第十章---定向井

1、第十章 定向井 世界上第一口定向井是采用槽式斜向器定向造斜，于1932年在美國鉆成的。半個(gè)多世紀(jì)以來，定向鉆井技術(shù)水平有了很大提高。進(jìn)入80年代，大位移、大斜度井、水平井和叢式井的鉆井工藝技術(shù)有了飛速發(fā)展。為石油勘探和發(fā)展帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。 我國定向鉆井是新中國成立后才發(fā)展起來的。1955年在玉門油田鉆成的C215井，是我國第一口定向井。之后，我國又鉆成了數(shù)對雙筒井，以及多底井，斜直井等。特別是1965年，鉆成了我國第一口水平井磨三井，水平位移延伸160m，達(dá)到了當(dāng)時(shí)60年代水平井的世界先進(jìn)水平。 70年代以后，我國的定向井、叢式井鉆井技術(shù)得到了進(jìn)一步的發(fā)展。進(jìn)入80年代以來，在改革開放的

2、形勢下，隨著先進(jìn)的工具，儀器的應(yīng)用和發(fā)展，定向井、叢式井鉆井工藝技術(shù)水平達(dá)到了一個(gè)新的高度。鉆成了一批大斜度井，大水平位移定向井。多數(shù)油田已掌握常規(guī)定向井、叢式井的鉆井技術(shù)。高難度定向井、叢式井及救援井技術(shù)從總體上說已達(dá)到世界先進(jìn)水平。 目前，世界上定向井最大水平位移已達(dá)4597m。水平井的水平延伸長度超過1000m。定向井技術(shù)正向著大水平位移井、水平井方向發(fā)展。第一節(jié) 定向井、叢式井的設(shè)計(jì) 一、專業(yè)名詞 1定向井（Directional Well） 一口井的設(shè)計(jì)目標(biāo)點(diǎn)，按照人為的需要，在一個(gè)既定的方向上與井口垂線偏離一定的距離的井，稱為定向井。 2井深（Measure Depth） 井眼軸線

3、上任一點(diǎn)，到井口的井眼長度，稱為該點(diǎn)的井深，也稱為該點(diǎn)的測量井深，或斜深。單位為“m”。 3垂深（Vertical Depth or True Vertical Depth） 井眼軸線上任一點(diǎn)，到井口所在水平面的距離，稱為該點(diǎn)的垂深。通常以“m”為單位。 4水平位移（Displacement or Closure Distance） 井眼軌跡上任一點(diǎn)，與井口鉛直線的距離，謂之該點(diǎn)的“水平位移”。也稱該點(diǎn)的閉合距。其計(jì)量單位為“m”。 5視平移（Vertical section） 水平位移在設(shè)計(jì)方位線上的投影長度，稱為視平移。如圖101所示，為設(shè)計(jì)方位線，曲線為實(shí)鉆井眼軸線在水平面上的投影，其上

4、任一點(diǎn)P的水平位移為，以 AP表示。P點(diǎn)的視平移為，其長度以VP表示。當(dāng)與同向時(shí)VP為正值，反向時(shí)為負(fù)值。視平移是繪制垂直投影圖的重要參數(shù)。單位為m。 6井斜角（Hole Inclination or Hole Angle） 井眼軸線上任一點(diǎn)的井眼方向線，與通過該點(diǎn)的重力線之間的夾角，稱為該點(diǎn)處的“井斜角”。以度為單位。 7最大的井斜角（Maxinum HoleAngle） “最大井斜角”有兩種不同的意義。 對已鉆成的實(shí)際井眼來說，全井所有的各個(gè)測點(diǎn)中，井斜角的最大值稱為該點(diǎn)的“最大井斜角”。 在定向井的設(shè)計(jì)剖面中，其增斜井段的終止點(diǎn)處，井斜角值應(yīng)該最大。這就是通常所說的“最大井斜角”。以“度

5、”表示。綜上，無論設(shè)計(jì)剖面，還是實(shí)鉆剖面，全井井斜角的最大值，稱為該井的最大井斜角。 8方位角（Hole Direction） 在以井眼軌跡上任一點(diǎn)為原點(diǎn)的平面坐標(biāo)系中，以通過該點(diǎn)的正北方向線為始邊，按順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)至該點(diǎn)處井眼方向線在水平面上的投影線為終邊，其所轉(zhuǎn)過的角度稱為該點(diǎn)的方位角。以“度”表示。見圖102（a）。 方位角還有另外一種表示方法。即：在井眼軌跡上任一點(diǎn)建立一個(gè)以該點(diǎn)為原點(diǎn)的水平面直角坐標(biāo)系。該點(diǎn)處井眼方位線與正北方位線或正南方位線的夾角、稱為該點(diǎn)的“方位角”，也稱“井斜方位角”。這種表示方法，井斜方位角均不大于90，如圖102（b）所示。 9磁偏角（Declination

6、） 在某一地區(qū)內(nèi)，其磁北極方向線與地理北極方位線之間的夾角，稱為該地區(qū)的“磁偏角”。磁偏角的計(jì)量方法是以地理北極方向線為始邊，以磁北極方向線為終邊，順時(shí)針為正值，逆時(shí)針為負(fù)值，轉(zhuǎn)過的角度值即為磁偏角的數(shù)值。磁偏角的正值為東磁偏角，負(fù)值為西磁偏角。 10磁方位校正 用磁性測斜儀測得的方位角稱為磁方位角。它是以磁北方位線為基準(zhǔn)的。由于大地磁場隨著地理位置和時(shí)間在不斷變化，所以需要以地理真北方位線為基準(zhǔn)進(jìn)行校正。這種校正稱為磁方位校正。校正后的磁偏角計(jì)算方法是：磁方位角值加上該地區(qū)的磁偏角。 11造斜點(diǎn)（Kick Off Point） 在定向井中，開始定向造斜的位置叫“造斜點(diǎn)”。通常以開始定向造斜的

7、井深來表示。 12井斜變化率 單位井段內(nèi)井斜角的改變速度稱為“井斜變化率”。通常以兩測點(diǎn)間井斜角的變化量與兩測點(diǎn)間井段的長度的比值表示。常用單位是：10m，25m和100 m。 井斜變化率的公式如下： 13方位變化率 單位井段內(nèi)方位角的變化值，稱為方位變化率。通常以兩測點(diǎn)間方位角的變化量與兩測點(diǎn)間井段長度的比值表示。常用單位有：10m，25m和100m。 其計(jì)算公式如下： 14造斜率 造斜率表示了造斜工具的造斜能力。其值等于用該造斜工具所鉆出的井段的井眼曲率。不等于井眼變化率。 15增（降）斜率 指的是增（降）斜井段的井斜變化率。其井斜變化為正值時(shí)為增斜率。負(fù)值為降斜率。 16全角變化率（Do

8、gleg Seventy） “全角變化率”，“狗腿嚴(yán)重度”，“井眼曲率”，都是相同的意義。指的是在單位井段內(nèi)井眼前進(jìn)的方向在三維空間內(nèi)的角度變化。它即包含了井斜角的變化又包含著方位角的變化。其 計(jì)量單位為：25m。 17增斜段 井斜角隨井深增加的井段，稱增斜段。如圖103所示。 18穩(wěn)斜段 井斜角保持不變的井段，稱為穩(wěn)斜段。 19降斜段 井斜角隨著井深的增加而逐漸減小的井段稱為降斜段。 20目標(biāo)點(diǎn)（Target） 設(shè)計(jì)規(guī)定的、必須鉆達(dá)的地層位置，稱為目標(biāo)點(diǎn)。通常是以地面井口為坐標(biāo)原點(diǎn)的空間坐標(biāo)系的坐標(biāo)值來表示。 21靶區(qū)半徑 允許實(shí)鉆井眼軌跡偏離設(shè)計(jì)目標(biāo)點(diǎn)的水平距離，稱為靶區(qū)半徑。 所謂靶區(qū)，

