1、-精品-钻井工艺研究所钻井工艺研究所 2005年年5月月6日日定向井基础知识讲座定向井基础知识讲座-精品-定向井技术起源于定向井技术起源于2020世纪初，是美国世纪初，是美国EastmanEastman公公司开展起来的，到司开展起来的，到2020世纪中期，随着国际钻井三大技世纪中期，随着国际钻井三大技术术(MWD(MWD随钻测量技术、高效随钻测量技术、高效PDCPDC钻头、长寿命导向螺钻头、长寿命导向螺杆钻具杆钻具)的应用，飞速发展了水平井，的应用，飞速发展了水平井，19951995年，世界年，世界上共钻成水平井上共钻成水平井1259012590口，我国是继美国和前苏联之口，我国是继美国和前苏
2、联之后，第三个钻水平井的国家，后，第三个钻水平井的国家，19651965年在四川钻成了两年在四川钻成了两口水平井，口水平井，9090年水平井被列入国家年水平井被列入国家“八五八五”重大科技重大科技攻关项目。攻关项目。四年四年时间在时间在1010个油田钻成了个油田钻成了5050余口水平井，余口水平井，目前全国各油田已经普遍推广应用。目前全国各油田已经普遍推广应用。江汉油田定向井技术起步较晚，但发展较快。江汉油田定向井技术起步较晚，但发展较快。1984年打成了江汉第一口江油陆采的定向井年打成了江汉第一口江油陆采的定向井黄黄36井井（红旗码头），（红旗码头），19991999年打成了第一口水平井年打
3、成了第一口水平井王平王平1 1井，现在江汉本土完成了井，现在江汉本土完成了1616口口,鄂西渝东鄂西渝东1313口，清河口，清河采油厂采油厂2323口，吉国口，吉国3 3口水平井。累计口水平井。累计5555口。口。与胜利油田比较：与胜利油田比较：建平建平1 1井水平段长井水平段长1046.191046.19米米,用了用了1818趟钻，趟钻，4545天天完成完成;建建2727侧平侧平1 1井水平段长井水平段长712.83712.83米，只用两趟钻米，只用两趟钻4.54.5天完成。天完成。黄盐平黄盐平1 1井是国内第一口直接对穿的采卤连通水井是国内第一口直接对穿的采卤连通水平井。胜利油田完成的沙盐
4、平平井。胜利油田完成的沙盐平1 1井，对穿没成功，造井，对穿没成功，造成第二次填井重钻。成第二次填井重钻。差距在于仪器装备落后，技术人员奇缺。差距在于仪器装备落后，技术人员奇缺。-精品-最深的水平井最深的水平井是意大利米兰所钻的井深是意大利米兰所钻的井深63306330米，米，垂深垂深59945994米。米。最浅的水平井最浅的水平井是加拿大的一口井，井深是加拿大的一口井，井深597597米，垂深米，垂深162162米。米。最大水平位移最大水平位移的井是美国完成的的井是美国完成的M16LPZM16LPZ井水平位移井水平位移1072810728米。米。我国所钻我国所钻DH-P1DH-P1超深水平井
5、超深水平井井深井深64526452米米,垂深垂深5782.295782.29米米,水平段水平段长长500.46500.46米。米。我国最大水平位移我国最大水平位移的井是南海西江的井是南海西江A14A14井的水平位移井的水平位移8060.78060.7米。米。国内外水平井之最国内外水平井之最-精品-定向井定向井：按照一定目的要求，沿着设计轨道钻达：按照一定目的要求，沿着设计轨道钻达预定目的层位的井。预定目的层位的井。水平井水平井：指井斜角大于或等于：指井斜角大于或等于8686并在目的层中并在目的层中维持一定长度的维持一定长度的水平段水平段的定向井。的定向井。定向井的三要素定向井的三要素：井斜角、
