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1、,定向井、水平井轨迹控制技术讲座,前 言 除了在学校里学的专业理论书籍外，还要认真地学习和研究现场中遇到的新情况、新问题，向有经验的同志学习，向师傅学习，善于思考，很好的把自己较高的学历和实际工作能力、文凭和实际工作水平结合起来，在实际工作中，克服“眼高手低”等现象，做到“三勤”（勤动手，勤动脑，勤预测），创造性地开展工作，最终使自己成为一名复合型人才。,内 容,一、基本概念和要求二、定向方法三、对于定向井常规钻具组合四、对于水平井常规钻具组合五、施工中注意的几个问题六、水平井施工的工作步骤七、认识,一、基本概念和要求,必须了解和掌握以下基本内容：,1、定向井一口井设计目标点，按照人为的需要，
2、在一个既定的方向上与井口垂线偏离一定距离的井。2、井深井眼轴线上任一点，到井口的井眼长度，称为该点井深或斜深。3、垂深井眼轴线上任一点，到井口所在水平面的垂直距离，称为该点垂深。4、水平位移井眼轴线上任一点，与井口铅直线的距离，称为该点水平位移，也称该点的闭和距。5、视位移水平位移在设计方位线上投影长度，称为视位移。,6、井斜角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。7、方位角以井眼轴线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该点处井眼方向线在水平面上的投影线为终边，其所转过的角度称为该点的方位角。8、造斜率表示了造斜工具的造斜能力。其
3、值等于用该造斜工具所钻出的井段的井眼曲率。9、全角变化率“狗腿严重度”，“井眼曲率”都是相同的意义。指的是在单位井段内前进的方向在三维空间内的角度变化。10、目标点设计规定的，必须钻达的地层位置，称为目标点。通常是以地面井口为坐标原点的空间坐标植来表示。,11、靶区及靶区半径（定向井）在目标点所在的水平面上，以目标点为圆心，以靶区半径为半径的一个圆面积。允许实钻井眼轨迹偏离设计目标点之间的距离，称为靶区半径。12、靶心距在靶区平面上，实钻井眼轨迹与目标点之间的距离，称为靶心距。13、反扭角使用井底马达进行定向造斜或扭方位时，动力钻具启动前的工具面与启动后且加压钻进时的工具面之间的夹角，称为反扭
4、角。反扭角总是使工具面逆时针转动。14、工具面在造斜钻具组合中，由弯曲工具的两个轴线所决定的那个平面，称为工具面。,15、高边定向井的井底是个呈倾斜状态的圆平面。称为井底圆。井底圆上的最高点称为高边。从井底圆心至高边之间的连线所指的方向，称为井底的“高边方向”。高边方向上的水平投影称为高边方。即井底的方位。16、工具面角是表示造斜工具下到井底后，工具面所在位置的参数。工具面角有两种表示方法：一种是以高边为基准的，一种是以磁北为准的，高边基准工具面角，简称高边工具面角。是指高边方向线为始边，顺时针转到工具面与井底圆平面的交线所转过的角度。由于高边方向线在水平面上的投影，即为井底方位线，所以，若以
5、正北方向线为始边，顺时针转到井底方位线上所转过的角度，即为井底方位角。磁北工具面角等高边工具面角加上井底方位角。,17、定向角是定向工具面角的简称。在定向造斜或扭方位钻进时，当启动井下马达之后，工具面所处的位置，用工具面角表示，既为定向工具面角。18、会利用定向井工程师助手应用及计算，尤其是中靶预测、井斜和方位余量的计算等。19、会利用水平井程序设计与轨迹控制计算。要了解甲方所需资料要求，上交资料须经有关领导确认。20、熟练操作所里的各种仪器。21、了解和掌握MWD的工作原理和操作规程。22 灵活应用各种钻具结构和制定合理的钻井参数及措施。23、熟读钻井事故与复杂问题一书。24、了解钻井所研究
