第五章定向鉆井

1、第一節(jié)第一節(jié) 井眼軌跡的基本概念井眼軌跡的基本概念第二節(jié)第二節(jié) 軌跡測量及計(jì)算軌跡測量及計(jì)算第三節(jié)第三節(jié) 直井防斜技術(shù)直井防斜技術(shù)第四節(jié)第四節(jié) 定向井井眼軌道設(shè)計(jì)定向井井眼軌道設(shè)計(jì)第五節(jié)第五節(jié) 定向井造斜工具及軌跡控制定向井造斜工具及軌跡控制第六節(jié)第六節(jié) 水平井鉆井技術(shù)簡介水平井鉆井技術(shù)簡介主要內(nèi)容主要內(nèi)容概概 述述 1 1、井眼軌道、井眼軌道：一口井開鉆之前，預(yù)先設(shè)計(jì)的井眼軸線形狀一口井開鉆之前，預(yù)先設(shè)計(jì)的井眼軸線形狀。 直井軌道：過井口的鉛垂線。直井軌道：過井口的鉛垂線。定向井軌道：有二維和三維兩種。定向井軌道：有二維和三維兩種。二維定向井：過井口和目標(biāo)點(diǎn)的鉛垂面上的曲線。二維定向井：過井

2、口和目標(biāo)點(diǎn)的鉛垂面上的曲線。三維定向井：具有不同曲率的空間曲線。三維定向井：具有不同曲率的空間曲線。軌道設(shè)計(jì)：定向井、大斜度井、水平井、側(cè)鉆井、軌道設(shè)計(jì)：定向井、大斜度井、水平井、側(cè)鉆井、 大位移井等。大位移井等。 2 2、井眼軌跡：一口井實(shí)際鉆成后的井眼軸線形狀。、井眼軌跡：一口井實(shí)際鉆成后的井眼軸線形狀。 軌跡控制：軌跡控制： 直井防斜打直。直井防斜打直。 特殊工藝井控制井斜和方位，使軌道與軌跡相一致。特殊工藝井控制井斜和方位，使軌道與軌跡相一致。3 3、直井用途、直井用途：油田開發(fā)和勘探。有井斜限制要求。：油田開發(fā)和勘探。有井斜限制要求。4 4、定向井用途、定向井用途：（1 1）地面環(huán)境

3、條件的限制）地面環(huán)境條件的限制高山，湖泊，沼澤，河流，溝壑，海洋，農(nóng)田或重要的建筑高山，湖泊，沼澤，河流，溝壑，海洋，農(nóng)田或重要的建筑物等。物等。（2 2）地下地質(zhì)條件的要求）地下地質(zhì)條件的要求斷層遮擋油藏、薄油層、傾角較大的地層鉆進(jìn)等。斷層遮擋油藏、薄油層、傾角較大的地層鉆進(jìn)等。（3 3）處理井下事故的特殊手段）處理井下事故的特殊手段井下落物側(cè)鉆、打救援井等。井下落物側(cè)鉆、打救援井等。（4 4）提高油藏采收率的手段）提高油藏采收率的手段鉆穿多套油氣層、老井側(cè)鉆等。鉆穿多套油氣層、老井側(cè)鉆等。地面環(huán)境條件限制地面環(huán)境條件限制處理井下事故處理井下事故第一節(jié)第一節(jié) 井眼軌跡的基本概念井眼軌跡的基本

4、概念目的：目的：掌握有關(guān)參數(shù)的概念及這些參數(shù)之間的關(guān)系。掌握有關(guān)參數(shù)的概念及這些參數(shù)之間的關(guān)系。一軌跡的基本參數(shù)一軌跡的基本參數(shù)測量方法：非連續(xù)測量，間斷測量。測量方法：非連續(xù)測量，間斷測量?！皽y段測段”，“測點(diǎn)測點(diǎn)”。井深、井斜角和井斜方位角井深、井斜角和井斜方位角-軌跡的三個基本參數(shù)。軌跡的三個基本參數(shù)。(1) (1) 井深井深（或稱為斜深、測深）（或稱為斜深、測深） 井口井口( (通常以轉(zhuǎn)盤面為基準(zhǔn)通常以轉(zhuǎn)盤面為基準(zhǔn)) )至測點(diǎn)的井眼長度。至測點(diǎn)的井眼長度。 以字母以字母Dm表示，單位為米表示，單位為米(m)(m)。 井深增量（井段）：下測點(diǎn)井深與上測點(diǎn)井深之差。井深增量（井段）：下測點(diǎn)

