1、技術員培訓教材主編：謝學明二00八年四月第一章定向井水平井基礎知識1第一節基木概念第二節基本參數第二章造斜工具與測量儀器6第一節螺桿鉆具第二節單多點測斜儀第三節有線隨鉆測量儀第四節無線隨鉆測量儀第三章水平井鉆井技術22第一節水平井施工技術第二節水平井安全鉆進技術第三節水平井鉆井液技術第四節水平井固井技術第一章 定向井水平井基礎知識第一節基本概念1. 定向井：沿著預先設計的井眼軌道，按既定的方向偏離井口垂線一定距離， 鉆達fi標的井。2. 從式井：在一個井場上或一個鉆井平臺上，有計劃地鉆出兩口或兩口以上的 定向井(可含一口直井)。3. 救援井：為搶救某一口井噴、著火的井而設計、施工的定向井。4.

2、 多底井：一個井口下面有兩個或兩個以上井底的定向井。5. 大斜度井：最大井斜角在60°86°之間的定向井。6. 水平井：井斜角大于或等于86。，并保持這種角度鉆完一定長度的水平段的 定向井。7入靶點：是指地質設計規定的目標起始點。8. 終止點：是指地質設計規定的目標結束點。9. 靶前位移：是指入靶點的水平位移。10. 水平段長：入靶點與終止點的軌道長度。11. 梯形靶：即縱向為土 a米,橫向土 b米的夾角內。12. 圓柱靶：即沿水平段設計井眼軸線的半徑為r米的圓柱。13. 矩形靶：即縱向為士 a米，橫向為土b的長方體。14. 調整井段：用于施工中調整井眼軌跡的井段。15曲率

3、半徑水平井的分類通常按造斜率(或曲率半徑)分為三種類型：(1) 長半徑水平井:造斜率k6° /30m,曲率半徑r>300mo(2) 中半徑水平井：造斜率k二6° -20° /30m,曲率半徑r=100-300mo(3) 短半徑水平井：造斜率k=5° -10° /30m,曲率半徑r=6-12mo第二節基本參數1、測深dm：某測點到轉盤補心的井眼軸線實際長度2、井深轉盤補心到井底的深度。3、垂深d：井眼軸線上某測點至井口轉盤所在平面的垂直距離。4、井斜角af :軸線切向方向與垂線的夾角5、方位角/ :正北順時針轉至軸線上某點切線在水平面的投影

4、的夾角。6、井底閉合方位角切：從止北方向順時針轉至井口與井底的水平投影連線的 夾角。7、井底水平位移妙：井口與井底兩點在水平投影面上的直線距離。8、井斜變化率血：單位長度井段井斜角變化值。lka每100m井斜角變化率，° /100m； a下測點井斜角，減去上測點井斜角的差值，。;al兩測點間井段的長度，mo 9、方位變化率k0：單位長度井段方位角變化值。k殲盤xloo lk©方位變化率，° /100m； e兩測點間方位角變化值。即下測點減去上測點方位角差值。10、井眼曲率k：單位長度井段井眼前進的方向在三維空間內的角度變化。它即包含了井斜角的變化乂包含方位角的變化

5、。5一井段上端點處井斜角，° ;a 2一井段下端點處井斜角，° ; c（二 a 2 a 1 e該井段內方位角的變化值，° ； al該井段內的長度，m；k全角變化率，°11、直井段:設計井斜角為零度的井段。12、造斜點（刀k o p ）:開始定向造斜的位置稱為造斜點。通常以該點的井深 來表示。13、造斜率（7?b ）:造斜工具的造斜能力，即該造斜工具所鉆出的井段的井眼曲 率。14、造（增）斜段:井斜角隨井深增加的井段。15、穩斜段:井斜角保持不變的井段。16、降斜段:井斜角隨著井深的増加而減小的井段。17、目標點:設計規定的、必須鉆達的地層位置，通常以地面

