定向井基礎(chǔ)知識

定向井基礎(chǔ)知識2023/1/130a前言隨著先進的定向井工具、測量儀器的應(yīng)用和發(fā)展，我國的定向井、叢式井的鉆井工藝技術(shù)達到了較高的水平。完成了一批大斜度井、大水平位移定向井。國內(nèi)多數(shù)油田已掌握常規(guī)定向井、叢式井的鉆井技術(shù)；高難度定向井及救援井技術(shù)。從總體上說已達到或接近世界先進水平。目前，世界上定向井最大水平位移已超過5000m，水平井最大水平位移已超過10000m。定向井技術(shù)正向著大位移井、水平井方向發(fā)展。水平井鉆井主要是以提高油氣產(chǎn)量或提高油氣采收率為根本目標，從已經(jīng)投產(chǎn)的水平井來看，絕大多數(shù)水平井確實帶來了十分巨大的經(jīng)濟效益。目前，水平井鉆井技術(shù)已日臻成熟和完善，隨著不同的地面條件、地下油層狀況與勘探開發(fā)要求，已鉆成了多種多樣的水平井。2023/1/131a定向井的使用范圍增加油層穿越面積，提高產(chǎn)量和采收率（水平井）繞開地面障礙（河流、高山、建筑、沼澤）適應(yīng)井下地質(zhì)條件，節(jié)省鉆井時間減小地面井場占用面積,節(jié)省投資（叢式井、多底井）處理井下事故（救援井、側(cè)鉆井）2023/1/132a定向、水平井的主要用途在地面上難以建立或不允許建立井場的地區(qū)，要勘探開發(fā)地下的石油等資源，唯一的辦法是從該地區(qū)附近打定向井；在海洋或湖泊等水域上勘探開發(fā)石油時，最好是建立固定平臺或從岸邊打定向井和叢式定向井；可使用定向井饒過所鉆遇的地下復(fù)雜地層或障礙物等；打定向水平井和復(fù)雜結(jié)構(gòu)井，可擴大勘探效果及提高開發(fā)效益和采收率；在發(fā)生卡鉆、斷鉆及井噴著火等惡性鉆井事故的情況下，用側(cè)鉆井、救援井來處理這類事故最有效。2023/1/133a

水平井：應(yīng)用于油氣田開發(fā)的目標是增產(chǎn)、提高采收率。尤其適應(yīng)于裂縫性儲層、低滲油氣層、薄油層。2023/1/134a水平井2023/1/135a多底井2023/1/136a側(cè)鉆2023/1/137a救援井2023/1/138a定向井的定義一、定向井

定向鉆井是使井眼沿預(yù)先設(shè)計的井眼軸線（井眼軌跡）鉆達預(yù)定目標的鉆井過程。

（井斜控制是使井眼按規(guī)定的井斜、狗腿嚴重度、水平位移等限制條件的鉆井過程）。二、水平井2023/1/139a井眼軌跡的基本參數(shù)所謂井眼軌跡，實指井眼軸線。一口實鉆井的井眼軸線乃是一條空間曲線。為了進行軌跡控制，就要了解這條空間曲線的形狀，就要進行軌跡測量，這就是“測斜”。目前常用的測斜方法并不是連續(xù)測斜，而是每隔一定長度的井段測一個點。這些井段被稱為“測段”，這些點被稱為“測點”。測斜儀器在每個點上測得的參數(shù)有三個，即測深、井斜角和井斜方位角。這三個參數(shù)就是軌跡的基本參數(shù)。2023/1/1310a井眼軌跡的基本參數(shù)測深(MD)：指井口(通常以轉(zhuǎn)盤面為基準)至測點的井眼長度。國外稱為測量井深(MeasureDepth)。井深是以鉆柱或電纜的長度來量測。測深既是測點的基本參數(shù)之一，又是表明測點位置的標志。井深：指井口(通常以轉(zhuǎn)盤面為基準)至鉆頭的井眼長度，也有人稱之為斜深。滯后距：指測點至鉆頭的距離。2023/1/1311a井眼軌跡的基本參數(shù)井斜角（Inc）：過井眼軸線上某測點作井眼軸線的切線，該切線向井眼前進方向延伸的部分稱為井眼方向線。井眼方向線與重力線之間的夾角就是井斜角。顯然，井眼方向線與重力線都是有向線段。井斜角表示了井眼軌跡在該測點處傾斜的大小。井斜角常以希臘字母α表示，單位為度(°)。一個測段內(nèi)井斜角的增量總是下測點井斜角減去上測點井斜角，以Δα表示。