5、井深與上測點(diǎn)井深之差。 以以Dm表示。表示。(2) (2) 井斜角井斜角()()： 指井眼方向線與重力線之間的夾角。單位為度。指井眼方向線與重力線之間的夾角。單位為度。井眼方向線：過井眼軸線上井眼方向線：過井眼軸線上某測點(diǎn)作井眼軸線的切線，某測點(diǎn)作井眼軸線的切線，該切線向井眼前進(jìn)方向延伸該切線向井眼前進(jìn)方向延伸的部分稱為井眼方向線。的部分稱為井眼方向線。井斜角增量井斜角增量( )( )： 下測點(diǎn)井斜角與上測點(diǎn)下測點(diǎn)井斜角與上測點(diǎn)井斜角之差。井斜角之差。B BA A (3) (3) 井斜方位角井斜方位角 （井眼方位角、方位角）（井眼方位角、方位角） 以正北方位線為始邊，以正北方位線為始邊，順時(shí)針

6、方向旋轉(zhuǎn)到井眼方位順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)到井眼方位線上所轉(zhuǎn)過的角度。線上所轉(zhuǎn)過的角度。井眼方位線（井斜方位線）：井眼方位線（井斜方位線）： 某測點(diǎn)處的井眼方向線某測點(diǎn)處的井眼方向線在水平面上的投影。在水平面上的投影。井斜方位角增量井斜方位角增量 ：上下測點(diǎn)的井斜方位角之差。：上下測點(diǎn)的井斜方位角之差。 B BA A 井斜方位角的變化范圍：井斜方位角的變化范圍：0 0360360 。井斜方位角的另一種表示方式：井斜方位角的另一種表示方式：象限角：指井斜方位線與正北象限角：指井斜方位線與正北方位線或與正南方位線之間的方位線或與正南方位線之間的夾角。夾角。象限角的變化范圍：象限角的變化范圍：0 09090之

7、間。之間。磁偏角：磁北方位與正北方位磁偏角：磁北方位與正北方位之間的夾角。之間的夾角。磁偏角校正：真方位角磁方位角東磁偏角；磁偏角校正：真方位角磁方位角東磁偏角；真方位角磁方位角西磁偏角真方位角磁方位角西磁偏角二軌跡的計(jì)算參數(shù)二軌跡的計(jì)算參數(shù)由基本參數(shù)計(jì)算得到的參數(shù)。由基本參數(shù)計(jì)算得到的參數(shù)。(1) (1) 垂直深度垂直深度（垂深）：軌跡上某點(diǎn)至井口所在水平面（垂深）：軌跡上某點(diǎn)至井口所在水平面的距離。垂深增量稱為垂增（的距離。垂深增量稱為垂增（）。）。 (2) (2) 水平投影長度水平投影長度LpLp（水平長度、平長）：（水平長度、平長）： 井眼軌跡上某點(diǎn)至井口井眼軌跡上某點(diǎn)至井口的長度在水

8、平面上的投影，的長度在水平面上的投影，即井深在水平面上的投影長即井深在水平面上的投影長度。度。 水平長度的增量稱為平增水平長度的增量稱為平增（LpLp）。）。 (3) (3) 水平位移（平移）水平位移（平移）：軌跡上某點(diǎn)至井口所在鉛垂線：軌跡上某點(diǎn)至井口所在鉛垂線的距離。（或：在水平投影面上，軌跡上某點(diǎn)至井口的距離）。的距離。（或：在水平投影面上，軌跡上某點(diǎn)至井口的距離）。 平移方位線：在水平平移方位線：在水平投影面上，井口至軌跡上投影面上，井口至軌跡上某點(diǎn)的連線。某點(diǎn)的連線。 國外將水平位移稱作國外將水平位移稱作閉合距閉合距。 我國將完鉆時(shí)的水平我國將完鉆時(shí)的水平位移稱為位移稱為閉合距閉合距

