定向方法与定向专用工具介绍

1、1.单点定向此方法只适用造斜点较浅的情况，通常并深小于1000米。因为造斜点较深时， 反扭角很难控制，且定向时间较长。施工过程如下：(1)下入定向造斜钻具至造斜点位置(注意：井下马达必须按厂家要求进行 地面试验)。(2)单点测斜，测量造斜位置的井斜角，方位角，弯接头工具面；(3)在测斜照相的同时，对方钻杆和钻杆进行打印，并把井口钻杆的印痕投到转盘面的外缘上，作为基准点；(4)调整工具面(调整后的工具面是： 设计方位角十反扭角)。锁住转盘、开泵钻进；(5)定向钻进。每钻进24个单根进行一次单点测斜，根据测量的井斜角 和方位角及时修正反扭矩的误差，并调整工具面；(6)当井斜角达到810度和方位合适

2、时，起钻换增斜钻具，用转盘钻进。在单点定向作业中要注意：在确定了反扭角和钻压后，要严格控制钻压的变化范围，通常在预定钻压土千牛(2吨)内变化；每次接单根时，钻杆可能会转动一点，注意转动钻杆的打印位置至预定位置；如果调整工具面的角度较大(> 90度)，调整后应活动钻具23次(停泵 状态)，以便钻杆扭矩迅速传递。第六节方位调整段轨迹控制一、什么时候需要下动力钻具调整井眼轨迹(1)井眼的方位角不符合设计要求时。(2)利用转盘钻已经达不到合理调整井眼井斜角和方位角的要求时。(3)井眼的井斜角不符合设计要求时(转盘钻钻具组合已经达不到要求)。二、下入什么样的钻具组合进行井身轨迹调整：根据井眼轨迹调

3、整所需要的造斜率来决定下人的钻具组合，一般来说需要按造斜率 的大小来选择钻具组合：造斜率在10°15° /100米之间可以下入弯接头的钻具组合来完成。造斜率在15°30° /100米之间可以下入单弯的钻具组合来完成。造斜率在30。45。/100米之间可以下入双弯的钻具组合来完成。（目前改进了的单弯造斜率已有所提高）三、怎样确定钻具反扭角造斜点深度（m）050010001500200025003000反扭角（0 ）2030507090110一般情况：30° /1000米左右，但也有其他情况，反扭角不仅仅是受到钻压的影响, 还受到井眼光滑程度的影响

4、等等。使用有线随钻，无须去仔细考虑反扭角，可以通过地面阅读器看见工具面的位置。也不能用上述数据去判断，因为转盘锁定定向与有线随钻锁定方式不一样。使用无线随钻时，可以参考上述数据去施工，提高转动工具放到位置的能力。1）、什么时候需要下入动力钻具调整井身轨迹：、井眼的井斜方位角不符合设计要求；、井眼的井斜角不符合设计要求；、利用转盘钻已经达不是到合理调整井眼井斜角和井斜方位角的要求；2）、下入什么样的钻具组合进行井身轨迹调整：根据井眼轨迹调整需要的造斜率K来决定下入什么样的钻具组合，？ 一般来说需要按造斜率的大小选择钻具组合：造斜率K在10°15° /100米之间可以下入弯接头

5、组合来完成；造斜率K在15°25° /100米之间可以下入单弯动力钻具完成；造斜率K在25°45° /100米之间可以下入双弯动力钻具完成；造斜率要求不高，为了减少起下钻次数（在配合高效PDCS头的，t#况下），可以下入DTUS合来 完成；3）、怎样确定造斜组合的装置角：、装置角对井眼轨迹的影响规律：、根据井眼轨迹的需要，利用沙尼金图解法确定工具装置角的方法：A 、选择一定长度的线段，代表角度值。B、选原点O,彳N、E坐标，根据 1作井斜方位线OQ量OA= 1（长度代表角度），以A点 为圆心，以丫为半径画圆。C、作线段OB使/AOB=X,交圆于 B、B&

