水平井基本术语

1、水平井钻井技术钻井工艺研究所2001年3月二十五日1、水平井基本术语随着工业技术的发展和人们对水平井开采技术认识的不断加深，水平井钻井可大幅度地增加油层的裸露面积，减缓水锥和气锥，提高钻遇裂缝的几率和有选择的进入油气富集区，提高油藏的勘探开发效果优势得到进一步的体现，尤其是最近用水平井开发油田受到广泛的重视，钻井数目以惊人的速度增长。水平井钻井不仅提高了水平井钻井技术并降低其成本,更重要的是可保证显著提高综合经济效益。可以说,目前世界石油工业的重要发展战略转变之一,是由钻常规直井、定向斜井向钻水平井勘探开发油气田的战略转变。通常人们把进入油气层井眼的井斜角不低于86°的井段称为水平井

2、段。能沿油层走向形成这种水平位移的特殊定向井归纳为水平井。水平井可有效地增加油气层的泄露面积,提高油气采收率。它是增加产油量的有效手段之一，它主要被广泛应用到下列几方面。可减少油田开发过程中水锥,气锥问题，可开发低渗透致密油藏和重油；可开发天然裂缝性油藏，边水驱动和气驱动油藏，不易钻探的油藏；热采应用；低产能油藏；不规则油藏及薄层油藏。对于江汉油田主要用于不盐间非砂岩油藏特低渗透油藏。1.1 水平井基本术语水平井除具有普通定向井的一些基础的技术术语外,其本身的特点仍有下面的一些基本术语。入靶点：是指地质设计规定的目标起始点。终止点：是指地质设计规定的目标结束点。靶前位移：是指入靶点的水平位移。

3、水平段长：入靶点与终止点的轨道长度。梯形靶：即纵向为土a米,横向土b米的夹角。圆柱靶：即沿水平段设计井眼轴线的半径为R米的圆柱。矩形靶：即纵向为士a米,横向为±b的长方体。调整井段：用于施工中调整井眼轨迹的井段。1.2 水平井的基本类型水平井的分类通常按造斜率（或曲率半径）分为三种类型：长半径水平井：造斜率K<6°/30m，曲率半径R>300m。中半径水平井：造斜率K=6°-20°/30m，曲率半径R=100-300m。短半径水平井：造斜率K=5°-l0°/30m，曲率半径R=6-l2m。水平井常用剖面的基本类型水平井常用

4、的剖面主要有下列四种：双增稳剖面，即直井段一增斜段一稳斜段一增斜段一水平段。双增剖面，即直井段-增斜段-增斜段一水平段。三段制剖面，即直井段一增斜段一水平段。三增剖面，即直井段一增斜段一增斜段一增斜段一水平段。2.1 2、水平井剖面设计水平井的剖面设计要求与类型水平钻井技术与常规定向钻井技术最为为不同的两个特点是使用的造斜钻具及其特别的剖面设计。造斜井段的剖面设计几乎与选择最好的定向钻井承包公司一样重要。单位井身长度的成本最低时，水平井的长度为最佳长度。水平井在机械方面的限制主要是钻井设备和钻柱的抗扭和抗拉力的能力。为了研究员到可能达到的最大长度，必须使扭矩和上提拉力为最小，但是由于钻具在井眼

5、的弯同和重力决定着水平井的扭矩和上提拉力，因此最佳设计要求选择使用在钻井作业时不会弯曲的尽可能轻的钻具。可行的最简单造斜曲线是从造斜点井斜接近零度时开始，以单一连续的弧钻进到90°井斜的单一均匀曲线。如果马达造斜钻具增斜特性的变化小于水平目标区的容许误差，那么这一设计便是最佳设计。但是，大多数马达造斜钻具增斜特性的变化性和误差都大超过水平目标区的允许误码差。为了补偿这些变化性和误差，就有必要在造斜井段设计冲加一段调节用的斜直井段。2.2 水平剖面设计类型剖面设计基本上是简单的几何计算。造斜曲率可以分为以下三咱基本剖面类型：单曲率斜直剖面的设计单曲率斜直剖面是最老、应用最为广泛的造斜曲

6、线，这类剖面的特点是，整个曲线由三段组成，造斜由上、下两个造斜率相同的造斜井段完成，中间为斜直的稳斜井段。这一造斜曲线的设计基础是：以工程计划中计划使用之造斜钻具的最小预计造斜率和最短斜直井段来选择造斜点和计划的造斜曲线末端的位置。在设计中使用造斜钻具可能的最小造斜率是关键。这样就要求造斜钻具先前已在类似地层使用过，如果是在邻近地区使用过则更理想。变曲率一斜直剖面变曲率一斜直造斜曲线的设计是为了进一步控制目标的垂直深度。变曲率一斜直造斜曲线的设计方法是用上部造斜井段确定的马达造斜钻具组合的实际造斜能力，但是并不根据这一造斜率，而是利用比实际造斜率要低的预计造斜率来选择下部造斜井段的造斜点。这种

