定向井技术(入门基本概念).doc

定向井技术（部分）编 制：李光远编制日期：2002年9月9日注：内部资料为企业秘密，任何人不得相互传阅或外借泄露！一、定向井基本术语解释1）井眼曲率：指在单位井段内井眼前进的方向在三维空间内的角度变化。它既包含了井斜角的变化又包含着方位角的变化，与“全角变化率”、“狗腿度严重度”都是相同含义。K=式中：2）井斜角、方位角和井深称为定向井的基本要素，合称“三要素”。3）A：A点的井斜角，即A点的重力线与该点的井眼前进方向线的夹角。单位为“度”；4）A：A点的井斜方位角，亦简称“方位角”，即从正北方向线开始，顺时针旋转到该点井眼前进方向线的夹角。单位为“度”；5）SB：B点的水平位移，即井口到B点在水平投影上的直线距离，也称“闭合距”。单位为“米”；6）S：闭合距的方位角，也称“闭合方位角”。单位为“度”；7）LA：A点的井深，也称“斜深”或“测深”，即从井口到A点实际长度。单位为“米”；8）HA：A点的垂深，即LA在H轴上的投影。HA也是A点的H坐标值。同样，A点在NS轴和EW轴上的投影，也可得到A点的N和E坐标值。9）磁偏角：某地区的磁北极与地球磁北极读数的差异；10）造斜点：在定向钻井中，开始定向造斜的位置叫造斜点、通常以开始定向造斜的井深来表示；11）目标点：设计规定的、必须钻达的地层位置，称为目标点；12）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，称为井底高边方向。高边方向上水平投影的方位称高边方位，即井底方位；13）工具面：造斜工具面的简称。即在造斜钻具组合中，由弯曲工具的两个轴线所决定的那个平面；14）工具面角：工具面角有两种表示方法：A、高边基准工具面角，简称高边工具角，即高边方向线为始边，顺时针转到工具面与井底圆平面的交线上所转过的角度；B、磁北基准工具面角，简称磁北工具面角，即高边工具面角与井底方位角之和；15）定向角：是定向工具面角的简称，即在定向造斜或扭方位时，当启动井下马达后，工具面所处的位置，用工具面角表示。16）装置角:扭方位时，启动井下马达后工具面所处的位置与轨迹方位之差为装置角,通常用“”表示。17）安置角：是安置工具面角的简称，即在定向造斜或扭方位时，当启动井下马达之前，将工具面安置的位置。安置角在数值上等于定向角加反扭角。18）井下三器：减震器、扶正器、振击器19）井身质量：是指井深轴线的倾斜度（或弯曲状况）与该井设计规定的偏差。20）无磁钻铤材质：由锰、铬、镍合金，或蒙乃尔合金（一种主要成分为镍、铜及少量其它金属材料）制成。二、单点胶片读片方法NSEW12342136788546785213467521346785510151、 20度使用读片器阅读020的底片时，将阅读器放在底片上，使阅读器的瞄准线通过底片中心和测锤“+”字交点在底片上的投影点，瞄准线所对的罗盘刻度的读数即为井斜方位角，投影点所在的同心圆圈数即为井斜角，每一圈表示1。同时，还可读得定位针方位角（即磁北基准工具面角）。如上图11223344559876543210NNWNE678E2、90度阅读1590的底片时，横线穿过的刻度线指示井斜角，数字1、2、3、4分别表示井斜角10、20、30、40，刻度是每一小格为一度。竖线穿过的圆周刻度指示井斜方位角，圆周刻度上标有N、E、S、W和度数，因此可直读井斜方位角。同时，底片还可读定位针方位角（即磁北基准工具面角，读法如下：1、阅读器十字线与底片十字线重合；2、依据阅读器的刻度读出定位针与方位线的角差；3、判断该角差的正负，如从方位线到定位针按NESWN的顺序变化，则角差值为正，如从方位线到定位针按NWSEN的顺序变化,则角差值为负；4、定位针方位角即磁北基准工具面角=井斜方位角+该角差）。