6、井口為坐標原點的 空間坐標系的坐標值來表示。18、靶區及靶區半徑（ft）:包含目標點在內的一個區域稱為靶區。在一般油 氣井中，靶區半徑為允許實鉆井眼軌道偏離設計目標點的水平距離，靶區為在目 標點所在的水平面上，以目標點為圓心，以靶區半徑為半徑的一個圓面積。在大斜 度井和水平井中，靶區為包含設計井眼軌道的一個柱狀體。19、靶心距（st）:在靶區平面上，實鉆井眼軸線與目標點之間的距離。圖3 定向工藝示意圖20、工具彎角（b）:在造斜鉆具組合中，拐彎處上下兩段的軸線間的夾角。21、工具面:在造斜鉆具組合屮，由彎曲工具的兩個軸線所決定的平面。22、反扭角（0 r ）:在使用井下動力鉆具進行定向造斜或扭

7、方位吋，動力鉆具啟 動前的工具面與啟動后且加壓鉆進時的工具面之間的夾角。反扭角總是使工具面 逆時針轉動。23、高邊：定向井的井底是個呈傾斜狀態的圓平而，稱為井底圓；井底圓上的最 高點稱為高邊；從井底圓心至高邊z間的連線所指的方向稱為高邊方向；從正北 方向線順時針轉至高邊方向在水平面上的投影所轉過的角度稱為高邊方位角。24、工具面角（ t ）：造斜工具下到井底以后，工具面所在的角度。它有兩種 表示方法：高邊工具面角和磁工具面角。高邊工具面角是以高邊方向線為始邊， 順時針轉到工具面與井底圓平而的交線所轉過的角度；磁工具而角為以正北方向 線為始邊，順時針轉到工具面與井底圓平面的交線在水平面上的投影線

8、所轉過的 角度。25、裝置角（0）:在啟動鉆具后且加壓鉆進時，工具面所處的角度，與工具面角 一樣，既可用高邊工具面表示，也可用磁性工具面表示。26、安置角（0s）：在啟動鉆具前，工具而所處的角度。與工具而角一樣，既 可用高邊工具面表示，也可用磁工具面表示。27、安全控制圓錐（柱）：以設計井眼軸線為中心所限定的圓錐（柱）空間。28、誤差橢球：由測量和計算誤差引起的井底位置不確定性所構成的以井底為中 心的橢球體。第二章、造斜工具與測量儀器一螺桿鉆具螺桿鉆具分為直螺桿和彎螺桿兩種，彎螺桿又分為單彎螺桿和雙彎螺桿，雙 彎螺桿乂分為同向雙彎螺桿和異向雙彎螺桿，如圖4所示，而彎角乂分為可調 彎角和固定彎角

9、。單彎螺桿的角度有0.75。, 1° , 1.25° , 1.5° , 1.75° ,2°等 幾種，雙彎螺桿的角度一般有15。xi0 , 1.75° xl° ,2° xi. 25°等幾種。=44. +匚一f圖4北京石油機械廠的彎螺桿鉆具彎螺桿是帶有彎接頭的螺桿鉆具，是目前國內使用最多的一種造斜工具，其 種類較多。現場根據各地區地層造斜影響的大小和所需曲率半徑的大小而選用 不同類型和結構的螺桿鉆具。曲率半徑小于30m的短半徑水平井，需采用較接式螺桿鉆具，或柔性鉆具;曲率半徑大于30m的短半徑水平井，既可采用

10、較接式螺桿鉆具，也可采用雙彎螺圖5 baker inteq餃接式短半徑水半井螺桿鉆具彎螺桿鉆具的使用一般與常規直螺桿鉆具的使用慕本相同，在使用中要注意 以下事項：（1）根據鉆井條件選用合適的螺桿鉆具和合理的鉆井參數。（2）下井前應認真檢查兩端連接螺紋和臺肩及外殼體有無變形，旁通閥是 否靈敏好用。（3）下井前應進行試運轉，工作正常后方可下井。（4）下鉆過程屮應控制下鉆速度，下鉆遇阻不得硬砸硬壓。（5）鉆進時應保持均勻送鉆，防止溜鉆，頓鉆。鉆進中應密切注意泵壓表 的壓力變化，當發現泵壓突然上升時，應及時提起鉆具，重新加壓鉆進。（6）保持鉆井液清潔，干凈。（7）起出后應認真檢查旁通閥總成并把鉆具內的