7、设计最适用于以构造位置为目标的水平井。尤其是终的构造位置是靠地层的顶层来确定，而这个顶层在是下部造斜曲率井段，这类水平井采用这种方法设计是最有用。理想造斜曲率剖面设计理想造斜曲率剖面就是没有斜直井段的弯曲率造斜剖面。钻这种剖面的水平井，可以使用单斜式的造斜马达，除非由于钻头寿命的限制。这种设计虽然费用最低，但它要求单斜式造斜马达的的性能变化围要小于下部造斜曲率井段所固有的变化。这种方法也许是将来采用的或者可以作为在该地区的第三口水平井所使用的设计。3、水平井环空携砂效果分析在水平井钻井过程中，因钻具靠近下井壁，形成了偏心环空，随着钻头破碎岩石的不断进行，岩屑逐渐积聚起来形成岩屑床。岩屑床的形成

8、就可能导致钻井中的高扭矩高摩阻以及粘卡，泥包钻头等一系列不利因素，这一些都与井眼的清洁状况有关。因此，水平井环空携岩效果的好坏对水平井钻井起着关键的作用。影响环空携岩的因素很多，如环空返速、钻井液类型、钻井液流变性、钻井液密度、环空尺寸、偏心度、钻具尺寸、钻速、转速、岩屑尺寸、井眼倾角等。这些影响因素可分为可控因素与不可控因素，在机泵条件下给定的条件下，实际地面上可控因素只有钻井液的流变性和环空返速。因此，在水平井钻井过程中对钻井液的流变性能和环空返速进行探讨，对于减少复杂情况的发生，有效地提高水平井钻井速度，降低钻井成本都有非常重要的意义。水平井技术是国家“八五”期间重点科技攻关项目，从现场

9、施工情况来看，在钻井过程中，因井眼不清洁而发生复杂情况也普遍存在，归纳起来主要有两条主要原因：实际环空返速小，满足不了携岩要求；钻井液流变参数携岩能力差。从直井段到斜井段至水平井段，岩屑在环空中运移规律表现出明显的不同，基本上可用井斜角表示：即0°-30°，30°-60°，60°-90°。本文依次称为第一洗井区，第二洗井区，第三洗井区。理论分析认为在三个冼井区中，第一洗井区用层流携岩最佳。第三洗井区用紊流携岩最佳，第二洗井区层紊流和均可。但对于现场实际情况，由于大斜度井段和水平井段钻进时使用动力钻具，而动力钻具又受到大排量的限制，所以

10、环空很难达到紊流流态。大量文献资料表明：环空返速是影响环空携岩的主要因素。因此，对一口水平井来讲关键是合理设计返速，也就是说要合理地根据地质，钻具结构，钻井流变性等一些特定条件控制好排量，更好地解决携岩问题。对于第二洗井区，岩屑会下滑至井底，这一现象国外称为“Boycott”效应，此效应的后果是十分严重的，轻则会起下钻遇阻，钻进扭矩大，重则会发生卡死，扭断钻具等重大事故。国外学者一致的观点使用大排量洗井，诚然大排量洗井是清洗该洗井区的有效方法，但不是最佳的方法，因为大排量有可能会造成冲垮井壁，形成大肚子，给以后钻进形成更大的隐患，再者，地面设备或者钻具条件限制也可能实现不了这一措施，因此这就需

11、要根据具体条件来实行最好的水力方案。从现场来看，水平井水力参数的设计缺乏充实的理论依据，基本还是套用直井水力参数的设计方法。4、水平井井眼轨迹控制工艺模式与技术水平井钻井的技术关键是确立一个既能经济、安全钻成水平井，又能高精度控制井眼轨迹的水平井钻井模式，形成适应不同钻井方式的水平井钻井工艺技术。不同类型的水平井，其井身结构和设计轨道不同，所选择的钻井方式不同。而水平井钻井方式的确立又要受到钻井设备、钻井工具、钻井工艺技术水平，测量仪器装备等诸多因素的制约。目前国际上最先进的水平井轨迹控制方法和钻井方式是采用导向钻井技术，用一套钻具组合一趟钻钻完整个增斜井段，这也是各个油田水平井井眼轨迹控制技

12、术需要努力的方向，但是，这一技术的实施必须具备组成导向钻井系统的先进而且昂贵的钻井工具、仪器装备以及与之配套的钻井工艺技术。充分利用现有的技术和装备，在实践中不断探索、完善和提高装备条件和技术水平，使水平井的轨迹控制技术向高层次发展。水平井钻井基本上为两种方式：一是与常规定向井比较接近的以转盘钻为主的水平井井眼轨迹控制方式和钻井模式；二是与导向钻井系统比较接近的以动力钻具为主的水平井井眼轨迹控制方式和钻井模式。4.1.以转盘钻为主的水平井井眼轨迹控制模式采用与常规定向井比较接近的以转盘钻为主的水平井钻井模式，在长半径水平井过调整钻具组合和钻井参数，可以有效地实现对强增斜、微增斜、水平段稳平钻进