2023/1/1312a井眼軌跡的基本參數(shù)井斜方位角(Az)：某測點處的井眼方向線投影到水平面上，稱為井眼方位線，或井斜方位線。以正北方位線為始邊，順時針方向旋轉(zhuǎn)到井眼方位線上所轉(zhuǎn)過的角度，即井眼方位角。注意，正北方位線是指地理子午線沿正北方向延伸的線段。所以正北方位線和井眼方位線也都是有向線段，都可以用矢量表示。2023/1/1313a井眼軌跡的基本參數(shù)井斜方位角常以字母φ表示，單位為度(°)。井斜方位角的增量是下測點的井斜方位角減去上測點的井斜方位角，以Δφ表示。井斜方位角的值可以在0～360°范圍內(nèi)變化。注意“方向”與“方位”的區(qū)別。方位線則是水平面上的矢量，而方向線乃是空間的矢量。只要講到方位，方位線，方位角，都是在某個水平面上；而方向和方向線則是在三維空間內(nèi)(當然也可能在水平面上)。井眼方向線是指井眼軸線上某一點處井眼前進的方向線。該點的井眼方位線則指該點井眼方向線在水平面上的投影。在學習扭方位計算時，也要特別注意這個區(qū)別。2023/1/1314a井眼軌跡的基本參數(shù)磁偏角目前廣泛使用的磁性測斜儀是以地球磁北方位為基準的。磁北方位與正北方位并不重合而是有個夾角，稱為磁偏角。磁偏角又分為東磁偏角和西磁偏角。東磁偏角指磁北方位線在正北分位線的東面，西磁偏角指磁北方位線在正北分位線的西面。用磁性測斜儀測得的井斜方位角稱為磁方位角，并不是真方位角，需要經(jīng)過換算求得真方位角。這種換算稱為磁偏角校正。換算的方法如下：

真方位角＝磁方位角＋東磁偏角真方位角＝磁方位角－西磁偏角

2023/1/1315a井眼軌跡的基本參數(shù)象限角

井斜方位角還有另一種表示方式，稱“象限角”它是指井斜方位線與正北方位線或與正南方位線之間的夾角。象限角在0～90度之間變化。書寫時需注明所在的象限，如N67.5°W。

2023/1/1316a井眼軌跡的基本參數(shù)象限方位角的校正，稍微麻煩點。區(qū)別東西磁偏角；區(qū)別在那個象限里；2023/1/1317a磁偏角校正(討論)1.我國某油田的磁偏角大約是西偏0。某測點測得井斜方位角為0，求真方位角=？2.我國新疆克拉瑪依油田的磁偏角大約是東偏0。某測點測得井斜方位角為3580，求真方位角=？3.西磁偏角0，測得方位角0，求真方位角=？如果用象限角表示，象限角=？4.東磁偏角50，測得方位角1200，求真方位角=？如果用象限角表示，象限角=？2023/1/1318a井斜變化率和井斜方位變化率井斜角和井斜方位角是在隨著井深而不斷變化的。既然在變化，就有變化快慢之分。變化率就是變化的快慢。井斜變化率：是指井斜角隨井深變化的程度，以Ｋα表示。嚴格地講，井斜變化率是井斜角α對井深Ｌ的一階導(dǎo)數(shù)，可寫為：以增量代替微分，以相鄰二測點間的井斜角變化值（Δα）與二測點間井段長度（ΔL）的比值來表示井斜變化率的。求得的乃是該測段的平均井斜變化率：