6、方位角、井深。它是：井斜角、方位角、井深。它是衡量定向井井身质量优劣，计算定向井井眼轨迹的重衡量定向井井身质量优劣，计算定向井井眼轨迹的重要参数。要参数。最小曲率法最小曲率法：把上下两侧点之间的井段看成圆弧：把上下两侧点之间的井段看成圆弧曲线曲线,以曲率半径最小的曲线计算井眼轨迹的方法。以曲率半径最小的曲线计算井眼轨迹的方法。装置角装置角：井眼轴线上某点的方位角与工具面之间：井眼轴线上某点的方位角与工具面之间的夹角。的夹角。-精品-入靶点入靶点：是指地质设计规定的目标起始点。：是指地质设计规定的目标起始点。终止点终止点：是指地质设计规定的目标结束点。：是指地质设计规定的目标结束点。靶前位移靶前
7、位移：是指入靶点的水平位移。：是指入靶点的水平位移。水平段长水平段长：入靶点与终止点的轨道长度。：入靶点与终止点的轨道长度。矩形靶矩形靶：即纵向为：即纵向为a a米米,横向为横向为b b的长方体。的长方体。调整井段调整井段：用于施工中调整井眼轨迹的井段。：用于施工中调整井眼轨迹的井段。倒装钻具组合倒装钻具组合：在钻大斜度井段和水平段时，为了给钻：在钻大斜度井段和水平段时，为了给钻头加压，将部分重量较轻的钻具放至钻具组合下部，把头加压，将部分重量较轻的钻具放至钻具组合下部，把钻铤、加重钻杆等较重的钻具放至直井段或较小井斜的钻铤、加重钻杆等较重的钻具放至直井段或较小井斜的井段的钻具组合。井段的钻具
8、组合。-精品-精品-水平井分类：水平井分类：1、长半径水平井（小曲率水平井）：造斜率、长半径水平井（小曲率水平井）：造斜率K6/30m，曲率半径，曲率半径R286.5m。2、中半径水平井（中曲率水平井）：造斜率、中半径水平井（中曲率水平井）：造斜率K=6-20/30m，曲率半径，曲率半径R=286.5-86m 3、短半径水平井（大曲率水平井）：造斜率、短半径水平井（大曲率水平井）：造斜率K=3-10 /m,曲率半径曲率半径R=19.1-5.73m-精品-1 1、井下马达、井下马达 单弯、双弯、铰链马达、加长马达、非磁性马达等。单弯、双弯、铰链马达、加长马达、非磁性马达等。其中单弯螺杆钻具应用最
9、多其中单弯螺杆钻具应用最多 单弯螺杆钻具的设计是根据弯接头配接普通直马单弯螺杆钻具的设计是根据弯接头配接普通直马达钻具组合用于造斜的基本原理，按照动力钻具在水达钻具组合用于造斜的基本原理，按照动力钻具在水平井中的工作要求，在现有直螺杆钻具结构基础上平井中的工作要求，在现有直螺杆钻具结构基础上改改制制而成的。它可以获得较高的造斜率，为达到更好的而成的。它可以获得较高的造斜率，为达到更好的稳定效果，使用中通常配以上下两个稳定器。稳定效果，使用中通常配以上下两个稳定器。井下钻具组合井下钻具组合动力钻具动力钻具-精品-2 2、高效、高效PDCPDC钻头钻头3 3、弯接头弯接头：它是造斜钻具产生侧向力的
10、原因。弯接：它是造斜钻具产生侧向力的原因。弯接头壳体上有高边标志线，所谓高边即弯接头的弯曲方头壳体上有高边标志线，所谓高边即弯接头的弯曲方向。向。4 4、定向接头定向接头：其作用是支撑和固定测量仪器，使仪：其作用是支撑和固定测量仪器，使仪器测出准确的工具面。器测出准确的工具面。5 5、无磁钻铤无磁钻铤：无磁钻铤的作用一是避免由于使用钢：无磁钻铤的作用一是避免由于使用钢钻铤对测量仪器产生的影响；二是屏蔽上下钻具及井钻铤对测量仪器产生的影响；二是屏蔽上下钻具及井壁周围的磁场，以保证磁性测量仪器测量结果的准确壁周围的磁场，以保证磁性测量仪器测量结果的准确性。性。6 6、抗压缩钻杆抗压缩钻杆：在中曲率