11、鉆井液排凈。具體見各廠家的操作使用說明書。1. 螺桿鉆具工作原理螺桿鉆具是一種把液體的壓力能轉換為機械能的能量轉換裝置，由旁通閥、 馬達、tc軸承、推力軸承、萬向軸、傳動軸和防掉裝置等組成（如圖6所示）圖6 螺桿鉆具當高壓液體進入鉆具時，迫使轉子在定子中轉動（定子和轉子組成了馬達） 馬達產生的扭矩和轉速通過萬向軸傳遞到傳動軸和鉆頭上，達到鉆井的目的。2. 螺桿鉆具優點螺桿鉆具作為井底動力裝置，具有低轉速、大扭矩、大排量等許多優點：（1）增加了鉆頭扭矩和功率，提高了進尺率。（2）減少了鉆桿和套管的磨損和損壞。（3）可準確地進行定向、造斜、糾偏。（4）廣泛應用于直井、水平井、從式井和修井作業。3

12、.螺桿鉆具結構3. 1旁通閥總成旁通閥由閥體、閥套、閥芯及彈簧等部件組成（如圖7所示）。在壓力作用下閥芯在閥套中滑動，閥芯的運動改變了液體的流向，使得旁通 閥位于旁通和關閉兩個狀態:在起、下鉆作業過程中，閥套與閥體通孔未閉和， 旁通閥處于旁通狀態，使鉆柱中泥漿繞過馬達進入環空；當泥漿流量和壓力達到 標準設定值，閥芯下移，關閉旁通閥孔，此時泥漿流經馬達，把壓力能轉變成機 械能。當泥漿流量值過小或停泵時，彈簧把閥芯頂起，旁通閥孔處于開啟位置一 處于旁通狀態。3. 2馬達總成馬達由定子、轉子組成。定子是在鋼管內壁上壓注橡膠襯套而成，其內孔是 具有一定幾何參數的螺旋;轉子是一根有硬層的螺桿（如圖8所示

13、）。圖8轉子與定子相互嚙合，用兩者的導程差而形成螺旋密封腔，以完成能量 轉換。馬達轉子的螺旋線有單頭和多頭之分。轉子的頭數越少，轉速越高，扭矩越 小頭數越多，轉速越低，扭矩越大。僅以轉子與定子嚙合頭數為5:6和9: 10 的截面參考。（如圖9,圖10所示）圖9圖103. 3萬向軸總成萬向軸的作用是將馬達的行星運動轉變為傳動軸的定軸轉動，將馬達產生的扭矩及轉速傳遞給傳動軸至鉆頭。力向軸多采用撓軸式（如圖11所示）。圖113. 4傳動軸總成傳動軸的作用是將馬達的旋轉動力傳遞給鉆頭，同時承受鉆壓所產生的軸向和徑向負荷。（如圖12所示）圖12第二節、單多點側斜儀器一單點測斜儀1、作用：測岀井斜、方位及

14、工具角必不可少的測量儀器。2、組成：由3部分組成： 儀器部分：由計時器、照相機、電池、羅盤組成，它是測斜儀的心臟部分, 數據的采集全部由它來完成。 井下總成：懸掛總成、銅接頭、懸掛膠棒、外保護筒、加長桿，底部減震 總成、定向桿總成（作用：裝載并保護儀器，輔助測斜儀常完成測斜或定向工作。） 附件：暗袋、顯影罐、打片器、讀片器、絲扣油、儀器板手、單點膠片、 洗相液等等。3、工作原理：計時器用于控制儀器在預定的位置照像，照像機內裝有膠片的暗 室和提供光源的燈泡。工作時，燈泡發光，羅盤上的測角裝置的影像通過透鏡成 像于膠片上，使膠片感光。膠片感光后，再通過輔助設備沖洗成像。3、羅盤精度：羅盤類型精度0

15、-20°±0.5°±0.2°15-90°±0.5°±0. 25°4、測量范圍：方位0-360°傾角0-90°儀器外徑：45mm,最高工作溫度：105°c 最大耐力：（1）45鋁合金：80mpa5、儀器的連接1-電池筒2 計吋器3 照相機4羅盤井下總成:12345678 1 懸掛總成掛鋼絲繩2 銅接頭3懸掛膠棒4外保護筒（內裝儀器 部分）5橡膠保護器6銅接頭7加長桿8底部減振器（或換定 向引鞋）6、操作步驟： 地而組裝：先組裝儀器部分，將羅盤與橡機連接好，用打片器裝入