如上图三、平均角法定向井轨迹计算方位=磁方位+磁偏角 如：磁方位=5度；磁偏角=-2.5度，则：方位=2.5度SL1、 平均井斜（）=上点井斜（1）+该点井斜（2）/2段 长（L）=该点测深（L2）上点测深（L1）H 分段垂深（H）=L*COS（） 分段位移（S）=L*SIN（） 该点垂深（H）=上点垂深（H0）+分段垂深（H）2、平均方位（）=上点方位（1）+该点方位（2）/2特例：N12E （1）如所得值在1与2的大角平分线上时，则=（1+2）/2-180 例（如右图）：1=65度 2=285度=（65+285）/2-180=-5=355（度） （2）井斜为0或上点井斜为0时，平均方位的计算方法，举例如下：N 井斜 方位 平均方位E0 * * NS5 10 =10EE0 * =105 350 =350南北分量：N=S*COS南北坐标：N=上点南北坐标（N0）南北分量（N）东西分量：E=S*SIN东西坐标：E=上点东西坐标（E0）东西分量（E）3、闭 合 距 S=闭合方位S=arc tg（E/N） 先计算arc tg|E/N|的值，再由N，E正负值来确定S，同时要考虑N，E为0时的判断。N=0E0，则S=90；E0，则S=0；N0 N0 第一象限 则S=arc tg|E/N|E0 N0 二 则S=180-arc tg|E/N|E0 N0 三 则S=180+arc tg|E/N|E0 四 则S=360-1Qarc tg|E/N| 视位移W=S*COS（S-0） 注：0为设计方位4、靶心距的算法：（1）计算出靶心坐标（N0=S0*COS0，E0=S0*SIN0） 注：S0为设计位移（2）计算出进靶坐标（N，E）（垂深与设计中靶垂深相等，如不相等，则需要按规律加入一组数据后再进行计算）靶心距四、陕北地区常用钻具扣型 型号 扣型一、钻头： 121/4（311.25） 631 83/4（222.25） 431 81/2（215.9） 431二、钻挺（含无磁）： 61/4（158.75） 4A11 x 4A10 61/2（165.1） 411 x 410 7（177.8） 411 x 410三、钻杆： 5（127） 411 x 410 41/2（114.3） 411 x 410 31/2（88.9） 311 x 310四、螺杆： 61/2（165.1） 430 x 430 7（177.8） 430 x 430五、扶正器：（1）公母本体： 61/4（158.75） 4A11 x 4A10 61/2（165.1） 411 x 410 7（177.8） 411 x 410（2）双母本体： 61/4（158.75） 430 x 4A10 61/2（165.1） 430 x 410 7（177.8） 430 x 410六、弯接头： 常用： 431 x 4A10 也有： 431 x 410五、陕北地区常用钻具组合设计及配合技术参数设计1.第一次开钻（表层）：311.2mmMP2钻头+配合接头+档板+159mm无磁*1根+159mm钻铤*n+配合接头+127mm钻杆*n+配合接头+方钻杆配合技术参数：钻压：3050KN 转速：6090rpm 排量：1525L/s 泵压：23Mpa2.第二次开钻（上直段）：215.9mmBJ22(或XHP2B等)钻头+配合接头+档板+159mm无磁*1根+159mm钻铤*n+配合接头+127mm钻杆*n+配合接头+方钻杆必要时可采用钟摆结构：215.9mm BJ22(或XHP2B等)钻头+配合接头+档板+159mm无磁*1根+159mm钻铤*1根+213mm螺旋扶正器+159mm钻铤*n+配合接头+127mm钻杆*n+配合接头+方钻杆配合技术参数：钻压：50120KN 转速：60110rpm 排量：2032L/s 泵压：38Mpa3定向造斜井段（或扭方位段）：215.9mm BJ22(或XHP2B等)钻头+165mm直螺杆+1.52度弯接头+159mm无磁*1根+159mm钻铤*n+配合接头+127mm钻杆*n+配合接头+方钻杆配合技术参数：钻压：5080KN 转速：螺杆 排量：2028L/s 泵压：49Mpa4.