11、水平井的造斜段，由于：在中曲率水平井的造斜段，由于井眼曲率较大，普通钻铤下不去，故在钻柱的承压部井眼曲率较大，普通钻铤下不去，故在钻柱的承压部分要用特种钻杆，当造斜率小于分要用特种钻杆，当造斜率小于1515/30m/30m时。时。7 7、循环头循环头：当测量仪器是有线随钻时，它被装在：当测量仪器是有线随钻时，它被装在水龙带与方钻杆连接处，电缆由它进入钻杆。造斜钻水龙带与方钻杆连接处，电缆由它进入钻杆。造斜钻进时，用高压油密封电缆入口，避免泥浆外泄。每打进时，用高压油密封电缆入口，避免泥浆外泄。每打完一立柱，接下一立柱时，必须把测量仪器从井底提完一立柱，接下一立柱时，必须把测量仪器从井底提出，接
12、好立柱后，再把测量仪器送到井底。出，接好立柱后，再把测量仪器送到井底。常用仪器有：常用仪器有：1 1、有线随钻测斜仪。、有线随钻测斜仪。2 2、MWDMWD。由探管、脉冲发生器、涡轮发电系统、由探管、脉冲发生器、涡轮发电系统、悬挂短节、地面接收系统组成。悬挂短节、地面接收系统组成。3 3、FEWDFEWD。随钻测井，实现地质导向钻井可以控制。随钻测井，实现地质导向钻井可以控制钻头始终在产层中间钻进。钻头始终在产层中间钻进。（1）FEWD功能及组成：功能及组成：1、随钻地质参数：、随钻地质参数：双向自然咖玛、电阻率（双向自然咖玛、电阻率（4 4种探测深度）、补偿中子孔隙度、岩石密度种探测深度）、
13、补偿中子孔隙度、岩石密度 2、定向工程参数：、定向工程参数：井斜角、方位角、井斜角、方位角、磁性工具面、高边工具面角磁性工具面、高边工具面角3、井下仪器工况诊断：、井下仪器工况诊断：震动传感器、震动传感器、温度传感器温度传感器 4、磁参数：、磁参数：地磁场强度，地磁倾角地磁场强度，地磁倾角地面实时监视界面地面实时监视界面地质参数曲线地质参数曲线（2）随钻测井随钻测井 用用FEWDFEWD测井曲线与邻井测井曲线可以进行对比测井曲线与邻井测井曲线可以进行对比，更准确的划分地层界面、确定标志层深度。，更准确的划分地层界面、确定标志层深度。（3 3）用用FEWDFEWD测井曲线确定标志层垂深测井曲线确
14、定标志层垂深 （4 4）用用FEWDFEWD曲线划分地层界面、预测到曲线划分地层界面、预测到 油层的距离油层的距离 用自然伽玛曲线、电阻率曲线，准确的划分出岩用自然伽玛曲线、电阻率曲线，准确的划分出岩性界面。在随钻监测中，结合岩屑录井，分析轨迹是性界面。在随钻监测中，结合岩屑录井，分析轨迹是否接近油层，为有效调整轨迹方向提供依据。否接近油层，为有效调整轨迹方向提供依据。FEWD FEWD的双向自然伽玛探测半径为的双向自然伽玛探测半径为0.30m0.30m，油层伽玛值一般，油层伽玛值一般在在65API65API至至80API80API之间，用量的概念解释油层变化。之间，用量的概念解释油层变化。F
15、EWDFEWD的电阻率探测半径为的电阻率探测半径为0.94m0.94m,油层电阻率值一般在油层电阻率值一般在7-87-8欧欧姆姆/米米之间。之间。实钻井眼轨迹与油层走向的相对位置发生变化时，自然实钻井眼轨迹与油层走向的相对位置发生变化时，自然伽玛和电阻率均有明显的变化，因此，可根据曲线的相对大伽玛和电阻率均有明显的变化，因此，可根据曲线的相对大小及其变化判断井眼轨迹所处位置、预测油层位置。小及其变化判断井眼轨迹所处位置、预测油层位置。（5 5）FEWDFEWD曲线变化判别轨迹接近油顶或曲线变化判别轨迹接近油顶或 油底情况油底情况-精品-1 1、小断块油层准确描述难、小断块油层准确描述难图（一）