16、膠片， 按順序將儀器連接以后，開啟計時器，準備裝入井下總成內。 下井工作： 取出儀器，將膠片打入顯影罐，進行顯影。 用讀片器讀出膠片測量結果。7、維護與保養控制器采用了微處理器芯片和密封的結構，可靠性和壽命都大為提高，但正 確的使用和精心的愛護仍是保證儀器壽命的關鍵，使用中注意以下問題：a、對于儀器的窗口和按鈕，不可敲擊、摔打、刻劃。b、儀器的絲扣處應經常使用一點絲扣油，使之工作良好。c、使用普通電池筒完畢或入庫前應取出電池，不能長期放在儀器里，以防 電池漏液，腐蝕儀器。d、使用過程中，電池筒的后蓋、照像機的外筒等電氣連接部位務必擰緊， 保證接觸可靠。e、如果出現不自檢，應首先更新電池再試。f

17、、出現故障后，不可自行拆卸儀器，應與我們聯系修理。羅盤的保養它與定向部件配合使用，還可測工具面角，它是利用地磁和重力原理，測量 井眼的方位和井斜。羅盤是儀器的關鍵部件，必須保持清潔，不可觸及羅盤的鏡 頭。由于羅盤屬于計量儀器，應每半年進行校驗，保證其精度。（檢定周期：六 個月）8、閱讀膠片oo20度羅盤90度羅盤a二.多點測斜儀多點測量儀是一種靜態連續測量井身軌跡參數的磁性屯子測量儀，只能用于 裸眼井段的測量。在井下工作吋，按照預先設置的工作方式將傳感器的原始測 量數據存儲于探管的存儲器中，一般可存儲1000個點的數據。當儀器返回地面 后，由計算機等地面設備將存儲的數據讀岀，計算出鉆井所需的井

18、斜、方位、工 具而、溫度等參數。井斜測量范圍為0°180。,方位角和工具而角的范圍為 0°360。,耐溫一般為125°co屯子多點測量儀的結構如圖13所示。i234dok) i i tun iit678910ii圖13 yss電子多點測量儀結構不意圖1 -繩帽；2-旋轉頭；3-扶正器；4-配合接頭；5-抗壓筒；6-塔頭；7-電池筒；8-觸點接頭；9-電池筒；10-探管；11-內部減振彈簧；12-加長桿；13-扶正短節；14-底部減振彈簧多點測斜儀操作規稈1、先關閉探管電源，再與數據電源線相連。2、打開探管電源，指示燈亮紅色，說明探管連接成功。3、啟動多點軟件。4、

19、進入探管測試、效驗、狀態檢查。5、進入下井準備，先探管清零。6、設置入井參數，確定成功后，關閉電源。7、下井前探管與電池連接后，打開電源開頭，指示燈變紅，然后按下黑色 啟動按鈕，指示燈變綠方可入井，做好啟動記錄時間。8、從井下取出探管后，長按啟動鍵2秒，再關閉電源。9、連接接口電源，讀取數據后保存。第三節、有線隨鉆測量儀有線隨鉆測量儀是一種實時測量井眼軌跡參數、定向工具方向、井溫的磁性 電子測量儀，也只能用于裸眼井段的測量。有線隨鉆測量儀由井下和地面兩大部分組成，如圖14所示。井下部分包 括無磁鉆鋌、定向接頭、彎接頭、動力鉆具等。地面部分包括計算機、司鉆閱 讀器、接口箱及井口部分。井口部分有兩

20、種，一種是高壓循環頭，另一種是電纜側入接頭。高壓循環 頭由水龍頭總成（電纜密封設備、密封手壓泵等組成，如圖14和圖15所示。電 纜側入接頭由側入接頭短節、電纜密封盒和與之配套的電纜保護器組成。圖14有線隨鉆測量儀的構成有線隨鉆的使用要注意以下兒個方面：（1）天滑輪（地滑輪的安裝位置與電纜滾筒中心在同一平而內。將天滑輪 掛在井架二層平臺以上合適位置，固定牢固，并鎖住天滑輪保險銷。使用側入接 頭時，天滑輪可掛在二層平臺的橫梁上。（2）循環頭與鉆桿替根連接緊扣。循環頭與水龍帶連接，拴牢保險繩套。（3）下井前，安裝側入接頭密封盒、內夾板，然后將電纜依次穿過密封盒 螺帽和側入接頭，裝配電纜頭；側入接頭吊

