钻井工程课件

钻井工程钻井工程1绪论一、钻井设备二、钻头三、钻具四、钻井地质基础五、钻井液六、定向井七、井下复杂情况及事故处理八、完井技术绪论一、钻井设备2一、钻井设备钻井设备的组成钻井设备由提升系统、旋转系统、循环系统、传动系统、驱动系统、控制系统、钻机底座及辅助设备等八大系统组成。一、钻井设备钻井设备的组成3（一）、钻机的提升系统为了起下钻具、下套管以及控制钻压、送钻等，钻机装有一套起升设备，主要由绞车、辅助刹车、游动系统（包括天车、游动滑车、大钩及钢丝绳）、井架等组成。（二）、钻机的旋转系统旋转系统包括转盘和水龙头两大部分。他们的主要作用是在钻具不断钻进及不断循环钻井液的条件下，保证钻具的旋转。（三）、钻机的循环系统为了随时用钻井液清除井底岩屑以保证连续钻进，钻机配备有循环系统。主要包括钻井泵、地面管汇、钻井液池和钻井液槽、钻井液净化设备、调配钻井液设备等。在井下动力钻井中，循环系统还担任传递动力的任务。(四)传动系统包括减速箱、变速箱、液压变矩器、三角皮带、链条。(五)控制系统包括牙嵌、齿式、气动离合器，司钻控制台、控制阀件等。(六)制动系统即刹车系统、包括刹把、刹车带、主刹车、辅助刹车等。（七）井控系统由井口液压防喷器、节流与压井管汇、液压控制系统（八）钻井仪表包括大钩指重表、转盘扭矩表、转盘转速表、泵压表泥浆出口流量表、大钳扭矩表、井深钻速表以及记录仪等。（一）、钻机的提升系统（二）、钻机的旋转系统（三）、钻机的循4二、钻头在旋转钻井中，钻头是破岩的主要工具。使用的钻头分为牙轮钻头、金刚石钻头、

PDC钻头及刮刀钻头。金刚石钻头牙轮钻头二、钻头在旋转钻井中，钻头是破岩的主要工具。使用的钻头5（一）牙轮钻头组成：三牙轮钻头的结构可分为五个部分，即钻头体、巴掌、牙轮、轴承和水眼。密封喷射式钻头还有储油补偿系统。破岩方式：压碎、冲击、剪切牙轮钻头分为铣齿和镶齿。铣齿适用于软及中硬地层；镶齿适用于中硬、硬和深井。（二）金刚石钻头金刚石钻头按其使用地层可分为：普通金刚石钻头、聚晶金刚石复合片钻头（简称PDC钻头）两大类，其中聚晶金刚石复合片钻头适用于软至中硬地层，而普通金刚石钻头适用于及坚硬和研磨性高的地层。破岩方式：普通金刚石钻头分为表镶和孕镶。表镶以微切削、压碎等综合作用破岩；孕镶以研磨方式破岩。PDC钻头以剪切方式破岩。（二）刮刀钻头组成：上钻头、体下钻头体、刀翼、喷嘴四部分组成。破岩方式：切削、剪切和挤压方式破岩。适用于松软至软的泥岩、泥质沙岩、页岩。（一）牙轮钻头6三、钻具钻柱的组成1、方钻杆2、钻杆3、钻铤4、配合接头三、钻具钻柱的组成7(一)钻杆

钻杆是组成钻柱的基本部分,其主要作用传递扭矩，输送钻井液，连接增长钻柱，加深井眼。

（二）钻铤

钻铤是用高级合金钢制成的，用它自身的重量给钻头加压。由于钻铤粗，刚性大，在钻压作用下不易产生弯曲，有利于防止井斜和钻具折断。（三）方钻杆

方钻杆位于钻杆柱最上端，上接水龙头，它承受全部入井钻具的重力。主要作用是传递扭矩。（四）接头1、钻杆接头类型分为内平接头、贯眼接头、正规接头三类。2、接头类型表示方法我国现场用三位数字来表示钻杆接头扣型。第一位数表示钻杆本体的公称尺寸的整数部分。第二位数用1、2、3分别表示内平、贯眼、正规扣。第三位用1、0分别表示公母扣。(一)钻杆

钻杆是组成钻柱的基本部分,其主要作用传递扭矩，输8四、钻井地质基础知识钻井地质基础知识（一）岩石的机械性质1、岩石的机械性质⑴岩石的强度：岩石的强度是指抵抗外力破坏的能力。⑵硬度：岩石的硬度是指岩石抗压入的极限强⑶岩石的塑性：在外力作用下，岩石破碎前呈现永久变形的性质叫岩石的塑性。⑷岩石的研磨性：钻头破碎岩石的同时，其本身也受到岩石磨损，这种岩石磨损钻头的能力称为岩石的研磨性。⑸岩石的可钻性：是指在一定条件下，钻进岩石的难易程度。也可理解为钻进过程中岩石抗破碎强度的大小。四、钻井地质基础知识钻井地质基础知识92、岩石性质对钻井的影响其影响主要表现在：影响钻进速度与钻头进尺：使钻进过程中出现井漏、井喷、卡钻等复杂情况：钻井液受到污染，性能变坏，井径不规则，进而影响到测井、固井等。⑴粘土岩层。泥岩和页岩一般较软，钻速快，但容易产生钻头泥包。这种地层极易吸收钻井液中的自由水而膨胀，导致井径缩小。随着浸泡时间的延长，井壁会产生垮塌现象，井径扩大。⑵砂岩层。砂岩一般来说是较好的渗透层，在井壁上易形成较厚的滤饼，易引起泥饼粘附卡钻。另外滤饼对测井也有影响，所以必须使用优质钻井液。⑶砾岩层。在砾岩层中钻进易发生跳钻、蹩钻和井壁垮塌。⑷在当地层软硬交错时，易发生井斜，地层倾角较大者也易发生井斜。⑸当岩层中含有可溶性盐类，即钻到石膏层、盐岩层时，要注意对钻井液性能的影响。

2、岩石性质对钻井的影响⑴粘土岩层。泥岩和页岩一般较软，钻速10五、钻井液钻井液在钻井中的作用。1、清洗井底，携带岩屑，保持井底清洁，保证钻头不断地破碎地层，使钻进不中断。2、平衡地层中的流体（油、气、水）压力，防止井喷、井漏等井下复杂情况，保护油气层。3、平衡岩石侧压力，并在井壁形成泥饼，保持井壁稳定，防止地层坍塌。

4、发挥水力效能，传递动力，冲击井底，帮助钻头破碎井底岩石，提高钻井速度。5、悬浮岩屑和加重剂，降低岩屑沉降速度，避免沉砂卡钻。另外承受钻杆和套管的部分重力。6、润滑并冷却钻头，钻具。7、防止地层中盐水、盐岩、石膏、芒硝等对钻井液的化学污染，防止硫化氢污染和损害。8、利用钻井液，准确获得井下资料。五、钻井液钻井液在钻井中的作用。4、发挥水力效能，传递动力11(一）钻井液密度与钻井的关系密度过大有以下害处：1、损害油气层；2、降低钻井速度；3、过大压差造成压差卡钻；4、易憋漏地层；5、易引起过高的粘切；6、多消耗钻井液材料及动力；7、抗污染能力下降。密度过低则容易发生井喷、井塌（尤其是负压钻井）、缩径（对塑性地层，如较纯的粘土、盐岩层等）及携屑能力下降等。(一）钻井液密度与钻井的关系6、多消耗钻井液材料及动力；12(二）钻井液粘度、切力与钻井的关系1、粘度、切力过大有以下害处。⑴流动阻力大，能量消耗多，功率低，钻速慢；⑵净化不良（固控设备不易充分发挥效力），易引起井下复杂情况；⑶易泥包钻头，压力波动大，易引起卡、喷、漏和井塌等事故；⑷脱气较难，影响气测并易造成气侵。2、粘度和切力过低也不利于钻井，如：⑴洗井不良，井眼净化效果差；⑵冲刷井壁加剧，引起井塌等井下事故；⑶岩屑过细影响录井。(二）钻井液粘度、切力与钻井的关系2、粘度和切力过低也不利于13六、定向井定向井的概念沿着预先设计的井眼轴线钻达目的层的钻井方法称为定向钻井。在设计上井口和井底存在水平位移的井称为定向井定向井的应用1.地质条件要求2.钻井技术需要3.地面条件限制六、定向井定向井的概念沿着预先设计的井眼轴线钻达目的层的钻井14定向井的类型1.常规定向井2.三围绕障井3.水平井4.套管开窗5.分支井6.大位移井7.丛式井定向井的类型1.常规定向井15定向井的分类：