9、。(4) (4) 平移方位角平移方位角 ：平移方位線所在的方位角。：平移方位線所在的方位角。國外，將平移方位角稱作閉合方位角。國外，將平移方位角稱作閉合方位角。國內(nèi)，指完鉆時(shí)的平移方位角為閉合方位角。國內(nèi)，指完鉆時(shí)的平移方位角為閉合方位角。(5) (5) 坐標(biāo)和坐標(biāo)坐標(biāo)和坐標(biāo)：南北坐標(biāo)軸，以正北方向?yàn)檎唬耗媳弊鴺?biāo)軸，以正北方向?yàn)檎?東西坐標(biāo)軸，以正東方向?yàn)檎?。東西坐標(biāo)軸，以正東方向?yàn)檎?6) (6) 視平移：視平移：水平位移在設(shè)計(jì)方位線上的投影長度。水平位移在設(shè)計(jì)方位線上的投影長度。 (7) (7) 井眼曲率井眼曲率K K（“狗腿嚴(yán)重度狗腿嚴(yán)重度”、“全角變化率全角變化率”）：）： 指井

10、眼軌跡曲線的曲率：指井眼軌跡曲線的曲率：平均曲率平均曲率K Kc c=30/D=30/Dm m “ “狗腿角狗腿角”或或“全角變化全角變化”（）：上、下二測點(diǎn)的兩）：上、下二測點(diǎn)的兩條方向線之間的夾角條方向線之間的夾角( (空間夾角空間夾角) )。 狗腿角的計(jì)算：狗腿角的計(jì)算： LubinskiLubinski計(jì)算公式：計(jì)算公式： cos=coscos=cosA AcoscosB B+sin+sinA AsinsinB Bcos(cos(B B-A A) ) 鉆井行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算公式：鉆井行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算公式： =(=(2 2+2 2sinsin2 2c c) )0.5 0.5 c c=(=(A A+

11、B B)/2)/2 該測段的狗腿角，該測段的狗腿角，( () )； c c該測段的平均井眼曲率，該測段的平均井眼曲率，( ()/30m)/30m； c c該測段的平均井斜角，（該測段的平均井斜角，（）。）。 三井眼軌跡的圖示法三井眼軌跡的圖示法 對一條空間曲線可以有不同的表示方法。對一條空間曲線可以有不同的表示方法。 三維坐標(biāo)法：三維坐標(biāo)法： 投影圖示法：投影圖示法：垂直投影圖垂直投影圖+ +水平投影圖水平投影圖不能反映出真實(shí)的井深和井斜角。不能反映出真實(shí)的井深和井斜角。 柱面圖示法：柱面圖示法：垂直剖面圖（柱面展開圖）垂直剖面圖（柱面展開圖）+ +水平投影圖水平投影圖 柱面：設(shè)想經(jīng)過井眼軌跡

12、上每一個點(diǎn)作一條鉛垂線，所柱面：設(shè)想經(jīng)過井眼軌跡上每一個點(diǎn)作一條鉛垂線，所有這些鉛垂線構(gòu)成的曲面稱為柱面。將柱面展平，就形成了有這些鉛垂線構(gòu)成的曲面稱為柱面。將柱面展平，就形成了垂直剖面圖。垂直剖面圖。 可以反映出真實(shí)的井身參數(shù)，如：井深、井斜角、垂深；可以反映出真實(shí)的井身參數(shù)，如：井深、井斜角、垂深；作圖簡便。作圖簡便。 水平投影圖水平投影圖 投影面：水平面投影面：水平面 坐標(biāo)系：以井口為原點(diǎn)、坐標(biāo)軸、坐標(biāo)軸。坐標(biāo)系：以井口為原點(diǎn)、坐標(biāo)軸、坐標(biāo)軸。 表達(dá)的參數(shù)：坐標(biāo)值、坐標(biāo)值、水平位移表達(dá)的參數(shù)：坐標(biāo)值、坐標(biāo)值、水平位移S S、 水平長度水平長度LpLp、閉合距、井斜方位角、閉合距、井斜方位

13、角、 平移方位角平移方位角、閉合方位角。、閉合方位角。 垂直投影圖垂直投影圖 投影面：過設(shè)計(jì)方位線的鉛垂面，即井口和目標(biāo)點(diǎn)所在的投影面：過設(shè)計(jì)方位線的鉛垂面，即井口和目標(biāo)點(diǎn)所在的鉛垂面。鉛垂面。 坐標(biāo)系：原點(diǎn)（井口）、橫坐標(biāo)（視平移）、縱坐標(biāo)（垂坐標(biāo)系：原點(diǎn)（井口）、橫坐標(biāo)（視平移）、縱坐標(biāo)（垂深）深） 表達(dá)的參數(shù)：垂深表達(dá)的參數(shù)：垂深D D、視平移、視平移V V、井斜的增減趨勢。、井斜的增減趨勢。 3 3垂直剖面圖垂直剖面圖 垂直剖面：過井眼軸線上垂直剖面：過井眼軸線上各點(diǎn)垂線組成的柱面展開圖。各點(diǎn)垂線組成的柱面展開圖。 坐標(biāo)系：原點(diǎn)（井口）、坐標(biāo)系：原點(diǎn)（井口）、橫坐標(biāo)（水平長度）、縱坐橫

