参数：工具面（Tool face）在造斜钻具组合中，由弯曲工具的两个轴线所决定的那个平面，称为工具面。反扭角：使用井下马达进行定向造斜或扭方位时，因动力钻具反扭矩的作用，启动前的工具面与启动后的工具面之间的夹角，称为反扭角。反扭角总是使工具面逆时针转动。高边（Hight side）：有斜度的井段其井眼

8、的横断面是呈倾斜状态的圆平面，若干个这样的圆平面上最高点的连线称为高边。工具面角(Tool face angle)：工具面角是表示造斜工具下到井底后，工具面所在位置的参数。工具面角有两种表示方法。一种是以高边的基准（Hight side mode）,一般情况下当井斜角大于6度可用高边工具面；一种是以磁北为基准（Magnetic mode），在井斜角较小时使用。高边基准工具面角简称高边工具面角，它是指高边方向线与工具面方向线在所处井眼断面上投影所形成的夹角。定向角：定向角是定向工具面角的简称。在定向造斜或扭方位钻进时工具厕所处的位置，用工具面角表示。工具厕所处位置有工作位置与非工作位置之分。当造

9、斜钻具下到预定位置时，因动力钻具在开泵后将产生反扭角，并影响到工具面的位置，工具面的非工作位置是指不启动井下马达时的工具面角，而工具面的工作位置是马达启动后正常钻进的工具面角。安置角(Tool face setting)：安置角是安置工具面角的简称，在定制造斜和扭方位作业时，根据井身控制的有关计算，将工具面安放的位置。丛式井的基本概念凡在一个井场或平台上，有计划的钻几口可几十口定向井和一口直井，这些井统称为丛式井（组）。丛式井要涉及到合理的井距及布井的先后顺序及防碰跟踪等问题。1.2定向井井身剖面设计定向井井身剖面设计是定向井最关键的问题。组成定向井井身的所有井段形状不外乎有四种，即铅垂井段、

10、增斜井段、稳斜井段和隐斜井段，由这四种井段可以组成多种剖面。常规两维定向井井身剖面设计两维定向井是指设计的井眼轴线只是在某一个给定的负重铅垂面内变化，即设计的井眼轴线只有井斜角的变化，没有方位角的变化。井身剖面的设计原则：1、应能实现钻定向井的目的；2、应尽可能利用地层的自然造斜规律；3、应有利于采油工艺的要求；4、应有利于安全、快速、优质钻井。这就需要考虑以下几个问题：1、选择合适的井眼曲率；2、选择易钻的井眼形状；3、选择恰当的造斜点；4、设计井身剖面形状应与井身结构同时考虑井身剖面设计的条件、内容和步骤设计条件：一般情况下，给定的设计条件有：地面井位坐标、地下目标点坐标、目的层垂直深度和

11、井底位置。根据这些基本数据，通过坐标换算，可计算出设计方位和设计水平位移。井身剖面设计的内容和步骤：1、选择剖面类型；2、确定增斜率和降斜率，选择造斜点；3、求得剖面上的未知参数，一般情况下这个未知参数是全井最大井斜角；4、进行井身计算，包括各井段的井斜角、垂深、水平位移、井斜方位角（三维剖面）及井深；5、作垂直剖面图和水平投影图，必要时绘出控制安全圆柱。常规两维定向井井身剖面设计：常规两维定向井的剖面形状主要有两种，一种是“直增稳”剖面，在我国现场上称为“三段制剖面”。此种剖面又可分为低造斜点和高造斜点两类，稳斜段的长度也可长可短，甚至没有稳斜段，这都要根据设计的条件和要求而定。另一种是“直

12、增稳降稳”剖面，现场上称之为“S形井眼”或“五段制剖面”虽然实际所用的剖面类型很多，但它们都只是这两种剖面演变而来的，我们也可以说“三段制”剖面是“S”型剖面的一种特殊情况。这样，能够设计出来“S型剖面”，其它常规剖面都可以迎刃而解。S形剖面的设计方法目前主要有三种：作图法、查图法和解析法。1.3定向井的现场施工为了实现定向井的设计意图，做到安全、优质，快速钻成一口定向井，需要定向施工技术人员正确有效地组织现场施工。因此要求施工人员加强责任心，认真搜集邻井的资料，仔细理解消化设计内容，严格执行作业规程，重视施工的每个环节，密切与各工种的配合协作，同时，对施工应进行及时分析和总结，以不断积累经验

13、，提高施工水平。随着科学技术水平的迅速发展，各种先进的仪器如有线随钻测斜仪、MWD无线随钻测斜仪在现场中的使用已越来越广泛，大大提高了井身轨迹控制精度与质量。然而采用磁性单点照像测斜仪的井下定向施工方法仍在其很大的优势，同时也是每个定向井现场技术人员的基本功，因此了解和掌握其方法是十分重要的。定向前的准备工作设计分析地质设计分析：1、掌握了解该井的地理位置和构造位置、井号及施工井队。2、掌握井深、方位和位移，并用坐标校对位移及方位，掌握进入油层的位置和质量要求。3、了解地层的分层和岩性，对地层岩性在施工中的影响做到心中有数，防患于未然。4、查看构造图了解地层的倾角、走向、断层情况。工种设计分析

14、：1、掌握设计中的基本数据，包括设计剖面类型；全井井深、垂深、水平位移；目标点井深、垂深、水平位移；设计方位、造斜点、最大井斜角、靶区半径、是否校正磁偏角及特殊工艺技术要求。2、计算方位角的允许偏差。3、掌握增（降）斜钻具的增（降）斜率；增（降）斜井段的起点和终点井深、垂深和水平位移。4、掌握各井段各种井眼的钻具组合和钻井参数配合及各井段深度。5、掌握全井的井身结构，下入套管的深度和尺寸；并了解其目的和要求。6、对于防碰井，注意防碰位置的基本数据，认真分析施工井和防碰井的相对位置，并在垂直剖面图和水平投影图上标明。7、对于绕障井，掌握绕障井段前后的井深、垂深、水平位移、方位角和井斜角，并掌握安