16、水平井技术难点（一）水平井技术难点油饱和度剖面动态变化过程油饱和度剖面动态变化过程2 2、剩余油定量描述难、剩余油定量描述难（一）水平井技术难点（一）水平井技术难点由于油层深埋地下几千米，顶由于油层深埋地下几千米，顶面起伏不平，顶面描述不准确，面起伏不平，顶面描述不准确，易导致水平井钻入泥岩中。易导致水平井钻入泥岩中。3 3、油层顶面深度精确预测难、油层顶面深度精确预测难（一）水平井技术难点（一）水平井技术难点水平段轨迹优化设计水平段轨迹优化设计4 4、水平井轨迹设计难、水平井轨迹设计难（一）水平井技术难点（一）水平井技术难点5 5、油层薄，中靶难、油层薄，中靶难需要有合适的角度，需要有合适的
17、角度，才能达到矢量入靶才能达到矢量入靶角度偏大角度偏大角度偏小角度偏小（一）水平井技术难点（一）水平井技术难点-精品-6 6、井眼轨迹在油层最佳位置穿行难、井眼轨迹在油层最佳位置穿行难精确控制几千米远的钻头走向难度大精确控制几千米远的钻头走向难度大油层薄，地层倾角变化，有时上翘或下倾油层薄，地层倾角变化，有时上翘或下倾（一）水平井技术难点（一）水平井技术难点-精品-（二）水平井应用实例（二）水平井应用实例黄盐平黄盐平1 1井是江汉油田首口设计施工的采卤连通水平井，井是江汉油田首口设计施工的采卤连通水平井，准确命中准确命中B B靶与王东靶与王东12-1312-13井直接连通。完钻井深井直接连通。
18、完钻井深2358m2358m，水平，水平段长段长198m198m，实钻垂深与设计相差，实钻垂深与设计相差0.3m0.3m，A A点靶心距点靶心距1.14m1.14m，B B点点钻入王东钻入王东12-1312-13井半径为井半径为3m3m的溶腔中，实现了不用压裂，两井的溶腔中，实现了不用压裂，两井直接连通的目的。直接连通的目的。（二）水平井应用实例（二）水平井应用实例1 1、直井段、直井段要求防斜打直。二开采用塔式钻具，控制钻压要求防斜打直。二开采用塔式钻具，控制钻压101040kN40kN，转速转速117r/min117r/min，确保井斜在较低范围内。三开采用钟摆钻具，确保井斜在较低范围内。
19、三开采用钟摆钻具，钻压钻压202030kN30kN，转速，转速217 r/min217 r/min，井斜控制在，井斜控制在2 2以内，取得了以内，取得了较好效果。钻具组合为：较好效果。钻具组合为：215.9mmPDC+158.75mm215.9mmPDC+158.75mm无磁钻铤无磁钻铤1 1根根+158.75mm+158.75mm钻铤钻铤1 1根根+214mm+214mm稳定器稳定器+158.75mm+158.75mm钻铤钻铤1 1根根+214mm+214mm稳定器稳定器+158.75mm+158.75mm钻铤钻铤6 6根根+127mm+127mm钻杆钻杆2 2、造斜段、造斜段从从1527m