14、坐標(biāo)（水平長度）、縱坐標(biāo)（垂深）標(biāo)（垂深） 表達(dá)的參數(shù)：垂深表達(dá)的參數(shù)：垂深D D、水平、水平長度長度L Lp p、井深、井深D Dm m、井斜角、井斜角 。第二節(jié)第二節(jié) 軌跡測量及計(jì)算軌跡測量及計(jì)算目的：掌握井眼軌跡參數(shù)的測量、計(jì)算、軌跡繪圖方法。目的：掌握井眼軌跡參數(shù)的測量、計(jì)算、軌跡繪圖方法。一測斜方法及測斜儀簡介一測斜方法及測斜儀簡介1 1、測斜儀分類、測斜儀分類按工作方式分：單點(diǎn)式、多點(diǎn)式、隨鉆測量（有線、無線）。按工作方式分：單點(diǎn)式、多點(diǎn)式、隨鉆測量（有線、無線）。按工作原理分：磁性測斜儀（羅盤）、陀螺測斜儀（高速陀螺按工作原理分：磁性測斜儀（羅盤）、陀螺測斜儀（高速陀螺空間指向恒

15、定）。空間指向恒定）。2 2、測量內(nèi)容、測量內(nèi)容井深井深Dm、井斜角、井斜角 、方位角、方位角 。 3 3、磁性測斜儀的工作原理、磁性測斜儀的工作原理 儀器內(nèi)主要由井斜刻度盤、羅盤、十字儀器內(nèi)主要由井斜刻度盤、羅盤、十字?jǐn)[錘、照明和照相系統(tǒng)組成。擺錘、照明和照相系統(tǒng)組成。羅盤的羅盤的S S極始極始終指北。終指北。 （1 1）井斜角的測量）井斜角的測量 當(dāng)測斜儀隨井眼傾斜時(shí)，十字?jǐn)[錘始當(dāng)測斜儀隨井眼傾斜時(shí)，十字?jǐn)[錘始終指向重力線方向，重力線與儀器軸線的終指向重力線方向，重力線與儀器軸線的夾角即為井斜角。由擺錘在井斜刻度盤底夾角即為井斜角。由擺錘在井斜刻度盤底片上的位置讀取。片上的位置讀取。 （2

16、 2）井斜方位角的測量）井斜方位角的測量 擺錘所在鉛垂線與儀器軸線（井眼方向線）構(gòu)成井斜鉛垂面，擺錘所在鉛垂線與儀器軸線（井眼方向線）構(gòu)成井斜鉛垂面，該井斜鉛垂面與水平面的交線就是井斜方位線。擺錘在羅盤面上該井斜鉛垂面與水平面的交線就是井斜方位線。擺錘在羅盤面上的投影位置所在的放射線與羅盤的投影位置所在的放射線與羅盤N N極之間的夾角即為井斜方位角。極之間的夾角即為井斜方位角。注意：在井下羅盤標(biāo)志方位與實(shí)際地理方位相反。注意：在井下羅盤標(biāo)志方位與實(shí)際地理方位相反。 （3 3）井深測量）井深測量 根據(jù)電纜長度或鉆柱長度。根據(jù)電纜長度或鉆柱長度。 二對測斜計(jì)算數(shù)據(jù)的規(guī)定二對測斜計(jì)算數(shù)據(jù)的規(guī)定 1

17、1測點(diǎn)編號：測斜自下而上，測點(diǎn)編號自上而下。第一個井測點(diǎn)編號：測斜自下而上，測點(diǎn)編號自上而下。第一個井斜角不等于零的測點(diǎn)作為第一測點(diǎn)。斜角不等于零的測點(diǎn)作為第一測點(diǎn)。 2 2測段編號：自上而下編號。測段編號：自上而下編號。 3 3第測點(diǎn)：第測點(diǎn)的井深大于第測點(diǎn)：第測點(diǎn)的井深大于25m 25m 時(shí)，第測點(diǎn)的井深時(shí)，第測點(diǎn)的井深比第測點(diǎn)的井深小比第測點(diǎn)的井深小25m25m，且井斜角規(guī)定為零。第測點(diǎn)的井深小，且井斜角規(guī)定為零。第測點(diǎn)的井深小于或等于于或等于25m25m時(shí)，規(guī)定第測點(diǎn)的井深和井斜角均為零。時(shí)，規(guī)定第測點(diǎn)的井深和井斜角均為零。 4 4若若i i= 0= 0，則計(jì)算第，則計(jì)算第i i 測段