13、的井眼轨迹进行控制，但在大斜度井段和水平段必须利用水平井的摩阻计算程序进行钻具组合的倒装设计；通过使用高聚物水包油泥浆体系和正电胶泥浆体系，配合强化的四级泥浆净化系统，采用大排量循环、交叉接力式短起下钻等技术措施，可以满足水平井安全钻井的需要。对中半径水平井，在增斜率大手6°/30m之后，尤其在由444.5mm大尺寸井眼中，用柔性的转盘钻钻具组合来实现比较稳定的增斜率是比较困难的，而且不利于井下安全。因此，这种模式在中半径水平井中的应用是有条件的，一般适用于中半径水平井的造斜率低限，并采用动力钻具组合进行造斜能力和井段的调整。采用两层技术套管的井身结构，虽然有利于井下安全,但是不经济

14、。实践表明，我们认识到采用这种井眼轨迹控制模式，应当简化井身结构，整个增斜井段采用单一的31lmm井眼尺寸。在此基础上，将这种模式定型为： 充分利用成功的高压喷射和防斜打直技术，严格的将造斜点前的直井段井眼轨迹控制在允许围之，快速优质地钻完该井段。 定向造斜段的施工用常规动力钻具、弯接头或单弯动力钻具的方式进行。应选择合适的弯接头或弯壳体度数，使实际造斜率尽可能地接近设计造斜率。井斜角应达到10一15。换转盘钻进，以利于待钻井段增斜和方位的稳定。 根据设计增斜率选择合适的转盘增斜钻具组合增斜钻进，并根据实际增斜率及时调整钻井参数或更换钻具组合，必要时用动力钻具进行井斜角和方位角的修正，使之满足

15、轨迹点的位置和矢量方向的综合控制。 在转盘钻钻具组合的钻进过程中，要经常短起下钻和交叉接力循环，以铲除岩屑床和修理井壁，长半径水平井更应如此。 长半径水平井的水平段相对较短，可以转盘钻具组合为主要钻进方式，但必须利用水平井的摩阻计算程序进行钻具组合的倒装设计，并采用大排量来提高携岩能力。备用一套DTU导向钻具或者1°左右的单弯动力钻具，以弥补转盘钻钻具组合的意外失控。用这种方式钻中半径水平井的水平段，由于摩阻和扭矩都比长半径水平井小,可以更为安全地钻出更长的水平段。4.2 以转盘钻为主钻增斜井段的井眼轨迹控制工艺技术以转盘钻为主进行增斜井段的井眼轨迹控制，其方法与普通定向井相似。对于

16、长半径水平井而言，其造斜率是可以用常规定向井的工具和工艺来实现的，但井斜较大于70°井段的井眼轨迹控制是普通定向井尚未涉及的新领域。对于中半径水平井而言，研究以转盘钻具组合实现高造斜率的技术手段和途径是钻增斜井段的技术关键。因此，以转盘钻为主钻增斜井段的井眼轨迹控制的主要技术难点是在大井斜或高造斜率条件下，如何通过调整钻具组合与钻井参数，在保证井下安全的情况下实现井眼轨迹的有效控制。4.3 以转盘钻为主钻水平井段的井眼轨迹控制工艺技术水平井采用采用何种钻井方式来进行有效的井眼轨迹控制，并能达到经济安全的目的，这对不同长度和不同靶区类型及精度要求的水平井段有不同的选择,也是水平井井眼轨

17、迹控制的技术关键之。4.4 以动力钻具为主的水平井井眼轨迹控制模式实践证明，中半径水平井在钻进过程中的摩阻、扭矩远比长半径水平井小，更有利于安全钻井和钻成更长的水平井段。而且通过提高造斜率、缩短靶前位移、缩短斜井段长度，有利于进一步缩短水平井的钻井周期，降低钻井成本，提高经济效益。使用各种弯壳体的动力钻具组合可以实现高造斜率的稳定控制。以动力钻具组合钻进为主，以转盘钻具组合进行通井、调整造斜率为铺，既可以克服动力钻具循环排量小的不足，通过通井和大排量循环铲除岩屑床，调整动力钻具造斜率的偏差和调整井眼垂深，又可以加大钻压钻掉可钻性差的地层，是水平井安全钻井的有效措施。这一钻井模式的主要容是： 直

18、井段与转盘钻模式相同，充分利用成功的高压喷射和防斜打直技术，严格将造斜点前的直井段井眼轨迹控制在允许围之，快速优质地钻完该井段。 对入靶前地层较稳定的水平井，造斜段的施工以弯壳体动力钻具为主要钻进方式，以转盘钻具组合通井铲除岩屑床和修整井眼，并完成稳斜段或造斜率较低的调整段，以二至三套钻具组合在至而至三趟钻钻完0-90°造斜段。 对入靶前地层稳定性较差的水平井，造斜段的施工以单弯动力钻具与转盘钻具组合相结合的钻进方式，用动力钻具在易造斜井段按设计先打出高造斜率，再用转盘钻具组合钻掉可钻性差的井段（即后打出低造斜率）。对设计造斜率较低的疏松地层,在采用动力钻具或转盘钻具组合时，都应当使