20、1527m开始定向造斜，施工措施与常规定向井，水平井基本相开始定向造斜，施工措施与常规定向井，水平井基本相同，滑动钻进时造斜率为同，滑动钻进时造斜率为0.340.340.40.4/m/m，复合钻进时井斜变化率为，复合钻进时井斜变化率为0.020.020.050.05/m/m。2050m2050m以后，以后，垂深垂深1988m1988m，进入潜二段，进入潜二段1616韵律的盐韵律的盐层，按照正常钻进规律，盐层滑动钻进造斜率偏低，复合钻进时降层，按照正常钻进规律，盐层滑动钻进造斜率偏低，复合钻进时降斜，为了解决这个问题，采取通过提高钻具造斜力的方法来克服盐斜，为了解决这个问题，采取通过提高钻具造斜
21、力的方法来克服盐层造斜率的不足，螺杆本体扶正器增大为层造斜率的不足，螺杆本体扶正器增大为213mm213mm，造斜率仍保持在，造斜率仍保持在0.330.330.460.46/m/m，复合钻进井斜变化率，复合钻进井斜变化率0.010.010.040.04/m/m，基本保证，基本保证了全井段轨迹控制的稳定性。了全井段轨迹控制的稳定性。在进入纯盐层钻进时，为了防止钻进速度过快发生盐卡事故，首在进入纯盐层钻进时，为了防止钻进速度过快发生盐卡事故，首先，控制钻时先，控制钻时6 610min/m10min/m；其次，每钻进；其次，每钻进3 34m4m上提钻具划眼一次；上提钻具划眼一次；然后，钻进然后，钻进
22、606080m80m短起下一次，及时清除岩屑床，防止盐卡事故。短起下一次，及时清除岩屑床，防止盐卡事故。（二）水平井应用实例（二）水平井应用实例3 3、水平段、水平段 水平段从水平段从A A点到点到B B点，靶框为逐渐变小的楔形靶，点，靶框为逐渐变小的楔形靶，且全部在纯盐岩层中钻进，由于且全部在纯盐岩层中钻进，由于B B点垂深只下移点垂深只下移0.3m0.3m，基本是平直的，从，基本是平直的，从A A点开始下入点开始下入1 1单弯单弯+欠尺寸稳定欠尺寸稳定器，通过复合钻进，保持稳斜效果，使井斜控制在器，通过复合钻进，保持稳斜效果，使井斜控制在88.588.590 90，对准靶心钻进。复合钻进到
23、，对准靶心钻进。复合钻进到2358m2358m，钻时由钻时由8min/m8min/m，突然下降到，突然下降到2min/m2min/m，泵压由，泵压由16MPa16MPa降到降到14MPa14MPa，钻具放空，证实已钻入王东，钻具放空，证实已钻入王东12-1312-13井的溶腔中井的溶腔中。黄盐平黄盐平1 1井井眼轨迹图井井眼轨迹图-精品-旋转导向钻井技术旋转导向钻井技术 定向井钻井工具最重要的发展趋势之一就是用定向井钻井工具最重要的发展趋势之一就是用旋转导向钻井系统旋转导向钻井系统(Steerble Rotary Drilling (Steerble Rotary Drilling Syste
24、m)System)取代常规转盘钻井系统。目前，国外定向取代常规转盘钻井系统。目前，国外定向井钻井轨迹已从单纯通过起下钻更换下部钻具组合井钻井轨迹已从单纯通过起下钻更换下部钻具组合来改变方位和井斜的阶段来改变方位和井斜的阶段,进入到利用电、液或泥进入到利用电、液或泥浆脉冲信号从地面随时改变方位和井斜的阶段浆脉冲信号从地面随时改变方位和井斜的阶段,使使定向井、水平井进入了真正的导向钻井方式。定向井、水平井进入了真正的导向钻井方式。-精品-压力传感器压力传感器/译码装置译码装置地面计算机地面计算机地面控制闭环系统地面控制闭环系统旁通启动系统旁通启动系统信号通过立管向信号通过立管向井内系统传输井内系统传输旋转导向系统旋转导向系统-精品-精品-Q Q-精品-旋转可控导向机构旋转可控导向机构 （）