15、全圆柱半径。查邻井资料：1、了解邻井的构造图，各层位的分层和岩性。2、了解邻井的各种钻具组合和钻井参数配合；各井段钻进情况；钻头选型和水眼装配；出现的各种复杂情况和处理各种复杂情况的经验。3、了解邻井的基本数据，井斜角和方位角的变化情况，及其采取的相对措施。4、了解邻井的定向造斜情况；造斜深度，动力钻具的类型及反扭角的大小，弯接头的造斜能力，使用的钻头情况，及定向时间和钻速。5、了解与邻井的防碰情况经过以上三个方面对设计的分析后，我们就应该做出施工井的水平投影图和垂直剖面图，然后制定出施工井的施工方案。并按设计准备所需的仪器和工具准备施工定向钻井工具和仪器的准备与检查准备：1、施工前准备定向测

16、斜工具和仪器及定向钻具，见表。2、定向工程师开钻前对准备情况负责落实。检查：1、定向施工人员检查好以下钻具：动力钻具的类型、尺寸、扣型；无磁钻铤的尺寸、扣型；弯接头的度数、尺寸、扣型，定向键方向与弯曲方向是否一致；稳定器的外径、扣型、长度，外径不得小于钻头直径3，并在稳定器上标明外径尺寸；短钻铤的长度、外径和扣型；配合接头的尺寸、扣型；测斜绞车，应经试运转正常后方可使用。2、仪器的检查：仪器部分的定时器、照相机上井前测试正常，罗盘、电池筒完好，各连接螺纹完好；仪器外筒及加长杆不能弯曲，扣型相配，各连接螺纹和密封圈良好；胶片、显像液的数量足够，选用罗盘的量程不小于测量深度处预计的最大井斜角；测斜

17、绞车的钢丝记号足够长（30M）并带有绳帽，绳套完好；定向杆悬挂器与引鞋槽在一条直线上。施工前技术交底和垂直井段的施工定向前技术交底了解钻井队的施工进度，设备情况是否符合要求，尤其是泥浆泵、指重表和泵压表及泥浆净化系统必须运转良好，预计开钻时间了解井场道路，复杂天气可能出现的问题必须交清设计内容及各蟛段要求，对有特殊要求的井将特殊要求特别提出交清对泥浆性能的要求，主要包括泥浆密度、粘度、含砂量、失水量、摩擦系数交清直井段的要求了解钻头，钻具及工具的准备情况，对定向造斜使用的钻头类型、个数特别交待，交清钻头的型号、确定钻头压降及水眼尺寸交清动力钻具的使用方法和钻具组合及下钻时的注意事项：交清动力钻

18、具的尺寸、扣型，使用排量、压降有及水眼尺寸；下动力钻具时，必须认真检查钻具水眼，弯接头水眼，保证清洁干净，并双钳紧扣；下动力钻具时，必须控制下放速度；下动力钻具前，必须在井口对动力钻具试运转正常后方可下钻；下动力钻具如遇阻，不得用动力钻具划眼，不能开泵硬压，可转几个方向试下，否则起出动力钻具，通井正常后，再下动力钻具；动力钻具在井下时，不能启动转盘卸扣。对施工中可能出现的问题要充分分析交清重点井要向司钻以上干部交清按井队进度，预计定向时间写出交底单，双方签字。直井段的防斜打直：垂直井段施工的最基本要求是严格控制井斜角，以便为定向造斜做好准备。因各地区地层条件和钻井经验不同，防斜打直采取的相应措

19、施会有差异，一般采用塔式钻具或钟摆钻具组合，严格控制钻压。同时制定合理的测斜计划，及时对靶点进行修正设计。定向造斜施工单点测斜仪定向方法：单点测斜仪定向方法是利用单点测斜仪从钻杆内下入造斜工具处，测出造斜工具的弯曲方向与磁北或井眼高边方向间的夹角以及井眼倾斜方向，然后根据要求的方位，进行地面校正与控制来完成定向工作，其工艺流程如下：卸方钻杆、并打印，放入鼠洞下钻到底、循环泥浆定向井斜井段的施工转盘钻增斜段的施工常用增斜钻具组合施工要求：1、按照设计钻井参数钻进，送钻均匀，使井眼曲率变化平缓，轨迹圆滑。2、及时测斜，随钻作图。掌握井斜方位的变化趋势，如达不到设计要求时，可通过改变钻进参数或钻具结

20、构来进行调整。3、控制好井斜方位的变化。因地层等因素造成方位严重漂移，影响中靶或侵入邻井安全限定区域时，应使用造斜钻具及时调整井眼方位。技术措施及注意事项：1、下井的增斜钻具结构要符合设计要求或定向施工技术人员的技术要求。2、增斜钻具下入的稳定器尺寸必须进行测量，严格执行近钻头稳定器直径摩损超过3mm不得入井使用的技术要求。3、当发现下井的增斜钻具不合理时要及时地进行调整变换，当调整了增斜钻具结构时，要根据钻具结构特点缩短测斜间距，掌握其实际结果。4、定向结束下入增斜钻具时，钻头台肩和第一稳定器的扶正块下端之间的距离范围应在11.2m内，以保证有一定的增斜力矩，否则，不得使用。5、必须严格执行