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按段制分：

常规定向井可分为二、三、四、五段，两段制是指在一口定向井中仅含有直井段、增斜井段的定向井。三段制是指在一口定向井中由直井段、增斜井段、稳斜井段三个井段组成的定向井。四段制是指在一口定向井中由直井段、增斜井段、稳斜井段、降斜井段四个井段组成的定向井。五段制是指在一口定向井中由直井段、增斜井段、稳斜井段、降斜井段、稳斜井段五个井段组成的定向井。定向井的剖面均由直、增、稳、降中的某几项来组合。按设计井眼轴线形状分：1、两维定向井：是指井眼轴线形状只在某个铅垂平面上变化的定向井，它们的井斜角是变化的，而方位角是不变的。2、三维定向井：是指井眼轴线超出某一铅垂平面而在三维空间中变化的定向井。三维定向井既有井斜变化，又有方位角的变化。三维定向井又可分为三维纠偏井和三维绕障井。定向井的分类：

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按段制分：

常规定向井16按设计最大井斜角可分为：1、低斜度定向井：设计的最大井斜角不超过15度，这种定向井由于井斜角小，钻进时井斜、方位不易控制，钻井难度大。2、中斜度定向井：设计的最大井斜角在15度至45度之间，钻进时井斜、方位较易控制，钻井难度相对不大。是使用最多的一种。3、大斜度定向井：设计的最大井斜角在46度至85度之间，其斜度大、水平位移大，增加了钻井难度和成本。4、水平井：设计的最大井斜角在86度至120度之间，并沿（近）水平方向钻进一定长度的井。根据造斜井段的曲率半径又可细分为长、中、中短、短四种曲率半径的水平井。水平井钻进相对较难，多数需要特殊设备、钻具、工具、仪器以及特殊工艺。

按定向井的钻井的目的可分为：

1、救援井：为抢救某一口井的井喷、着火而设计施工的定向井。

2、多目标井：为钻达数个目的层位而设计施工的定向井。

3、绕障（三维）井：为绕过地下某种障碍而设计施工的定向井。

4、立槽斜井：采用斜直钻机施工，从井口开始倾斜的定向井。

5、多底井：凡在一个井口下面有两个以上井底的井称多底井。用定向侧钻的方法完成。

定向侧钻是在已钻主井眼内，按预定方向和要求侧钻一口新井的工艺过程。根据侧钻的目的可分为纠斜侧钻、避开落鱼侧钻、二次完井侧钻等。根据侧钻方法可分为套管开窗侧钻和裸眼侧钻。套管开窗侧钻又有套管段铣和斜向器开窗之分。

按设计最大井斜角可分为：

按定向井的钻井的目的可分为：

117按一个井场或平台钻井数可分为：

1、单一定向井。

2、双筒井：用一台钻机交叉作业，同时钻出井口相距很近的两口定向井或一直一斜。

3、丛式井（组）：凡在一个井场或平台上有计划的钻两口或以上的定向井（含直井），这些井组统称丛式井。丛式井中的任一定向井可为多目标井、大位移井、水平井等井型。

按一个井场或平台钻井数可分为：

1、单一定向井。

2、双筒18定向井基本概念1．井斜角(α)井眼轴线上任一点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。单位为(°)NαHO2．方位角(Φ)在以井眼轨迹上任一点为原点的平面坐标系中，以通过该点的正北方向线为始边，按顺时针方向旋转至井眼方向线在水平面上的投影线为终边，其所绕过的角度称该点的方位角单位为(°)ENOΦ定向井基本概念1．井斜角(α)井眼轴线上任一点的井眼方向线与19全角变化量(β)过井眼轴线相邻两测点所作的向井眼前进方向延伸的切线之间的夹角称为全角变化量。它反映了相邻两测点间井斜与方位的空间角度的变化量。又称狗腿角或全变化角单位为(°)。βAB全角变化量(β)过井眼轴线相邻两测点所作的向井眼前进方向延伸20井斜变化率(kα)单位井段内井斜角的变化值称为井斜变化率。通常以两测点间井斜角的变化量与两测点间井段长度的比值表示。常用单位为(°)/25m(°)/30m。方位变化率(kφ)单位井段内方位角的变化值称为方位变化率。通常以两侧点间方位角的变化量与两测点间井段长度的比值表示。常用单位为(°)/25m、(°)/30m。井斜变化率KαKα=dα/dLKα=Δα/ΔL井斜方位变化率KΦKΦ=dΦ/dLKΦ=ΔΦ/ΔL井斜变化率(kα)单位井段内井斜角的变化值称为井斜变化率。通21全角变化率(K)单位长度井段内全角的变化值。或在单位井段内井眼前进的方向在三维空间内的角度变化。它既包含了井斜角的变化又包含着方位角的变化。又称狗腿严重度或井眼曲率。单位为(°)/25m、(°)/30m。井底水平位移(A)它是指井口与井底两点在水平面上投影的连线长度，又称闭合距，单位为m。全角变化率(K)单位长度井段内全角的变化值。或在单位井段内22其他基本概念：

1、测深：井眼轴线上任一点到井口的井身长度，称为该点的测深，也称为该点的测量井深。

。

2、垂深：垂深即测点的垂直深度，是指井身上任一点至井口所在平面的距离。3、闭合方位或总方位：是指以正北方位线为始边顺时针转至闭合距方位线上所转过的角度。

4、N（北）坐标E（东）坐标：是指测点以井口为原点的水平面坐标系里的坐标值。

5、视平移：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。所以称之为视平移。

6、最大井斜角：无论设计剖面还是实钻剖面，全井井斜角的最大值，称为最大井斜角。

7、磁偏角：在某一地区内，其磁北极方向线与地理北极方位线之间的夹角，称为该地区的磁偏角。其他基本概念：

1、测深：井眼轴线上任一点到井口的井身长度，23垂深H水平长度S水平位移A平移方位角θN坐标和E坐标视平移

HAABHBΔHSASBOOSH..ONAB.AA定向井其他井深结构参数垂深HHAABHBΔHSASBOOSH..ONAB.AA定向24靶区(1)靶区半径:允许实钻井眼轨迹偏离设计目标的水平距离。(2)靶区:在目标点所在的水平面上，以目标点为圆心，以靶区靶半径的一个圆面积。(3)靶心距:在靶区平面上，实钻井眼轴线与目标点之间的距离。ONER实钻井眼设计方位靶区半径靶心距靶区靶点靶区(1)靶区半径:允许实钻井眼轨迹偏离设计目标的水平距离。25定向井常用井下工具一、马达（PDM）二、扶正器（STB）三、非磁钻铤（NMDC）四、悬挂短节（HOS）五、短非磁钻铤（SNMDC）六、浮阀（F/V）七、定向接头（O/S）八、挠性短节（F/J）九、震击器（JAR）十、加重钻杆（HWDP）十一、短钻铤（SDC）十二、弯接头十三、开窗工具十四、其它定向井工具定向井常用井下工具一、马达（PDM）八、挠26(-)马达主要组成部分:旁通阀总成马达总成万向轴总成传动轴总成马达的工作原理:

马达是一种螺杆钻具它是以泥浆作为动力的一种井下动力钻具。马达工作原理：泥浆泵产生的高压泥浆流，经旁通阀进入马达时，转子在压力泥浆的驱动下，绕定子的轴线旋转，马达产生的扭矩和转速，通过万向轴和传动轴传递给钻头，来实现钻井作业。(二)扶正器扶正器作用:在现场作业中，无论是在转盘钻具组合中，还是在导向钻具中，扶正器都具有很大的作用。在增斜钻具组合和降斜钻具组合中，扶正器起支点作用，通过改变扶正器在下部钻具组合中的位置，可改变下部钻具组合的受力状态，从而进行增斜、稳斜或者降斜来达到控制井眼轨迹的目的,还可以增加下部钻具组合的刚性，修整井眼，扶正器不能用于改变井眼方位，仅能在已有一定斜度的井眼内改变井斜，即进行增斜、降斜或稳斜。转盘钻扶正器组合有三种：增斜组合稳斜组合降斜组合

(-)马达主要组成部分:旁通阀总成马达总成万向轴总成27转盘增斜钻具组合按增斜能力分为强、中、弱三种。使用中要注意：1.钻压越大，增斜能力越大；2.L1越长，增斜能力越小；3.近钻头扶正器直径减小，增斜能力也减小。4.注意保持低转速。

转盘稳斜钻具组合按稳斜能力分为强、中、弱三种。在使用中要注意保持正常钻压和较高转速。若需要更强的稳斜组合，可使用双扶正器串联起来作为近钻头扶正器。转盘增斜钻具组合按增斜能力分为强、中、弱三种。转盘稳斜钻具组28转盘降斜钻具组合按降斜能力分为强、弱两种。使用中要注意：保持小钻压和较低转速对于强降斜组合来说，L1越长则降斜能力越强，但不得与井壁有新的接触点。扶正器尽可能多的使用转盘扶正器钻具组合来进行轨迹控制。所以在造斜段结束之后，一般都换用转盘钻继续增斜，并在需要稳斜和降斜的时候，仍然使用转盘钻来完成。只有在下列两种情况下，才使用动力钻具进行控制：(1)．使用转盘钻扶正器组合已难以完成增斜或降斜要求时，改用动力钻具造斜工具进行强力增斜或降斜；(2)．转盘钻扶正器组合不能控制方位，而且在钻进中常常出现方位偏差。当井眼方位有较大偏差，有可能造成脱靶时，必须使用动力钻具造斜工具来完成扭方位。转盘降斜钻具组合按降斜能力分为强、弱两种。扶正器尽可能多的使29(三)非磁钻铤在使用MWD或者电子多点测斜仪等仪器时，在钻具组合中使用非磁钻铤可以有效防止由于钻具所带来的磁干扰，使测量结果准确有效。(四)悬挂短节

将MWD仪器坐在其中，为MWD提供一个安全稳定的测量环境。(五)浮阀的作用：

主要作用是防止泥浆倒流损害井下测量工具，以及防止钻头水眼被堵。(六)定向接头的作用：

主要作用是为定向仪器（陀螺等）提供一个稳定的座封环境，便于准确地知道马达等井下工具的方向，保障下部作业顺利进行。(七)震击器的作用：

主要作用是保持钻头和钻柱的工作平衡，在卡钻时帮助解卡。(八)加重钻杆的作用：

用在钻具组合底部来代替钻铤加压，在导向钻具定向作业中减少与井壁的接触面积，减小摩阻力，利于滑动作业，增加井下安全且有利于定向井参数的控制。还用作钻铤与钻杆之间的过渡段，以减缓刚度变化。(九)钻杆的作用：

主要作用为传递扭矩和输送泥浆，并将地面发出的功率传递给钻头，并靠钻杆的逐渐加长使井眼不断加深。(十)短钻铤的作用：

其作用可以参看转盘扶正器组合。

(三)非磁钻铤在使用MWD或者电子多点测斜仪等仪器时，在钻具30

定向井设计根据油田勘探、开发部署的要求，保证安全钻井要有利于提高油气产量和采收率应有利于钻井、采油和修井作业应尽可能选择比较简单的剖面类型定向井设计定向井设计原则造斜点的选择1、选择地层均一，可钻性好的地层2、KOP在前一层套管鞋以下50米，套以免损坏套管鞋3、初始造斜的准确性非常重要4、大于25度的定向井方位易控制造斜率选择1、大斜度大位移定向井：2~3度/30米2、一般丛式井3~5度/30米3、造斜率要均匀降斜率1、对于“S”井眼，通常降斜率1~2度/30米2、如降斜后仍然要钻长的井段，降斜率还要小，以免键槽卡钻定向井设计根据油田勘探31狗腿严重度1、定义：描述井眼轨迹全角变化的尺度2、公式：cosDog-leg=(cos(inc1)*cos(inc2)+sin(inc1)*sin(inc2)*cos(directionchange))3、狗腿严重度大，易产生键槽卡钻、钻具易产生疲劳破坏剖面类型选择选择井剖面不是一件容易的事，必须考虑：地质条件、套管程序、目的层的位置、及钻井技术水平1、定向井剖面类型：“J”型、“S”型：“水平井”2、“J”型：剖面简单、易操作3、“S”型：4、水平井平均角法此法认为两相邻测点之间的井眼为一直线，该直线的井斜角a和方位角q等于上下两测点相应角度的算术平均值公式：Av=(A1+A1)/2Qv=Q1+Q2)/2△H=△LcosAv△S=△LsinAv△N=△LsinAv*cosQv△E=△LsinAv*sinQv狗腿严重度剖面类型选择平均角法此法认为两相邻测点之间的井眼为32定向井轨迹控制的主要做法第一阶段:打好垂直井段垂直井段打不好，将给造斜带来很大的困难。要求实钻轨迹尽可能接近铅垂线，也就是要求井斜角尽可能小。定向井的垂直井段可以按照打直井的方法进行轨迹控制，而且比打直井要求更高，因为定向井垂直井段的施工质量是以后轨迹控制的基础。第二阶段：把好定向造斜关