9、就是在目標(biāo)點(diǎn)所在的水平面上，以目標(biāo)點(diǎn)為圓心，以靶區(qū)半徑為半徑的一個(gè)圓面積。靶區(qū)半徑的大小，根據(jù)勘探開發(fā)的需要或鉆井的目的而定。 22靶心距 在靶區(qū)平面上，實(shí)鉆井眼軸線與目標(biāo)點(diǎn)之間的距離，稱為靶心距。 23工具面（Tool Face）在造斜鉆具組合中，由彎曲工具的兩個(gè)軸線所決定的那個(gè)平面，稱為工具面。 24反扭角 使用井底馬達(dá)帶彎接頭進(jìn)行定向造斜或扭方位時(shí)，動(dòng)力鉆具啟動(dòng)前的工具面與啟動(dòng)后且加壓鉆進(jìn)時(shí)的工具面之間的夾角，稱為反扭角。反扭角總是使工具面逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。 24高邊（High Side） 定向井的井底是個(gè)呈傾斜狀態(tài)的圓平面。稱為井底圓。井底圓上的最高點(diǎn)稱為高邊。從井底圓心至高邊之間的連線所指

10、的方向，稱為井底的“高邊方向”。高邊方向上的水平投影稱為高邊方位。即井底的方位。 26工具面角（Tool Face Angle） 工具面角是表示造斜工具下到井底后，工具面所在的位置的參數(shù)。工具面角有兩種表示方法：一種是以高邊為基準(zhǔn)（High Side Mode），一種是以磁北為基準(zhǔn)（Magnetic Mode）。 高邊基準(zhǔn)工具面角，簡稱高邊工具角。是指高邊方向線為始邊，順時(shí)針轉(zhuǎn)到工具面與井底圓平面的交線上所轉(zhuǎn)過的角度。 由于高邊方向線在水平面上的投影，即為井底方位線，所以，若以正北方位線為始邊，順時(shí)針轉(zhuǎn)到井底方位線上所轉(zhuǎn)過的角度，即為井底方位角。 磁北基準(zhǔn)工具面角（簡稱磁北工具面角），等于高邊

11、工具面角加上井底方位角。 27定向角 定向角是定向工具面角的簡稱。在定向造斜或扭方位鉆進(jìn)時(shí)，當(dāng)啟動(dòng)井下馬達(dá)之后，工具面所處的位置，用工具面角表示，即為定向工具面角。 定向角可用高邊工具面角表示。也可用磁北工具面角表示。 定向角與我國的現(xiàn)場常用的“裝置角”詞，意義和計(jì)算方法均相同。 在定向造斜或扭方位之前，根據(jù)定向造斜或扭方位的要求，計(jì)算出所需要的定向角，這是預(yù)計(jì)的定向角。在實(shí)鉆的過程中，由于各種因素的影響，實(shí)際的定向角與預(yù)計(jì)的定向角不一定完全相符。在使用隨鉆測斜儀器的情況下，可以調(diào)整工具面，使實(shí)鉆定向角與預(yù)計(jì)定向角基本相符。 28安置角（Too1 Face Setting） 安置角是安置工具面

12、角的簡稱。在定向造斜和扭方位鉆進(jìn)時(shí)，當(dāng)啟動(dòng)井下動(dòng)力鉆具之前，將工具面安置的位置，以工具面角表示，即為安置工具面角。 安置角在數(shù)值上，等于定向角加反扭角。 安置角、定向角、反扭角以及井底方位角之間的關(guān)系可用圖104所示。 二、設(shè)計(jì)依據(jù) 1鉆定向井的目的 定向井、叢式井設(shè)計(jì)首先要保證實(shí)現(xiàn)鉆井目的。這是定向井設(shè)計(jì)的主要依據(jù)和基本原則。設(shè)計(jì)人員應(yīng)根據(jù)不同的鉆探目的對設(shè)計(jì)井的井身剖面類型、井身結(jié)構(gòu)、泥漿類型、完井方法等進(jìn)行合理設(shè)計(jì)。以利于安全、優(yōu)質(zhì)、快速鉆井。定向鉆井的應(yīng)用范圍見圖10一5。例如，鉆井目的是開發(fā)裂縫性油層或低滲透油、氣層，為了增加油氣層的裸露面積，達(dá)到增加產(chǎn)量，提高采收率的目的，可設(shè)計(jì)成

13、水平井，多底井或大斜度井（見圖106）。 又如，救援井的目的是為了制服井噴和滅火，保護(hù)油、氣資源。救援井的設(shè)計(jì)應(yīng)充分體現(xiàn)其目的：第一，目標(biāo)點(diǎn)的層位選擇合理。第二，靶區(qū)半徑?。ú淮笥?0m），中靶要求高。第三，盡可能選擇比較簡單的井身剖面類型，以減小井眼軌跡控制和施工難度，加快鉆井速度，縮短事故井的失控時(shí)間。第四，井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并控措施及下部鉆具組合應(yīng)滿足當(dāng)鉆達(dá)目標(biāo)靶區(qū)，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)井眼（救援井與事故井）聯(lián)通后進(jìn)行疏通、壓井、封堵的施工要求等。 對于在構(gòu)造完整、圈閉好的油藏，鉆定向井、叢式井應(yīng)按照開發(fā)井網(wǎng)的布置要求。一般多設(shè)計(jì)成三段制或五段制剖面。 2設(shè)計(jì)基本數(shù)據(jù) 地面井位坐標(biāo)、地下目標(biāo)點(diǎn)坐標(biāo)和目的

14、層垂直深度是進(jìn)行定向井、叢式井設(shè)計(jì)的基本數(shù)據(jù)。根據(jù)這些基本數(shù)據(jù)，通過坐標(biāo)換算，可計(jì)算出設(shè)計(jì)方位角和設(shè)計(jì)水平位移。此外，造斜點(diǎn)位置，最大井斜角（常規(guī)定向井取1545）和最大井眼曲率也是剖面設(shè)計(jì)的主要數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)需根據(jù)現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)和統(tǒng)計(jì)資料確定。 3地質(zhì)條件 作定向井、叢式井設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)詳細(xì)了解該地區(qū)的各種地質(zhì)情況。如：地質(zhì)分層、巖性、地層壓力、地層傾角、傾向、斷層等。還要了解地層的造斜特性，井斜方位漂移等情況。對本區(qū)內(nèi)已鉆井的資料進(jìn)行分析，是獲取此類資料的重要手段。 對于有多套含油氣層系，且富集性好，產(chǎn)能高的復(fù)式斷塊油田，采用多目標(biāo)井。要掌握斷層位置和沿?cái)鄬佑蜌鈱臃植挤秶?，使設(shè)計(jì)的筒式靶區(qū)控制在多油