19、用比正常井段造斜率高一级的钻具组合来完成。 对地质设计靶区垂深误差要求在5一10m、而平面误差大于5m的水平探井和水平开发井，以转盘钻钻具组合为主要钻进方式，可采用大排量来提高携岩能力，以两套转盘钻钻具组合用二至三趟钻钻完500m左右的水平井段。应备用一套DTU导向钻具或1°左右的单弯动力钻具，以弥补转盘钻钻具组合的意外失控。 对地质设计靶区垂深误差要求在5m之、而平面误差也小于5m的水平穿巷道井，采用DTU导向钻具或1°左右的单弯动力钻具与转盘钻钻具组合相结合的方式钻水平段。以动力钻具为主钻增斜井段的井眼轨迹控制工艺技术采用动力钻具为主钻增斜井段能获得高造斜率，并采用有线

20、随钻测斜仪或MWD无线随钻测斜仪严格监控井眼轨迹，通过调整和控制动力钻具的工具面，可以获得较稳定的井眼全角变化率，几乎不存在出现方位漂移的问题。因此,造斜井段井眼轨迹控制工艺技术研究的重点是在不同的井眼条件下，如何选择不同角度的单弯动力钻具来获得需要的造斜率，并研究与之相关因素的影响规律。井眼轨迹控制的对象是控制稳定的井眼全角变化率，使之得到与设计轨道相符合的连续的轨迹点位置和矢量方向。从提高水平井钻井速度和效益的角度来讲，针对水平井的井眼轨道设计，合理选择动力钻具的角度及与之配合的钻头、测量工具及合理的钻进参数和技术措施，使每套钻具组合达到设计的目，是水平井井眼轨迹控制工艺技术所攻关和研究的

21、方向之一。5、轨道控制方案设计从海上平台上所钻的世界第一口水平井，预计目的层上下边界地层深度为2552米及2562米。但在实钻中，这两个层面分别在2541.5米及2552.5米深度下提前钻到。还有，国南部油田的流花11-1-6井，华北油田任平1井在进潜山时的层位深度变化，胜利油田的几口水平井亦遇到类似情况。综观上述事实及实际钻井实践过程，深度的误差是难免的，它是影响轨道施工方案设计的重要因素之一，油中深度的不确定性将直接影响着轨道控制方案的选择问题。目前常用的减少油中深度的不确定性的方法是通过标准层的对比来实现的。另从施工本身而言，还存在着工具本身的实际造斜率与设计造斜率之间的偏差，这种偏差也

22、是难免的，每种工具在不同地层，不同的钻井条件下，其造斜率总会表现出一定的差异，显然，偏差围越小，控制精度越高，对轨道的控制越有利。这种偏差也是影响轨道控制方案设计的重要因素之一考虑施工中影响轨道控制方案的因素，设计出适当的轨道控制方案，以适应这些因素在实钻中对轨道控制的影响，争取主动，是水平井尤其是薄油层水平井井眼轨道控制工艺的重要容之一。本文总结出三种目前普遍采用的控制方案的设计方法。树平1井的轨道控制实践充分说明了该方法在薄油层中半径水平井着陆控制方案设计上具有普遍意义。5.1单元弧法该法是一单元弧造斜段从着陆控制过程的起始点直接钻至靶区着陆点的方法。适用于油层厚度大，靶窗高度大，且油中的

23、深度相对确定的情况。这样，仅需考虑工具的造斜的误差，以选择合适的造斜率和井斜角。为保证工具的造斜率存在误差的情况下亦能顺利中靶着陆，则必须要求以所选工具造斜率的上限造斜时不高出靶窗上方，而以其造斜率的下限造斜时不低于靶窗下方。如图6所示。设C点为着陆控制段始点，即当前井底位置，L为着陆点，T为设计靶点，Il为着陆点井斜，C点与T点的垂直深度差为H，水平位移差S，设计的靶窗高度2h。单元弧法就是从C点设计一圆弧段，与靶中心线相切，设切点为Lo这样便能保证单圆弧着陆。但由于C点的位置及井斜Ic与T点位置及井斜Il等条件的限制，实际着陆点L与T点不一定重合，这样就必会出现一段距离，即着陆平差。平差的

24、大小在某种程度上也反映了轨道控制的准确程度。上图中设圆弧段造斜率为B°/30mo靶区上限及下限着陆的造斜率分别为Bmax°/30m和Bmin°/30m。则有:HHSctglL(b)17191COS(hIc)HSinhB17191cos(hIc)HSctgIlsinlL(c)Bmax17191COS(IIIc)HSctgIlhSlnli(d)Bmin1719HSctgIih1cos(lIIc)sinIL(e)u割：单團瓠医设计示意團当设计靶区水平段井斜Il=90。时，H=H，此时式（c）、（d）、（e）变为:BmaxBminsinll)f)sinlc)(g)sinl