18、時(shí)，測段時(shí)，i i= = i-1i-1；計(jì)算第；計(jì)算第i+1i+1測測段時(shí)，段時(shí)，i i=i+1i+1 。 5 5在一個測段內(nèi)，井斜方位角變化的絕對值不得超過在一個測段內(nèi)，井斜方位角變化的絕對值不得超過180180。i i-i-1i-1180180時(shí)，時(shí)， i i=i i-i-1i-1-360-360 c c=(=(i i+i-1i-1)/2-180)/2-180i i-i-1i-1-18000，=cos=cos-1-1C C ；當(dāng)；當(dāng)0 1 1時(shí)，取時(shí)，取“”；當(dāng)；當(dāng)2 2 1 1時(shí)，取時(shí)，取“” ” 。 3)3)求實(shí)際反扭角求實(shí)際反扭角nn： n n = = s s - - 1 1 實(shí)實(shí)

19、五五. . 造斜工具的定向造斜工具的定向 定向：使造斜工具作用方位指向預(yù)定方位的工藝。定向：使造斜工具作用方位指向預(yù)定方位的工藝。 1 1、地面定向法、地面定向法n 地面擺工具面：造斜工具下井之前，在地面調(diào)整好工具面下井。地面擺工具面：造斜工具下井之前，在地面調(diào)整好工具面下井。n 打印標(biāo)記（打印標(biāo)記（“+”+”）：在鉆桿同一母線的兩端接頭上打?。涸阢@桿同一母線的兩端接頭上打印“+”+”標(biāo)記。標(biāo)記。n 定向下鉆：記錄每兩根鉆桿的角度偏差，計(jì)算總偏差，根據(jù)總定向下鉆：記錄每兩根鉆桿的角度偏差，計(jì)算總偏差，根據(jù)總偏差扭方位。偏差扭方位。 2 2、井下定向法、井下定向法 井下定向的關(guān)鍵是要知道原井斜

20、方位和工具面方位。井下定向的關(guān)鍵是要知道原井斜方位和工具面方位。 （1 1）定向齒刀法）定向齒刀法氫氟酸測斜儀氫氟酸測斜儀 + + 鉛模鉛模 + + 定向齒刀定向齒刀氫氟酸液瓶的液面傾斜方向指示井斜方位。氫氟酸液瓶的液面傾斜方向指示井斜方位。鉛模上留下的齒刀印痕指示造斜工具的工具面方位。鉛模上留下的齒刀印痕指示造斜工具的工具面方位。 （2 2）磁鐵定向法（雙羅盤定向法）磁鐵定向法（雙羅盤定向法） 雙羅盤測斜儀雙羅盤測斜儀 + + 定向磁鐵（安裝在無磁鉆鋌上）定向磁鐵（安裝在無磁鉆鋌上）n上羅盤處在定向磁鐵位置，指針標(biāo)志工具面方位；上羅盤處在定向磁鐵位置，指針標(biāo)志工具面方位；n下羅盤遠(yuǎn)離定向磁鐵

21、，指針指向正北方位。下羅盤遠(yuǎn)離定向磁鐵，指針指向正北方位。 （3 3）定向鍵法（螺鞋定向法）定向鍵法（螺鞋定向法） 磁性或陀螺測斜儀磁性或陀螺測斜儀 + + 螺鞋（定向鞋）螺鞋（定向鞋） + + 定向鍵定向鍵定向鍵安裝在造斜工具上，其所在母線指示工具面方位。定向鍵安裝在造斜工具上，其所在母線指示工具面方位。測斜儀螺鞋上的定向槽所在母線與羅盤上的測斜儀螺鞋上的定向槽所在母線與羅盤上的“發(fā)線發(fā)線”對齊。對齊。測量時(shí)，定向槽卡在定向鍵上，測量時(shí)，定向槽卡在定向鍵上，“發(fā)線發(fā)線”的方位就是工具面的方位就是工具面方位。方位。 3 3、各種定向方法及其使用、各種定向方法及其使用 （1 1）雙羅盤定向儀定向磁鐵）雙羅盤定向儀定向磁鐵需使用無磁鉆鋌，可用于直井定向和斜井定向。需使