21、设计或定向技术人员制定的钻井参数。6、斜钻进时，泵压适中并满足增斜的要求。7、定向或扭方位后增斜井段不超过50米应测斜检查。8、在掌握地区地层的增斜率的前提下，测斜间距不超过100米，特殊要求的井或复杂进中（如侧钻进井、绕障井等）应缩短测斜间距。9、预计最大井斜角的井段长度不超过50米，即增斜井段测斜结束后必须在50米增斜井段之内达到要求的最大井斜角。稳斜井段的施工常用稳斜钻具组合施工措施：1、在方位漂移严重的地层钻进，为了稳定井斜方位，可在钻头上方接23个足尺寸稳定器，加强下部钻具组合的刚性。2、因地层因素影响，采用稳斜钻具出现降斜趋势时，可用微增斜钻具组合实现稳斜效果。技术要求及注意事项：

22、1、下井的稳斜钻具结构要符合定向施工技术人员的要求。2、在稳斜井段，由于地层倾角及走向，造成常规钻具结构起增斜或降斜效果时，钻具结构应根据具体情况变换为微降或微增钻具结构，以保证稳斜效果。3、稳斜井段的单点测斜间距最大不超过150米，特殊地层或有特殊要求时，测斜间距应缩短。4、当稳斜井优下入特殊的钻具结构时，必须制定相应的技术措施，并测斜间距不超过50米。5、稳斜井段的钻井参数可根据测斜情况作合理的调整。6、定向井稳斜井段扭方位后，要下入单稳定器增斜钻具通井并钻进1020米，使井眼轨迹圆滑，并充分洗井后方可起钻下入稳斜钻具。降斜井段的施工常用降斜钻具组合降斜井段的技术要求及注意事项：1、降斜井

23、段要求选择合理的降斜结构，钻头和稳定器之间的距离应根据井斜角的大小和要求的降斜率来确定。2、降斜井段的测斜间距不超过50米。3、降斜井段的钻压选择原则上以满足降斜井段井眼轨迹为前提，同时兼顾提高机械钻速。4、大斜度井段降斜时，要选择合理的钻具结构，严防井眼产生较大的全角变化率而不利于以后的钻进及完井工作。5、降斜井段井斜角在3°以下井段可视为直井段，钻压可适当加大，可按直井管理，但要定期测斜检查井眼轨迹变化情况。6、降斜井段要控制好降斜率，确保全角变化率不超标。7、降斜后直井段每300米要测斜检查，特殊要求的井，测斜间距要缩短。8、降斜段由于地层操作等原因出现降斜钻具不降斜或增斜等异

24、常情况时要及时采取措施。定向井管理的其它技术要求定向井扭方位施工（大致和定向造斜施工相同）。定向井轨迹计算及绘图井眼轨迹的计算是定向井井身控制的基础工作，是及时掌握轨迹动态及变化情况的核心工作，从而指导待钻井眼的设计与施工，以便准确的钻达目的层。通过井眼轨迹的计算及绘图，我们可以了解到在不同地区的自然造斜能力和工具造斜能力，为该地区今后的定向钻井提供宝贵的数据资料。一口井的井眼轨迹本身就是一项重要资料，对于钻井事故的处理，测井、固井完井、测试、采油、修井以及今后老区钻调整井等也都是必不可少的资料。井身轨迹的计算到目前为止，国内外提出的计算方法共有二十余种，其中主要方法有：正切法、平均角法、圆柱

25、螺线法（曲率半径法）、校正平均角法、最小曲率法及弦步法等。目前国内外应用较广泛的是最小曲率法。因此我们着重介绍最小曲率法和平均角法。最小曲率法：最小曲率法假设两测点间的井段是一段平面上的圆弧圆弧在两端点与上下二测点处的井眼方向线相切。在上下测点处井眼方向一定的情况下，把测段看成圆弧曲线，乃是所有曲线中曲率最小曲线，所以这种方法被定名为最小曲率法。最小曲率法推导公式的思路如图先计算测段的狗腿角和井眼曲率K；由K求出测段的曲率半径R；根据R和求出弧处线长度1M和M2；由二切线的长度及其重力线的夹角，计算测段的H，并计算二切线分别在水平面上的投影长度1M和M2；根据1M和M2的长度及其与正北方位线的

26、夹角，求得测段的N和E。具体所得测段公式如下：平均角法平均角法又称角平均法，此法认为两测点间的测段为一直线，该直线的方向为上下两测点处井眼方向的矢量和。平均角法的测段计算公式为垂深增量HLcosc东投增量ELsincsinc北投增量NLsinccoscc平均井斜角，c（12）÷2c平均方位角，c（12）÷2两测点间增量计算完后，每个测点的参数，垂深，平移，N坐标，E坐标，视平移及平移方位角就可以算出来，方法同最小曲率法。井眼轴线的绘图：有了实钻井眼的测斜资料和测斜计算数据，再按照一定和绘图规则和方法与比例，就可以绘制出关于井眼轴线的许多图幅，其中，最常见和最大量使用的是水平

27、投影图和垂直剖面图（或垂直投影图），以及邻井距离图和井底位置不定椭圆图。水平投影图和垂直剖面的绘制井眼轴线水平投影图和垂直剖面图的绘制，是定向井工作者的重要工作之一。特别是在一口定向井的实钻过程中，要随时掌握井底的位置和井眼前进的方向，以便及时采取调整措施。实际井眼轴线水平投影图和垂直剖面的绘制方法，可分为直接作图法和坐标作图法两类。直接作图法：直接作图法又称为矢量作图法或折线作图法，它是根据测斜所得的井深、井斜角和方位角三项数据，利用直尺、量角器和分规等绘图工具，选定适当的比例，直接画出井眼轴线的垂直投影图和水平投影图。坐标作图法：根据测斜所得井深、井斜角和方位角三项数据，计算出每个测点的参

