定向井技术(第五章第三节)

1、水平井井眼轨道控制的基本理论水平井井眼轨道控制的基本理论水平井轨道控制工艺水平井轨道控制工艺钻井钻井第五章 定向井井眼轨道实时监测及控制5.3.3 5.3.3 轨道控制的要点轨道控制的要点5.3.2 5.3.2 轨道控制的工具轨道控制的工具5.3.1 5.3.1 靶体靶体5.3 水平井轨道控制工艺5.3.1 靶体5.3.1 靶体 靶体: -水平段位置的允许偏差范围 靶体限制因素: -井眼轨道被控制在最有利的地质储层内 -允许偏差太小会增加施工难度5.3 水平井轨道控制工艺 靶体 -高度:靶体的垂向允许偏差 -宽度:靶体的横向允许偏差 -靶窗(窗口):靶体的前端面 -靶底:靶体的后端面 -着陆点

2、(瞄准点、靶心):增斜段与靶窗的交点5.3.1 靶体5.3 水平井轨道控制工艺l 设计靶心线 -靶窗内过靶点的两条正交的基准线 -靶心可以不是靶窗的形心 -设计靶心线可以不是靶窗的对称轴l 靶点误差 -实际着陆点到靶窗内两条设计靶心线的距离分别为着陆点纵距和着陆点横距5.3 水平井轨道控制工艺5.3.1 靶体 靶心设计平面 -通过靶窗、靶底内水平靶心线的平面 靶前位移(靶前距) -直井段所在直线与设计靶窗平面间的距离 平差 -实际靶前位移与设计靶前位移的差值5.3.1 靶体5.3 水平井轨道控制工艺实钻轨道示意图5.3 水平井轨道控制工艺5.3.1 靶体1、定向钻井技术的发展弯接头和泥浆马达弯

3、接头和泥浆马达有线导向工具有线导向工具随钻测量随钻测量可调马达可调马达旋转导向系统旋转导向系统短半径钻井系统短半径钻井系统5.3 水平井轨道控制工艺5.3.2 轨道控制的工具2、轨道控制钻具的功能分类 稳斜动力钻具稳斜动力钻具着陆控制着陆控制水平段钻进水平段钻进水平控制水平控制造斜井段钻进造斜井段钻进增斜动力钻具增斜动力钻具稳斜动力钻具组合稳斜动力钻具组合降斜动力钻具组合降斜动力钻具组合造斜动力钻具造斜动力钻具5.3 水平井轨道控制工艺动力钻具的典型结构 5.3 水平井轨道控制工艺3.不同功能钻具适用情况p 长半径水平井：长半径水平井：造斜率较低造斜率较低(K6/30m)两种功能的钻具可采用同

4、样的结构形式两种功能的钻具可采用同样的结构形式一套钻具组合具有两种功能一套钻具组合具有两种功能:定向钻进，可钻出小曲率定向钻进，可钻出小曲率井段井段;开动转盘导向钻进，可钻出稳斜井段和水平井段开动转盘导向钻进，可钻出稳斜井段和水平井段钻具结构见图中的钻具结构见图中的D,F和和B(当单弯壳体弯角较小时当单弯壳体弯角较小时)p 中半径水平井中半径水平井造斜率较高造斜率较高(K=6-20/30m)两种功能的钻具一般不再具有相同的结构形式两种功能的钻具一般不再具有相同的结构形式用于造斜的钻具组合都采用定向钻进状态，其弯角值用于造斜的钻具组合都采用定向钻进状态，其弯角值较大较大(弯壳体弯角一般在弯壳体弯

5、角一般在1以上以上)，如图中的，如图中的B,C,E,G等等5.3 水平井轨道控制工艺5.3.2 轨道控制的工具4、钻具动力方式分类 n 涡轮钻具涡轮钻具u 一般不易形成本体上的结构弯角一般不易形成本体上的结构弯角u 轴向结构尺寸长轴向结构尺寸长u 导向部件常为偏心稳定器加同心稳定器导向部件常为偏心稳定器加同心稳定器(F,G) n 螺杆钻具螺杆钻具u 自身的万向轴总成很容易产生弯角自身的万向轴总成很容易产生弯角(B,C,D,E)u 弯壳体、稳定器是其最常见的导向结构弯壳体、稳定器是其最常见的导向结构 5.3 水平井轨道控制工艺5.3.2 轨道控制的工具5.3 水平井轨道控制工艺5.3.2 轨道控

