定向钻井技术（概述）

定向钻井技术（ 概述 ） 主要内容 1、相关的几个基本概念 2、定向钻井的应用领域 3、定向井的类型 4、定向钻井关键技术 5、定向钻井技术发展趋势 1、相关的几个基本概念 (1)什么是定向井？ 英国科学家：使井筒按特定的方向偏斜，钻遇地下预定目标的一门科学和艺术。 我国学者：按照预先设计的井斜角、方位角和井眼轴线形状进行钻进的井。 (2)井眼轨迹的基本概念 造斜点 稳斜井段 实钻井眼轨迹 设计井眼轨道 靶区 水 平 位 移 垂 深 北 东 靶点 N E 设计轨道 实际轨迹 (2)井眼轨迹的基本概念 基本参数（ 3个）： 测斜参数 井深、井斜角、井斜方位角（方位角） 计算参数（ 8个）： 由基本参数计算得到的参数 直角坐标（ 5个）： 垂深、 N)、 E)；水平长度 、视平移 ； 极坐标（ 2个）： 水平位移 、平移方位角 ； 井眼曲率 (K) 。 2、定向钻井的应用领域 (1) 石油钻井工程领域 地面环境条件的限制 地下地质条件的要求 处理井下事故的需要 提高油藏采收率的手段 (2) 非石油钻井工程领域： 煤层气钻井；地热钻井；芒硝开采；地下核试验； 非开挖施工技术 等。 地面环境条件的限制 当地面上是高山，湖泊，沼泽，河流，沟壑，海洋，农田或重要的建筑物等，难以安装钻机进行钻井作业时，或者安装钻机和钻井作业费用很高时。 地下地质条件的要求 断层遮挡油藏 ：定向井比直井可发现和钻穿更多的油层； 薄油层 ：定向井和水平井比直井的油层裸露面积要大得多； 垂直裂缝的构造带 ：打直井很难钻遇裂缝，若钻定向井或水平井，则钻遇裂缝的机会就大得多。 处理井下事故的需要 井下落物或断钻事故 无法捞出时，从上部井段侧钻打定向井； 井喷着火 常规方法难以处理时，在事故井附近打定向井 (救援井 )，与事故井贯通，进行引流或压井，可处理井喷着火事故。 高陡构造地层 ，打直井很困难，若打定向井，则更容易。 提高油藏采收率的重要手段 钻穿多套油气层、老井侧钻、 水平井 等。 扩大泄油面积 增加控制储量 提高油井产能 直井的 5倍以上（ L=300m） 水平井技术适合于薄层的开采 直井 定向井 水平井 大位移井 开窗侧钻井 3、定向井的类型 石油钻井的分类 常规定向井 ：最大井斜角 60 大斜度定向井 （大斜度井）：最大井斜角 60 水平井 ：最大井斜角保持在 90 左右（ 86 ），且在目的层中继续延伸一定长度（ 水平段长 /油层厚度 6）。 据最大井斜角对定向井分类 三段式轨道 多靶三段式轨道 五段式轨道 双增式轨道 二维常规定向井轨道的基本类型 水平井 （ 是指井眼轨迹达到水平（井斜角 86）并继续延伸一定长度（延伸长度 /油层厚度 6）的定向井。 什么是 水平井？ 什么是 大位移井？ 悬链线水平位移 水平位移 /垂深 2 垂 深 造斜点 也称为 延伸井 （ ， 或 大位移井延伸井， 是指水平位移与垂深之比 （ 位垂比 ） 不小于 也有学者把位移大于 3000 由于国内装备和配套工艺及工具限制 ， 目前把水平位移与垂深之比不足 2倍但水平位移较大的井统称为大位移井 。 胜利油田河50井组 丛式井 （ ：在同一个井场上或钻井平台上 ，有计划地钻出两口或两口以上的定向井 ， 可含一口直井 。 什么是 丛式井？ 什么是 多分支井？ 也称为“ 多底井 ”（ ，是指在一口主井眼的底部钻出两口或多口进入油气藏的分支井眼(二级井眼 )，甚至再从二级井眼中钻出三级子井眼。 主井眼可以是直井、定向斜井，也可以是水平井。 分支井眼可以是定向斜井、水平井或波浪式分支井眼。 4、定向钻井关键技术 （ 1）高效破岩技术 （ 2）高效携岩技术 （ 3）轨迹测量与控制技术 （ 4）井壁稳定技术 （ 5）地层评价技术 （ 6）油气层保护技术 （ 7）钻井环保技术 （ 1）高效破岩技术 钻井是为了在地层岩石中形成一个井眼，因此，高效的破岩技术，是提高钻井速度、缩短建井周期、降低钻井成本的关键。 在深井、超深井和大位移井中，由于起下钻时间占的比重越来越大，加上深部地层硬度和研磨性也越来越高，使得高效破岩技术在深井、超深井和大位移井中显得尤为迫切。 将钻头破碎的岩屑从井底及时清除出去是提高钻速，减少钻井事故的关键。 在大斜度井中，由于岩屑在重力作用下落到井壁下侧，影响钻柱的活动，增大了钻柱的摩阻扭矩，还容易引起井下复杂情况。 （ 2）高效携岩技术 测量仪器发展历程 第一时代：氢氟酸测斜仪 第二时代：照相式磁性单、多点测斜仪 第三时代：电子单、多点测斜仪 第四时代：有线随钻测斜仪 第五时代：无线随钻测斜仪 第六时代：无线随钻测井 +随钻测斜仪（地质导向技术） （ 3）轨迹测量与控制技术 随钻测量 随钻测量井底信息 地质参数 钻井工程参数 轨迹空间位置 钻井参数 钻压 扭矩 压力 自然伽玛 电阻率 密度 声波 倾角 井斜 方位 工具面 隙度 地面系统 井下仪器 上位机系统软件 + + 泵冲传感器 司钻阅读器 压力传感器 地面接口箱 计算机 井下仪器串 电源系统短节 电子控制短节 脉冲发生器 打印机 伽玛接口箱 伽玛测量短节 电阻率短接 电阻率、 井眼轨迹控制就是采用合理的措施 (包括 作参数及测控系统等 ), 强制钻头沿预定轨道破碎地层而钻进的过程。 需要专门的井下工具和测斜系统 (硬件 ) 开发井眼轨迹预测和控制软件 (软件 ) 井眼轨迹控制的实质就是不断地控制井眼的前进方向（井斜角和方位角），设法使实钻的井眼轨迹尽可能符合设计的井眼轨道。 （ 3）轨迹测量与控制技术 井眼方向控制内容： 井斜角控制：增斜、降斜、稳斜 方位角控制：增方位、降方位、稳方位 井眼方向控制方法： 调整造斜工具的 造斜率 和 装置角 造斜率调整： 目前主要通过 更换钻具组合 来实现，较先进的方法是 可变径稳定器 和 可调弯角的动力钻具 ，最先进的方法是 旋转导向钻井系统 。 装置角调整： 涉及到 各种定向角度的计算 和 如何定向 的问题。 （ 3）轨迹测量与控制技术 1 2 3 4 5 定向井常规钻具组合 增 斜 增方位 稳方位 降方位 稳 斜 降 斜 (九种形式 ) 30 40 50 70 60 90 80 2000 年代 斜 向 器 井 下 马 达 弯 外 壳 马 达 旋 转 导 向 动导向 革命性 进步 定向技术发展历程 （ 4）井壁稳定技术 地层被打开后，井壁岩石便失去了原有的支撑力，如果井壁岩层固有的胶结强度较弱，便会失稳垮塌；有的地层如泥页岩地层容易吸水膨胀垮塌；有的地层如盐膏层容易发生蠕变；有的地层如盐岩层会导致钻井液性能变差，从而导致井下复杂情况。 井壁稳定问题是目前迫切需要解决的问题，它严重制约了钻井的发展。 （ 5）地层评价技术 主要包括地层的工程特性评价和油层的含油气情况评价。 进行地层工程特性评价是为了安全、优质、高效的钻井。 进行油层含油气情况评价是为了提高油层的穿透率，提高油田开发效果。 （ 6）油气层保护技术 为了防止油气流入井内，造成井涌、井喷等严重后果，通常使井内液柱压力略大于油气层压力。 当井内压力大于油气层压力时，钻井完井液中的固相颗粒也会侵入油气层的孔隙内，增加油气流动阻力，造成对油气层的严重损害。 正确诊断油气层损害机理是进行油气层保护的关键。 （ 7）钻井环保技术 在钻井过程中，若因预防措施不力而对井喷失去控制，将会对周围环境造成严重污染。 对废弃的钻井液和其它废弃物处理不当，则会对周围环境或水源产生污染。 钻遇地下硫化氢等有害气体时处理不当，更会殃及人畜的生命。 (1)向“ 横 ” 的方向发展（ 普通定向井 ） 5、钻井技术发展趋势 (1)向“ 横 ” 的方向发展（ 丛式井 ） (1)向“ 横 ” 的方向发展（ 水平井 ） (1)向“ 横 ” 的方向发展（ 大位移井 ） 海油陆采 利用现有平台开采边际小油田 扩大平台控油面积 多目标大位移井开采多个断块油气藏 (2)向“ 深 ” 的方向发展（ 深井、超深井 ） 深井、超深井钻井技术是为勘探和开发地层深处的油气资源而发展起来的。 从我国的情况来看，陆上石油资源储量为 694亿吨，已探明 明率为 25%；陆上天然气资源量为 30万亿立方米，明率仅为 4%。 (2)向“ 深 ” 的方向发展（ 深水钻井 ） 目前，在勘探比较成熟的海域例如墨西哥湾，石油勘探已转向深水海域，探井的水深已达到 1500m，已开发了 1000 南海的流花油田已从 300已在500 (3)向“ 小 ” 的方向发展（ 小井眼钻井 ） 小井眼是钻井向快和省方向发展的重要措施。如果适合采用小井眼钻井技术，那么节约可套管成本、破岩成本、动力成本和运输成本，一般可节约成本 3550，边远和运输困难的地区可能节约 50 75的投资。 (4)向“ 巧 ” 的方向发展（ 多底井钻井 ） 从一口定向井或水平井中侧钻，钻出两个或多个分支井眼，称为 多底井钻井 ，它能够提高了产层的产能，节省了钻井和油田开发的投资。 (5)向“ 智 ” 的方向发展（ 地质导向钻井 ） 地质导向钻井技术 就是在钻井过程中通过随钻测量多种地质和工程参数 ,对所钻地层的地质参数进行实时评价和对比，根据评价对比结果而调整控制井眼轨迹，使之命中最佳地质目标并在其中有效延伸，使现场人员根据地质目标情况有效地控制井眼轨迹的走向，回避风险，从整体上提高油田勘探开发的总体效果。 (5)向“ 智 ” 的方向发展（ 闭环钻井 ） 闭环钻井技术 是指全部钻井过程依靠传感器测量多种参数，依靠计算机获取数据，并进行解释和发出指令，最后由自动设备来执行，使钻井过