6、#39;两点，连接 AB和AB。注意，4X是有正负之分的。4X 为正时，是方位增加，以 OA为始边顺时针旋转作出 OB戋。D、？用量角器量得/ QAB和/QAB两角，即得赠斜扭方位的装置角 3=/ QAB减斜扭方位的 装置角3 ' =/ QAB oE、用直尺量OB和OB的长度，换算成角度，则是增斜扭方位的井斜角”2=OB减斜扭方位的井斜角”2=OB o、动力钻具反扭角的确定A 、公式法计算反扭角（ 由于误差太大，故略去） 。B、经验数据法确定反扭角定向井专用工具一井下马达井下动力钻具是常用的造斜工具之一，它分为涡轮钻具、容积式马达和电动钻具三大类。目前在我国海洋定向井的井下马达使用方面

7、，电动钻具已不存在，涡轮钻具也很少使用，通常使用容积式马达（ PDhfi）、容积式马达可分为迪那、纳维和螺杆钻具。容积式马达具有下列优点：一是动力钻具所钻井眼尺寸与原井眼完全相同，不必再次下钻扩眼；二是井内有桥塞时，这类钻具可以钻过， 并能在开始造斜前将井底循环干净；三是空转转速与工作转速相差的幅度较小（与涡轮相比），有利于钻头选型。在各种井下马达中，将重点介绍广泛使用的螺杆钻具。1 .迪那（Dynaj）钻具（ l ）结构和类型迪那钻具主要由旁通阀总成、定子、转子、万向节总成和传动轴总成组成。主要分为五种规格：即A 200/ 500、A 500、A 500+ 4、A1000和A 1000低速。

8、迪那钻具的装配扭矩见表9 2，其万向节总成见图9 18。（2）迪那钻具规范和操作参数（见表 9 3）（3）迪那钻具的反扭角经验数据表（见表 9 4）直井中的反扭角（a< 2。都看作直井）造斜点深度（米）0152152 305305 4574571524>1524反扭角20。2535°50°10° /305米（4）迪那钻具使用注意事项：根据钻井条件选用合适的钻具类型和合理的钻井参数，以提高迪 那钻具的工作效率；下井前应认真检查两端连接螺纹和台肩及外壳体有无变形，旁通 阀是否灵敏完好，并测量轴承间隙。下井前应进行试转，确定迪那钻具工作正常后方可下井。迪那钻

9、具下井时应控制下放速度，下钻遇阻不得硬砸硬压；钻进时应保持均匀送钻，防止溜钻、顿钻。钻进中应密切注意泵 压表的压力变化。当发现泵压突然上升时，应及时提起钻具，重新加压钻进；保持钻井液含砂量不大于1%,以提高迪那钻具的使用寿命；起出迪那钻具应认真检查旁通阀总成并把钻具内的钻井液排净， 测量轴承间隙，加油保养旁通阀。2 .纳维（NAVD钻具（1 ）纳维钻具种类Mach 1型多头螺杆马达Mach 2型单头螺杆马达Mach 3型单头螺杆马达2）结构纳维钻具由旁通阀、定子、转子、万向轴、轴承总成和传动轴组成。（ 3）特点 Machl 型。其主要特点是长度短、转速低、扭矩大。适用于定向 钻井、深井、牙轮钻

10、头钻井和取心钻井。 Mach 2型。扭矩中等，适用于大段直井钻井，可以提高直井钻井机械钻 速。 Mach 3型。长度短、反扭矩小，适用于定向钻井、定向造斜和扭方位。4）纳维钻具技术性能和技术参数（见表9 6、 9 6、 9 7）。3 螺杆钻具 （ l ）主要结构与工作原理。螺杆钻具由旁通阀、马达（转子、定子）、万向轴（节）和传动轴9 19）。螺杆钻具的工作动力来自循环钻井液，在一定压力下，钻井液泵入钻具，进入马达的螺旋形空腔使转子转动，而后动力经万向轴传递到传动轴和钻头上。所设计的旁通阀是为了在起下钻时使循环液绕过不工作的马达，沟通钻柱与环空的钻井液通道（结构见图9 20）。当无钻井液循环或低