这是增斜井段的一部分，但它是从垂直井段开始增斜的。由于垂直井段井斜角等于零，所以称为“造斜”；由于垂直井段没有井斜方位角，所以开始造斜时需要“定向”。如果定向造斜段的方位有偏差，则会给以后的轨迹控制造成巨大困难。所以，定向造斜是关键，一定要把好这一关。现代的定向造斜，除套管开窗侧钻还使用变向器外，几乎全是使用动力钻具造斜工具。造斜井段的长度，一般是以井斜角达到可以使用转盘钻的扶正器钻具组合继续增斜为准。这个井斜角大约为8°至10°。定向井轨迹控制的主要做法第一阶段:打好垂直井段第二阶段：把好33第三阶段：跟踪控制到靶点从造斜段结束，至钻完全井，都属于跟踪控制阶段。人们常说的轨迹控制实际多指这一阶段。一.跟踪控制的主要工作内容：1.适时进行轨迹测量和轨迹计算：测量仪器的选择；测量密度和测点密度的选择；根据轨迹计算结果，提出下步轨迹控制要求；2.做好造斜工具的装置方位计算：装置角的计算；动力钻具反扭角的计算；3.精心选择、使用造斜工具和下部钻具组合：工具或组合的结构选择；造斜工具或下部组合的性能预测：凭经验预测；使用软件预测；造斜工具的井下定向；二.既要保证中靶，又要加快钻速。这一阶段的任务是在实钻过程中，不断了解轨迹的变化发展情况，不断地使用各种造斜工具或钻具组合，使实钻轨迹离开设计轨迹“不要太远。“不要太远”一词的意义在于，一方面如果“太远”就可能造成脱靶，成为不合格井；另一方面如果始终要求实钻轨迹与设计轨迹误差很小，势必要求非常频繁地测斜，频繁地更换造斜工具，必将大大地拖延时间，增加成本，而且还有可能造成井下复杂情况，得不偿失。第三阶段：跟踪控制到靶点二.既要保证中靶，又要加快钻速。34动力钻具造斜工具动力钻具又称井下马达，包括涡轮钻具、螺杆钻具、电动钻具三种。常用前两种。位置：在钻铤和钻头之间。钻井液循环驱动。动力钻具以上整个钻柱都不旋转，对定向造斜非常有利。结构由三种:动力钻具带弯接头；弯外壳动力钻具；动力钻具造斜工具动力钻具又称井下马达，包括涡轮钻具、螺杆钻具35定向井轨迹控制计算装置角的概念造斜工具得造斜率，既可用于改变井斜方位角，同时可用于改变井斜角。如何按照轨迹发展的需要去改变井斜角和井斜方位角呢？关键在于分配造斜率，其关键有在于装置角的计算和安置。装置角的定义井斜铅垂面：井眼方向线所在的钱垂平面；井眼方位线所在的钱垂平面；井底圆上高边方向线所在的钱垂平面；造斜工具面：造斜工具作用方向线与井眼轴线构成的平面；定向井轨迹控制计算装置角的概念造斜工具得造斜率，既可用于改变36装置角的定义井斜铅垂面与造斜工具面的夹角(还不够准确！)；以井斜铅垂面为基准，顺时针旋转到造斜工具面上所转过的角度；在井底平面上，以高边方向线位基准，顺时针旋转到工具面与井底圆的交线上所转过的角度；装置角的定义37装置角有关计算公式汇总上述四个图式推导的三个独立的公式：还有一个重要的公式，这就是狗腿角计算公式：装置角有关计算公式汇总上述四个图式推导的三个独立的公式：38装置角有关计算公式偏增角问题：观察到装置角与井斜角、井斜方位角之间的变化关系：装置角在Ⅰ、Ⅱ象限，方位均增加；装置角在Ⅲ、Ⅳ象限，方位均减小；方位角的变化界限很清楚，以00和1800为界。装置角在Ⅰ、Ⅳ象限，井斜角都是增加的；但装置角在Ⅱ、Ⅲ象限，井斜角并非都是减小的。只在绿色区域是减小，在粉红色区域内仍然是增大的。粉红色区域所占的角度，就是“偏增角”，以ξ表示。装置角有关计算公式偏增角问题：39七、井下复杂情况及事故处理一、卡钻事故钻柱在井内停止时间过长，或由于地层复杂、钻井液性能不好、技术措施不当等原因，不能上提、下放或转动，有时甚至不能循环钻进液，这就叫卡钻。常见的有：粘附卡钻、坍塌卡钻、砂桥卡钻、缩径卡钻、键槽卡钻、泥包卡钻、沉砂卡钻、落物卡钻等。1、粘附卡钻钻井中，钻柱某些部位与井壁接触，当液柱压力大于井底压力时，便对钻柱产生横向推力，使其紧贴井壁。钻柱静止时间越长，与泥饼接触面积越大，摩阻力也同时增大，以致使钻柱失去了活动的自由而发生的卡钻，称为泥饼粘附卡钻，简称粘卡，也称为压差卡钻。1）粘卡的原因与泥饼摩阻系数、钻井液密度及钻具与井壁的接触面积和接触时间等因素有关。2）粘卡的现象钻具上提下放困难，且活动钻具的范围随着时间的增加越来越小；不能转动；能开泵循环且泵压正常稳定。七、井下复杂情况及事故处理一、卡钻事故1、粘附卡钻1）粘卡的403）处理：粘卡初期，即还未彻底卡死的情况下，应保持循环，在允许范围内活动钻具，以下砸为主，反复数次，以求解卡。若钻具已被卡死则采取浴井解卡。浴井解卡是把解卡剂泵入井内，使其返到卡点部位浸泡、减小滤饼摩阻系数，边泡边活动钻具而解卡的有效方法。采取浴井解卡时要准确计算卡点的位置、计算解卡剂的用量，最后注解卡剂。若浴井解卡不成功，可采取其它解卡方法，如爆炸松扣、套铣、倒扣等。2、坍塌卡钻钻井液性能不好，滤失量太大，把地层浸泡变松，或在地层倾角太大的井段浸泡后的泥页岩膨胀、剥落入井造成的卡钻称为坍塌卡钻。它一般发生在吸水膨胀的泥岩、页岩、胶结不好的砾岩、砂岩等地层。1）坍塌卡钻的原因⑴钻井液失水量大，矿化度小，浸泡地层的时间长，把页岩、泥岩地层泡垮。⑵钻井液密度过小，井内压力不能平衡地层侧压力，致使倾角大或胶结不好的地层垮塌。⑶因起钻未灌钻井液，井漏或钻头泥包而产生拔活塞的抽吸作用等而引起垮塌。2）坍塌卡钻的现象一般在严重垮塌以前，先有大块泥饼和小块地层脱落，换钻头后下钻不能到底；有时在钻井液中冲出大块未经切削的上部已钻过的岩石；在钻进中突然发生憋钻，上提遇卡，泵压上升，憋泵，甚至转不动钻具等现象。3）处理：粘卡初期，即还未彻底卡死的情况下，应保持循环，在允415、键槽卡钻起钻时，钻头拉入键槽的底部而被卡的现象称为键槽卡钻。1）键槽卡钻的原因键槽卡钻多发生在硬地层、井斜全角变化率大、形成了急弯（狗腿）的井段。钻进时，钻杆紧靠狗腿井段旋转；起下钻时钻杆在狗腿井段上下拉刮；硬地层钻速慢，时间长了在井壁上磨出了一条细槽即键槽，它比钻杆接头稍大而小于钻头直径。起钻时钻头拉入键槽底部被卡。2）键槽卡钻的现象卡钻前钻杆接头偏磨厉害，下钻不遇阻，钻进也正常，但起钻到井眼急弯处常遇卡，并随井深增加而逐渐严重；能下放而不能上提；能循环而泵压不升高，不憋泵。卡死后钻具转不动，提放不动，但循环正常。3）当井眼有键槽遇卡起不出钻具时，可稍提拉力转动钻具，使钻柱产生扭转震动而跳出键槽，或者采用倒划眼方法破坏键槽。若已被卡死，可采取震击解卡、用扩大器破坏键槽、套铣倒扣等方法处理。6、泥包卡钻钻井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，当提到缩径井段则卡死称为泥包卡钻。1）泥包卡钻的原因⑴干钻⑵在松软地层或高粘性的泥岩中钻进，由于排量不足或钻井液性能不好（粘度、固相含量太高等），或钻头选型不当造成钻头泥包。5、键槽卡钻2）键槽卡钻的现象6、泥包卡钻422）泥包卡钻的现象卡钻前钻进时钻头在井底的转动不灵活；有蹩跳现象或蹩钻严重，停车后打倒车；钻速急剧下降；泵压升高或蹩泵。起钻时一直存在卡、挂现象，起至小井眼就有可能卡死。卡钻后上提下放及转动均困难，且不能正常循环钻井液。3）处理：泥包卡钻和缩径卡钻初期，要尽量大排量循环，轻提猛放，转动钻具，采取倒划眼起出复杂井段。若已卡死，可实施震击解卡，然后再进行倒划眼起出钻具。7、沉砂卡钻1）沉砂卡钻的原因由于钻井液悬浮岩屑能力差，停泵后，岩屑下沉堵塞环空，埋住钻头和部分钻具形成的卡钻称为沉砂卡钻。此时，若开泵过猛还会憋漏地层而卡得更紧。2）沉砂卡钻的现象接单根或起钻卸开立柱后，钻井液倒返甚至喷势很大；接上单根开泵时泵压很高或蹩泵；上提遇卡、下放遇阻且不能转动或转动时蹩劲很大。3）处理：井塌卡钻或沉砂卡钻初期，要下至畅通井段，循环调整钻井液性能，同时转动钻具，把垮塌物挤碎，冲洗出来，求得解卡。若已卡死，可采取震击解卡、套铣倒扣等方法处理。8、落物卡钻由于操作不小心将卡瓦牙、吊钳牙或其它小工具落入井内，卡于井壁与钻具或套管与钻具之间。此外，因操作不当、刹车不灵造成顿钻事故，把钻具顿弯而引起卡钻。1）引起落物卡钻的原因这类事故都是由于责任心不强、违背操作规程而引起的。