21、上鉆臺，電纜頭與下井儀器相連；將 側入接頭接于一單根下端，提離轉盤面15m,操作電纜滾筒，提起下井儀器，使 儀器下端位于轉盤面，將深度計數器調零。將下井儀器下人鉆具內，側入接頭 下端與井內鉆桿連接好#安裝側入接頭的頂緊機構，保證電纜可以上下拉動。（4）儀器下放到底，司鉆充分活動鉆具后，使循環頭液壓缸頂面處在二層平臺，并讓架工方便打電纜卡子。(5) 反復提放儀器，連續三次坐鍵，若磁性工具面讀數誤差小于2° ,表 明坐鍵成功。(6) 接單根吋，先卸下液壓缸頂部電纜卡子，釋放手壓泵壓力，以不大于 1.5m/s的速度上提電纜，當儀器離井口 150m左右時逐步減速。在離井口 20m 時，卸開鉆

22、桿替根，使儀器全部進入鉆桿替根，開始接單根。圖15高壓循環頭1-長螺帽；2-電纜#； 3-屯纜卡；4-液壓密封頭；5-循環頭；6-水龍頭總成;7-鉆桿異徑接頭；8-電纜；9-水龍帶活接頭；10-沙龍帶；11-捶擊活接頭壓力獰放嫖釘圖16手壓泵第四節、無線隨鉆測量儀有線隨鉆測量儀只有井斜角小于70°才能使用。在水平井屮，必須使用無 線隨鉆測量儀，英義簡稱mwd (measure while drilling)。無線隨鉆測量儀起 初主要是監測井斜、方位、工具面角和井溫等參數，現今隨鉆測量儀已演變到能 夠提供足夠詳細和準確的地層評價的測井資料，用于井筒定位、完井決策和確定 下套管深度，測量

23、的參數包括井下鉆壓、井下扭矩、馬達轉速、井下振動、伽馬 射線、地層電阻率、密度、方位屮子密度、中子孔隙度、環空溫度。近年來，還 增加了地層壓力實時測試。目前最先進的無線隨鉆測量系統能夠探測各種異常地 層壓力、預測鉆頭磨損狀況、探測井下異常情況及故障分析，通過井下存儲可實 現測井的全井圖像分析。無線隨鉆測量儀的種類有 mwd、emwd、fewd、gmwd、lwd、pmwi、dwd、swd 等，主要由井下儀器總成、信號傳輸系統、地面系統組成。信號傳輸方式有鉆 井液脈沖(正脈沖、負脈沖)和電磁波的方法。井下動力有用鋰電池供電的和渦 輪供電的兩種。1. mwd的組成及作用無線隨鉆測量儀由井下測量工具、

24、信號傳輸系統、地而系統二大部分組成。 各生產廠家的mwd連接大體相同，圖16是北京普利門公司mwd的連接示意圖。井 下測量工具包括重力加速度計、磁通門計、伽馬測量短節、電阻率測量短節等， 主要完成對井下測量點的井斜角、方位角、工具面角、磁場強度、溫度、自然伽 馬、電阻率等數據的采集和處理。信號傳輸系統主耍將測量數據通過鉆井液或地 層傳輸方式傳送到地面。圖16是北京普利門公司 m 的井下總成。地而系統包 括地面接口箱、計算機、司鉆閱讀器、信息檢測器等，主要是檢測來自井下傳輸 的信號，并完成數據的處理和顯示。說鉆閱設器泉沖牯毎簽上 6.1skjn汁箕機壓力傳棉器 0打印機脈沖發忙話加馬播口垢-*

25、- 卜nwwiwlaoamwb m >! m .lj 0色尹筑誓子彰麗m t紬1一*小222_竺*12/嗎伽腳址短苞：圖16北京普利門公司的mwd連接示意圖2. mwdi作原理采用鉆井液正脈沖的mwd的工作原理是:鉆井液從孔板與蘑菇頭形成的環形 空間內流過，當有信號傳輸時，蘑菇頭升起，停一下，然后回到原位，短時的蘑 菇頭伸長就產生了壓力脈沖。地面上的鉆井液壓力傳感器檢測來自井下的鉆井 液脈沖信息，通過計算機處理后得到井斜角、方位角、工具面角及其他信息。電磁波無線隨鉆測量儀的工作原理是：井下發送帶有信息的電磁波，電磁波 通過地層傳輸到地面，地而通過接收儀器檢測來自井下的信息并加以處理，然后