11、泵冲循环时，在弹簧的作用下，阀心处于上部位置， 此时旁通孔开启，钻井液可灌入钻柱或自钻柱泄出。阀心的移动由流量大小决定，当钻井液泵量达到一定数值时，水力推力克服弹簧力，使阀心下移，关闭旁通孔，所有钻井液流经马达所作的功转换为机械能。（ 2）使用要求钻井液的要求螺杆钻具对于各种钻井液都能有效地工作，包括油基、水基和乳化的钻井液。钻井液粘度和密度对钻具的影响很小，但对整个系统的压力有直接影响， 如果推荐排量下的压力大于额定泵压值，就得减少钻井液排量，或者有必要降低通过钻具或钻头的压力降。钻井液中的砂粒等杂质会影响钻具性能，加速轴承和马达定子的磨损。因此，钻井液中的含砂量必须控制在l 以内，每种型号

12、的钻具都有各自的流量范围，只有在此范围内，钻具才能有较高的效率，一般情况下，流量范围的中间值是钻具最佳输入流量值。流经螺杆钻具的压力降要求钻具悬空时排量不变，则通过螺杆钻具的钻井液压力降也不变，随着钻头接触井底钻压增加时，钻井液循环压力增加，泵压也增加，司钻可以用以下公式来控制操作：打钻泵压=循环泵压十螺杆钻具的负载压降。循环泵压，就是钻头没有接触井底时的泵压，也叫离底泵压。钻头 接触井底，扭矩增大，泵压就要上升。这时压力表的读数就叫作打钻泵压。离底泵压不是一个常数，它随井深和钻井液的特性变化而变化，但实际操作中，没必要随时测取循环泵压的精确值，一般取每次接单根后的离底泵压为近似值，这样做完全

13、可以满足公式的精度要求。如果忘记测量，则必须将钻具提离井底进行补测。钻具工作中，打钻泵压达到最大推荐压力时，钻具产生最佳扭矩，继续增加钻压将增加泵压，当超过最大设计压力时，马达可能会停止转动，此时应立即降低钻压，以防螺杆钻具内部损坏。扭矩 螺杆钻具的扭矩与钻井液流经马达产生的压力降成正比，转速与输入排量成正比，排量一定时，扭矩增加而转速基本保持不变，螺杆钻具从空载到满载，速度降低一般不超过10左右。（ 3）使用方法下井前的地面检查：A 用提升短节将钻具提起，坐入转盘卡瓦内，使旁通阀位于转盘之上，装上安全卡瓦，卸去提升短节；B 用木棒压下旁通阀的阀心至下死点，然后松开阀心，检查弹簧复位力（旧马达

14、有时因弹簧锈死，可能压不下）；C 用木棒压下旁通阀心，向阀体内注水检查密封性，如密封性好，则小孔无水流出，然后松开阀心，则有水从小孔流出；D 将螺杆钻具接上方钻杆，下放螺杆钻具使旁通阀处于转盘下方易观察的部位，慢慢开泵，当排量不足以使旁通阀关闭时，应有钻井液从旁通孔流出，然后加大排量至马达启动，看驱动接头是否旋转，此时应记下泵的排量，停泵前， 应再下放螺杆钻具让旁通阀阀口位于转盘以下，检查停泵时钻井液是否经旁通阀阀口顺利流出；E.检查轴承间隙，参阅后面起钻检查部分。螺杆钻具下井：A 地面检查结束后，用吊钳卡住驱动接头，用钻头盒把钻头和螺杆钻具接上，大钳只可咬在旋转传动轴驱动接头上；B 使用弯接

15、头时，定向装置的定位镜必须和工具面对正，如果要用浮阀，则可直接装在旁通阀上方，千万不要加在马达下边，否则，浮阀就不起作用了， 原因是钻井液可从旁通阀流入。如果在驱动接头和钻头之间还要加转换接头，则对其长度应加以有限制，不宜超过250 毫米；C.下放螺杆钻具时，依次把弯接头、测量工具、非磁钻具、钻铤、震击器、加重钻杆下入；D.螺杆钻具下井时应控制下放速度，以免下放过快而使马达倒转，从而造成内部连接螺纹脱扣。此外，控制下放速度，能够防止螺杆钻具在通过防喷器、砂桥、套管鞋等处撞坏钻具；E 当下放深井段或遇到高温井段时，应分段循环钻井液冷却钻具，保护定子内衬橡胶。用 MWDJ，在下钻过程中，每500米