28、数，垂深，平移，N坐标，E坐标，视平移，在水平投影图和垂直剖面图中找出对应的坐标点，将这些坐标点连线即获得水平投影图和垂直剖面图。定向井井下复杂及事故的预防与处理定向井特别是高难度的定向井，因其井斜角大，水平位移长，井眼形状及钻具受力复杂，钻具紧贴下井壁，加至地层因素及钻井措施不当等方面的原因，容易引起井下复杂或井下事故。因此，在钻井过程中，必须制订出相应的安全措施，预防发生井下复杂和井下事故。一旦发生，应及时采取切实可行的措施，予以处理。定向井井下复杂及事故跟定向井井眼轨迹因素有关的有：高扭矩问题、卡钻、钻具扭断、折断等。定向井的摩擦扭矩问题及解决办法高扭矩给定向井带来的危害：1、高扭矩使钻

29、具公扣扭断；2、高扭矩使钻具母扣台肩受挤损坏，甚至造成母扣胀大；3、高扭矩给井下复杂情况的判断和处理带来困难。高扭矩形成的原因及影响因素：1、扭矩随井深的增加而增加；2、扭矩随井斜的增加而增大；3、扭矩随钻具和定向井井眼的接触面积增加而增加；4、钻杆胶皮护箍的增加，扭矩会随之加大；5、扭矩和地层因素有关，可钻性差的地层和不均匀的地层，会使扭矩增加；6、扭矩随钻压的增加而增大；7、扭矩随转盘转速的增加而增大；8、钻井液润滑性能差，扭矩增大；9、钻井液中含砂量大，扭矩增加；10、扭矩随井眼尺寸的增大而增大。11、对于不稳定和地层，稳定器数量越多，扭矩越大；12、相同钻压下，PDC钻头产生的扭矩较牙

30、轮钻头产生的扭矩大。降低扭矩的途径：1、设计合理的定向井剖面，尽量采用三优制剖面，控制全角变化率；2、设计合理的井身结构，增加套管层次，控制定向井裸眼井眼，降低井下复杂因素；3、采用润滑性能良好、摩擦系数低的钻井液体系；4、保证钻井液良好的性能，控制钻井液含砂量。下钻遇阻及处理下钻遇阻是定向井最常见的井下复杂情况下钻遇阻的主要原因有：1、井眼下井壁产生了“岩屑床”；2、钻井液性能差，泥饼太厚；3、钻具组合中带稳定器或稳定器数量太多，带稳定器的钻具组合下到了没有带稳定器钻具组合所钻出的井段；4、停钻时间太长，井底沉砂多；5、地层松软，或井壁水化膨胀，引起井眼缩径。处理方法：1、不带井下马达时，可

31、不启动转盘，以开泵冲洗下放为主，清洗井眼；2、不带井下马达时，开泵低速转动转盘，轻压下放，注意控制下放速度，严禁定点空转，避免划出台肩，以防出新眼（必要时测斜）；3、若下井下马达和弯接头时，可开单泵（小排量）经常转动转盘，以防划出新眼；4、若下钻或划眼仍不顺利，或有出井眼的危险，应起钻，采用该井段钻进时所用的原钻具组合通井，操作方法参照1、2两方法，这是通井或划眼的常用方法；5、划眼时应注意钻压、泵压、所知的变化，控制下放速度；6、下钻遇阻时，还可以带随钻震击器下击，以通过遇阻位置。避免下钻遇阻：1、调整钻井液性能，提高其携砂能力；2、优化定向井设计，使全角变化率较小；3、及时短起下钻，以消除

32、井眼下井壁的“岩屑床”。卡钻的预防及处理定向井钻井过程中，常常由于钻井液性能不良，井眼钱全角变化率过大、钻井技术措施不当以及地层等方面的原因，将钻具卡住不能自由活动的现象称为卡钻。止钻对钻井工作的影响大，危害深，如处理不当，会使事故进一步恶化，甚至会引起全井的工程报废。为此，对于卡钻事故必须认真对待，采取妥善措施，杜绝或减少卡钻事故的民主管理，确保安全钻进。各种卡钻的现象及原因定向井钻井实际工作中，通常民主管理的卡钻，依其性质不同，主要有：1、泥饼粘附卡钻（压差卡钻）在渗透性地层中钻进，因井内钻进液在压差的作用下，钻进液中的水渗透到地层中，在井壁上形成泥饼。由于定向井井眼不垂直，钻具在钟摆力的

33、作用下紧贴井眼下井壁，当钻具在井眼中静止时间较长时，在紧贴下井壁的一面没有钻进液，没有液压，而另一面则受压很大，产生很大的横向压力，将钻具挤向下井壁，下井壁和钻具间存在圈套的摩擦系数，形成很大的摩擦力，钻具活动遇到很大阻力，这就是形成泥饼粘附卡钻的原因。这种类型的卡钻与泥饼的粘滞系数、泥饼与钻具的接触面积、井眼井斜角、井眼全角变化率、钻井液液柱压力和地层压力之差等项因素有关。泥饼的粘滞系数与钻进液的性能有密切关系。钻具与泥饼的接触面积是参钻具在井内静止时间的处长而增大。泥饼的粘滞系数则与钻进液中固相含量，钻具在井内静止时间有关。当钻进液中加入重晶石粉或含砂量大时，钻具在井内静止时间越长，泥饼的