25、c)(h)罟(11719h(1通过上述计算可知，应选择造斜率为B°/30m的工具从C点开始造斜着陆进靶，且该工具的最大造斜率不应超出Bmax°/30m，也不应低于Bmin/30m，设实钻中工具的造斜率B。则最终着陆点与设计着陆靶点T的平差Sp为:Sp1719BocoslccoslL(i)当Sp0,表示实际着陆点的水平位移小于设计着陆点的位移，即提前着陆，当Sp0时表示实际着陆点的水平位移大于设计着陆点的水平位移，即延迟着陆。单元弧法设计中的另一种情况是已知着陆段所用的工具的造斜率为B°/30m，其上下限造斜率分别为Bmax°/30m及Bmin°

26、/30m，选择合适的着陆段初始井斜角Ic的问题，如上图所示，为使该工具能顺利陆着进靶，贝U必须满足：2hminmaxsinlL171917191cos（lLIc）故着陆始点理想的井斜角应不小于:IcIlarccos(12hsinIlBmaxBmin)(j)1719(BmaxBmin)否则用该工具造斜将可能出靶。5.2应变法该法指在着陆控制中，为适应实钻过程中可能出现的各种误差而在两段增斜段中设置一稳斜调整段的方法。设置调整段的目的，一方面是为了适应在实验中油中浓度发生变化时，随着调整方案而不致于使轨道控处于被动地位，另一方面可通过调整段补偿前段造斜时工具造斜率的误差所造成的轨道偏差，以使在最终

27、着陆时进靶能够更加准确、顺利。这是一种“以不变应万变”的设计方法，见图7。应变段井斜Ie的设计满足当以Ie稳斜时，在钻遇并探测到真正的油顶之后，有足够余地留待在轨道着陆控制段控制时，先以造斜率BJ/30m从当前井底位置C点开始增斜到E点，即从井斜Ic增至Ie，进入应变段，之后一直稳斜，配合地质及油层随钻参数显示，直至探到油顶位置，确定出确切油中深度之后，最后以设计的造斜率B2°/30m增斜着陆进靶窗。该设计方法中，有三个参数需要确定: 应变段的井斜Ie； 应变段的长度Ly； 第一增斜段增斜率B1°/30m。应变井斜Ie的计算应变井斜Ie的设计应满足当以Ie稳斜时在钻遇并探测

28、到真正的油顶之后，有足够的余地留待造斜率为B2°/30m的工具着陆进靶而不致于错过靶窗，设油层靶中深度离油顶以下距离d米,Lr为钻具组合中地质参数仪器（如随钻丫参数探测仪）离钻头的最大距离，如图8所示，则Ie应满足:IcCOSIe（sinILB2sinIe）d解上方程可得:1719B2earccos（J2空sinIldarcsinB2J（；9）2上式求出的Ie角还应根据B2造斜率在实际应用时变化值的上、下限以及靶窗高度依式（j）进行校核，取二者中的大者做为应变段井斜角I4赃蛋、应变段长度及造斜率Bi的确定如图所示，由于Ie已求出,F点的相对位置便可确定HF=H-1719(sinlLB

29、2sinle)1719Sf=S(COSllCOSIe)B2式中：HfF点相对于C点的垂差SfF点相对于C点的水平距离。为计算方便，在图中过F点作靶中心线的平行线KF交过C点的垂线于K点,CK的距离为H。则有：17%inlLB2sinJ)1719"BT(cosIcoslL)ctgll从而可得稳斜段长Ly与B1的关系:1719B1(sinllsinle)Lycosle叫OdeB2coslL)LysinlectglLH解上式得:HsingLySin(IlJ)此时平增大小为:Sp1719(cosIcIe)LysinleBiSf(l)从式(k)及(l)可知，Ly减少时，Bi也随之减少，此时造斜

30、段和水平段的位移减少，当Ly减为0时，即为单圆弧，此时水平位移最短。如图9所示：(应变段末端必须落在KF线上)C图4水平位移随乙的变化示資图显然，Ly越长，Bi越大，水平位移越远，可能造成的平差越大，为此，在设计时应选择合适的Ly，不但要吸收误差，而且具有足够的长度使轨道穿过油顶，帮应根据油顶实际可能存在的大小E来设计稳斜段长Ly，不但要吸收误差，而且具有足够的长度使轨道穿过油顶，故应根据油顶实际可能存在的误差大小E来设计稳斜段长Ly，从而最终确定Bi。由图知稳斜段长度Ly至少应为：LyEcosleLr(m)可将式(m)代入式(k)求得第一造斜段造斜率Bi°/30m从上面的设计可以看

