定向井技术介绍

1、定向井技术介绍 定向井基础概念定向井基础概念 定向井常用工具定向井常用工具 3 一、定向井常用知识 定向井概念：按照一定的要求，沿着预先设计的井眼轨迹钻达目的层位的钻井工艺 为什么要钻定向井？ 1.地面限制：大海，湖泊，建筑物。2.地质条件：断层，增大采油面积，侧钻。 3.井下事故 1.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， 为了勘探和开发它们下面的油田， 最好是钻定向井。 2.地下地质条件的要求：对 于断层遮挡油藏，定向井比直井 可发现和钻穿更多的油层；对于 薄油层，定向

2、井和水平井比直井 的油层裸露面积要大得多。另外， 侧钻井，多底井，分支井，大位 移井，侧钻水平井，径向水平井， 等等定向井的新种类，显著地扩 大了勘探效果，增加了原油产量， 提高了油藏的采收率。 6 一、定向井常用知识 定向井分类： 按设计井眼轴线形状分： 两维定向井：井眼轴线在某个铅垂平面上变化的定向井，井斜变化， 方位不变化。 三维定向井：井眼轴线在三维空间变化的定向井，井斜变化，方位变 化。 按设计最大井斜角分： 低斜度定向井：井斜小于15度，钻井时井斜、方位不易控制，钻井难 度大。 中斜度定向井：井斜在15-45度之间，钻井时井斜、方位易控制，钻 井难度相对较小，是使用最多的一种。 大

3、斜度定向井：井斜在46-85度之间，其斜度大，水平位移大，增加 了钻井难度和成本。 水平井：井斜大于86度，其钻井相对较难。 7 一、定向井常用知识 定向井专业术语： 1.井深：指井口（通常以转盘面为基准）到测点的井眼长度，也有人称 之为斜深。国外称之为测深井深是以钻柱或电缆的长度来量测。井深既 是测点的基本参数之一，又是表明测点位置的标志。 8 一、定向井常用知识 2.井斜角： l 过井眼轴线上某测点作井眼轴 线的切线，该切线向井眼前进方 向延伸的部分称为井眼方向线。 井眼方向线与重力线之间的夹角 就是井斜角。显然，井眼方向线 与重力线都是有向线段。井斜角 表示了井眼轨迹在该测点处倾斜 的大

4、小。 l井斜角常以希腊字母表示，单位 为度()。一个测段内井斜角的增 量总是下测点井斜角减去上测点 井斜角，以表示。 9 一、定向井常用知识 3.井斜方位角： l某测点处的井眼方向线投影到水平 面上，称为井眼方位线，或井斜方 位线。以正北方位线为始边，顺时 针方向旋转到井眼方位线上所转过 的角度，即井眼方位角。注意，正 北方位线是指地理子午线沿正北方 向延伸的线段。所以正北方位线和 井眼方位线也都是有向线段，都可 以用矢量表示。 10 一、定向井常用知识 4.全角变化率全角变化率（狗腿严重或井眼曲率）：从井眼内的一个点到另一个点， 井眼前进方向变化的角度（两点处井眼前进方向线之间的夹角）， 该

5、角度既反映了井斜角度的变化又反映了方位角度的变化，通常称为 全角变化值。 两点间的全角变化值相对与两点间井眼长度l变化的 快慢及为全角变化率。用公式表达如下： l )cos(sinsincoscoscos 122121 11 一、定向井常用知识 过井眼轴线的铅垂面与横截面交线的上倾方向。 高边：在斜井段用一个垂直于井眼轴线的平面与井眼（这 时的井眼不能理解为一条线，而是一个具有一定直径的圆） 相交，由于井眼是倾斜的故井眼在该平面上有一个最高点， 最高点与井眼圆心所形成的直线即为井眼的高边。 12 井眼轨迹控制井眼轨迹控制 1. 要求：在实钻过程中，设法使实钻的井眼轨迹尽可能符合设计要求：在实钻

6、过程中，设法使实钻的井眼轨迹尽可能符合设计 的井眼轨迹。的井眼轨迹。 2. 实质：井眼轨迹控制，的实质，就是不断地控制井眼的前进方实质：井眼轨迹控制，的实质，就是不断地控制井眼的前进方 向。井眼方向由井眼的井斜角和井斜方位角来表示的。向。井眼方向由井眼的井斜角和井斜方位角来表示的。 3. 井眼方向控制内容：井眼方向控制内容： 井斜角的控制：增斜、降斜、稳斜；斜角的控制：增斜、降斜、稳斜； 井斜方位角控制：增方位、降方位、稳方位；井斜方位角控制：增方位、降方位、稳方位； 13 14 15 二、定向井常用工具 定向井常用井下工具定向井常用井下工具 一、泥浆马达（一、泥浆马达（pdmpdm） 二、旋