16、应打通一次；F 下钻接立柱时，必须用旋扣钳，不能用转盘；G 下钻时钻井液返出过多，可能是钻井液过稠或旁通阀被堵，造成钻井液不流入钻具，此时应定时向钻杆内输入钻井液，带单流阀时更是如此；H 螺杆钻具接近井底时要放慢下钻速度，提前循环后再继续下钻。循环先用小排量，待井口近出钻井液后再加大排量；I 不能顿钻或将螺杆钻具坐在井底开泵。用螺杆钻具钻进：A 钻进前应充分循环，清除井底岩屑、井底岩屑清除不彻底对定向钻井有较大的影响。具体方法是以正常的钻井液循环转动钻具（每次转动3045度），依次把沉积在井底的岩屑和沉砂清除，清理干净后上提螺杆钻具米，循环并记录、校对压力值；B 开始钻进时，如果井底还未清洗干

17、净，则应缓慢加压，钻进速度不能太快，否则钻头容易产生泥包，把螺杆钻具和钻头卡死；C 施加钻压不要过猛，钻压不是监视螺杆钻具工作的指标，只是作为参考指标，判断螺杆钻具工作的情况的主要依据是泵压；E 钻进时，随时调整工具面到预定的数值；F.连接每个单根调好工具面后必须稳定钻压，均匀送钻，保证斜井段的曲 线光滑和定向精度。起钻检查螺杆钻具：A 等井底的井斜、方位等参数达到要求后就可起钻，不要循环；B 起钻之前，在钻柱内注入一段加重钻井液，使钻杆内的钻井液顺利流出；C 将螺杆钻具提到井口，坐好卡瓦和安全卡瓦，用清水从旁通阀顶部进行冲洗；D 用内钳咬住螺杆钻具一边用链钳顺时针转动驱动接头，一边从旁通阀上

18、部注入清水（如果反时针转动驱动接头，钻井液将从旁通阀阀口流出），然后注人少量的矿物油，不可注入柴油；E 把螺杆钻具提出转盘，并卸下钻头，上好护丝，平稳放下钻台；F 起钻过程中也应注意起钻速度，以防卡钻损坏钻具，并且必须用旋扣钳卸扣。不可用转盘卸扣；G 每次从井里起出螺杆钻具，都必须检查轴承间隙（如图9 21） ，如果轴承间隙超过最大允许值，必须更换新轴承（见表9 8）。（ 4）螺杆钻具故障分析（见表9 9）。（ 5）国产螺杆钻具性能表。目前，国产螺杆钻具的质量提高较快，性能参数与进口马达无明显差异，加上价格合理，维修方便，因此，国产螺杆钻具广泛用于海上定向井。国产螺杆钻具的主要生产厂家及性能参

19、数见表 9- 10表9-12。为满足大排量的水力要求，国产螺杆钻具具有中空分流的特性（见表9 13）。（ 6）反扭矩分析计算由于螺杆钻具右旋（顺时针），故驱动接头上方的组合将产生反扭矩，定向对应考虑提前装置角，以消除这种反扭矩的影响。查表法确定反扭矩（表9-14）:A 下述反作用扭矩是近似的，准确的反扭矩图可来自测量结果或随钻测斜仪的读数；B.全力扭方位时的装置角为95° ,估计的反扭角参见表915。公式法计算反扭角：在计算jm>时，先计算出临界长度Lo米，然后与当时的井深L比较。若L<Lo,则将L代入式中计算jm,若L> Lo,则将Lo代入式中计算jm。用经验数据法确定反扭角。某种动力钻具在一定的井下条件下，经过一段时间的使用，积累一定的资料，可以摸清反扭角的变化规律。在以后的使用中，只要了解井下条件，就可以借用过去的资料来确定反扭角。（ 7）注意事项：弯接头下井之前，必须测量弯曲度是否准确，高边工具标线是否准确。用SST及单点陀螺进行定向时，必须检查定位键是否与弯接头高 边标线一致，并确认高边标线的方向；用MWDf,检查钻头到MWDc冲器的距离（PTB ,磁偏角及偏移 o