31、出，当用(m)式求得的Ly及式(k)求得的Bi进行计算水平位移时，如果此时的水平位移比原设计的水平位移小时，可以适当增加Ly的长度,增加第一段造斜率，缩短平差，从而达到调整的目的。5.3导眼法所谓导眼法即在水平井着陆控制之前，先以一定的井斜直接稳斜钻入油层，探得油顶及油中深度之后，回填到一定深度后以单元弧方式直接进行着陆。采用这种方法，主要地对油层的确切深度把握不准，且在油层上部无合适的标准层可做参考，这样为确保水平井钻井目的，该法不失为行之有效的最直接的方法。当决定要用导眼法且工程上可行时，在轨道控制方面，需要解决的问题是：导眼段的井斜Id；回填的井段长度Lho由于该法与单圆弧法基本类似，在

32、确定了造斜工具的造斜率B及其上、下限变化围Bmax,Bm.之后,根据所设计的靶区高度，可按式(j)直接求得，如图所示。ldILarccos12hsinlLBmaxBmin1719(BmaxBmin)式中，Il:水平段设计井斜；h:靶窗单边高度(靶窗总高为2h)如图10所示，设C点为回填到的井底那一点，作靶中心线的延长线交过C点的垂线于K点。则有：17191sin(hId)HBsinILBsin(hId)17191cos(ILId)Lh=靶区圈5导8艮法设计示意團即在导眼段钻遇油中后，回填米Lh，便能保证在回填后，以单圆弧造斜，顺利着陆进靶。6、水平井复杂情况及事故预防处理6.1由垂直井眼变成倾

33、斜冰平）井眼带来的特性6.1.1、钻具贴井壁，受力状况发生变化从造斜段开始，钻具受力状况相对直井发生了根本的变化。 造斜段：由于斜井段钻具的斜向拉力造成此处钻具被“拉向”上井壁。造斜点较高的井可明显在井口出现钻具向定向方向的“偏移”。随着井深增加，造斜点以下钻具重量随着造斜率的增大，在造斜段出现的侧向力F则随之增大、起下的摩阻增大，随着时间的延长，起下钻和转动在此处形成键槽。 斜井段：由于钻具自重，钻具“躺在”下井壁，对井壁侧压力的增大，带来磨阻（起下）和扭矩的增大旋转。 钻头的受力变化出现侧向分力，当使用增斜钻具结构时，由于近钻头扶正器的“支点”作用而产生向高边的侧向力；使用降斜组合时，由于

34、“钟摆力”作用而向低边产生侧向力，由于下部钻具结构和钻头重力作用，始终产生降斜趋势，需用刚性组合来保持井斜的稳定或大于此趋势产生增斜力。6.1.2 偏心环空和岩屑床国外专家和“七五”攻关项目中希圣教授等专家研究表明，由于斜井钻具偏向下井壁而形成了“偏心环空”，岩屑的沉降，运移与直井相比发生了根本的变化，岩屑出现向井壁径向沉降的趋势，由于偏心环空流速的不均匀，在下井壁形成岩屑床，在一定条件下还会发生岩屑床的滑移、堆积，给大斜度、水平井施工带来威胁，如何正确认识此特点拼采取相应的措施是定向井，尤其是大斜度井、水平井成功与否的关键。研究的主要结论有： 偏心环空场中，大环隙处流速大，小环隙处流速小，促

35、使岩屑床的产生。 岩屑床厚度随流速的减少和井眼斜度的增加而增加，但倾角大于一定值后，其岩屑床厚度基本保持不变。 环空岩屑浓度在临界角(30°60°)围最大。环空岩屑浓度随流速的增加而降低。注：对临界角的界限，有人认为35°70。，但总的围是相近的。当井眼倾角处于临界倾角围时，由于岩屑床的形成及滑移，岩、屑势必下滑堆积容易造成钻具的阻卡。各倾角都存在一个“临界流速”。当环空流速大于该临界流速时，理论认为不会产生岩屑床。流体粘度升高导致岩屑床厚度降低，岩冒浓度降低，提高了岩屑输送效果。下面就斜井几种状态下的井屑运动方式做一分析：以临界角为界把斜井分为三种类型：第一种：

36、小于临界角的围(<30°)，只有垂直沉降，而无径向沉降。VS为垂直沉降速度，vsr为径向沉降速度，vsa为轴向沉降速度。VS0VsaVS6B升高则vsa越大，该围最易形成岩屑床，越接近上界越易产生岩屑床下海堆集，是大斜度井、水平井施工中主要清除岩屑床的井段。该种情况可近似为直井状态，不易形成岩屑床。第二种：临界围(>30°，>60°)Vsa=VS*COS9VSrVs*SIN9B升高则vsa越大，该围最易形成岩屑床，越接近上界越易产生岩屑床下滑堆集，是大斜度井、水平井施工中主要清除岩屑床的井段。第三种：大于临界角a>60。或有的认为a>