2）泥包卡钻的现象7、沉砂卡钻3）处理：井塌卡钻或沉砂卡钻初43井漏井漏是当井内的液柱压力大于地层压力时，钻井液进入地层的现象。凡发生井漏的地层，必须具备下列条件：①地层中有孔隙、裂缝或溶洞。②钻井液柱压力大于地层压力。③钻井液柱压力和环空压耗或激动压力之和大于地层破裂压力，把地层压裂，产生漏失。1、井漏的原因主要有两个方面：一是地层孔隙度大，渗透性好，或地层有裂缝、溶洞而造成井漏；二是技术措施不当，钻井液密度过大，与地层压力形成很大的压差，下钻速度太快，激动压力很大；开泵过猛，泵压很高导致憋漏等。2、井漏的处理⑴渗透性漏失。漏失速度小于5m3/h的渗漏，可采用调整钻井液性能和起钻静止堵漏的方法。在井下情况允许的条件下，尽量降低钻井液密度，以减小液柱压力，同时提高粘度，以增加钻井液进入地层的流动阻力，并降低排量，以减少因流动阻力而增加的井底压力。⑵下钻太快或开泵过猛造成的漏失。应立即改为小排量循环，提高钻井液粘度，以利于尽快形成新井壁，漏失会逐渐消除称为循环堵漏。漏失速度超过5m3/h时，不得继续开泵，以防井塌卡钻。这时，应立即起钻并连续灌钻井液，起钻完静止堵漏或准备充填堵漏。⑶裂缝溶洞漏失。应用充填法进行处理。即在钻井液中加入锯末、谷壳、贝壳渣等堵漏物质进行充填，还可以注入石灰乳或水泥进行堵封。井漏1、井漏的原因2、井漏的处理44提问与解答环节QuestionsAndAnswers提问与解答环节45谢谢聆听·学习就是为了达到一定目的而努力去干,是为一个目标去战胜各种困难的过程,这个过程会充满压力、痛苦和挫折LearningIsToAchieveACertainGoalAndWorkHard,IsAProcessToOvercomeVariousDifficultiesForAGoal谢谢聆听LearningIsToAchieveAC46

钻井工程钻井工程47绪论一、钻井设备二、钻头三、钻具四、钻井地质基础五、钻井液六、定向井七、井下复杂情况及事故处理八、完井技术绪论一、钻井设备48一、钻井设备钻井设备的组成钻井设备由提升系统、旋转系统、循环系统、传动系统、驱动系统、控制系统、钻机底座及辅助设备等八大系统组成。一、钻井设备钻井设备的组成49（一）、钻机的提升系统为了起下钻具、下套管以及控制钻压、送钻等，钻机装有一套起升设备，主要由绞车、辅助刹车、游动系统（包括天车、游动滑车、大钩及钢丝绳）、井架等组成。（二）、钻机的旋转系统旋转系统包括转盘和水龙头两大部分。他们的主要作用是在钻具不断钻进及不断循环钻井液的条件下，保证钻具的旋转。（三）、钻机的循环系统为了随时用钻井液清除井底岩屑以保证连续钻进，钻机配备有循环系统。主要包括钻井泵、地面管汇、钻井液池和钻井液槽、钻井液净化设备、调配钻井液设备等。在井下动力钻井中，循环系统还担任传递动力的任务。(四)传动系统包括减速箱、变速箱、液压变矩器、三角皮带、链条。(五)控制系统包括牙嵌、齿式、气动离合器，司钻控制台、控制阀件等。(六)制动系统即刹车系统、包括刹把、刹车带、主刹车、辅助刹车等。（七）井控系统由井口液压防喷器、节流与压井管汇、液压控制系统（八）钻井仪表包括大钩指重表、转盘扭矩表、转盘转速表、泵压表泥浆出口流量表、大钳扭矩表、井深钻速表以及记录仪等。（一）、钻机的提升系统（二）、钻机的旋转系统（三）、钻机的循50二、钻头在旋转钻井中，钻头是破岩的主要工具。使用的钻头分为牙轮钻头、金刚石钻头、

PDC钻头及刮刀钻头。金刚石钻头牙轮钻头二、钻头在旋转钻井中，钻头是破岩的主要工具。使用的钻头51（一）牙轮钻头组成：三牙轮钻头的结构可分为五个部分，即钻头体、巴掌、牙轮、轴承和水眼。密封喷射式钻头还有储油补偿系统。破岩方式：压碎、冲击、剪切牙轮钻头分为铣齿和镶齿。铣齿适用于软及中硬地层；镶齿适用于中硬、硬和深井。（二）金刚石钻头金刚石钻头按其使用地层可分为：普通金刚石钻头、聚晶金刚石复合片钻头（简称PDC钻头）两大类，其中聚晶金刚石复合片钻头适用于软至中硬地层，而普通金刚石钻头适用于及坚硬和研磨性高的地层。破岩方式：普通金刚石钻头分为表镶和孕镶。表镶以微切削、压碎等综合作用破岩；孕镶以研磨方式破岩。PDC钻头以剪切方式破岩。（二）刮刀钻头组成：上钻头、体下钻头体、刀翼、喷嘴四部分组成。破岩方式：切削、剪切和挤压方式破岩。适用于松软至软的泥岩、泥质沙岩、页岩。（一）牙轮钻头52三、钻具钻柱的组成1、方钻杆2、钻杆3、钻铤4、配合接头三、钻具钻柱的组成53(一)钻杆

钻杆是组成钻柱的基本部分,其主要作用传递扭矩，输送钻井液，连接增长钻柱，加深井眼。

（二）钻铤

钻铤是用高级合金钢制成的，用它自身的重量给钻头加压。由于钻铤粗，刚性大，在钻压作用下不易产生弯曲，有利于防止井斜和钻具折断。（三）方钻杆

方钻杆位于钻杆柱最上端，上接水龙头，它承受全部入井钻具的重力。主要作用是传递扭矩。（四）接头1、钻杆接头类型分为内平接头、贯眼接头、正规接头三类。2、接头类型表示方法我国现场用三位数字来表示钻杆接头扣型。第一位数表示钻杆本体的公称尺寸的整数部分。第二位数用1、2、3分别表示内平、贯眼、正规扣。第三位用1、0分别表示公母扣。(一)钻杆