转盘增斜井段：215.9mm BJ22(或XHP2B等)钻头+配合接头（01m）+213mm螺旋扶正器+档板+159mm无磁*1根+159mm钻铤*n+配合接头+127mm钻杆*n+配合接头+方钻杆配合技术参数：钻压：150220KN 转速：6090rpm 排量：2232L/s 泵压：510Mpa5.稳斜井段：215.9mm BJ22(或XHP2B等)钻头+配合接头（1.52.5m）+213mm螺旋扶正器+档板+159mm无磁*1根+159mm钻铤*n+配合接头+127mm钻杆*n+配合接头+方钻杆配合技术参数：钻压：160230KN 转速：6090rpm 排量：2535L/s 泵压：711Mpa 6.微降斜井段（必要时使用）：215.9mm BJ22(或XHP2B等)钻头+配合接头（34m）+213mm螺旋扶正器+档板+159mm无磁*1根+159mm钻铤*n+配合接头+127mm钻杆*n+配合接头+方钻杆配合技术参数：钻压：100180KN 转速：6090rpm 排量：2535L/s 泵压：711Mpa注：以上各井段钻具组合中的钻铤数量和配合技术参数，应根据现场具体情况（井眼状况，泥浆性能，设备能力，轨迹需要等）做相应调整。如所钻井为直井，则只采用一、二钻具组合，配合钻压适当加大。建议本井组余下定向井二开上直段、定向段使用222.2钻头，以保证井眼安全。六、钻井参数的调整对轨迹(井斜、方位)的影响(排除地层因素)一.钻压:1对井斜的影响:：增斜结构：钻压，增斜率也在不同程度上；反之，则可以控制增斜率过快增长。：降斜结构：正常情况下，钻压，降斜率；反之,则可以控制降斜率。2对方位的影响：增斜结构：钻压，对增方位有利；钻压，对降方位有利。：降斜结构：钻压，对降方位不利；钻压，对降方位有利。二：转速1对井斜的影响：转速，对井斜的变化不利；转速，对井斜的变化有利。2对方位的影响：转速，对增方位有利；转速，对降方位有利。三.配合参数的确定原则：1考虑井队的设备能力、满足钻进速度的正常需要为前提。b2符合轨迹需要。七、弯接头度数的计算（如右图）=arctg*57.3八、造斜率165（61/2）Screw Drill钻具造斜率（度/30米）弯接头井眼尺寸变化率 1 222.2（83/4） 2.5 1.5 3.5 2 4.5 1 250.8（97/8） 1.75 1.5 3.5 2 4.75 2.5 5 1269.9（105/8） 1.25 1.5 2 2 3 2.5 4单弯螺杆钻具（理论）造斜率（每30米）0.250.50.7511.251.51.7522.252.55LE120x7.0Y22.72.55.47.589.510.812.513.515.516.216.31920.321.623.324.426275LE165x7.0Y12345678910101213141516171819205LE197x7.0Y1.523.545.567.58.29.510.211.812.313.816.315.816.31818.42020.45九、钻柱反扭角估算5x6 165螺杆 开始造斜深度（m）估算反扭角 0152 左旋20152305 左旋25305475 左旋354751524 左旋50 1524全井深 左旋增加10/305米十、定向理论方法（单点定向）在定向之前，应先根据造斜点深度，工具的造斜率，直井段的井斜角和方位角，以及地层影响井眼轨迹的规律，确定出定向角和反扭角安置角1）下入定向造斜钻具至造斜点；2）单点测斜，测出造斜点的井斜角、方位角和弯接头的工具面角。3）定向。把井口钻杆和方钻杆上的印痕之偏差角度测量准确，并计算出安置角（调整后的安置角为设计定向方位+反扭角），调整安置角，定向完毕，锁住转盘，开泵钻进。4）定向钻进。每钻进一或二根单根必须单点测斜一次，根据测得的井斜角和方位角、工具面值及时修正反扭角的误差并调整造斜工具的安置角。