2023/1/1319a井斜變化率和井斜方位變化率井斜方位變化率：是指井斜方位角隨井深變化的程度，以Ｋφ表示。嚴格地講，井斜方位變化率是井斜方位角φ對井深Ｌ的一階導(dǎo)數(shù)，可寫為：以增量代替微分，以相鄰二測點間的井斜方位角變化值（Δφ）與二測點間井段長度（ΔL）的比值來表示井斜方位變化率的。求得的乃是該測段的平均井斜方位變化率：2023/1/1320a井眼軸線形狀的圖示法投影圖表示法相當于機械制圖中的視圖表示法，在國外使用廣泛。這種圖示法包括兩張圖：一張是水平投影圖，相當于俯視圖。一張是垂直投影圖，相當于側(cè)視圖，其投影面選在原設(shè)計方位線所在的鉛垂平面上(橫坐標V，縱坐標D)。投影圖主要用于指導(dǎo)施工。優(yōu)點：從圖上可直接看出，需要增斜還是需要降斜，需要增方位還是需要減方位。也可根據(jù)這張圖，可以想象出井眼軸線的空間形狀。缺點：這種垂直投影圖不能反映出井身參數(shù)的真實值。2023/1/1321a其他井身參數(shù)垂直深度：簡稱垂深，是指軌跡上某點至井口所在水平面的距離。垂深的增量稱為垂增。垂深常以字母Ｄ表示，垂增以ΔＤ表示。水平投影長度：簡稱水平長度或平長，是指井眼軌跡上某點至井口的長度在水平面上的投影，即井深在水平面上的投影長度。水平長度的增量稱為平增。平長以字母Ｐ表示，平增以ΔＰ表示。Ｎ坐標和Ｅ坐標：是指軌跡上某點在以井口為原點的水平面坐標系里的坐標值。2023/1/1322a其他井身參數(shù)水平位移：簡稱平移，指軌跡上某點至井口所在鉛垂線的距離，或指軌跡上某點至井口的距離在水平面上的投影。此投影線稱為平移方位線。水平位移常以字母Ｓ表示。平移方位角：指平移方位線所在的方位角，即以正北方位為始邊順時針轉(zhuǎn)至平移線上所轉(zhuǎn)過的角度，常以字母θ表示。閉合距與閉合方位：國外將水平位移稱作閉合距(ClosureDistance)，將平移方位角稱作閉合方位角(ClosureAzimuth)。我國現(xiàn)場常特指完鉆時的水平位移為閉合距，平移方位角為閉合方位角。水平位移和水平長度是完全不同的概念。視平移：有人稱為投影位移，英文稱VerticalSection，是水平位移在設(shè)計方位線上的投影長度。視平移以字母Ｖ表示。視平移也可以定義為水平位移在設(shè)計方位線上的投影。

2023/1/1323a造斜點：開始定向造斜的位置。以該點井深表示。

造斜率：表示造斜工具的造斜能力。其值等于該造斜工具所鉆出的井段的井眼曲率。

增（降）斜率：是指增（降）段的井斜變化率。正為增，負為降。

工具面：在造斜鉆具組合中，有彎曲工具的兩個軸線所確定的那個面，與磁北方向的夾角為工具面角。

反扭角：定向或扭方位時，井下動力鉆具啟動前的工具面與啟動后加壓鉆進時的工具面之間的夾角。2023/1/1324a㈠、定向井設(shè)計1、井深剖面設(shè)計定向鉆井一般為常規(guī)定向井，剖面要求基本為兩段制（直—增）或三段制（直—增—穩(wěn)）。直—增剖面直—增—穩(wěn)剖面2023/1/1325a

2、定向井設(shè)計必須有a.地質(zhì)設(shè)計應(yīng)提供井口和目標點縱、橫坐標，目標點垂直深度；

b.給出目標點靶區(qū)半徑，有特殊要求應(yīng)作出說明；

c.提供本地的磁偏角；

d.叢式井場有老井的，必須提供已鉆的井測斜數(shù)據(jù)，并復(fù)測井口坐標；

e.根據(jù)地質(zhì)設(shè)計和井場組合，是叢式井井場要進行施工順序排序，盡量避免繞障，減少施工位移；2023/1/1326a

f.設(shè)計依據(jù)必須與安裝好井架的井口測量坐標相符；

g.井架和設(shè)備基礎(chǔ)都應(yīng)擺放在實方處，叢式井組還應(yīng)考慮鉆機移動方式和井口間距，為了減少兩井相碰風險井口間距大于5米為宜；直井段造斜點增斜段最大井斜角?maxs水平位移降斜段直井段H,m2023/1/1327a3、設(shè)計內(nèi)容還包括：ａ、叢式井應(yīng)提供井組排序方案及井組圖；ｂ、提出定向井分段施工技術(shù)，并附造斜點至井底間距為30米的設(shè)計井身軌道二維剖面數(shù)據(jù)和設(shè)計井身投影圖；ｄ、提出各設(shè)計井段的鉆具組合及施工參數(shù)要求，以及使用井下工具的規(guī)格、型號及數(shù)量；ｅ、提出井身軌跡測量方案；ｇ、提出井身質(zhì)量要求；ｈ、對于需要繞障的井，應(yīng)提出繞障施工原則及方案；ｉ、列出定向井鉆井安全技術(shù)措施；2023/1/1328a4、若是叢式井組，應(yīng)首先做出井組整體設(shè)計；ａ、井組安排應(yīng)考慮道路的優(yōu)化井眼軌跡的需要，多靶井應(yīng)考慮靶前位置對施工的要求。在此前提下，按井組鉆井進尺最少和地形的可能來確定井組地理位置；ｂ、應(yīng)盡量避免井組中各井眼軌跡在空間交叉；ｃ、井組中各井的水平位移應(yīng)綜合考慮，長短結(jié)合，以便于錯開造斜點；ｄ、井口可根據(jù)地形條件及鉆機的移動性能等情況布置成直線型、矩形，急于投產(chǎn)的油井，可布置成L形；ｅ、井組中各井的表層套管下深應(yīng)錯開20米以上；2023/1/1329a