6、的课题进展情况。25、了解当今国内外与钻井专业有关的技术前沿问题。,二、定向方法,目前，最常用的造斜钻具组合是采用弯接头+直动力钻具组合或着是直接头+弯动力钻具组合进行定向造斜或扭方位施工。根据施工难度、所用测量仪器和施工井型的不同，又分为：单点定向、有线随钻定向和无线随钻定向三种方法。原理：是利用弯接头或弯马达使下部钻具产生一个弹性力矩，迫使井下动力钻具驱动钻头侧向切削，使钻出的新井眼偏离原井眼轴线，达到定向和扭方位的目的。,无线随钻定向1、弯接头+直马达1.1钻具组合：钻头+直马达+弯接头+无磁钻铤+钻杆1.2定向方法：直接定向时：磁工具面（MS）摆在：校正方位+反扭角 加压后：磁工具面（
7、MS）摆在：校正方位 调方位时：磁工具面（MS）摆在：校正方位+反扭角+装置角 加压后：磁工具面（MS）摆在：校正方位+装置角用高边时：高边（GHS）摆在：反扭角+装置角 加压后：高边（GHS）摆在：装置角,+,角差输入：,360,MWD,具,具,2、直接头+弯马达 2.1钻具组合：钻头+弯马达+直接头+无磁钻铤+钻杆2.2定向方法：同上。,注意：用MWD时，角差和方位修正角要在工作前确认准确无误后输入计算机。,三、对于定向井常规钻具组合 1、增斜钻具（一般增斜率6/100m）增斜钻具组合一般采用双稳定器组合。是利用杠杆原理设计的，它有一个近钻头足稳定器作为支点，第二个稳定器与近钻头稳定器之间
8、的距离应根据两稳定器之间的刚性（尺寸）大小和要求的增斜率的大小确定，一般为20m（两根钻铤长度），两稳定器之间的钻铤在钻压下，产生向下的的弯曲变形，使钻头产生斜向力。,例如：1.1对于9 5/8井眼增斜钻具组合：9 5/8Bit+244mmSST+挡板+7NMDC1根+7DC1根+244mmSST+7DC1根+244mmSST+7DC2柱+5DP（常规）9 5/8Bit+244mmSST+挡板+5NMDP1根+7DC1根+244mmSST+7DC1根+244mmSST+7DC2柱+5DP（参考）9 5/8Bit+244mmSST+挡板+5NMDP1根+5DP1根+244mmSST+7DC1根+
9、244mmSST+7DC2柱+5DP（参考）,1.2 对于8 1/2井眼增斜钻具组合：8 1/2Bit+214mmSST+挡板+6 1/4NMDC1根+6 1/4DC1根+214mmSST+6 1/4DC1根+214mmSST+6 1/4DC2柱+5DP（常规）8 1/2Bit+214mmSST+挡板+5NMDP1根+6 1/4DC1根+214mmSST+6 1/4DC1根+214mmSST+6 1/4DC2柱+5DP（参考）8 1/2Bit+214mmSST+挡板+5NMDP1根+5DP1根+214mmSST+6 1/4DC1根+214mmSST+6 1/4DC2柱+5DP（参考）,2、微增
10、斜钻具（一般增斜率3/100m）微增斜钻具组合在井下的受力情况和增斜钻具相同，主要是通过减小近钻头稳定器与2号稳定器的距离或者减小近钻头稳定器的外径尺寸（欠尺寸稳定器），以减小钻具的造斜能力。,2.1对于9 5/8井眼微增斜钻具组合：9 5/8Bit+244mmSST+挡板+7NMDC1根+244mmSST+7DC1根+244mmSST+7DC2柱+5DP（常规）9 5/8Bit+244mmSST+挡板+7NMDC1根+7DC2柱+5DP（参考）2.2对于8 1/2井眼微增斜钻具组合：8 1/2Bit+214mmSST+挡板+6 1/4DMDC1根+214mmSST+6 1/4DC1根+214