15、層系范圍之內(nèi)。 4地面條件 地面條件是定向井、叢式井設(shè)計(jì)的重要依據(jù)，選擇井位和平臺(tái)位置，平臺(tái)個(gè)數(shù)，都應(yīng)根據(jù)地面條件對比優(yōu)選，還要考慮交通、采油，油氣集輸?shù)确矫娴男枰?在海上鉆井平臺(tái)、淺海人工島或陸地油田鉆叢式井，應(yīng)根據(jù)油田開發(fā)方案和井岡布置，優(yōu)選叢式井平臺(tái)位置和每一個(gè)平臺(tái)上的井?dāng)?shù)，確定最佳平臺(tái)個(gè)數(shù)、平臺(tái)位置及每一個(gè)平臺(tái)上的井?dāng)?shù)，力求布置合理。同一個(gè)平臺(tái)上的叢式井地下井位坐標(biāo)應(yīng)成組下達(dá)。設(shè)計(jì)人員應(yīng)根據(jù)各井的位移、方位、目標(biāo)點(diǎn)垂深和井口間距選擇合理的井身剖面形狀，確定鉆井順序，制定防碰措施。 三、定向井設(shè)計(jì) 井身剖面設(shè)計(jì) 1）剖面類型 定向井的井身剖面有多種多樣。如圖 107所示。各種定向井剖面

16、的用途見表10l。常用的剖面有兩種：即三段制（“J”）剖面和五段制（“s”）剖面。懸鏈線剖面、二次拋物線剖面，水平井剖面等（目前國內(nèi)用得較少）。 圖107中所示的為各種定向井井身剖面類型，定向井工程設(shè)計(jì)人員可根據(jù)鉆井目的、地質(zhì)要求等具體情況，選用合適的剖面類型，進(jìn)行定向井設(shè)計(jì)。 按定向井設(shè)計(jì)井身剖面在空間坐標(biāo)系中的幾何形狀，又可分為兩維定向井剖面和三維定向井剖面兩大類。 二維定向井剖面是指設(shè)計(jì)井眼軸線僅在設(shè)計(jì)方位線所在的鉛垂平面上變化的井。 三維定向井剖面是指在設(shè)計(jì)的井身剖面上，即有井斜角的變化又有方位角的變化。三維定向井常用于在地面井口位置與設(shè)計(jì)目標(biāo)點(diǎn)之間的鉛垂平面內(nèi)，存在著井眼難于直接通過

17、的障礙物（如：已鉆的井眼，鹽丘、氣預(yù)等），設(shè)計(jì)井需要繞過障礙鉆達(dá)目標(biāo)點(diǎn)。因此，又叫作三維繞障井（見圖108）。 2）井深剖面設(shè)計(jì)原則 根據(jù)油田勘探，開發(fā)布置要求，保證實(shí)現(xiàn)鉆井目的。 根據(jù)油田的構(gòu)造特征，油氣產(chǎn)狀，有利于提高油、氣產(chǎn)量和采收率，改善投資效益。 在選擇造斜點(diǎn)、井眼曲率、最大井斜角等參數(shù)時(shí)，應(yīng)有利于鉆井，采油和修井作業(yè)。 在滿足鉆井目的的前提下，應(yīng)盡可能選擇比較簡單的剖面類型，力求使設(shè)計(jì)的斜井深最短，以減小井眼軌跡控制的難度和鉆井工作量，有利于安全、快速鉆井，降低鉆井成本。 3）剖面設(shè)計(jì)中有關(guān)因素的選擇 （l）造斜點(diǎn)選擇 造斜點(diǎn)應(yīng)選在比較穩(wěn)定的地層，避免在巖石破碎帶，漏失地層，流砂層

18、或容易坍塌等復(fù)雜地層定向造斜，以免出現(xiàn)井下復(fù)雜情況，影響定向施工。 應(yīng)選在可鉆性較均勻的地層。避免在硬夾層定向造斜。 造斜點(diǎn)的深度應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)井的垂直井深，水平位移和選用的剖面類型決定，并要考慮滿足采油工藝的需要。如：設(shè)計(jì)垂深大、位移小的定向井時(shí)，應(yīng)采用深層定向造斜，以簡化井身結(jié)構(gòu)和強(qiáng)化直井段鉆井措施，加快鉆井速度。在設(shè)計(jì)垂深小，位移大的定向井時(shí)，則應(yīng)提高造斜點(diǎn)的位置，在淺層定向造斜，即可減少定向施工的工作量，又可滿足大水平位移的要求。 在井眼方位漂移嚴(yán)重的地層鉆定向井，選擇造斜點(diǎn)位置時(shí)應(yīng)盡可能使斜井段避開方位自然漂移大的地層或利用井眼方位漂移的規(guī)律鉆達(dá)目標(biāo)點(diǎn)。 （2）最大井斜角 大量定向鉆井的

19、實(shí)踐證明，井斜角小于15方位不穩(wěn)定，容易漂移。井斜角大于45測井和完井作業(yè)施工難度較大，扭方位困難，轉(zhuǎn)盤扭矩大，并易發(fā)生井壁坍塌等現(xiàn)象。所以，一般認(rèn)為常規(guī)定向井的最大井斜角盡可能控制在15 45范圍內(nèi)。 （3）井眼曲率 在定向鉆井中，井眼曲率是一個(gè)很重要的參數(shù)。井眼曲率過大會(huì)給鉆井、采油和修井作業(yè)造成困難。因此，在定向鉆井中應(yīng)控制井眼曲率的最大值，一般取512100m，最大不超過16100m。 根據(jù)大量定向鉆井的實(shí)踐，常規(guī)定向井井眼曲率的選擇范圍是： 井下動(dòng)力鉆具造斜井段的造斜率?。?16100m。 轉(zhuǎn)盤鉆增斜井段的增斜率?。? 8100m。 轉(zhuǎn)盤鉆降斜段利用鐘擺鉆具或光鉆挺的降斜率?。?62

20、100m。 當(dāng)然，井眼曲率也不宜過小。這是因?yàn)榫矍氏拗铺。瑫?huì)增加動(dòng)力鉆具造斜井段、扭方位井段和增（降）斜井段的井眼長度，從而增大了井眼軌跡控制的工作量。影響鉆井速度。 為了保證造斜鉆具和套管安全，順利下井，必須對設(shè)計(jì)剖面的井眼曲率進(jìn)行校核。應(yīng)該使井身剖面的最大井眼曲率小于井下馬達(dá)組合和下井套管抗彎曲強(qiáng)度允許的最大曲率值。 井下馬達(dá)定向造斜及扭方位井段的井眼曲率Km應(yīng)滿足下式： 下井套管允許的最大井眼曲率Km應(yīng)滿足下式： 4）井身剖面的設(shè)計(jì)方法 定向井井身剖面的設(shè)計(jì)方法大致可歸納為圖板法、作圖法、解析法三種。 （l）圖板法 采用圖板法進(jìn)行井身剖面設(shè)計(jì)需要預(yù)先制作出不同增斜率和不同降斜率的各

21、種標(biāo)準(zhǔn)曲線圖板。然后根據(jù)設(shè)計(jì)井的剖面類型以及垂直井深和水平位移等參數(shù)。選用合適的曲線圖板進(jìn)行查算。 設(shè)計(jì)三段制井身剖面，只需要一張?jiān)鲂鼻蕡D板。在圖板上找出造斜點(diǎn)以下斜井段的垂增與設(shè)計(jì)水平位移的交點(diǎn)，即可從圖上讀出最大井斜角的近似值，井身剖面的其它參數(shù)也可以近似地在圖板和附表上查算出來。 圖板法只適用于三段制和“S”型（四段制和五段制）剖面。 （2）作圖法 作圖法是根據(jù)已給出的條件，應(yīng)用平面幾何作圖的原理，畫出符合設(shè)計(jì)要求的井身剖面圖。 由于計(jì)算機(jī)在石油現(xiàn)場的廣泛應(yīng)用，上述兩種井身剖面設(shè)計(jì)方法在我國已很少采用。所以本節(jié)將重點(diǎn)介紹解析法。 （3）解析法 解析法是根據(jù)給出的設(shè)計(jì)條件，應(yīng)用解析公式計(jì)