十一、定向井定向（扭方位）具体施工过程1、工作准备：1）造斜点的选择（以下以重要程度排序）a、考虑设计造斜点b、造斜点的选择必须是甲方认可的c、井组的防碰需要d、必须是无磁干扰环境e、地层选择（稳定性、可钻性）f、轨迹位移的需要，井队及定向设备的实现能力g、定向钻具结构的方入2）设备的准备a、定向接头准备b、仪器的准备c、螺杆井口的试运转3）、技术准备a、钻具结构b、根据以下各条确定目标井斜、目标磁方位（=靶心磁方位+超前角）a）上直段的数据分析b）邻井的方位漂移和转盘增斜情况c、定向角的确定a）造斜点井斜小于2度，定向角=目标磁方位b）造斜点井斜大于2度，定向角=造斜点磁方位+装置角d、反扭角的确定e、安置角的确定：安置角=定向角+反扭角4）施工具体过程a、测斜并观察作键情况，同时在照像前保证钻具完全活动开，并记下钻杆印（记为”钻印0”）b、读片：井斜0、磁方位0、工具面0（如直螺杆+弯接头则工具面0=读得的工具面；如弯螺杆+定向直接头，则工具面0=读得工具面值+弯螺杆弯方与定向直接头之角差）c、钻具旋转=安置角-工具面0d、 (1)钻印0 钻印0转至0 方钻杆某棱与该印角差0 该棱转至0 (2)接单根钻印1与钻印0之角差1 钻印1转至1 方钻杆某棱与该印角差1 该棱转至1 (3)接单根钻印2与钻印1之角差2 钻印2转至2 方钻杆某棱与该印角差2 该棱转至2注：钻印0转至0=钻印0+钻具旋转； 该棱转至0=钻印0转至0+方钻杆某棱与该印角差0； 钻印1转至1=钻印0转至0+接单根钻印1与钻印0之角差1； 该棱转至1=钻印1转至1+方钻杆某棱与该印角差1； 钻印2转至2=钻印1转至1+接单根钻印2与钻印1之角差2； 该棱转至2=钻印2转至2+方钻杆某棱与该印角差2；e、重新测斜要求同上；分析测斜结果：井斜、磁方位、工具面，进一步修正反扭角，并合理地调整造斜工具的安置角；270轨迹方位线18090f、进一步施工要求同上，最终达到目标要求。注：工作时工具面值与轨迹方位之差为装置角（如图） 装置角=0 全力增斜 =180 全力降斜 =90 全力增方位（实际上应8070） =270 全力降方位（实际上应280290） 其他值起组合效果十二、近钻头稳定器的稳定块与钻头之间的距离（增斜时）一般为：215.9mm钻头，158.7mm钻铤：L1=0.81.5米311.5mm钻头，203.2mm钻铤：L1=1.01.6米L1对增斜率特别敏感。L1过大，将使造斜力降低，从而减小增斜率；L1过小，近钻头稳定器就失去支点作用，从而将低增斜率。十三、钻铤的一、二次弯曲临界钻压P1P261/4 3.84 7.647 5.27 10.488 7.16 14.2253/4 2.92 5.8141/2 1.74 3.654 1.48 2.94趋近临界钻压P2前瞬间时，钻头倾角达到最大值。一般认为，一次临界钻压P1和二次临界钻压P2之间呈钻压禁用区。正常钻进钻压应稍大于二次临界钻压P2。十四、钟摆法扶正器安装高度推荐121/4”井眼9”钻铤2730米 81/2”7”1821米 6”43/4” 912米十五、钻头破碎岩石的机械作用及镶齿的齿型1）牙轮钻头是以冲击压碎、滑动剪切作用破岩2）刮刀钻头是以切削刮挤作用破岩3）金刚石钻头是以犁式切削作用破岩4）镶齿的齿型：1）楔形齿；2）锥形齿；3）球形齿十六、在钻遇岩性软硬变化频繁或岩层中含有硬质结核、团块及裂缝发育的破碎地层，常会出现蹩跳钻。十七、地层因素对井斜的影响1、倾斜的层状对地层的影响当钻头在倾斜层状地层中钻进时，钻至每个层面交界处，地层上倾斜的岩石在钻压作用下，发生垂直于层面方向的破碎。而使井眼上侧留下一个易破碎的楔形岩块。这一岩块起变相器作用，给钻头一横向力而把钻头推向井眼上侧造成井倾。地层倾角越大，钻压越大，井斜也就越大。此外这种作用除造成井斜外，还会减少井眼的有效尺寸，引起事故发生。2、地层各向异性对井斜的影响地层水平，不发生倾斜；地层倾斜，钻头一般趋向于垂直地层面方向倾斜；地层呈垂直状态，由于垂直于层面强度小，所以井壁岩石易破碎，钻头稳定性差，钻进时容易发生井斜，且方向不稳定。（经验表明：在常规的转盘钻进情况下，钻头趋向于右漂；但在使用井下动力钻具的情况下，反作用力矩将迫使钻头趋向于左漂。地层倾角小于45度，钻头沿上倾钻进；地层倾角小于60度，钻头沿下倾钻进。）3、岩性软硬交错对井