34、粘滞性就越大。实验表明：加重钻进液和不均匀加重的钻井液中，钻具在井内更容易形成卡钻，因此，要特别注意活动钻具。泥饼小附卡钻多发生在钻井液性能不好、钻具在井内长时间静止不动的情况下。有时钻具静止即使仍在循环钻井液，仍有卡钻的可能性。泥饼粘附卡钻的现象是：钻具上提遇卡，下钻遇阻，不能转动；能开泵循环睛泵压稳定，没有井塌及岩屑沉淀现象；卡钻后钻具活动距离不断减少。预防粘附卡钻的措施有：采用优质钻井液；若使用高密度钻井液时采用混油、加石墨或表面活性剂、或塑料小球等方法，以降低泥饼的摩擦系数；勤活动钻具、且活动范围尽量大些；优化定向井（水平井）设计，使井斜角适中，全角变化率尽量低；使用与井壁接触面积小的

35、螺旋钻铤和加重钻杆是减少粘卡重要手段。2、井径缩小卡钻这种卡钻常发生在膨胀地层、渗透性孔隙度好的井段，加至钻井液的性能不好，在井壁形成疏松的泥饼，在其上沉积粘土颗粒，岩屑及加重剂，致使井径缩小。这种卡钻的特点是遇阻卡的位置固定，上提困难，下放容易，起出的钻杆接头上经常有松软的泥饼，循环时泵压增大。这种卡钻处理方法常采用倒划眼方法进行处理。3、沉砂卡钻由于钻井液性能差，粘度切力小，加至泵排量小使钻井液对岩屑的悬浮能力变差，携砂能力减弱，岩屑不能及时带出井筒，当循环停止时（如接单根或修泵），大量的岩屑下沉到井底，埋住钻头或部分钻具，形成卡钻。沉砂卡钻的现象是：卸开方钻杆，钻具内倒返钻井液，开泵泵压

36、升高，严重时开不开泵；上提遇卡，下放遇阻，活动范围很小，转盘扭矩增大，打倒转严重。沉砂卡钻的预防措施是：坚持大排量钻进；接单根要快（不超过5分钟），遇阻卡还要硬放硬提，应尽快地进行循环和活动钻具；开泵不能过猛，以免泵压过高蹩漏地层，造成大量岩屑下沉卡钻；最根本的还是从钻井液性能上下功夫，调整好钻井液性能，以满足携带岩屑的要求。地层坍塌卡钻一般发生在吸水膨胀剥落掉块的页岩、泥岩，胶结不好的砾岩及玄武岩、砂岩等地层。坍塌的原因是：钻井液矿化度小，失水量大，浸泡时间长；钻井液密度小，液柱压力不足以平衡地层压力，钻井液失水造壁能力差，不能形成足以维持井壁稳定的泥饼；由于定向井（水平井）井斜较大，井眼高

37、边地层因胶结不好而掉块；由于打定向井，钻具组合中稳定器数量较多，起钻时产生抽吸作用而引起井壁坍塌；起钻时未能脑量灌钻井液，使液液柱压力小于地层压力。井塌现象比较容易判断，一般在严重城堤之前，先有大块的泥饼和小块的地层脱落，从井眼返出；有时在钻井液中携出大量未经钻头切削的上部地层的岩石块；钻进中转盘扭矩增大，出现蹩钻，上提遇阻，泵压忽高忽低，甚至蹩泵。预防井塌的措施：使用低失水、高矿化度、优质防塌钻井液；钻进破碎地层时，要适当增大钻进液密度；起钻时要连续灌钻井液，尽量简化钻具组合，少下稳定器，以免起钻引起抽吸作用。5、键槽卡钻定向井全角变化率较大的井段，形成急拐弯，钻具在这样的井眼中旋转，起下钻

38、时钻具上下挂刮井壁，时间长了就会在井壁上磨出一个细槽，起钻时直系较大的钻铤、稳定器或钻头进入该细槽底部被卡，这类卡钻称为键槽卡钻。键槽卡钻的特点：钻具未卡之前，往往可以下放，但上提则遇卡，而且上下活动遇卡位置不变；倒划眼转开后，转盘扭矩不大；遇卡部位大多是下部钻具结构中最上部直系变大的连接处，如钻铤顶部及上扶正器顶部是键槽卡钻的常见位置，卡钻之后开泵循环，泵压正常。形成键槽卡钻的原因根据键槽卡钻现象的分析，形成键槽的原因有以下几方面：钻具对地层的拉磨是形成键槽的最主要原因；与地层因素有关，地层松软形成键槽快；与井身的井斜角和全角变化率有关。井斜角大、钻具对下井壁的正压力大，产生的摩擦力大，形成

39、键槽快；井眼全角变化率大，钻具作用在井壁上的力也增大，形成键槽快；与钻具结构有关。钻具外径尺寸大，不易产生键槽；预防形成键槽及键槽卡钻的方法优化定向井剖面设计，尽量降低井眼造斜率、降斜率级全角变化率；优化井身结构，增加套管层次，减少裸眼井段长度；优化钻进参数，多采用钻井新技术，提高钻井速度，减少起下钻次数，以降低键槽的形成机会；控制好井身质量，控制好井身轨迹，全角变化率控制在较低范围内；发现有键槽，不要轻易改变钻具组合，起钻时钻铤、钻头到达键槽处不要用调整提升；钻具组合中带上键槽破坏器，起下钻时在井眼急拐弯处主动划眼，以防产生键槽或破坏键槽。破坏键槽的方法对于一些局部性的或初始阶段的键槽，根据

40、所在井段的位置，在钻柱上带键槽破坏器，采用常规的随钻破坏的方法消除键槽。使用的工具：可用旧的螺旋扶正器改制成键槽破坏器，这种键槽破坏器可以正划眼，也可以倒划眼。改制方法是将硬质合金焊条焊到旧扶正器裙体上，并使其和钻头直径相等，两头堆焊成锥形。钻具组合：为了有效地使键槽破坏器进入键槽，下部组合为“挑担式”组合：钻头6根钻铤键槽破坏器随钻震击器6根钻铤加重钻杆操作方法：下钻到预计键槽井段上部100米，每下一柱上下活动一次，发现阻卡即开始划眼；严格控制钻压，一般5吨左右为宜，并限定转盘扭矩，防止扭坏或倒开钻具；采用大排量循环，因键槽内的岩屑床破坏，返出的砂子比正常钻进时多得多；钻头工作时间不要超过正