22、算出剖面上各井段的所有井身參數(shù)的井身設(shè)計(jì)方法。在使用計(jì)算機(jī)的條件下；還可同時(shí)繪出設(shè)計(jì)井身的垂直投影圖和水平投影圖。 解析法進(jìn)行井身剖面設(shè)計(jì)所用公式如下。 b各井段的井身計(jì)算 C設(shè)計(jì)計(jì)算中特殊情況的處理 當(dāng)時(shí)，表示該井沒有穩(wěn)斜段，此時(shí)可由下面四個(gè)公式中任一個(gè)公式來求最大井斜角 當(dāng)2R0S00時(shí)，可用下式求最大井斜角 當(dāng)H20S202R0S00時(shí)，說明此種剖面不存在，此時(shí)應(yīng)該改變設(shè)計(jì)條件，改變造斜點(diǎn)深度，增斜率和降斜率或改變目標(biāo)點(diǎn)坐標(biāo)。 井身剖面設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果應(yīng)整理列表，并校核井身長度和各井段井身參數(shù)，是否符合設(shè)計(jì)要求，還應(yīng)校核井眼曲率，井身剖面最大曲率應(yīng)小于動(dòng)力鉆具和下井套管抗彎曲強(qiáng)度允許的最大曲

23、率。 應(yīng)用計(jì)算機(jī)程序進(jìn)行井身剖面設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)結(jié)果列表和繪圖均可由打印機(jī)和繪圖儀自動(dòng)完成。 （4）設(shè)計(jì)方法舉例 “直一增一穩(wěn)”三段制井身剖面和“直一增一穩(wěn)一降一穩(wěn)”五段制井身剖面是現(xiàn)場常用的，有代表性的剖面類型。下面以兩種剖面為例說明定向井井身剖面設(shè)計(jì)方法。 例1 某定向井設(shè)計(jì)全井垂深H2000m，總水平位移S600m，設(shè)計(jì)方位角為120，上部地層300m至350m是流砂層，1000m至1050m有一高壓水層，作出井身剖面設(shè)計(jì)。 根據(jù)提供的地質(zhì)資料，在進(jìn)行剖面設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)法使動(dòng)力鉆具造斜井段、增斜井段避開流砂層和高壓水層。 對于鉆井工藝及其它限制條件，在滿足項(xiàng)條件的前提下，應(yīng)選擇較簡單的剖面類型。

24、 剖面類型選用“直一增一穩(wěn)”三段制井身剖面。此種剖面簡單，地面井口至目標(biāo)點(diǎn)的井身長度短，有利于加快鉆井速度。 選擇造斜點(diǎn)。根據(jù)垂直井深和水平位移的關(guān)系；造斜點(diǎn)應(yīng)選在350m至1000m之間。如選在1050m以下，會(huì)使井斜角太大，是不合理的。 用300m至350m是疏砂層，在井海棉構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)用套管封固，以利于定向造斜，防止流砂層漏失，垮塌等復(fù)雜情況出現(xiàn)。造斜點(diǎn)應(yīng)選在套管鞋以下不少于50m的地方為宜。因此，造斜點(diǎn)與井口之間井眼長度不應(yīng)小于450m。 又因1000m至1050m是高壓水層，為了下部井段能順利鉆進(jìn)，也應(yīng)考慮下入一層中間套管封住高壓水層。為了減少井下復(fù)雜情況和有利于定向井井眼軌跡控制，在

25、進(jìn)行套管程序設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)避免套管鞋在井眼曲率較大的井段，中間套管的下入深度應(yīng)進(jìn)入穩(wěn)斜井段150m左右為宜。在考慮上述因素后，造斜點(diǎn)的位置應(yīng)在高壓水層以上不少于400m處，也就是造斜點(diǎn)與井口之間的井眼長度不應(yīng)大于600m。 經(jīng)過上述的分析，我們發(fā)現(xiàn)造斜點(diǎn)應(yīng)選在450m至600m之間。那么，我們就可以把造斜點(diǎn)確定在500m處，是比較合理的。 選擇造斜率K為7100m。根據(jù)造斜率計(jì)算造斜井段的曲率半徑R。 計(jì)算最大井斜角。 其公式如下： 整理計(jì)算結(jié)果得表102。 例1 某定向井設(shè)計(jì)全井垂深H2500m，總水平位移S1380m，要求垂深在1500m處，水平位移860890m，15。 井口坐標(biāo)：X：428

26、6107 Y：20548829.9 井底坐標(biāo)：X：4286220 Y：20549630 試設(shè)計(jì)成 “S型”井眼。 選定造斜點(diǎn)：HZ450m，增斜率 K17100m降斜率K24100m，HXZ300m。 求設(shè)計(jì)方位角。 求最大井斜角 計(jì)算當(dāng)5432時(shí)，垂深1500m處的位移S： 符合設(shè)計(jì)垂深1500m處位移860890m的條件，故 5432是可取的。 各井段計(jì)算。 整理計(jì)算結(jié)果得表103。 井眼曲率校核（略） 2井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 定向井與直井相比，其最大特點(diǎn)是井身剖面形狀種類多，井斜角大，井眼曲率大，鉆井工藝復(fù)雜。因此，在進(jìn)行定向井井身結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)針對定向井的特點(diǎn)合理設(shè)計(jì)。本節(jié)只討論與定向鉆井工藝有

27、關(guān)的鉆頭程序和套管程序的設(shè)計(jì)原則。 l）套管程序設(shè)計(jì)原則 根據(jù)地質(zhì)情況并結(jié)合井身剖面類型確定套管程序。 有利于井眼軌跡控制。每一層套管的套管鞋位置應(yīng)避開井眼曲率大的井段。常規(guī)定向井的直井段的最后一層套管鞋距造斜點(diǎn)的井身長度應(yīng)不小于50m。進(jìn)入斜井段的中間套管（技術(shù)套管）的套管鞋位置處在斜直井段為宜。并距離增（降）斜井段與斜直井段分界點(diǎn)不少于150 m。 2）常規(guī)定向井常用套管程序（供設(shè)計(jì)人員參考） 3常用鉆具組合及鉆井參數(shù)設(shè)計(jì) 定向井常用的鉆具組合，按其用途可以分為：彎接頭帶井下馬達(dá)造斜鉆具，增斜鉆具、增斜鉆具、微增斜鉆具和降斜鉆具五種鉆具組合。根據(jù)設(shè)計(jì)井每個(gè)井段剖面形狀，選用合理的下部鉆具組

28、合和相應(yīng)的鉆井參數(shù)，使鉆出的井眼沿設(shè)計(jì)井眼軌跡前進(jìn)，這是定向井井眼軌跡控制的重要手段。 下面分別討論定向井下部鉆具受力分析和各種不同用途的下部鉆具組合。 l）定向井井眼軌跡控制基本原理 定向井鉆井進(jìn)尺大部分是用轉(zhuǎn)盤鉆井方式完成的。因此，掌握轉(zhuǎn)盤鉆井井眼軌跡控制原理具有重要意義。 （1）影響定向井井眼軌跡的因素 影響定向井井眼軌跡的主要因素有：地質(zhì)因素；巖石可鉆性，不均勻性及其各向異性，地應(yīng)力以及地層傾角和傾向等；下部鉆柱組合、鉆井參數(shù)；鉆頭類型及與地層的相互作用。井眼軌跡變化是上述諸因素互相作用和平衡的結(jié)果。井眼軌跡模擬程序國內(nèi)外仍處于研究階段，目前還沒有可以通用的數(shù)學(xué)力學(xué)模型能反映井眼軌跡與