钻杆是组成钻柱的基本部分,其主要作用传递扭矩，输54四、钻井地质基础知识钻井地质基础知识（一）岩石的机械性质1、岩石的机械性质⑴岩石的强度：岩石的强度是指抵抗外力破坏的能力。⑵硬度：岩石的硬度是指岩石抗压入的极限强⑶岩石的塑性：在外力作用下，岩石破碎前呈现永久变形的性质叫岩石的塑性。⑷岩石的研磨性：钻头破碎岩石的同时，其本身也受到岩石磨损，这种岩石磨损钻头的能力称为岩石的研磨性。⑸岩石的可钻性：是指在一定条件下，钻进岩石的难易程度。也可理解为钻进过程中岩石抗破碎强度的大小。四、钻井地质基础知识钻井地质基础知识552、岩石性质对钻井的影响其影响主要表现在：影响钻进速度与钻头进尺：使钻进过程中出现井漏、井喷、卡钻等复杂情况：钻井液受到污染，性能变坏，井径不规则，进而影响到测井、固井等。⑴粘土岩层。泥岩和页岩一般较软，钻速快，但容易产生钻头泥包。这种地层极易吸收钻井液中的自由水而膨胀，导致井径缩小。随着浸泡时间的延长，井壁会产生垮塌现象，井径扩大。⑵砂岩层。砂岩一般来说是较好的渗透层，在井壁上易形成较厚的滤饼，易引起泥饼粘附卡钻。另外滤饼对测井也有影响，所以必须使用优质钻井液。⑶砾岩层。在砾岩层中钻进易发生跳钻、蹩钻和井壁垮塌。⑷在当地层软硬交错时，易发生井斜，地层倾角较大者也易发生井斜。⑸当岩层中含有可溶性盐类，即钻到石膏层、盐岩层时，要注意对钻井液性能的影响。

2、岩石性质对钻井的影响⑴粘土岩层。泥岩和页岩一般较软，钻速56五、钻井液钻井液在钻井中的作用。1、清洗井底，携带岩屑，保持井底清洁，保证钻头不断地破碎地层，使钻进不中断。2、平衡地层中的流体（油、气、水）压力，防止井喷、井漏等井下复杂情况，保护油气层。3、平衡岩石侧压力，并在井壁形成泥饼，保持井壁稳定，防止地层坍塌。

4、发挥水力效能，传递动力，冲击井底，帮助钻头破碎井底岩石，提高钻井速度。5、悬浮岩屑和加重剂，降低岩屑沉降速度，避免沉砂卡钻。另外承受钻杆和套管的部分重力。6、润滑并冷却钻头，钻具。7、防止地层中盐水、盐岩、石膏、芒硝等对钻井液的化学污染，防止硫化氢污染和损害。8、利用钻井液，准确获得井下资料。五、钻井液钻井液在钻井中的作用。4、发挥水力效能，传递动力57(一）钻井液密度与钻井的关系密度过大有以下害处：1、损害油气层；2、降低钻井速度；3、过大压差造成压差卡钻；4、易憋漏地层；5、易引起过高的粘切；6、多消耗钻井液材料及动力；7、抗污染能力下降。密度过低则容易发生井喷、井塌（尤其是负压钻井）、缩径（对塑性地层，如较纯的粘土、盐岩层等）及携屑能力下降等。(一）钻井液密度与钻井的关系6、多消耗钻井液材料及动力；58(二）钻井液粘度、切力与钻井的关系1、粘度、切力过大有以下害处。⑴流动阻力大，能量消耗多，功率低，钻速慢；⑵净化不良（固控设备不易充分发挥效力），易引起井下复杂情况；⑶易泥包钻头，压力波动大，易引起卡、喷、漏和井塌等事故；⑷脱气较难，影响气测并易造成气侵。2、粘度和切力过低也不利于钻井，如：⑴洗井不良，井眼净化效果差；⑵冲刷井壁加剧，引起井塌等井下事故；⑶岩屑过细影响录井。(二）钻井液粘度、切力与钻井的关系2、粘度和切力过低也不利于59六、定向井定向井的概念沿着预先设计的井眼轴线钻达目的层的钻井方法称为定向钻井。在设计上井口和井底存在水平位移的井称为定向井定向井的应用1.地质条件要求2.钻井技术需要3.地面条件限制六、定向井定向井的概念沿着预先设计的井眼轴线钻达目的层的钻井60定向井的类型1.常规定向井2.三围绕障井3.水平井4.套管开窗5.分支井6.大位移井7.丛式井定向井的类型1.常规定向井61定向井的分类：

l

按段制分：

常规定向井可分为二、三、四、五段，两段制是指在一口定向井中仅含有直井段、增斜井段的定向井。三段制是指在一口定向井中由直井段、增斜井段、稳斜井段三个井段组成的定向井。四段制是指在一口定向井中由直井段、增斜井段、稳斜井段、降斜井段四个井段组成的定向井。五段制是指在一口定向井中由直井段、增斜井段、稳斜井段、降斜井段、稳斜井段五个井段组成的定向井。定向井的剖面均由直、增、稳、降中的某几项来组合。按设计井眼轴线形状分：1、两维定向井：是指井眼轴线形状只在某个铅垂平面上变化的定向井，它们的井斜角是变化的，而方位角是不变的。2、三维定向井：是指井眼轴线超出某一铅垂平面而在三维空间中变化的定向井。三维定向井既有井斜变化，又有方位角的变化。三维定向井又可分为三维纠偏井和三维绕障井。定向井的分类：

l

按段制分：

常规定向井62按设计最大井斜角可分为：1、低斜度定向井：设计的最大井斜角不超过15度，这种定向井由于井斜角小，钻进时井斜、方位不易控制，钻井难度大。2、中斜度定向井：设计的最大井斜角在15度至45度之间，钻进时井斜、方位较易控制，钻井难度相对不大。是使用最多的一种。3、大斜度定向井：设计的最大井斜角在46度至85度之间，其斜度大、水平位移大，增加了钻井难度和成本。4、水平井：设计的最大井斜角在86度至120度之间，并沿（近）水平方向钻进一定长度的井。根据造斜井段的曲率半径又可细分为长、中、中短、短四种曲率半径的水平井。水平井钻进相对较难，多数需要特殊设备、钻具、工具、仪器以及特殊工艺。

按定向井的钻井的目的可分为：

1、救援井：为抢救某一口井的井喷、着火而设计施工的定向井。

2、多目标井：为钻达数个目的层位而设计施工的定向井。

3、绕障（三维）井：为绕过地下某种障碍而设计施工的定向井。

4、立槽斜井：采用斜直钻机施工，从井口开始倾斜的定向井。

5、多底井：凡在一个井口下面有两个以上井底的井称多底井。用定向侧钻的方法完成。

定向侧钻是在已钻主井眼内，按预定方向和要求侧钻一口新井的工艺过程。根据侧钻的目的可分为纠斜侧钻、避开落鱼侧钻、二次完井侧钻等。根据侧钻方法可分为套管开窗侧钻和裸眼侧钻。套管开窗侧钻又有套管段铣和斜向器开窗之分。