41、常钻进时间的三分之二，否则钻头外径磨小，划过的井段需要重划，还有可能磨坏钻头巴掌造成牙轮事故；同一位置如划眼三遍仍有阻卡现象，往往是钻头部位遇卡，此时可越过阻卡位置往下划眼，当键槽破坏器到达阻卡位置后，再彻底破坏键槽及台阶，这样，起钻时阻卡现象就会消失；采用随钻震击器可以解决破坏键槽过程中遇到的不太严重的阻卡问题，顺利破坏键槽。6、泥包卡钻由于钻井液性能不好，钻头水功率不足，钻入泥页岩地层不能及时消除井底岩屑。钻进液与岩屑掺混在一起紧紧包住钻头形成球状物，起钻拔活塞，当上提到缩径段则卡死，这就是泥包卡钻。泥包卡钻的特点是：卡钻前钻头在井底有蹩跳现象，机械钻速降低，甚至没进尺，起钻遇卡严重，循环

42、时有泵压升高和蹩泵现象。预防措施：采用低粘度、低切力、低固相的优质钻井液，采用合适排量，注意泵压变化，避免在钻进中形成短路循环，合理选择钻头类型。必须指出：造成卡钻往往不是单一的一个因素，而是多个因素共同作用的结果。因此，在实际工作中，应根据卡钻的具体现象，进行全面分析，找出卡钻的最主要原因，制定正确的解卡措施，迅速解除卡钻事故。卡钻事故的处理方法在全体情况下，一旦发生卡钻事故，都要上提下放活动钻具，并设法接方钻杆循环钻进液，以求尽快解卡，但在上提下放活动钻具时应根据卡钻的性质分别对待。泥饼粘附卡钻：在不超过钻具允许拉力负荷的前提下，可适当活动钻具，若无效，则采用泡油、泡解卡钻井液，若仍无效，

43、就要采取其它处理方法。钻头泥包卡钻：要尽量开大排量循环，并调整钻井液性能，切不可强行上提，以免使钻头卡的更紧；小心启动转盘，逐渐提高转速。地层垮塌或沉砂卡钻：要力争小排量开泵蹩通，恢复循环钻井液，并转动钻具将垮塌物冲洗出来，切不可硬提，以免越提越死，采用泡油、泡解卡钻井液等措施后解卡，但提不出来，可采用倒划眼方法起出钻具。键槽卡钻：原则是轻提，倒划眼，不要强行上提，如果钻具卡死加压下放无效，可以考虑从卡点以上倒出钻具，接下击器对扣，下击解卡后再处理。若是下钻遇阻加压过大在，插入缩径的小井眼中，发生卡钻，应以上提为主，活动钻具，不能猛放，以下击为主解卡。根据不同性质的卡钻，采用上提下放，转动钻具

44、，循环钻井液等简单方法处理无效时，应根据卡钻性质的不同，采取其它方法处理，定向井（水平井）因其井眼轨迹的特殊性，在发生卡钻进行处理时，相对于直井要复杂一些，但思路基本相同，可参照直井事故处理方法来处理定向井（水平井）的井下事故。钻具事故的处理及打捞井下落物在定向井钻井过程中，由于井斜以及全角变化率的影响，控制井身轨迹采用的复杂钻具组合以及频繁起下钻，给井眼带来了比直井更多的微电子技术情况。特别是深定向井、大位移定向井，因其井深井眼大，不规则，斜井段裸眼井段长，钻井时间长，事故因素增多。钻具事故在定向井钻井过程中也是较常见的事故，特别是在转盘钻井中，由于井眼轨迹的变化，弯曲钻具在井下受力复杂，当

45、检查不严，操作不当，就要发生损坏，如折断、脱扣、粘扣等。发生钻具事故后，井内所遗留的钻具叫“落鱼”，打捞“落鱼”是一项十分细致的技术工作，处理正确，事故能很快解除，若处理不当，“落鱼”在井下时间过长，就会增加事故的复杂性，使处理困难甚至造成井眼报废，遭受巨大的经济损失。为了减少和杜绝钻具事故的发生，我们就必须加强钻具的科学管理，严格执行操作规程，把钻具事故尽量消除在发生之前，一旦发生事故，要做到正确处理，及时排除。常见的钻具事故钻杆、钻铤折断：由于定向井（水平井）较深，井眼不规则，钻井液性能不良，以及地层等方面的原因，使摩擦扭矩增大，或钻具长时间在弯曲较严重的井段旋转，均会造成折断。钻杆丝扣折

46、断：是在钻杆事故中民主管理最多的一种事故，而且多发生在钻杆丝扣未端折断因为这里是连接的薄弱环节，钻柱工作时的拉应力及弯曲应力都在细扣末端形成应力集中，同时受有交变应力，而旌疲劳破坏。钻杆本体折断：这是由于本体有伤痕、腐蚀等缺陷，受到大的拉力、扭力（如发生卡钻后强拉、强扭）而折断。钻铤粗扣折断：常见的是钻铤母扣根部退刀槽余扣处和公扣的根部易折断。这是由于钻铤的刚度大，工作时受有压力、扭力和弯曲力等复合负荷。若丝扣加工质量不好或操作不当都会发生钻铤扣折断事故。脱扣脱扣是丝扣并未损坏，而钻具在井内自动退开脱扣。主要产生在井下情况不正常，如发生蹩钻、转盘反转从而将丝扣倒开。滑扣滑扣是丝扣受力后拉脱滑开