29、上述因素之間的函數(shù)關(guān)系。目前可以應(yīng)用的是用地區(qū)經(jīng)驗(yàn)預(yù)測井眼軌跡的模型。現(xiàn)場應(yīng)用辦法仍是掌握各單項(xiàng)因素影響的規(guī)律，在施工中，利用隨鉆測量及地區(qū)經(jīng)驗(yàn)調(diào)整下部鉆具組合和鉆井參數(shù)。 （2）下部鉆柱力學(xué)性能及其對井眼軌跡的影響 前述影響井眼軌跡的地質(zhì)因素是客觀存在的。鉆頭類型及結(jié)構(gòu)特征一般是從提高鉆速的目的來考慮，從軌跡控制方面來考慮鉆頭尚無充分選擇的余地。因此，下部鉆柱組合和鉆井參數(shù)是井眼軌跡控制的基本可控因素。 a下部鉆柱組合的基本力學(xué)特征量 任何下部鉆柱組合的力學(xué)性能都要集中反映在鉆頭上，表示下部鉆柱組合力學(xué)性能的基本特征量是： 鉆頭側(cè)向力特征量，分解為： 井斜力，F(xiàn)y； 方位力，F(xiàn)X。 鉆頭轉(zhuǎn)角

30、，分解為： 傾角，； 扭轉(zhuǎn)角，。 圖109為上述各特征量定義的示意圖。 A向1和A向2分別表示從上向下看井底時(shí)的鉆頭側(cè)向力和鉆頭軸線投影； 井斜力Fy沿井眼高邊方向線，即井底處井眼軸線所在垂直平面與井底平面的交線，F(xiàn)y為正，表示指向井眼上側(cè)，反之表示指向井眼下側(cè)。Fy反應(yīng)增斜或降斜趨勢。 方位力Fx在井底平面內(nèi)與Fy垂直。該力在高邊方位右側(cè)時(shí)表示增方位趨勢，左側(cè)為減方位趨勢。 鉆頭傾角為井底井眼軸線的切線與鉆頭偏轉(zhuǎn)軸線之間的夾角。正的為鉆頭向上翹。 鉆頭扭轉(zhuǎn)角為鉆頭偏轉(zhuǎn)軸線與前述高邊方位線之間的夾角。 不同類型的鉆具組合的上述特征量對其性能的影響差別很大。由于鉆柱轉(zhuǎn)動(dòng)，上述特征量是脈動(dòng)的，即受

31、鉆柱運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的影響。 對多穩(wěn)定器的穩(wěn)斜鉆具組合，側(cè)向力是主要的，鉆頭轉(zhuǎn)角很小。因此，可以只按側(cè)向力來調(diào)整鉆具組合。 對增斜鉆具，鉆頭側(cè)向力很大（103至104N），因此，側(cè)向力起控制作用，轉(zhuǎn)角影響次之。 對降斜鉆具，鉆頭側(cè)向力和轉(zhuǎn)角同等重要，對常規(guī)定向井鉆具，鉆頭側(cè)向力指向井眼下側(cè)。而鉆頭向上翹，即向上偏轉(zhuǎn)。因此，降斜鉆具的性能決定于井斜角、鉆壓和鐘擺長度之間的平衡關(guān)系。降斜鉆具可降斜，增斜或穩(wěn)斜。 b影響下部鉆柱組合性能的基本參數(shù)影響下部鉆柱性能的參數(shù)很多，按顯著性排列的順序是： 穩(wěn)定器位置和個(gè)數(shù)決定鉆柱組合類型的基本參數(shù)； 穩(wěn)定器直徑或穩(wěn)定器與井眼的間隙； 原井眼曲率井斜變化率和方位變化率

32、； 井斜角； 鉆壓； 鉆挺剛度； 轉(zhuǎn)速； 穩(wěn)定器類型。 C增斜鉆具組合 （a）基本的鉆具組合形式 圖1010為基本的增斜鉆具組合形式。圖中L3、L4均為一單根鉆鋌長度，L1和L2對不同尺寸鉆鋌有不同的長度值，這將在下面闡述。圖中已注明各種組合的增斜能力和穩(wěn)方位能力。 812鉆頭，614鉆鋌； L10.81.5m； 1214鉆頭，8鉆鋌； L1l.01.6m。 L2長度見圖 1011， L3、L4長度均為一單根鉆鋌。除了考慮增斜能力和穩(wěn)方位能力外，還必需考慮減小井下阻卡和防止鉆具事故。以下各點(diǎn)為考慮阻卡時(shí)的鉆具組合設(shè)計(jì)。 大井斜角和泥漿性能欠佳時(shí)，宜采用穩(wěn)定器少的組合，如雙穩(wěn)定器，甚至單穩(wěn)定器組

33、合。但需考慮方位漂移而留有足夠的超前角。 在增斜鉆進(jìn)后需要鉆穩(wěn)斜井段時(shí)，宜采用多穩(wěn)定器增斜鉆具組合。特別是在硬地層井段，需考慮此原則，否則應(yīng)注意在下穩(wěn)斜鉆具之前的劃眼措施。 多穩(wěn)定器的增斜鉆具有利于方位穩(wěn)定。如果泥漿性能良好，井下情況正常，那么，在圖1010中B4型組合頂扶正器之上一至二個(gè)單根可再加穩(wěn)定器。鉆頭之上緊接兩個(gè)扶正器雖有利于穩(wěn)定方位，但增斜能力顯著降低，阻卡嚴(yán)重，Bf組合增斜力最強(qiáng)，但方位漂移嚴(yán)重，只在大井斜角時(shí)采用。 （b）由穩(wěn)定器間距控制增斜率 圖1010中，各種組合的L1、L2、L3、L4均可調(diào)整，以便得到合適的增斜率。 不推薦調(diào)節(jié)L1（鉆頭與近鉆頭穩(wěn)定器間距），因造斜強(qiáng)度對

34、L1長度對于敏感。L1過大會(huì)使造斜力Fx低，增斜率小或不增斜。L1太小（例如穩(wěn)定器扶正棱下側(cè)與鉆頭面間距小于0.7m），增斜率低或不增斜。雖然理論上計(jì)算鉆頭側(cè)向力大，但該力是虛假的。因?yàn)榻@頭穩(wěn)定器與鉆頭相連，使其類似于剛體，其間幾乎無彈性變形。推薦L1值如下： 1214鉆頭，8鉆鋌：L111.6m 812鉆頭，614鉆鋌：L10.81.5m 推薦調(diào)節(jié)L2（近鉆頭穩(wěn)定器與第二個(gè)穩(wěn)定器間距）。與L1類似，L2也有一個(gè)有效長度范圍。如果L2太小，增斜鉆具將穩(wěn)斜或降斜，反之L2太大；L2段鉆鋌與井壁接觸，有效L2長度是在合適的高鉆壓下，L2段近乎與井壁接觸。圖 1011表示有效 L2長度的示意圖。圖