37、65°)Vsa0VsrVs该情况可近似视为水平井段的状况，岩屑床受洗井液的冲刷厚度不再增加，也不产生滑移，聚集，此井段的岩屑往往被洗井液带到临界角附近聚集(6070°围)。大斜度井和水平井的实践证实了以上理论是正确的，解决的办法是：一般的定向井井斜角度尽量选择在30°35°，不易形成岩屑床，施工较安全。 对已经形成岩属床的井或大井斜角度的井采用以下主种方法减少岩屑床厚度，清洁井眼、保证施工安全。A、在条件允许的情况下，尽可能提高循环排量，使其接近临界返速而消弱岩屑床，但要注意防止井径扩大。B、提高泥浆的屈服值（YP）,增强携岩能力，减缓岩屑的径向沉积，也

38、是减少岩屑床厚度的有效办法。c、由于以上两种办法的限制，最有效的办法则是利用机械办法除砂：有顶部驱动手段的可利用边起钻边转动钻具的办法搅动岩屑床。同时循环泥浆，清除岩屑床；在没有顶部驱动条件的施工中，则采用定时定井段的短起下钻手段，起一段，循环一段的办法清除大斜角（或水平段）的岩屑床。随着井斜的增大，大斜度井段的塔长，短起下的时间间隙越短。现在施工中，可从振动筛返出岩屑量的减少和扭矩、摩阻的增加来判断，是否需要短起下。6.1.3 被钻开的岩层受力状况发生变化在地层倾角较小的直井，被钻开的岩层层面与井眼轴线是垂直的。由于岩层纵向的压实程度较高，钻开的井眼部分相对较稳定。随着井斜角的增大，岩层层面

39、与井眼轴线夹角变小，不定岩层（如易吸水膨胀的泥岩层）暴露面积增大，受垂直压力影响，容易吸水膨胀，剥蚀掉块，造成井壁不稳定；对于水平井来说，水平段则完全在油层-中延伸，其稳定性大为值得重视，这就提出了比直井更为严格的要求钻井液防塌性要好，失水要小。6.1.4椭圆井限的形成和键槽的产生隆由于斜井段钻具靠井壁，起下钻和旋转使下井壁逐渐掏大，形成椭圆井眼；左右井壁基本保持近钻头的井眼R1，而上下方向则形成了长轴R2，在双井径测井曲线上可以明显的看到长短轴的存在，往往在下井壁还存在钻具旋转磨出的直径与钻杆接头接近的槽沟R3，井眼倾角越大，施工时间越长形成的椭圆井眼越严重。在大位斜井段，由于地层软硬交错和

40、泥岩井径的扩大，还容易在下井壁被旋转的钻具磨出硬地层凸出处的键槽。这些“键槽”与扩大的泥岩井径形成“台阶”造成起钻时，稍大于钻杆接头的7"、8"钻绽迂阻；严重时起不出钻（特点是定深迂阻，能下放单上体不过）。椭圆井眼带来的影响有：A、井径扩大，循环上返速度降低，不利于洗井。B、形成“键槽”和“台阶”，造成复杂情况和事故。C、影响固井质量。造斜点附近在上井壁提出“键槽”如前所述，造斜段由于下部钻具拉力作用，使钻具靠向“上井壁”，产生侧向力，在钻具旋转和起下钻的刮削作用下，逐渐形成直径与钻杆接头外径相近的“键糟”起钻时，易使稍大于钻杆接头尺寸的7"、8"钻绽被

41、拉入槽面卡钻。一般在槽深大于被卡钻具半径后发生。键槽形成的程度与以下因素有关： 造斜率（即造斜段狗腿度）越大，形成键槽越快、越严重。造斜点以下井段越长，钻具越重，形成键槽越严重 斜井段井斜角越大，侧向拉力越大，形成键槽越严重 随钻井作业时间而加深。6.1.5对悬重和钻压的影响： 躺在下井壁的钻具使悬重变“轻”，上提钻具时摩阻使得悬重增加，下放则悬重减小。对正常井眼来说，悬重的增减是有规律的，超过正常增减围，则是有了阻卡。 同样，“钻压”的确定也要考虑摩阻的影响。6.2由井身轨迹控制需要带来的特性l、由于定向和方位角调整的需要，增加定向作业 使用弯曲马达定向、调方位时，钻柱不旋转，定向测量时钻具

42、相对静止时间长，则要求泥浆性能稳定、携岩性和润滑性良好。这就是为什么在定向前要调整好泥浆和适当混油的理由。由于弯接头或弯外壳动力钻具的使用，使得下部钻具弯曲。要求定向前井眼畅通，而且对弯接头的度数有限制（一般不大于3°），避免钻头偏离井眼轴线太大而下不去。 由于弯曲钻具的方向性（工具面方向），决定了动力钻具在井不得随意开泵和使用动力马达划眼。若中途遇阻，必须起出换转盘钻具通井。 动力马达的工作排量一般较小，又不允许长时间停在一处循环，所以定向完后，通井是十分必要的。2、增加测量工作量：除定向（或方位调整时）要频繁单点测斜（随钻则每根起下电缆）外，转盘钻也需定点测斜监控。一般测量问隔不