6、制的工具螺杆钻具涡轮钻具5.3 水平井轨道控制工艺5.3.2 轨道控制的工具5、导向结构型式分类 u结构形式n弯壳体动力钻具n弯接头加短直动力钻具(如图中A)保证偏移量造斜率n偏心稳定器加直动力钻具（一般是涡轮钻具）n根据是否加稳定器或垫块，稳定器或垫块的位置（在传动轴壳体上还是在万向轴壳体上）以及稳定器的个数，可分为多种 u导向机理n造成钻具在井眼中的弹性变形n产生工具面和钻头侧向力n以满足定向和中、小曲率造斜的需要。 5.3 水平井轨道控制工艺6、弯壳体动力钻具分类 n 固定弯壳体动力钻具固定弯壳体动力钻具 l单弯、双弯钻具单弯、双弯钻具l同向双弯（如图中同向双弯（如图中C，E） 、反向双

7、弯动力钻具两类（如图中、反向双弯动力钻具两类（如图中D）n 可调弯壳体动力钻具可调弯壳体动力钻具(AKO)。n 弯壳体的结构弯角分为若干档次弯壳体的结构弯角分为若干档次(如如=02 ，按，按0.25 分级分级)n 要求两个弯角共面（即在同一个平面内），否则会引起钻具组合力学特要求两个弯角共面（即在同一个平面内），否则会引起钻具组合力学特性紊乱，严重影响造斜率。性紊乱，严重影响造斜率。n 反向双弯钻具，下弯角（反向双弯钻具，下弯角（1）大于上弯角（）大于上弯角（2），在实际结构中，常取），在实际结构中，常取2 = -1/21，并集中在一个被称为，并集中在一个被称为DTU（Double Tilte

8、 Ujoint Housing）的万向轴弯壳体上。）的万向轴弯壳体上。n 同向双弯钻具同向双弯钻具l万向轴壳体上有两个同向共面的弯角，称为万向轴壳体上有两个同向共面的弯角，称为DKO(Double Kockoff)l在单弯钻具的旁通阀上方装一个与之同向共面的弯接头，称为在单弯钻具的旁通阀上方装一个与之同向共面的弯接头，称为FAB。 5.3 水平井轨道控制工艺5.3.2 轨道控制的工具7、轨道控制工具总结 工具类型和结构型式工具类型和结构型式显著影响造斜率； 造斜率造斜率是选择工具类型和确定工具结构工具类型和确定工具结构参数的关键； 中、长半径水平井常用的动力钻具典型结构:带有稳定器的反向双弯（

9、D）,带有稳定器的单弯(B)和同向双弯（C）螺杆钻具组合。 反向双弯钻具用于小曲率水平井的造斜段和稳斜段、水平段钻造斜段和稳斜段、水平段钻进进,造斜率一般在5/30m以下。普遍有二个稳定器,下稳定器位于传动轴壳体(或万向轴壳体)上，上稳定器为另装的钻柱稳定器。 单弯螺杆钻具单弯螺杆钻具主要用于中曲率下段(6-13)/30m定向造斜，可用稳定器，也可不用稳定器。 同向双弯螺杆钻具同向双弯螺杆钻具造斜率范围是中曲率的上半段(1320 )/30m。不装稳定器，保证造斜能力并减少钻进阻力。5.3 水平井轨道控制工艺l柔性弯曲造斜器总成接在柔性铰接钻杆柔性弯曲造斜器总成接在柔性铰接钻杆的下端，由不旋转的

10、柔性弯曲外壳和可旋的下端，由不旋转的柔性弯曲外壳和可旋转的内驱动轴及联接轴承装置组成。转的内驱动轴及联接轴承装置组成。l内驱动轴将上部柔性铰接钻杆的旋转和内驱动轴将上部柔性铰接钻杆的旋转和轴向力传递给钻头，产生转矩和钻压，同轴向力传递给钻头，产生转矩和钻压，同时钻井液将从铰接钻柱、内驱动轴内部形时钻井液将从铰接钻柱、内驱动轴内部形成的通道流向钻头水眼。成的通道流向钻头水眼。l弯曲外壳外侧下方的弯曲外壳外侧下方的2个垫块，可形成个垫块，可形成支点并有助于产生较强的造斜力。支点并有助于产生较强的造斜力。l安装在井底的斜向器起导向和辅助初始安装在井底的斜向器起导向和辅助初始造斜作用。造斜作用。n可钻出曲率半径为可钻出曲率半径为6-12m(相应相应K=9. 55-4. 775/m)的短半径井眼。的短半径井眼。这种弯曲外壳在起下钻时将会造这种弯曲外壳在起下钻时将会造成大约成大约4 500N的侧向力。的侧向力。8、Eastman地面驱动柔性组合1、着陆控制技术要点5.3 水平井轨道控制工艺5.3.3 轨道控制的要点略高勿低:造斜率比设计值略高。先高后低:实钻造斜率高于设计值,可以降低,但太低,不一定增上去。寸高必争：不同造斜率，进靶所要求的垂深不同早扭方位：晚扭方位会增加扭方位难度稳斜探顶：探油层位置矢量进靶：着陆点位置、着