35、 1012為常用 1214和 812井眼在合適高鉆壓下的L2隨井斜角變化（按三維靜態(tài)有限元計(jì)算）。使用圖1012時(shí)應(yīng)注意，有效長度L2是完全按鉆柱力學(xué)計(jì)算畫的。實(shí)際增斜率還受地質(zhì)因素影響。在井斜角大（如大于65）時(shí)，即使采用圖1011中的B種鉆具組合，也會(huì)得到較高的增斜率。這在國內(nèi)外大斜度定向井和水平井的實(shí)踐中已得到證實(shí)。 L2段的長度過長，會(huì)導(dǎo)致鉆鋌緊壓下井壁，將造成以下危害： 造成無磁鉆鋌磨損。L2段一般為一至二根無磁鉆鋌； 下部鉆柱組合性能一般不易掌握，這就是井斜和方位變化的原因。 在一次下鉆后的鉆進(jìn)中，井斜角逐步增加，開始時(shí)的L2是合適的，到起鉆時(shí)L2可能過長。這時(shí)宜按預(yù)計(jì)起鉆時(shí)的L2

36、調(diào)整鉆具組合。 在上述有效L2長度范圍內(nèi)調(diào)整，可得到不同的增斜率，增斜率隨L2長度增加而增加。 （c）穩(wěn)定器與井眼間隙的影響 穩(wěn)定器與井眼間隙總是存在的，間隙來源于以下幾個(gè)方面： 下入的穩(wěn)定器小于鉆頭直徑。 鉆頭鉆出的井眼直徑比鉆頭直徑大，由于牙輪鉆頭結(jié)構(gòu)的原因，軟地層牙輪鉆頭鉆出的井眼直徑比硬地層鉆出的井眼大。 在軟地層中，射流和上返液流對井壁沖蝕引起井徑擴(kuò)大。 近鉆頭穩(wěn)定器與井眼間隙影響很大。其規(guī)律是：隨間隙增加，井斜力Fy降低，增方位力FX增加。由于軟地層中，間隙一般較大。因此軟地層方位向右漂移一般均較顯著，增斜率相應(yīng)低。 第二個(gè)和第二個(gè)以上各穩(wěn)定器間隙不減小鉆頭增斜力，但增加方位力。當(dāng)

37、扭矩大或起下鉆阻卡嚴(yán)重時(shí)，或在大斜度定向井中，應(yīng)減小第二個(gè)以后的穩(wěn)定器直徑，以減緩下鉆阻卡，對常用鉆具組合，推薦穩(wěn)定器直徑如下： 1214鉆頭，第二個(gè)以后的穩(wěn)定器直徑1134， 812鉆頭，第二個(gè)以后的穩(wěn)定器直徑818。 從以上分析看出，在軟地層定向井鉆井采用優(yōu)質(zhì)鉆井液和合適水力參數(shù)設(shè)計(jì)以保持井眼不至過分?jǐn)U大的重要意義。 上述井眼擴(kuò)大對井眼軌跡影響的機(jī)理，在施工中可適當(dāng)加以利用。如果增斜率不夠，打完一個(gè)單眼后，不能劃眼到底；反之，如果增斜率過大，可劃眼到底。避免鉆頭放在井底循環(huán)鉆井液。 （d）原井眼曲率對增斜鉆具性能的影響 井眼曲率包括井斜變化率和方位變化率。在變化下部鉆具組合時(shí)，原井眼曲率的

38、影響較大?？偟囊?guī)律是鉆頭具有保持原井眼變化趨勢的“慣性”。 在降斜井段下增斜鉆具時(shí)，會(huì)有一段繼續(xù)微降斜或穩(wěn)斜的井段才過渡到增斜，在增斜段下降斜鉆具時(shí)仍有一過渡段。 原井眼井斜變化對新井眼井斜變化率影響很大，而對方位變化率影響小，同樣，原井眼方位變化也主要只影響新井眼方位，對井斜影響小。 上述特性在施工中應(yīng)特別重視。有時(shí)預(yù)計(jì)的井斜或方位不能實(shí)現(xiàn)，這不一定是鉆具組合設(shè)計(jì)不合適。若待鉆井眼留有足夠長度，那么降低鉆壓鉆出一穩(wěn)斜或穩(wěn)方位井段，則上述“慣性”趨勢就可避免。 （e）井斜角對增斜鉆具性能的影響 井斜角對增斜鉆具性能的影響表現(xiàn)在下述三方面： 隨井斜角增加，井斜力增大，方位力減小。這是井斜角大后方

39、位不易改變的主要原因之一。在中硬或硬地層中這一特性較顯著。由于穩(wěn)定器側(cè)向力也隨井斜角增加而增加，隨之而來的是在軟地層中，穩(wěn)定器切削下井壁，使鉆頭實(shí)際增斜能力降低。甚至不增斜。 井斜角影響整個(gè)下部鉆柱運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，隨井斜角增加，下部鉆柱各截面橫向振動(dòng)位移減小，下部鉆柱趨近于在垂直平面內(nèi)彎曲和橫向振動(dòng)。 隨著井斜角增加，鉆頭井斜力和方位力變化幅值均降低，而變化頻率基本不變。 基于上述后兩種原因，在井斜角較大時(shí)，采用加重鉆桿加鉆壓不會(huì)引起加重鉆桿疲勞破壞。 （f）鉆鋌剛度對增斜鉆具性能的影響 減小鉆鋌剛度或鉆鋌外徑，雖然井斜力減小，但鉆頭轉(zhuǎn)角相應(yīng)增加。因此對增斜能力影響不顯著。但減小鉆鋌后方位力和扭轉(zhuǎn)角

40、增加較大，因此減小鉆鋌剛度主要是影響方位角變化，在1214井眼中，有時(shí)由于缺少8無磁鉆鋌而采用734無磁鉆鋌。這可能會(huì)導(dǎo)致方位嚴(yán)重右漂。在 1214井眼中宜采用 8鉆鋌，在 812井眼中，采用 614鉆鋌。同理，圖1010中B4型組合的方位不易控制。 （g）穩(wěn)定器類型 在定向井中，常用的穩(wěn)定器類型及適用地層是：滾輪穩(wěn)定器，硬或研磨性地層和螺旋穩(wěn)定器，中硬或軟地層。 不同類型穩(wěn)定器與井壁間摩擦，對井壁滾壓和切削等特性不同，由此，影響下部鉆具組合運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。因此，穩(wěn)定器類型對方位角的影響大于對井斜角的影響。 在硬地層中，由于地質(zhì)和巖性因素，一般方位漂移較軟地層中小。因此，即使采用滾輪穩(wěn)定器，對方位角

41、影響并不顯著。但在軟或中硬地層中。滾輪穩(wěn)定器造成的方位漂移比螺旋穩(wěn)定器大。 （h）鉆壓對增斜鉆具性能的影響 對圖1010所示各種增斜鉆具，井斜力和方位力均隨鉆壓增加而增加。因此，改變鉆壓可在小范圍內(nèi)改變增斜鉆具的增斜率。按圖10一12設(shè)計(jì)的增斜鉆具中的L2長度確定后，鉆壓不應(yīng)超過圖中所示值。 （i）轉(zhuǎn)速對增斜鉆具性能的影響 圖1010中各種增斜鉆具的井斜力均隨轉(zhuǎn)速的增加而減小。轉(zhuǎn)速對增斜性能影響的機(jī)理是轉(zhuǎn)動(dòng)改變下部鉆柱的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。在低轉(zhuǎn)速下，鉆柱各截面繞鉆柱自身軸線附近作橫向振動(dòng)。隨著轉(zhuǎn)速增加。橫向振幅增加，甚至下部鉆柱失去運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性。鉆頭也不再具有穩(wěn)定的指向，因此井斜力均值降低。但是，用改變