43、超过50米。为了保证测量的安全，规定每次测量前要充分循环泥浆除砂（一般一周以上）。3、轨迹控制需要带来了比直井更多的起下钻更换钻具组合。往往钻头用不到家，定向井比直井多发生起下钻作业、多消耗钻头。4、使用满眼扶正器（稳定器）的下部结构带来的“满眼”问题： 下钻易发生遇阻，螺旋稳定器还会在小井眼段造成钻柱的“旋转”。不严重的阻卡往往可以通过有控制的“下砸"和“提放"，通过。.起钻易带来抽吸（拔活塞）问题：由于“满眼”，在易吸水膨胀井段起钻拔活塞，胜利油田曾发生在斜井中拔活塞引起的气层井喷失控，教训是惨痛的。正因为这样，要求斜井泥浆抑制性要好，井壁泥饼要薄，操作中要十分小心拔活

44、塞的发生，并正确处理。 弯曲井眼对钻具刚度变化的敏感问题：已钻过的弯曲井眼曲率是一定的。当钻具组合因轨迹控制需要刚性变大时（增加扶正器只数和缩短扶正器问隔），易遇阻遇卡，下钻要格外小心，划眼是必要的。特别值得提醒注意的是，定向或调整完方位后，先用较“软”的转盘钻具组合通井，十分必要。、影响定向井（水平井）安全的因素6.3.1合理的剖面设计：剖面类型的选择：除了多目标经和开发有特殊要求的定向井（如限定造斜点深度、要求垂直进入油层等）外，剖面越简单，越安全易打。常常采用的是“三段制”剖面。获得的位移大，相对摩阻小，而“S”形井跟（四、五段制）的摩阻较大，一般尽量避免。国外有人认为变造斜率大出的“悬

45、链式”剖面使钻具受力最小、摩阻最小，但这种“变造斜率”在实施过程中难以实现，并使施工变得十分复杂。6.3.2 造斜点和造斜率的选择：造斜点高使得定向容易（起下钻和测量快，容易定准，进尺快，动力钻具工作时间短）；上部地层软，形成的键槽软，易破坏掉；用较小的井斜获得的位移大。其缺点是轨迹控制井段变长，后面井段长，钻具重，更容易形成键槽。通常达到稳斜段后、下一层技套封固造斜段可避免键槽带来的麻烦。 造斜点低则定向困难，需要的造斜率和最大井斜相对要大。但需要控制的井段大大缩短，为了准确，往往采用随钻测量工具定向。 造斜率的选择：高造斜点选用高造斜率是十分危险的。形成的狗腿角大，很容易在下部（长井段）钻

46、具重量作用下形成严重的键槽，造成卡钻。相反，为了减少轨迹控制的工作量，提高定向井建井速度，在位移条件允许情况下，可采用低造斜点高造斜率施工，全井的摩阻也会因斜井段短面变小。同样，需要随钻测量的手段保证定向的准确。6.3.3 井身结构的选择：套管层次和井眼尺寸的选择原则(l) 尽可能下层技套封住造斜段和增斜段，有利于保护上部松软地层和造斜狗腿。(2) 避免斜井裸眼段过长(尤其是大斜度和水平井)。(3) 避免17l/2"以上井眼尺寸中定向造斜(尤其是大斜度井和水平井)过大的扭矩会带来钻具事故。技套下深的确定原则(1) 封住易垮易塌和其它特殊地层。(2) 一般为进入稳斜段50米，有利于保护

47、套管鞋。(3) 有利于“岩屑床”的消除和保护井眼。(4) 水平井一般在进入靶盒前下入技套。6.3.4 对定向井泥浆的要求良好的润滑原理常混入6%-15%的原油或柴油做润滑剂，同时加乳化剂和提高PH值使之乳化良好，有特殊要求的井可采用“无荧光类”润滑类，在电测和下套管可加入少量的固体润滑剂减阻。良好的防塌性和低失水。良好的流变性和较高的提岩能力要十分注意定向井泥浆的动切力(YP)保持较高值，一般使PV：YP值接近1：l(老计量单位)十分重视定向井泥浆的“净化”工作光滑，干净的泥饼是定向井防粘卡，低摩阻的关键，要求达到三级净化，有条件的使用离心分离机降低有害的固相。6.3.4 井眼轨迹控制因素轨迹“光滑”，避免来回扭动和井斜的上下摆动。及时调整方位，防止“狗腿角”过大。 选择合适的井段调整方位，使工作量最小；随着井深的增加地层变硬，方位调整工作越困难，形成的狗腿角也越大。 定向造斜段，方位不稳定，需要及时作图分析；方位出现偏差时及时调整非常重要，方位漂移的同时，井斜角较快增加，调整越晚，狗腿严重度越大，调整工作越困难，对井眼安全危害越大。采用尽可能简化的钻具结构（1）由于斜井钻具承压能力大大增