7、转导向工具二、旋转导向工具 三、扶正器（三、扶正器（stbstb） 四、非磁钻铤（四、非磁钻铤（nmdcnmdc） 五、悬挂短节（五、悬挂短节（hoshos） 六、短非磁钻铤（六、短非磁钻铤（snmdcsnmdc） 七、浮阀接头（七、浮阀接头（f/vf/v） 八、定向接头（八、定向接头（o/so/s） 16 二、定向井常用工具 泥浆马达泥浆马达 马达主要组成部分：马达主要组成部分： 1) 1) 旁通阀总成旁通阀总成 2) 2) 马达总成马达总成 3) 3) 万向轴总成万向轴总成 4) 4) 驱动轴总成驱动轴总成 5) 5) 防掉总成防掉总成 17 二、定向井常用工具 泥浆马达的工作原理泥浆马达

8、的工作原理: 马达是一种螺杆钻具（screw drills），它是以泥浆作为动力的一种 井下动力钻具。马达工作原理马达工作原理：泥浆泵产生的高压泥浆流，经旁通阀进入 马达时，转子在压力泥浆的驱动下，绕定子的轴线旋转，马达产生的扭矩 和转速，通过万向轴和传动轴传递给钻头，来实现钻井作业。 旁通阀结构及工作原理旁通阀结构及工作原理： 旁通阀有旁通和关闭两个位置，在起下钻时位于 旁通位置，下钻时允许环空的泥浆由旁通阀阀体侧面的阀口孔流向钻杆(钻 具)内孔，起钻时使钻杆内孔的泥浆从阀体侧面的阀口流入环空，减少井台 溢出泥浆，当泥浆流量及压力达到一定值时，旁通阀关闭，泥浆流经马达， 将泥浆能量转换为机械

9、能。 18 二、定向井常用工具 马达总成的结构及工作原理：马达总成的结构及工作原理：马达总成由转子和定子两部分组成,定子 是在钢管内壁上压注橡胶衬套而成。转子与定子相互啮合，是用两 者的导程差而形成的螺旋密封线，同时形成密封腔定子与转子之间 形成若干个密封腔。转子在泥浆动力作用下，绕定子的轴线旋转， 密封腔不断的形成与消失，完成能量交换从而推动转子在定子中旋 转。马达可形成几个密封腔就称几级马达。 19 二、定向井常用工具 万向轴总成的工作原理：万向轴总成的工作原理：万向轴总成位于转子下端，其作用是把马达 产生的扭矩和转速传递到传动轴上。由于转子作的是偏心运动，因 此要求万向轴具有较好的挠性功

10、能，能将偏心运动转换成传动轴的 定轴转动。 20 二、定向井常用工具 传动轴总成的工作原理传动轴总成的工作原理：传动轴总成(drive shaft assembly)，它的 作用是将马达的旋转动力（扭矩和转速）传递给钻头，同时承受钻 压所产生的轴向和径向负荷。 21 二、定向井常用工具 22 二、定向井常用工具 扶正器扶正器 23 二、定向井常用工具 扶正器作用扶正器作用 l在增斜钻具组合和降斜钻具组合中，稳定器起支点作 用，通过改变稳定器在下部钻具组合中的位置，可改 变下部钻具组合的受力状态，达到控制井眼轨迹的目 的； l增加下部钻具组合的刚性达到稳定井斜和方位的目的。 稳斜钻具组合，是减小

11、钻头与稳定器之间，以及稳定 器与稳定器之间的相对距离，增强下部钻具的刚性， 以限制下部钻具受压变形，达到稳斜效果； l修整井壁，平滑井眼。 24 二、定向井常用工具 非磁钻铤 id 非磁钻铤 non-magnetic drilling collar s/n 非磁钻铤非磁钻铤结构结构 9 “非磁钻铤：非磁钻铤： 扣型：731*730 外径：9 （228.6mm） 内径： 2-13/16 （71.44mm） 8 “非磁钻铤：非磁钻铤： 扣型：631*630 外径：8 ” （203.2mm） 内径： 2-13/16 3 “ 3-1/4 ” （82.55mm） 6-1/2 非磁钻铤：非磁钻铤：扣型：4