42、轉(zhuǎn)速來控制井眼軌跡的措施并不可取，因?yàn)檗D(zhuǎn)速使下部鉆具橫向振動(dòng)顯著加劇，這會(huì)導(dǎo)致下部鉆具過早疲勞失效。在引起鉆鋌疲勞失效的各種振動(dòng)中，橫向振動(dòng)影響最大。鉆壓、轉(zhuǎn)速、井斜角、下部鉆具組合等相互作用會(huì)形成下部鉆柱復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，這種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)對軌跡的影響還有待深入研究。 d穩(wěn)斜鉆具組合 圖10一13為基本穩(wěn)斜鉆具組合。調(diào)整L2長度可改變井斜力大小和指向，但井斜力和方位力均很小。三維動(dòng)態(tài)有限元力學(xué)計(jì)算表明，穩(wěn)斜鉆具井斜力隨井斜角增加而降低。因此，穩(wěn)斜鉆具在井斜角小時(shí)微增斜，井斜角大時(shí)微降斜。在軟或中硬地層，由于井徑擴(kuò)大，此特性更為明顯。此特性說明在井斜角大時(shí)，如大于30，需采用微增斜鉆具才能穩(wěn)斜。 穩(wěn)斜

43、鉆具組合方式有多種形式，在施工中根據(jù)地層，增降斜趨勢等調(diào)整。如前所述，在井斜角大于30，可能需要微增斜鉆具穩(wěn)斜，當(dāng)井眼和地層夾角大于65時(shí)，造斜率高，可能需要微降斜鉆具穩(wěn)斜。 e降斜鉆具 圖 1014為基本的降斜鉆具組合， L1稱為鐘擺長度。與增斜鉆具類似， L1也存在一有效長度，即鐘擺段與井壁近乎接觸時(shí)的L1長度。隨井斜角增加，有效L1長度減小。如前所述，鉆壓，鐘擺長度L1和井斜角對降斜鉆具井斜力和鉆頭傾角均有影響。掌握其平衡關(guān)系十分重要。圖1015提供了1214和812兩種井眼的有效L2長度與井斜角和鉆壓關(guān)系。應(yīng)注意的是，即使采用如圖1015的鐘擺長度L2，如果鉆壓過大也不會(huì)降斜，因?yàn)殂@頭

44、傾角隨鉆壓增加而增加。傾角增加將使降斜鉆具具有增斜趨勢。 （3）地質(zhì)因素和鉆頭結(jié)構(gòu)對井眼軌跡的影響 實(shí)際井眼軌跡是下部鉆柱力學(xué)性能，地質(zhì)因素和鉆頭與巖石相互作用的結(jié)果。有時(shí)同一鉆具組合在不同構(gòu)造或同一井中的不同井段會(huì)表現(xiàn)出不同性能。 一般較硬的地層巖石，如石灰?guī)r，白云巖，硬砂巖，火山噴發(fā)巖等具有弱各項(xiàng)異性，井眼軌跡受構(gòu)造形態(tài)或構(gòu)造應(yīng)力影響較大，一般增斜容易，但方位難于預(yù)測，可能穩(wěn)方位，增或減方位。當(dāng)采用牙輪鉆頭時(shí)，由于硬地層牙輪背錐側(cè)切作用弱，牙輪無移軸，因此方位會(huì)比較穩(wěn)定。但當(dāng)換用靠切屑作用破碎巖石的PDC鉆頭時(shí)，會(huì)出現(xiàn)減方位趨勢。在構(gòu)造扭曲帶鉆定向井，地應(yīng)力方向和兩向水平主應(yīng)力差會(huì)造成井底

45、各向應(yīng)力狀態(tài)差異，井眼有沿易于破碎的方向鉆進(jìn)的趨勢。 對于地層傾角小的軟地層巖石，如泥巖、頁巖，軟砂巖或砂泥巖互層，巖石各向異性強(qiáng)，地層傾角和傾向影響小。又由于這類地層多采用有移軸的牙輪鉆頭鉆進(jìn)，牙輪背錐具有一定側(cè)切能力，因此，不論井斜方位指向何方，方位趨向右漂移。在斷層切割的構(gòu)造鉆定向井，井斜和方位受地層傾角和傾向，各向異性和地應(yīng)力影響，其規(guī)律有待深入研究。 2）定向井常用鉆具組合 （l）彎接頭帶動(dòng)力鉆具造斜鉆具 目前，最常用的造斜鉆具組合是采用彎接頭和井下動(dòng)力鉆具組合進(jìn)行定向造斜或扭方位施工。這種造斜鉆具組合是利用彎接頭使下部鉆具產(chǎn)生一個(gè)彈性力矩，迫使井下動(dòng)力鉆具（螺桿鉆具或渦輪）驅(qū)動(dòng)鉆頭

46、側(cè)向切削，使鉆出的新井眼偏離原井眼軸線，達(dá)到定向造斜或扭方位的目的。 造斜鉆具的造斜能力與彎接頭的彎曲角和彎接頭上邊的鉆鋌剛性大小有關(guān)。彎接頭的彎曲角越大，彎接頭上邊的鉆鋌剛性越強(qiáng)則造斜鉆具的造斜能力也越強(qiáng)，造斜率也越高。 彎接頭的彎曲角應(yīng)根據(jù)井眼大小，井下動(dòng)力鉆具的規(guī)格和要求的造斜率的大小選擇。現(xiàn)場常用彎接頭的角度為1 2.5，一般不大于3彎接頭在不同條件下的造斜率見表104。 造斜鉆具組合使用的井下動(dòng)力鉆具型號(hào)應(yīng)根據(jù)造斜井段或扭方位井段的井深選擇。使用井段在1000m以內(nèi)，一般采用渦輪鉆具或螺桿鉆具，深層定向造斜或扭方位應(yīng)使用耐高溫的井下馬達(dá)。 造斜鉆具組合、鉆井參數(shù)設(shè)計(jì)和鉆頭水眼應(yīng)根據(jù)廠

47、家推薦的鉆井參數(shù)設(shè)計(jì)。 由于井下動(dòng)力鉆具的轉(zhuǎn)速高，要求的鉆壓?。ㄒ话?8t），因此，使用的鉆頭不宜采用密封軸承鉆頭，尤其是在淺層，可鉆性好的軟地層應(yīng)使用銑齒滾動(dòng)軸承鉆頭或合適的復(fù)合片PDC鉆頭。 （2）增斜鉆具 增斜鉆具組合一般采用雙穩(wěn)定器鉆具組合。增斜鉆具是利用杠桿原理設(shè)計(jì)的。它有一個(gè)近鉆頭足尺寸穩(wěn)定器作為支點(diǎn)，第二個(gè)穩(wěn)定器與近鉆頭穩(wěn)定器之間的距離應(yīng)根據(jù)兩穩(wěn)定器之間鉆鋌的剛性（尺寸）大小和要求的增斜率大小確定。一般2030m。兩穩(wěn)定器之間的鉆鍵在鉆壓作用下，產(chǎn)生向下的彎曲變形，使鉆頭產(chǎn)生斜向力，井斜角隨著井眼的加深而增大。 增斜鉆具組合應(yīng)用的鉆井參數(shù)應(yīng)根據(jù)下部鉆具的規(guī)格，兩穩(wěn)定器之間的距離和