11、mmSST+6 1/4DC2柱+5DP（常规）8 1/2Bit+214mmSST+挡板+6 1/4DMDC1根+6 1/4DC2柱+5DP（参考）,3、稳斜钻具：稳斜钻具组合是采用刚性满眼钻具结构，通过增大下部钻具组合的刚性，控制下部钻具组合在钻压作用下的弯曲变形，达到稳定井斜和方位的目的，常用的稳斜钻具组合是：钻头+近钻头稳定器(双母扶正器)+短钻铤（2-3m）+稳定器+单根钻铤（9m）+稳定器+钻铤+钻杆,3.1对于9 5/8井眼稳斜钻具组合：9 5/8Bit+244mmSST+7SDC+244mmSST+挡板+7NMDC1根+244mmSST+7DC2柱+5DP（常规）3.2对于8 1/
12、2井眼稳斜钻具组合：8 1/2Bit+214mmSST+6 1/4SDC+214mmSST+挡板+6 1/4NMDC1根+214mmSST+6 1/4DC2柱+5DP（常规）,4、降斜钻具：一般采用钟摆钻具组合，利用钻具自身的重力产生的钟摆力实现降斜目的，根据钻头与稳定器的距离又分为大钟摆和小钟摆，常用的降斜钻具组合是：大钟摆钻具组合：钻头+2根钻铤（18m）+稳定器+1根钻铤（9m）+稳定器+钻铤+钻杆。小钟摆钻具组合：钻头+1根钻铤（9m）+稳定器+1根钻铤（9m）+稳定器+钻铤+钻杆。,4.1对于 17 1/2 和12 1/4 大井眼 17 1/2Bit+730730+挡板+9NMDC1
13、根+9DC1根+444mmSST+8DC2柱+7DC2柱+5DP（新疆）12 1/4Bit+630630+挡板+8NMDC1根+8DC1根+311mmSST+8DC2柱+7DC2柱+5DP（新疆）4.2对于 9 5/8 井眼 9 5/8Bit+630410+挡板+7NMDC1根+7DC1根+244mmSST+7DC1根+244mmSST+7DC2柱+5DP 9 5/8Bit+630410+挡板+7NMDC1根+244mmSST+7DC1根+244mmSST+7DC2柱+5DP 9 5/8Bit+630410+7SDC1根+244mmSST+挡板+7NMDC1根+7DC2柱+5DP,4.3对于
14、8 1/2 井眼 8 1/2Bit+4304A10+挡板+6 1/4NMDC1根+6 1/4DC1根+214mmSST+6 1/4DC1根+214mmSST+6 1/4DC2柱+5DP 8 1/2Bit+4304A10+挡板+6 1/4NMDC1根+214mmSST+6 1/4DC1根+214mmSST+6 1/4DC2柱+5DP 8 1/2Bit+4304A10+6 1/4SDC1根+214mmSST+挡板+6 1/4NMDC1根+214mmSST+6 1/4DC2柱+5DP,5、小井眼：5.1对于 7 套管井眼开窗侧钻:6Bit+330330(动力钻具)+331 310+4 3/4NMDC
15、1根+3 1/2DP5.2对于 5 1/2套管井眼开窗侧钻:4 1/2Bit+230230(动力钻具)+231 210+3 1/2NMDC1根+2 7/8DP,四、水平井常规钻具组合1、增斜段：钻头+动力钻具+无磁钻铤+MWD短节+无磁钻铤+加重钻杆+斜坡钻杆+普通钻杆。1.1对于 17 1/2 和12 1/4 大井眼 17 1/2Bit+9 5/81.50度单弯动力钻具+8NMDC1根+MWD+631630（陀螺定向接头）+8DC3根+631410+5HWDP+5DP（浅海）。12 1/4Bit+7 3/41.50度单弯动力钻具+7NMDC1根+MWD+7NMDC1根+5HWDP+5XPDP