㈢定向井工藝

1、井眼軌跡的控制1）直井段鉆進過程中按設(shè)計要求認真作好測斜工作，監(jiān)測井眼軌跡，嚴格作好防碰工作，并控制直井段最大井斜符合設(shè)計要求。特別要作好1：100的防碰圖，做好隨鉆分析，異常情況分析記錄判斷，搞好全員防碰工作。2）造斜段：造斜點的選擇應(yīng)考慮以下因素：ａ、設(shè)計造斜點，

ｂ、直井段以發(fā)生的軌跡偏移ｃ、有利于防碰，

ｄ、下步計劃實施的增斜方式及增斜率，

ｅ、其它井施工安全性，

ｆ、盡量充分利用鉆頭壽命2023/1/1330a

3）注意事項：a.使用單點測斜儀器造斜時，應(yīng)注意井口的印跡，測量夾角要注意判明方向；

b.使用單彎螺桿一類工具造斜時，應(yīng)注意入井前螺桿彎曲方向與定向直接頭間的夾角，并在每次測斜后校正；

c.造斜施工要根據(jù)設(shè)計，要考慮直井段軌跡的影響、下部地層可能的漂移規(guī)律等因素確定初始井斜角和定向方位角，并預(yù)算下部軌跡控制方案；

d.由于測量儀器與井底總是有一段距離，尤其在使用單點測斜儀器定向時，要根據(jù)當前井斜方位和施工工具面，準確估計井底的井斜方位，以保證造斜施工達到預(yù)期效果。2023/1/1331a㈣斜井段ａ、根據(jù)定向造斜結(jié)果和設(shè)計要求組配好鉆具結(jié)構(gòu)確保斜井段控制達到要求；ｂ、測斜點的間距按設(shè)計要求執(zhí)行；ｃ、井眼軌跡采用平均角法、校正平均角法、圓柱螺線法、最小曲率法四種規(guī)定算法之一來計算；ｄ、每測量一個點后及時輸入計算機，根據(jù)測斜數(shù)據(jù)和軌跡圖，分析井斜和方位的變化，參照以鉆井資料，預(yù)測并設(shè)計待鉆井眼軌跡，及時改變鉆井參數(shù)或鉆具組合；2023/1/1332aｅ、扭方位施工，前三根盡可能逐根進行測斜，測斜間距一般不超過30米，情況復(fù)雜時必須鉆進一根測斜一根；ｆ、在防碰繞障施工井段加密測斜，隨時記錄鉆進情況，觀察轉(zhuǎn)盤扭矩變化，鉆具是否有憋跳現(xiàn)象，巖屑中是否出現(xiàn)水泥和鐵屑；2023/1/1333a定向井軌跡控制基本概念1.要求：在實鉆過程中，設(shè)法使實鉆的井眼軌跡盡可能符合設(shè)計的井眼軌道。2.實質(zhì)：井眼軌跡控制，的實質(zhì)，就是不斷地控制井眼的前進方向。井眼方向由井眼的井斜角和井斜方位角來表示的。3.井眼方向控制內(nèi)容：井斜角的控制：增斜、降斜、穩(wěn)斜；井斜方位角控制：增方位、降方位、穩(wěn)方位；增斜增方位穩(wěn)方位降方位穩(wěn)斜降斜(九種組合)2023/1/1334a定向井軌跡控制基本術(shù)語造斜工具得造斜率，既可用于改變井斜方位角，同時可用于改變井斜角。如何按照軌跡發(fā)展的需要去改變井斜角和井斜方位角呢？關(guān)鍵在于分配造斜率，其關(guān)鍵在于裝置角的計算和安置。2023/1/1335a2023/1/1336a2023/1/1337a2023/1/1338a2023/1/1339a2023/1/1340a2023/1/1341