12、11*410 外径： 6-1/2 (165.1mm) 内径：3-1/4 “ 或 2-13/16 ” （71.44mm） 4-3/4”非磁钻铤：非磁钻铤： 扣型：311*310 外径： 4-3/4 (120.65mm) 内径：2-1/4 ” （57.15mm） 25 二、定向井常用工具 非磁钻铤非磁钻铤组份： l蒙乃尔钢，含30铜和65镍的合金； l铬镍钢，含约18铬和13以上镍的合金； l奥氏体钢，锰含量大于18的含铬合金； l铬铁铜合金。 非磁钻铤非磁钻铤作用作用 在使用磁性测量仪器（如mwd、磁性单、多点测斜仪或 者电子多点测斜仪等仪器）时，在钻具组合中使用非磁钻 铤可以有效防止由于钻具本

13、身所带来的磁干扰，使测量结 果准确有效。 26 二、定向井常用工具 浮阀的浮阀的作用：作用： 主要作用是防止泥浆倒流损害井下测量工具，以及防止钻头水眼 被堵。 idid 浮阀接头 float valve 浮阀 27 二、定向井常用工具 l基本结构：基本结构：包括壳体、定向套、定向键和定位螺钉 l主要作用：主要作用：是为定向仪器（磁性单多点或陀螺等） 提供一个稳定的座封环境，便于准确地知道马达等 井下工具的方向，保障下部作业顺利进行。 定向接头 某井设计从530米开始造斜，以3/30m的 造斜率方位在171.64钻进至740.85米后，稳 斜稳方位中完第一靶，再从1876.78米降斜扭方 位中完

14、第二靶后，稳斜稳方位至2873.95米结束。 马达案例分析马达案例分析 靶点1:1761m 靶点2:2320m t60 t50 t72 t80 t82 t83 td：2040ms 2700m 次要目的层：涠三段次要目的层：涠三段 主要目的层：流一段上、下层序主要目的层：流一段上、下层序 地层倾角12-15度 地层倾向nw345-357 施工过程： 12-1/4”井段一共使用两趟钻，第一趟钻从初始造斜到造斜结束， pdc钻头+马达滑动钻进工具面比较稳定，轨迹控制正常，但是钻到 938米时，马达转子和传动总成落井，起钻成功打捞落鱼，更换马达 继续钻进，第二趟钻，滑动调整也比较正常，工具面较稳定，轨

15、迹控 制良好，钻进到1770米结束12-1/4”井段作业。 12-1/4”井段 钻具组合： 12-1/4”pdc 12-1/4”pdc 钻头（钻头（6 6刀翼）刀翼）+ 9-5/8”+ 9-5/8”马达（马达（1.151.15度）度）+12”+12”扶正器扶正器 +8”+8”浮阀接头浮阀接头+8”+8”非磁钻铤非磁钻铤 + 8”+ 8”悬挂短节悬挂短节mwd) + 8”mwd) + 8”短非磁钻铤短非磁钻铤+8”+8”钻钻 铤铤* *3+7-3/4”3+7-3/4”震击器震击器+8”+8”配合接头配合接头+5”+5”加重钻杆加重钻杆* *14+5”14+5”钻杆钻杆 二、马达落井前现象描述 正

16、常钻井参数： 滑动参数 wob: 2-10 klbs flow: 2500-3100 lpm 旋转参数 wob: 2-10 klbs flow: 2900-3200 lpm rpm： 40 rpm torque:923-5216 ft* lbs 二、马达落井前现象描述 落井前一柱正常钻井参数： wob: 5-8 klbs ； flow: 3212 lpm ； rpm： 40 rpm torque:3762-5216 ft*lbs 异常现象： 钻进至930米左右，打稠浆后泵压由正常的1800psi左右增加到 3100psi。提起钻具循环检查泵压下降了约200psi至2900psi左右，但仍比 正

17、常打钻泵压高1000psi左右，现场分析认为可能是打稠浆后将大量岩屑带 出堵住循环通道导致泵压升高，下放钻具继续钻进的参数 wob: 11 klbs ； flow: 3175 lpm ； rpm： 40 rpm torque:4670-5216 klbs*f 除泵压仍偏高外其余参数正常 二、马达落井前现象描述 滑动异常现象： 钻进至938.47米后接立柱后准备滑动，排量3147l/min,循环 泵压2929psi，接触井底无压差，钻压15klbs左右无进尺。 旋转放至井底异常现象 接触井底后，突然钻压增加至40klbs，蹩扭矩至18000 ft*lbs 左右，钻具反转，泵压突然下降至1850psi左右，悬重也下降； 及时提起钻具，尝试限扭20000 ft*lbs转动顶驱并上提钻具，钻 具旋转但扭矩很高。 提离井底后的异常现象 钻具提离井底3米左右后无法下放，将上立柱甩掉开顶驱划眼， 排量3174 l/min，泵压1256psi，扭矩1762 ft*lbs ，悬重 136.5，但下放到934.25