16、+5DP（草桥）。,1.2对于 9 5/8井眼 9 5/8Bit+6 3/41.50度单弯动力钻具+531410+7NMDC1根+MWD+7NMDC1根+5HWDP+5XPDP+5DP（草桥）。9 5/8Bit+630431（短接头）+6 1/21.50度单弯动力钻具+431410+7NMDC1根+MWD+7NMDC1根+5HWDP+5XPDP+5DP（草桥）。1.3对于 8 1/2井眼 8 1/2Bit+6 1/21.50度单弯动力钻具+431410+5NMDP1根+MWD+5NMDP1根+5HWDP+5XPDP+5DP。,2、水平段：钻头+动力钻具+无磁钻杆+MWD短节+无磁钻杆+斜坡钻杆
17、+加重钻杆+斜坡钻杆+普通钻杆。2.1 对于 9 5/8井眼 9 5/8Bit+6 3/4（1.001.50）度单弯动力钻具+531410+5NMDP1根+MWD+5NMDP1根+5XPDP+5HWDP+5DP。9 5/8Bit+630431（短接头）+6 1/2（1.001.50）度单弯动力钻具+431410+5NMDP1根+MWD+5NMDP1根+5XPDP+5HWDP+5DP。2.2 对于 8 1/2井眼 8 1/2Bit+6 1/2（1.001.50）度单弯动力钻具+431410+5NMDP1根+MWD+5NMDP1根+5XPDP+5HWDP+5DP。,五、施工中经常遇到几个的问题（1
18、）PDC钻头的特点是什么?1、无活动零部件，2、具有高效切削作用，3、钻头寿命长4、同其它钻头比，扭距大，钻压小，有较高的机械钻速，抗冲击性能差。,（2）如何准确判断牙轮钻头的工作情况?判断方法：1、正常工作当地层岩性无变化时，正常钻压下，转盘转动均匀，转盘链条无上下跳动；钻压正常无明显变化；指重表、泵压表、扭距表显示平稳；刹把无异常感觉。2、轴承损坏转盘出现周期蹩跳，钻压小蹩跳小轻，钻压大则重；钻速下降，泵压正常，而指重表指针有摆动。3、牙轮卡死转盘负荷增大，转盘链条跳动，方钻杆有蹩劲，停转盘打倒车；钻速下降，指重表指针摆动严重。,4、掉牙轮转盘负荷增大，转盘链条严重跳动，停转盘打倒车；蹩钻
19、严重，指重表指针来回摆动；钻速明显下降或无进尺；上提钻具变换方向下探方入有变化，高差约为一牙轮高度（牙轮掉一个）。5、牙轮磨（脱）光转盘负荷减轻，方钻杆无蹩跳；钻速明显下降或无进尺，指重表指示平稳无摆动；泵压正常。6、钻头泥包转盘负荷增大，有跳钻现象，钻速下降，上提钻具有不同程度的挂卡，泵压上升，严重时蹩泵。,（3）动力钻具的正确使用1、动力钻具入井前怎样检查?1.1首先要检查单（双）弯方向，找出弯曲方向记号，1.2检查动力钻具的度数和编号，1.3测量动力钻具扶正块的外径、本体外径和间隙，1.4测量动力钻具的长度及扣型，1.5了解动力钻具的结构（由旁通阀总成、马达总成、万向轴总成和传动轴总成四
20、大基本部件组成）1.6试运转。,2、使用方法1、地面检查完毕接钻头下钻，下钻距井底0.50m时开泵启动马达，开泵后逐渐增加冲数达到所需排量，记下总泵压和排量。短时间冲洗井底，待泥浆返出正常后，把钻头放置井底缓慢加压，钻进1米后进一步加大到正常钻压。随着钻压的加大，泵压也会升高，同时造成的压差不得超过所规定的数值。2、钻进中可通过立管压力表和指重表进行检查。钻压大小、地层改变、钻头磨损都会改变钻头扭矩，可通过立管压力来判断。如果动力钻具降速，压差会超过平均水平，应立即把钻具提离井底，待压力下降后再漫漫地将钻具放置井底继续钻进。为了钻进时保持恒定的转速和扭矩，须使排量和泵压处于稳定状态。,3、技术
21、要求：3.1在驱动接头和钻头之间加接头，其长度应尽量短；3.2下钻遇阻不能硬压也不能划眼，应起钻通井。4、常见故障处理：4.1泵压突然升高：原因及处理方法钻压过大，动力钻具转不动及时提离井底，泵压恢复正常后轻压钻进；动力钻具脱胶立即起钻更换动力钻具。,4.2泵压逐渐升高：原因及处理方法：钻头被堵塞提离井底检查压力，如果压差高于起始 压差可试用改变排量和上提办法清洗钻头，若无效则起钻。钻头磨损;如果钻速下降则起钻换钻头。地层改变;提离井底检查压力，如果压差与起始压力相同则继续钻进。,4.3泵压逐渐下降：原因及处理方法发生井漏及时检查钻井液量，起钻堵漏钻柱刺漏应立即起钻检查4.4无机械进尺：原因及