按设计最大井斜角可分为：

按定向井的钻井的目的可分为：

163按一个井场或平台钻井数可分为：

1、单一定向井。

2、双筒井：用一台钻机交叉作业，同时钻出井口相距很近的两口定向井或一直一斜。

3、丛式井（组）：凡在一个井场或平台上有计划的钻两口或以上的定向井（含直井），这些井组统称丛式井。丛式井中的任一定向井可为多目标井、大位移井、水平井等井型。

按一个井场或平台钻井数可分为：

1、单一定向井。

2、双筒64定向井基本概念1．井斜角(α)井眼轴线上任一点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。单位为(°)NαHO2．方位角(Φ)在以井眼轨迹上任一点为原点的平面坐标系中，以通过该点的正北方向线为始边，按顺时针方向旋转至井眼方向线在水平面上的投影线为终边，其所绕过的角度称该点的方位角单位为(°)ENOΦ定向井基本概念1．井斜角(α)井眼轴线上任一点的井眼方向线与65全角变化量(β)过井眼轴线相邻两测点所作的向井眼前进方向延伸的切线之间的夹角称为全角变化量。它反映了相邻两测点间井斜与方位的空间角度的变化量。又称狗腿角或全变化角单位为(°)。βAB全角变化量(β)过井眼轴线相邻两测点所作的向井眼前进方向延伸66井斜变化率(kα)单位井段内井斜角的变化值称为井斜变化率。通常以两测点间井斜角的变化量与两测点间井段长度的比值表示。常用单位为(°)/25m(°)/30m。方位变化率(kφ)单位井段内方位角的变化值称为方位变化率。通常以两侧点间方位角的变化量与两测点间井段长度的比值表示。常用单位为(°)/25m、(°)/30m。井斜变化率KαKα=dα/dLKα=Δα/ΔL井斜方位变化率KΦKΦ=dΦ/dLKΦ=ΔΦ/ΔL井斜变化率(kα)单位井段内井斜角的变化值称为井斜变化率。通67全角变化率(K)单位长度井段内全角的变化值。或在单位井段内井眼前进的方向在三维空间内的角度变化。它既包含了井斜角的变化又包含着方位角的变化。又称狗腿严重度或井眼曲率。单位为(°)/25m、(°)/30m。井底水平位移(A)它是指井口与井底两点在水平面上投影的连线长度，又称闭合距，单位为m。全角变化率(K)单位长度井段内全角的变化值。或在单位井段内68其他基本概念：

1、测深：井眼轴线上任一点到井口的井身长度，称为该点的测深，也称为该点的测量井深。

。

2、垂深：垂深即测点的垂直深度，是指井身上任一点至井口所在平面的距离。3、闭合方位或总方位：是指以正北方位线为始边顺时针转至闭合距方位线上所转过的角度。

4、N（北）坐标E（东）坐标：是指测点以井口为原点的水平面坐标系里的坐标值。

5、视平移：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。所以称之为视平移。

6、最大井斜角：无论设计剖面还是实钻剖面，全井井斜角的最大值，称为最大井斜角。

7、磁偏角：在某一地区内，其磁北极方向线与地理北极方位线之间的夹角，称为该地区的磁偏角。其他基本概念：

1、测深：井眼轴线上任一点到井口的井身长度，69垂深H水平长度S水平位移A平移方位角θN坐标和E坐标视平移

HAABHBΔHSASBOOSH..ONAB.AA定向井其他井深结构参数垂深HHAABHBΔHSASBOOSH..ONAB.AA定向70靶区(1)靶区半径:允许实钻井眼轨迹偏离设计目标的水平距离。(2)靶区:在目标点所在的水平面上，以目标点为圆心，以靶区靶半径的一个圆面积。(3)靶心距:在靶区平面上，实钻井眼轴线与目标点之间的距离。ONER实钻井眼设计方位靶区半径靶心距靶区靶点靶区(1)靶区半径:允许实钻井眼轨迹偏离设计目标的水平距离。71定向井常用井下工具一、马达（PDM）二、扶正器（STB）三、非磁钻铤（NMDC）四、悬挂短节（HOS）五、短非磁钻铤（SNMDC）六、浮阀（F/V）七、定向接头（O/S）八、挠性短节（F/J）九、震击器（JAR）十、加重钻杆（HWDP）十一、短钻铤（SDC）十二、弯接头十三、开窗工具十四、其它定向井工具定向井常用井下工具一、马达（PDM）八、挠72(-)马达主要组成部分:旁通阀总成马达总成万向轴总成传动轴总成马达的工作原理:

马达是一种螺杆钻具它是以泥浆作为动力的一种井下动力钻具。马达工作原理：泥浆泵产生的高压泥浆流，经旁通阀进入马达时，转子在压力泥浆的驱动下，绕定子的轴线旋转，马达产生的扭矩和转速，通过万向轴和传动轴传递给钻头，来实现钻井作业。(二)扶正器扶正器作用:在现场作业中，无论是在转盘钻具组合中，还是在导向钻具中，扶正器都具有很大的作用。在增斜钻具组合和降斜钻具组合中，扶正器起支点作用，通过改变扶正器在下部钻具组合中的位置，可改变下部钻具组合的受力状态，从而进行增斜、稳斜或者降斜来达到控制井眼轨迹的目的,还可以增加下部钻具组合的刚性，修整井眼，扶正器不能用于改变井眼方位，仅能在已有一定斜度的井眼内改变井斜，即进行增斜、降斜或稳斜。转盘钻扶正器组合有三种：增斜组合稳斜组合降斜组合

(-)马达主要组成部分:旁通阀总成马达总成万向轴总成73转盘增斜钻具组合按增斜能力分为强、中、弱三种。使用中要注意：1.钻压越大，增斜能力越大；2.L1越长，增斜能力越小；3.近钻头扶正器直径减小，增斜能力也减小。4.注意保持低转速。

转盘稳斜钻具组合按稳斜能力分为强、中、弱三种。在使用中要注意保持正常钻压和较高转速。若需要更强的稳斜组合，可使用双扶正器串联起来作为近钻头扶正器。转盘增斜钻具组合按增斜能力分为强、中、弱三种。转盘稳斜钻具组74转盘降斜钻具组合按降斜能力分为强、弱两种。使用中要注意：保持小钻压和较低转速对于强降斜组合来说，L1越长则降斜能力越强，但不得与井壁有新的接触点。扶正器尽可能多的使用转盘扶正器钻具组合来进行轨迹控制。所以在造斜段结束之后，一般都换用转盘钻继续增斜，并在需要稳斜和降斜的时候，仍然使用转盘钻来完成。只有在下列两种情况下，才使用动力钻具进行控制：(1)．使用转盘钻扶正器组合已难以完成增斜或降斜要求时，改用动力钻具造斜工具进行强力增斜或降斜；(2)．转盘钻扶正器组合不能控制方位，而且在钻进中常常出现方位偏差。当井眼方位有较大偏差，有可能造成脱靶时，必须使用动力钻具造斜工具来完成扭方位。转盘降斜钻具组合按降斜能力分为强、弱两种。扶正器尽可能多的使75(三)非磁钻铤在使用MWD或者电子多点测斜仪等仪器时，在钻具组合中使用非磁钻铤可以有效防止由于钻具所带来的磁干扰，使测量结果准确有效。(四)悬挂短节

将MWD仪器坐在其中，为MWD提供一个安全稳定的测量环境。(五)浮阀的作用：

主要作用是防止泥浆倒流损害井下测量工具，以及防止钻头水眼被堵。(六)定向接头的作用：

主要作用是为定向仪器（陀螺等）提供一个稳定的座封环境，便于准确地知道马达等井下工具的方向，保障下部作业顺利进行。(七)震击器的作用：

主要作用是保持钻头和钻柱的工作平衡，在卡钻时帮助解卡。(八)加重钻杆的作用：

用在钻具组合底部来代替钻铤加压，在导向钻具定向作业中减少与井壁的接触面积，减小摩阻力，利于滑动作业，增加井下安全且有利于定向井参数的控制。还用作钻铤与钻杆之间的过渡段，以减缓刚度变化。(九)钻杆的作用：

