定向钻井理论与技术课件

1、定向钻井理论与技术定向钻井理论与技术学习目的：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，2007.11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（1学时）1-1 定向井的用途1-2 井眼轨迹的基本概念第2章 井眼轨迹计算与评

2、价（56学时）2-1 井眼曲率计算方法2-2 测斜计算方法2-3 井眼轨迹质量评价方法2-4 井眼轨迹的内插方法第3章 井眼轨道设计（6学时）3-1 井眼轨道设计概述3-2 二维常规轨道设计3-3 微曲稳斜轨道设计3-4 待钻井眼轨道设计3-5 坐标系统及转换*第4章 井眼轨迹预测方法（4学时）4-1 井眼轨迹预测的外推法4-2 给定造斜率的井眼轨迹预测方法4-3 工具的造斜率预测方法*4-4 钻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（4学时）6-1 无磁钻铤6-2 螺杆钻具6-3 其它井下工具第7章 定向井测量技术（2学时）

3、7-1 电磁测斜仪7-3 无线随钻测斜仪7-4 陀螺测斜仪第8章 水平井钻井技术（56学时）8-1 水平井轨道设计方法8-2 水平井轨迹控制技术第10章 旋转导向钻井技术* （2学时）第9章 丛式井技术*（2学时）9-1 丛式井技术难点及对策9-2 井眼轨迹扫描与防碰技术第1章 定向钻井技术概述1-1 定向井的用途1-2 井眼轨迹的基本概念1-3 井眼轨迹的图示法定向井与定向钻井定向井(directional well)：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(directional drilling)：使井身沿着预先设

4、计的方向和轨迹钻达目的层的钻井工艺方法。井眼轨道(well trajectory)：钻进之前人们预想的该井井眼轴线形状。井眼轨迹(well path)：实际钻出来的井眼轴线形状。1-1 定向井的用途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

5、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0.6万吨直井的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（horizontal wel

6、l）：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，extended reach well）：水平位移与垂深之比（位垂比）不小于2的定向井。丛式井（cluster well） ：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（multi-lateral well）：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24-1

7、边际油田大位移井的用途大位移井的用途侧钻井(side-track well)多分支井多分支井鱼骨井也称为羽状井1-2 井眼轨迹的基本概念1、井眼轨迹的基本参数（测斜参数）(1)井深（L，Dm）：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（measure depth,MD）。井深增量（L）：下测点井深与上测点井深之差。 LLBLA 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

8、数井斜角增量( )：下测点井斜角与上测点井斜角之差。BA (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：0360。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：090之间。井斜方位角的象限角表示方法图中：N30E=30N67.5W=292.5S60E=120S45W=225规定：东磁偏角为“”，西磁偏角为“”；则： 真方位角磁方位角磁偏角

9、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？某点的井眼方向线就是该点的切线方向。井斜角就是井眼方向线与重力线之间的夹角。井眼轴线上某点处的井眼方向线投影到水平面上，即为该点的井斜方位线。方位角就是井斜方位线与正北方向的夹角。井斜方位角就是方位角。井眼轴线投影到水平面上以后，过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-

10、2 井眼轨迹的基本概念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”(vertical depth, VD）。垂深增量（）：下测点垂深与上测点垂深之差，简称“垂增” 。 DDBDA 直角坐标（5个）：垂深(D，H)、N坐标(N)、E坐标(E)； 水平长度(Lp) 、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（ Lp ）：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（Lp）：

11、水平投影长度的增量。 LpLpBLpA(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

12、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1-3 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N坐标，横轴为E坐标。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Lp、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1-3 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、 三种基本图形1-3 井眼轨迹的图示法（