22、处理方法地层改变可改变钻压和排量等钻井参数。动力钻具不转提离井底检查压力，然后轻压钻进或起钻换动力钻具。钻头磨损起钻换钻头。,（4）关于测斜零长和测深的计算：4.1 MWD测斜零长：C=钻头长度+动力钻具长度+接头长度+无磁长度-3.89m+1 m测深=井深-MWD侧斜零长4.2 测深（电子单、多点）：L=井深-（方入+方钻杆底下接头长度+0.5m+钻头长度+档板以下接头或动力钻具等长度+2.50m）,（5）几种常用钻头、钻具、接头的扣型尺寸：,（6）怎样侧钻?1)首先要选好侧钻点,保证侧钻成功；其次要保证控制好井眼轨迹，提高机械钻速。侧钻点的选择原则:1、尽量减少返工进尺,缩短钻井周期,降低
23、成本。2、井径比较规则的井段.3、保证水泥塞强度应能承受下部侧钻施工.4、选择钻时相对较快的井段。,2)采取的技术措施是：1、侧钻前要扫水泥塞到预定位置，静压试水泥塞胶结强度和承压能力。2、尽量用牙轮而不是PDC钻头。3、摆好工具面，接近“零钻压”控时钻进，前6-8m井段钻进速度为相应直井段的一半。4、钻进中途避免活动钻具，接单根后将钻头放到井底后，才能开泵钻进。5、每2h捞取一次砂样，判断侧钻井眼的形成情况，在完全进入新地层后，逐步加至正常钻压钻进。,（7）、关于服务态度和服务意识5.1甲方永远是正确的。5.2即使甲方错了，请参照第一条执行。5.3“三人行，必有我师”，倡导相互学习的浓厚气氛
24、。,（）水平井剖面类型：水平井的井身剖面类型，根据剖面形状和从直井段至水平段拐弯半径的大小，划分为：长曲率半径（大于1000英尺）（305米）；中曲率半径（2001000英尺）（61305米）；短曲率半径（15200英尺）（4.57561米）；超短曲率半径（115英尺）（0.3054.575米）,六、水平井施工的工作步骤,打好一口水平井，大致分为以下五个步骤 1、上井前的准备工作 2、直井段施工 3、斜井段施工4、水平段施工5、完井资料的收集、整理、上交工作,五步工作法,1、上井前的准备工作1.1工程设计 首先了解该井的设计情况，主要包括井身结构、地质分层，剖面设计（井口及靶点坐标、造斜点位置
25、、造斜率的大小，及对靶盒的要求），对于该井的特别提示和要求等。1.2动力钻具和接头 对于 12 1/4井眼：准备：本体尺寸：197mm，扶正块外径308 mm 的动力钻具；而目前油田，用于12 1/4井眼本体尺寸197mm的动力钻具有三种扣型：分别为630630，630520和630530，因此准备配合接头有三种：扣型分别为631410，521410和531410。,对于 9 5/8“井眼：准备：目前油田，用于9 5/8“井眼:扶正块外径238 mm 的动力钻具本体尺寸有三种：197mm、172mm和165mm，三种扣型为630530、630520和430430，因此准备配合接头有三种：扣型分
26、别为:531410，521410，431410。对于8 1/2井眼：准备：用于 8 1/2“井眼:扶正块外径212 mm 本体尺寸165mm的动力钻具扣型为430430，因此准备配合接头两种：扣型分别为:431410 和431 4A10。,1.3 特种钻具和仪器的准备5无磁承压钻杆：2根5加重钻杆：45根5斜坡钻杆：45根（根据斜井段和水平段长度定）MWD仪器和411410短节1.4 制定施工方案和技术保障措施并进行技术交底,2、直井段施工2.1一开直井段一开（要接上无磁放好挡板），采用塔式或钟摆钻具组合，吊打钻进，确保钻直，起钻投多点。2.2二开直井段二开（要接上无磁放好挡板），采用塔式或钟