47、。这主要是由于丝扣磨损太厉害，如扣型磨尖、强度下降；上扣不紧，钻井液冲刺时间时间长了而产生滑扣；或扣型不合标准，不易上紧，也会造成滑扣事故。粘扣丝扣粘结在一起不易卸开的现象称粘扣。丝扣上的过紧；扣加工粗糙；丝扣油太稀或有砂子都易引起粘扣，尤其是当钻井中发生跳钻、蹩钻时更易发生粘扣。钻具事故处理钻具的各种事故除粘扣以外，其它事故的发生都会使部分钻具留在井下，因此需要将留在井内的钻具打捞出来。打捞时应根据“落鱼”情况、定向井井眼的实际情况，选择适当的打捞方法及打捞工具，必要时另设计特殊的打捞工具进行打捞，常用的打捞方法有以下几种。对扣打捞在井下事故的处理过程中，对扣打捞是一项十分常见的又十分重要的

48、技术。定向井对扣打捞的原则：对扣前，应先下钻头通井划眼，破坏落鱼以上键槽及台阶，把上部井眼搞畅通。钻具对扣要考虑三个原则：要对得上；要起得出；对扣后震不开起不出时要留有退路，避免事故复杂化。定向井中各种对扣打捞技术原钻具对扣打捞（适用固操作失误或其它原因使钻具落井）原钻具对扣的基本方法下钻快接近鱼头时提前开泵冲洗鱼头，以防鱼头被沉砂或掉块埋死，造成对扣困难。慢慢下放钻具找鱼头，发现碰鱼遇阻时，刹住刹把，慢慢转动转盘，注意泵压变化。钻具进入鱼头后，泵压会升高，继续转动转盘时，扭矩一直增大，释放扭矩后，上提钻具悬重增加，说明扣已经对上，需要充分紧扣后方能起钻：下放钻具，使对扣处处于中和点位置，用卡

49、瓦卡住钻杆加正扣扭矩，13/4圈/300米，重复多次，直到释放正扭矩后，施加的正转圈数全部倒回，说明扣已对紧。用带引子口的对口接头进行对扣打捞鱼头不太正时（定向井这种情况居多），用普通对扣接头对扣难进鱼头，采用对扣接头公扣割一引子口的方法下钻对扣，碰鱼后可通过转动转盘，引子口拔动鱼头使之进鱼以便对扣。其对扣方法跟原钻具对扣方法相同。弯钻杆对扣打捞在打捞落鱼过程中，由于井眼大，鱼头偏，下直钻杆对扣有时找不到鱼头或碰鱼后对不上扣，这种情况下，用弯钻杆对扣比直钻杆对扣较容易，弯钻杆对扣的操作方法是：下钻到接近鱼头时，提前开泵冲洗鱼头，然后慢慢下探，若无碰鱼显示，提起钻具，转动转盘，使弯钻杆的弯曲方向

50、改变，再慢慢下探，这样反复进行，直至找到鱼头为止，对扣方法与原钻具对扣打捞方法相同，对扣后，如果落鱼是卡住的，既可进行震击，倒划眼或其它打捞作业。但是，对于弯钻杆带卡瓦打捞筒打捞钻具组合而言，打捞过程中碰到鱼头后，就尽量少转转盘，引鞋套住鱼头后，慢慢下放钻具，直至有明显的悬生下降，此时泵压升高，说明卡瓦已套住鱼头，上提钻具悬生增加，说明捞住落鱼，然后即可起钻。若落鱼卡死，既可进行震击或其它打捞作业，用这种方法应注意弯钻杆的选择。另外，下钻时，应控制下放速度，防止弯钻杆插到井壁引起顿钻。用带引的对扣接头进行对扣打捞在落鱼打捞过程中，由于鱼头不正或鱼进键槽，下光钻杆接头对扣找不到鱼头或难进鱼头这种

51、情况下，下入带引鞋的对扣接头，可以把鱼头先拔入引鞋，使之套住鱼头，然后慢慢下放钻具进行对扣，如带弯钻杆，效果会更好。用加大尺寸对扣接头对扣打捞因爆炸松扣或因扭矩大导致钻具涨扣脱扣后，用变通对扣接头或原钻具对扣对不上时，就需要用加大对扣接头进行对扣打捞。其对扣打捞方法同原钻具对扣打捞，只是对扣接头尺寸比变通的对扣接头大2mm左右。公锥打捞公锥是一个圆锥体，中间带水眼，上部有粗扣和钻具相接，圆锥体上车有打捞丝扣，经表面渗碳淬火，使表面硬化，而内部韧性大。有的公锥表面带有切削槽，是为了积存造扣时产生的铁屑。国产公锥的锥度有1：16,1：24，和1：32三种。一般用的是1：16，是捞钻杆内加厚处。但是

52、内平钻杆和钻铤最好用1：24或1：32的公锥。打捞螺纹是8扣/英寸，55º的三角螺纹，螺纹最大直径上部留有未车扣，以作为丝扣损坏后修理时用。API标准的公锥，一般锥度是1：12，打捞螺纹为5扣/英寸的锯形齿，全角为89º5，半角分别为28º30、60º35，齿高为19毫米，表面全车有打捞扣，没有切削槽，打捞扣的强度大，不易损坏。公锥有正扣公锥和反扣公锥，还有带引鞋的扶正公锥，短公锥等。公锥是常用的打捞工具，打捞时把它插入“落鱼”水眼内，然后加压旋转造扣，以达到打捞“落鱼”的目的。只要鱼顶规则，能够造扣，鱼顶管壁较厚，如接头、钻杆加厚部分、钻铤等均可用公锥