主要作用为传递扭矩和输送泥浆，并将地面发出的功率传递给钻头，并靠钻杆的逐渐加长使井眼不断加深。(十)短钻铤的作用：

其作用可以参看转盘扶正器组合。

(三)非磁钻铤在使用MWD或者电子多点测斜仪等仪器时，在钻具76

定向井设计根据油田勘探、开发部署的要求，保证安全钻井要有利于提高油气产量和采收率应有利于钻井、采油和修井作业应尽可能选择比较简单的剖面类型定向井设计定向井设计原则造斜点的选择1、选择地层均一，可钻性好的地层2、KOP在前一层套管鞋以下50米，套以免损坏套管鞋3、初始造斜的准确性非常重要4、大于25度的定向井方位易控制造斜率选择1、大斜度大位移定向井：2~3度/30米2、一般丛式井3~5度/30米3、造斜率要均匀降斜率1、对于“S”井眼，通常降斜率1~2度/30米2、如降斜后仍然要钻长的井段，降斜率还要小，以免键槽卡钻定向井设计根据油田勘探77狗腿严重度1、定义：描述井眼轨迹全角变化的尺度2、公式：cosDog-leg=(cos(inc1)*cos(inc2)+sin(inc1)*sin(inc2)*cos(directionchange))3、狗腿严重度大，易产生键槽卡钻、钻具易产生疲劳破坏剖面类型选择选择井剖面不是一件容易的事，必须考虑：地质条件、套管程序、目的层的位置、及钻井技术水平1、定向井剖面类型：“J”型、“S”型：“水平井”2、“J”型：剖面简单、易操作3、“S”型：4、水平井平均角法此法认为两相邻测点之间的井眼为一直线，该直线的井斜角a和方位角q等于上下两测点相应角度的算术平均值公式：Av=(A1+A1)/2Qv=Q1+Q2)/2△H=△LcosAv△S=△LsinAv△N=△LsinAv*cosQv△E=△LsinAv*sinQv狗腿严重度剖面类型选择平均角法此法认为两相邻测点之间的井眼为78定向井轨迹控制的主要做法第一阶段:打好垂直井段垂直井段打不好，将给造斜带来很大的困难。要求实钻轨迹尽可能接近铅垂线，也就是要求井斜角尽可能小。定向井的垂直井段可以按照打直井的方法进行轨迹控制，而且比打直井要求更高，因为定向井垂直井段的施工质量是以后轨迹控制的基础。第二阶段：把好定向造斜关

这是增斜井段的一部分，但它是从垂直井段开始增斜的。由于垂直井段井斜角等于零，所以称为“造斜”；由于垂直井段没有井斜方位角，所以开始造斜时需要“定向”。如果定向造斜段的方位有偏差，则会给以后的轨迹控制造成巨大困难。所以，定向造斜是关键，一定要把好这一关。现代的定向造斜，除套管开窗侧钻还使用变向器外，几乎全是使用动力钻具造斜工具。造斜井段的长度，一般是以井斜角达到可以使用转盘钻的扶正器钻具组合继续增斜为准。这个井斜角大约为8°至10°。定向井轨迹控制的主要做法第一阶段:打好垂直井段第二阶段：把好79第三阶段：跟踪控制到靶点从造斜段结束，至钻完全井，都属于跟踪控制阶段。人们常说的轨迹控制实际多指这一阶段。一.跟踪控制的主要工作内容：1.适时进行轨迹测量和轨迹计算：测量仪器的选择；测量密度和测点密度的选择；根据轨迹计算结果，提出下步轨迹控制要求；2.做好造斜工具的装置方位计算：装置角的计算；动力钻具反扭角的计算；3.精心选择、使用造斜工具和下部钻具组合：工具或组合的结构选择；造斜工具或下部组合的性能预测：凭经验预测；使用软件预测；造斜工具的井下定向；二.既要保证中靶，又要加快钻速。这一阶段的任务是在实钻过程中，不断了解轨迹的变化发展情况，不断地使用各种造斜工具或钻具组合，使实钻轨迹离开设计轨迹“不要太远。“不要太远”一词的意义在于，一方面如果“太远”就可能造成脱靶，成为不合格井；另一方面如果始终要求实钻轨迹与设计轨迹误差很小，势必要求非常频繁地测斜，频繁地更换造斜工具，必将大大地拖延时间，增加成本，而且还有可能造成井下复杂情况，得不偿失。第三阶段：跟踪控制到靶点二.既要保证中靶，又要加快钻速。80动力钻具造斜工具动力钻具又称井下马达，包括涡轮钻具、螺杆钻具、电动钻具三种。常用前两种。位置：在钻铤和钻头之间。钻井液循环驱动。动力钻具以上整个钻柱都不旋转，对定向造斜非常有利。结构由三种:动力钻具带弯接头；弯外壳动力钻具；动力钻具造斜工具动力钻具又称井下马达，包括涡轮钻具、螺杆钻具81定向井轨迹控制计算装置角的概念造斜工具得造斜率，既可用于改变井斜方位角，同时可用于改变井斜角。如何按照轨迹发展的需要去改变井斜角和井斜方位角呢？关键在于分配造斜率，其关键有在于装置角的计算和安置。装置角的定义井斜铅垂面：井眼方向线所在的钱垂平面；井眼方位线所在的钱垂平面；井底圆上高边方向线所在的钱垂平面；造斜工具面：造斜工具作用方向线与井眼轴线构成的平面；定向井轨迹控制计算装置角的概念造斜工具得造斜率，既可用于改变82装置角的定义井斜铅垂面与造斜工具面的夹角(还不够准确！)；以井斜铅垂面为基准，顺时针旋转到造斜工具面上所转过的角度；在井底平面上，以高边方向线位基准，顺时针旋转到工具面与井底圆的交线上所转过的角度；装置角的定义83装置角有关计算公式汇总上述四个图式推导的三个独立的公式：还有一个重要的公式，这就是狗腿角计算公式：装置角有关计算公式汇总上述四个图式推导的三个独立的公式：84装置角有关计算公式偏增角问题：观察到装置角与井斜角、井斜方位角之间的变化关系：装置角在Ⅰ、Ⅱ象限，方位均增加；装置角在Ⅲ、Ⅳ象限，方位均减小；方位角的变化界限很清楚，以00和1800为界。装置角在Ⅰ、Ⅳ象限，井斜角都是增加的；但装置角在Ⅱ、Ⅲ象限，井斜角并非都是减小的。只在绿色区域是减小，在粉红色区域内仍然是增大的。粉红色区域所占的角度，就是“偏增角”，以ξ表示。装置角有关计算公式偏增角问题：85七、井下复杂情况及事故处理一、卡钻事故钻柱在井内停止时间过长，或由于地层复杂、钻井液性能不好、技术措施不当等原因，不能上提、下放或转动，有时甚至不能循环钻进液，这就叫卡钻。常见的有：粘附卡钻、坍塌卡钻、砂桥卡钻、缩径卡钻、键槽卡钻、泥包卡钻、沉砂卡钻、落物卡钻等。1、粘附卡钻钻井中，钻柱某些部位与井壁接触，当液柱压力大于井底压力时，便对钻柱产生横向推力，使其紧贴井壁。钻柱静止时间越长，与泥饼接触面积越大，摩阻力也同时增大，以致使钻柱失去了活动的自由而发生的卡钻，称为泥饼粘附卡钻，简称粘卡，也称为压差