27、摆钻具组合，出表层100m吊打钻进，钻进期间吊测监控，至离设计造斜点1020m，循环处理泥浆短起下，起钻投多点，为下步顺利施工创造有利条件。,3、斜井段施工3.1钻具组合（柔性）钻头+动力钻具+接头+5无磁承压钻杆1根+MWD短节+5 无磁承压钻杆1根+5 加重钻杆45根+5 斜坡钻杆45根+5 普通钻杆。注意：1、入井前的动力钻具、接头、5 无磁承压钻杆等必须仔细检查，画好草图；掌握下井钻头的工作特性、使用寿命和水眼直径等。2、下入较大度数的单弯（1.51.75）动力钻具。坚持造斜率:就高不就低的原则3、量好角差，并把角差和方位修正角输入计算机。,3.2施工技术 下钻到井底后，接上方钻杆离开
28、井底开泵循环，待返出泥浆排量正常后，摆工具面到预定位置，开始时用磁工具面定向钻进，小钻压钻进12单根，待工具面比较稳定后适当调整钻进参数；井斜超过3MWD自动显示高边工具面，全力增井斜；当井斜达到一定要求后，采用滑动钻进与复合钻进相结合的方式随时校正井眼轨迹。井斜超过45后，采取短起下钻和钻具倒装，之前泥浆混足原油和其它润滑剂，并采取大排量定期或清洗井眼等措施，防止粘卡和消除岩屑床的形成，确保井眼畅通和稳定。过A点后30m，由甲方地质监督确定进行中间电测，中间电测完后，带着测井草图，到采油厂地质所讨论下步施工方案，若要变更设计，要求写好变更设计通知单。,施工关键：目的层都在馆陶组，而馆陶组砂层
29、发育，地层疏松，容易出现造斜率失常等不利因素，确保A点的矢量中靶，防止造斜率失常是取胜的关键。当遇到地层钻时很快或有不同程度的放空时，要加大钻压或是减小排量，并禁止在有快钻时的井段长时间循环，以确保有一个比较稳定的造斜率；另外，再没有接到变更设计的前提下，要尽量控制用较低的造斜率入靶。,4、水平段施工4.1钻具组合(倒装)钻头+动力钻具+接头+5无磁承压钻杆1根+MWD短节+5无磁承压钻杆1根+5斜坡钻杆45根+5加重钻杆45根+5普通钻杆。4.2施工技术(坚持少滑多转,少调勤调的原则)采用复合钻进时，钻时在23min/m，要求井队除接单根速度快外，还要做到早开泵，晚停泵，尽量缩短泥浆静止时间
30、，防止砂子沉降速度快堵水眼和岩屑堆圾造成再次开泵困难等复杂情况；尽量不要在水平段变更设计和大幅度调整井斜，滑动钻进时摩阻比原来显著增大，进尺变慢，要定时上提大幅度活动钻具。尽量缩短MWD测量时间，对于薄油层水平井要增加MWD测量次数，及时处理测量数据，并对井底及待钻井眼轨迹位置进行正确预测。加强录井检测和观察，并根据录井结果和地质要求及MWD测量情况，随时微调井斜和变更设计，满足甲方需要。,5、完井资料的收集、整理、上交工作注意:交给甲方的资料数据必须准确，上交的资料必须齐全完整，由项目长负责统一处理并解释工作，同一口井不允许有不同的数据资料存在。,附件:,资料验收标准和通知要求,七、体会要想
31、搞好技术服务工作，必须深入现场、了解现场，熟悉现场,能够随时解决现场中遇到的各种问题，因而要求必须熟知钻头、动力钻具、MWD仪器、各种钻具结构，泥浆、地质、钻井设备等相关内容，下达的钻井指令和制定的钻井参数合理有效，才能在工作中运用自如。,市场的竞争，关键的问题是人才的竞争，尤其是管理人员层次的高低，直接影响钻井速度，我们作为井队的乙方，一些想法和思路必将受到井队等的制约。因此与甲乙方的协调能力尤为关键。,施工时定向人员，与井队、地质、泥浆等有关部门通力合作，精心组织，科学施工，仔细分析和处理施工中出现的各种复杂情况和问题，才能取得理想的效果。,团结协作，是取胜的关键。搞好现场服务是一项系统工程，工程技术人员与测量人员及其他有关单位人员必须精诚团结，互相学习，相互促进，共同提高，才能比较圆满完成施工任务。,谢谢大家！,