48、要求的增斜率進(jìn)行設(shè)計(jì)。（3）微增斜鉆具微增斜鉆具組合在井下的受力情況和增斜鉆具相同。主要是通過減小近鉆頭穩(wěn)定器與2號(hào)穩(wěn)定器的距離或減小近鉆頭穩(wěn)定器的外徑尺寸（磨損的穩(wěn)定器），減小鉆具的造斜能力。微增斜鉆具用于鉆進(jìn)懸鏈線剖面，二次剖物線剖面等要求低增斜率的井段。也可用于因地面因素使穩(wěn)斜鉆具達(dá)不到穩(wěn)斜效果，故呈現(xiàn)降斜趨勢的井段。采用合適的微增斜鉆具可以收到理想的穩(wěn)斜效果。 （4）穩(wěn)斜鉆具 穩(wěn)斜鉆具組合是采用剛性滿眼鉆具結(jié)構(gòu)，通過增大下部鉆具組合的剛性，控制下部鉆具在鉆壓作用下的彎曲變形，達(dá)到穩(wěn)定井斜和方位的效果。常用的穩(wěn)斜鉆具組合是： 鉆頭十近鉆頭穩(wěn)定器十短鉆鋌（23m）十穩(wěn)定器十單根鉆鋌（910

49、m）穩(wěn)定器子鉆鍵鉆桿。 因地層因素影響方位漂移嚴(yán)重的地層，可以在鉆頭上串聯(lián)兩個(gè)穩(wěn)定器，對于穩(wěn)定方位和井斜都可收到較好效果。 （5）降斜鉆具 降斜鉆具一般采用鐘擺鉆具組合，利用鉆具自身重力產(chǎn)生的鐘擺力實(shí)現(xiàn)降斜目的。根據(jù)設(shè)計(jì)剖面要求的降斜率和井斜角的大小，設(shè)計(jì)鉆頭與穩(wěn)定器之間的距離，便可改變下部鉆具鐘擺力的大??； 降斜井段的鉆井參數(shù)設(shè)計(jì)，應(yīng)根據(jù)井眼尺寸限定鉆壓，以保證降斜效果，使降斜率符合剖面要求。 四、叢式井總體設(shè)計(jì) 優(yōu)化叢式井總體設(shè)計(jì)，可以提高油田開發(fā)的綜合經(jīng)濟(jì)效益和加快投資回收速度。因此，優(yōu)化叢式井總體設(shè)計(jì)，選出最佳設(shè)計(jì)方案是一項(xiàng)非常重要的工作。 優(yōu)化叢式井總體設(shè)計(jì)包括： 優(yōu)選平臺(tái)或井場（以

50、下稱平臺(tái)）個(gè)數(shù)。 優(yōu)選平臺(tái)位置。 優(yōu)選一個(gè)平臺(tái)內(nèi)鉆井口數(shù)。 優(yōu)化地面井口的排列方式。 優(yōu)選叢式井組各井井口與目標(biāo)點(diǎn)間的井眼軌跡形狀。 開發(fā)一個(gè)大的油、氣田，采用叢式井進(jìn)行開發(fā)需要建造多個(gè)平臺(tái)，每一個(gè)平臺(tái)上鉆多少口井是進(jìn)行叢式井總體設(shè)計(jì)的第一步。應(yīng)該指出，不是建造的平臺(tái)越少，每個(gè)平臺(tái)鉆的井越多越好。這是因?yàn)樵黾用總€(gè)叢式井組的井?dāng)?shù)，雖然能降低建造井場，平臺(tái)、鉆前安裝、搬遷、運(yùn)輸?shù)馁M(fèi)用，但是，同時(shí)會(huì)增加井深和水平位移，增大井斜角，從而會(huì)增加鉆井，測井，試油和采油的施工難度和工作量，延長了油井的投產(chǎn)時(shí)間，也提高了鉆井、測井、固井和試油的成本，影響整個(gè)油田的投資效益。因此，優(yōu)化叢式井總體設(shè)計(jì)方案的總的原

51、則應(yīng)該是：滿足油田整體開發(fā)布署要求，有利于加速鉆井、試油、采油、集輸?shù)裙こ痰慕ㄔO(shè)速度，降低建井和油田基本建設(shè)的總費(fèi)用，提高油田的投資效益。 1優(yōu)選平臺(tái)（或井場）個(gè)數(shù) 優(yōu)化叢式井總體設(shè)計(jì)是一項(xiàng)復(fù)雜的工作，首先應(yīng)根據(jù)油田的含油面積，構(gòu)造特征、開發(fā)井網(wǎng)的布局、井?dāng)?shù)，目的層垂直深度、地面條件、油田開采對鉆井工作的工藝技術(shù)要求（造斜點(diǎn)深度、井眼曲率，進(jìn)入油層的井斜角等）和建井過程中每個(gè)階段各項(xiàng)工程費(fèi)用成本構(gòu)成進(jìn)行綜合性經(jīng)濟(jì)技術(shù)論證。在此基礎(chǔ)上，測算出每一個(gè)平臺(tái)能夠控制的含油面積和每一個(gè)叢式井平臺(tái)的井?dāng)?shù)。然后，按照某種優(yōu)化原則（最大井斜角或最大水平位移等）對所有目標(biāo)點(diǎn)優(yōu)化組合，經(jīng)反復(fù)修改和計(jì)算，達(dá)到理想的

52、分組效果（滿足預(yù)定的優(yōu)選精度）。優(yōu)化組合的并組數(shù)就是需要建造的平臺(tái)數(shù)。 2優(yōu)選平臺(tái)位置 根據(jù)每個(gè)平臺(tái)上各井井底位置（目標(biāo)點(diǎn)）和地面條件及上述優(yōu)選平臺(tái)個(gè)數(shù)時(shí)考慮的有關(guān)因素，優(yōu)選平臺(tái)位置。 優(yōu)選平臺(tái)位置可按照平臺(tái)中已位置的優(yōu)選原則（如：叢式井組內(nèi)井身總長度最短、井組內(nèi)水平位移總長最小等）進(jìn)行優(yōu)選。通過改變平臺(tái)中心位置和優(yōu)選條件反復(fù)進(jìn)行計(jì)算，直到選出最佳平臺(tái)位置。 3優(yōu)選地面井口的排列方式 根據(jù)每一個(gè)叢式井平臺(tái)上井?dāng)?shù)的多少選擇平臺(tái)內(nèi)地面井口的排列方式。根據(jù)平臺(tái)內(nèi)各井目標(biāo)點(diǎn)與平臺(tái)位置的關(guān)系確定各井目標(biāo)的布局。叢式井地面井口排列方式應(yīng)有利于各井組的鉆機(jī)互相支援。使達(dá)到總體鉆完井組的時(shí)間最短。 叢式井平臺(tái)

53、內(nèi)井口的排列方式如下： “一”字形單排排列。適合于叢式井平臺(tái)內(nèi)井?dāng)?shù)少的陸地叢式井。有利于鉆機(jī)及鉆井設(shè)備移動(dòng)。井距一般為35 m。 雙排或多排排列。適合于一個(gè)叢式井平臺(tái)上打多口井（十口至幾十口）。為了加快建井速度和縮短投產(chǎn)時(shí)間，可同時(shí)動(dòng)用多臺(tái)鉆機(jī)鉆井。同一排里的井距一般為35m，兩排井之間的距離一般為3050m。 環(huán)狀排列，方形排列。這兩種井口排列方式適用于在陸地或淺海人工島上鉆叢式井，在一個(gè)叢式井平臺(tái)上鉆幾十口井。可采用多臺(tái)鉆機(jī)同時(shí)鉆井。 網(wǎng)狀密集排列。適用于海上叢式井平臺(tái)。由于海上平臺(tái)造價(jià)高、使用面積小，密集排列可以充分利用叢式井平臺(tái)的有效面積，用于鉆井、采油。井距一般23m。 根據(jù)叢式井平臺(tái)內(nèi)各井目標(biāo)點(diǎn)相對于平臺(tái)井口位置的方位，合理分配平臺(tái)上各井口相對應(yīng)的目標(biāo)點(diǎn)，作到布局合理，避