53、打捞。对管壁薄的钻杆体部及油管都不宜用公锥打捞，否则造扣时，会将鱼顶挤破捞不住，同时还会增加以后打捞的困难。钻具折断后，明显的反映出：1、悬重下降；2、泵压降低；上提下放方入有变化。发生钻具折断事故应调整好钻井液冲洗鱼顶，立即提钻，检查钻具断口，水眼尺寸，然后选择公锥，一般要求公锥造扣处应在公锥尖端10厘米以上，离公锥最大直径510厘米，打捞丝扣完好，水眼通畅既可使用。画好公锥草图，计算碰鱼顶，造扣及造好扣的方入等工作，接好公锥下钻，下至鱼顶半米处，开泵循环钻井液1020分钟，记住这时的泵压和悬重。然后停泵或开泵下探鱼顶，在方钻杆上做好碰鱼顶及开始造扣处的位置，慢慢下放，根据泵压、悬重、手摸方

54、钻杆及司钻刹把上的感觉等，可以判断公锥是否碰到鱼顶，公锥是否插入“落鱼”水眼。碰到鱼顶插入水眼时，悬重下降，泵压上升，方钻杆摸到有挂丝的感觉。若公锥未插入鱼顶，滑到旁边去，则泵压不增加，方入不合，无挂丝感觉。确切判断公锥忆插入鱼顶，情况正常，即可边转边加压造扣，压力由小到大逐步增加，不要一下加较大压力，否则会把鱼顶压弯，这里要特别注意观看指重表的指示。一般127mm钻杆加压456吨。轻压造扣时，转盘也是逐步地转，先转半圈停转，再转半圈多，松回来（摘开离合器），再转一圈逐步造扣。先造34圈，开泵循环，泵压上升，循环通了还可以继续造扣。造扣时悬重上升，这时要慢慢地下放钻具。当造扣到计算的方入，摘开

55、离合器转盘有倒转现象，表示扣已造好。开泵循环20分钟试提，如没有卡钻现象，在浅井可上提1米，猛刹三次，证明公锥造扣牢固，方可起钻。起钻时不许用转盘卸扣。如造扣时发现循环不通，则可造两三圈试提，若没有卡钻现象，可以把扣造好起钻。若有卡钻现象，提不丐，可以用水泥车蹩压循环，绝不能继续造扣，提不起时要大力上提，把公锥提脱，起出打捞公锥。然后按卡钻处理。当下入公锥摸不住鱼顶，首选要对鱼顶深度进行校对，校对方入计算有无错误，若有误差，则可方入多下点摸鱼顶，若鱼顶偏离井眼摸不到时，可以下放弯钻杆带公锥或公锥带壁钩的工具或带引鞋的公锥（井眼条件要允许）进行打捞。公锥打捞有一定的缺点，若造扣后“落鱼”被卡，不

56、易脱开；造扣时扭力大小不易掌握。母锥打捞母锥与公锥的作用相同，所不同的是母锥是在“落鱼”的外部造扣打捞，的以在内锥上车有打捞丝扣。一般多用于打捞钻杆本体，不能打捞接头，因为接头直径大，母锥在接头外不易套入，即使套入，由于接头硬度大，也不易造扣。如钻杆本体外部不规则椭圆度大的鱼顶，母锥造扣不紧，不易捞住。因此，母锥使用不如公锥普遍。母锥也有正扣和反扣两种。卡瓦打捞筒打捞卡瓦打捞筒的结构主要由可捞爪、可循环、可脱开机构组成。打捞筒下入井中，距鱼顶一米处循环钻井液20分钟，然后下放钻具，慢转，将“落鱼”由引鞋导入。若鱼顶不规则，控制环铣去鱼顶毛刺，鱼顶经过圆形密封圈进入卡瓦，这时卡瓦上移胀开“落鱼”

57、通过。当鱼顶顶部进入上密封胶皮时，即可上提卡瓦打捞筒，抱住钻杆，筒体相对卡瓦上移，螺旋面使卡瓦收缩闭合咬住“落鱼”。卡瓦背面和内牙均为左旋锯齿状牙齿，捞住后不得转动井下钻具，以免“落鱼”滑脱。上下密封胶皮和下部密封胶皮环，是防止循环钻井液从鱼顶漏失。捞住后起钻不能用转盘卸扣。当“落鱼”在井里被卡，循环钻井液解卡无效，需要丢掉“落鱼”时，上提卡瓦打捞筒，大于钻具和“落鱼”总重，然后猛放，使卡瓦打捞筒的筒体相对卡瓦下行，即卡瓦在斜面上上升，然后上提卡瓦打捞筒，上提负荷超过打捞钻具12吨（不包括“落鱼”重量），正转打捞筒几圈，筒体转动控制圈转动，控制圈又带卡瓦转动上行，从而松开“落鱼”。如此重复操作

58、几次即可丢掉“落鱼”。定向井中因扭矩大或钻具疲劳而折断，或鱼头不规则，或钻具本体折断，无法用公锥打捞，就需要用卡瓦打捞筒打捞。卡瓦打捞筒打捞筒操作方法如下：根据落鱼的外径尺寸，选择合适的卡瓦尺寸。卡瓦打捞装配必须装好密封圈，双钳紧扣。下钻快到鱼头时，提前开泵冲洗鱼头，然后慢慢下放钻具进行打捞，发现遇阻无泵压升高时，刹住刹把，慢慢转动转盘，先使引鞋套住鱼头，再慢慢下放钻具，至再次遇阻，且泵压升高时，上提钻具；如泵压下降，悬重增加，说明已捞住落鱼，即可起钻；若鱼卡住，可震击；若上提时泵压降为原数值，悬重无增加，需要重复以上过程，直至捞住为止。若捞住后，落鱼卡死，震击解卡，就可以通过正转转盘或猛放猛刹的方法，使卡瓦松开。注意事项落鱼