26、 得到井斜角、方位角、工具面角及其他信息。詵虢如節圖17北京普利門公司的mwd升下總成3. 技術規范各生產廠家的無線隨鉆測量儀的技術規范差別不大，下表是北京金地偉業科技公司gmwd的技術規范：測量范圍方位：0°360。井斜：-180° 180。工具面：0°360°測量精度方位：土 1. 0°井斜：±0.1°工具面：土 1.0°信號傳送速度930s 組數據最大耐壓136mpa抗振動性0500hz20g抗沖擊性1000g/10ms工作溫度-40 125°c地面系統工作電源ac220v, 50hz儀器總長w6.

27、 5m第三章水平井鉆井技術第一節水平井施工技術一水平井剖面設計要鉆成1 口水平井并使其提高綜合經濟效益，必須從油藏、地質、鉆井、完 井、開發的整個過程進行系統地綜合考慮，在這里僅介紹水平井軌跡設計的初步 知識。1. 設計依據以地質設計給定的入靶點、終止點垂深及大地測量坐標為依據。2. 設計原則（1）軌道設計應根據油藏特性，根據區域地質資料和工程資料，選擇合適 的造斜工具，滿足地質目標要求。（2）力爭施工風險最小，力求使設計的井眼軌跡長度最短，成木低。（3）造斜點應選在可鉆性較好、無坍塌、無縮徑的地層。（4）調整井段的位置應放在最后1個增斜段之前。（5）對確定的井眼軌道，應進行典型鉆具組合的摩擦

28、阻力和扭矩計算及鉆 具強度校核。二水平井軌跡控制技術水平井軌跡控制技術是能否優質地鉆成1口水平井的重要環節。1. 軌跡控制要求作為水平井井眼軌跡控制來說，要滿足以下幾個要求：（1）到達靶窗吋，實際井眼軌跡要在規定的靶窗范圍內，且井斜、方位還 要在滿足現有軌跡控制能力范圍內確保軌跡在靶體中延伸的要求。（2）水平段軌跡應在設計要求的靶區范圍內。2. 水平井施工要點1）直井段的施工要點在直井段中應盡量使井眼打直，為后續的定向造斜井段提供條件，因此，應 采用防斜鉆具組合。每鉆進50100m用單點測量儀測一次井斜、方位數據，發 現井斜過大，應立即調整鉆井參數來控制井斜，必要時甚至使用定向手段進行糾 斜。

29、造斜點以上的裸眼井段較長時，要特別注意井壁的穩定性，嚴禁該井段岀現 不必要的復雜情況，增加下步造斜井段的作業難度。在叢式井中正鉆井與其它的井眼相距太近或者由于地層原因有磁干擾的井 段，要用陀螺測斜儀來測量井斜、方位。叢式井直井段要作局部放大圖，計算 每兩口井眼之間的距離，發現與其他井的距離變小時，要計算預測下步待鉆井段 與其它井眼的距離是否超過安全距離范圍，如果存在相碰可能，應在適當的井段 采取防碰措施，嚴禁與其它井眼相碰。直井段鉆完后，要用電子多點測量儀測量全井段的井斜、方位數據，計算造 斜點的軌跡數據，以此為依據再次進行井眼軌跡設計，一般此時的設計為二維設 計。2）定向增斜段施工要點定向施

30、工前，井隊一般應做好以下準備工作：（1）首先對鉆井設備（井控裝置、井架等）各項性能指標進行檢測，在含 硫地區作業，還應包扌舌硫化氫設備腐蝕程度的判定等。通過安全檢測后，再進 行設備調試，保證穩、正、全、牢、靈、通。特別是天車、轉盤、井口三點 垂直成一條線，偏差一般不大于100mm；鉆井儀表靈敏、準確，記錄清晰、可（2）各種入井鉆具到井場后，工程技術人員要親自逐根檢查（丈量，特殊工 具除了有各種尺寸記錄外，還要有草圖。（3）要保證直井段暢通。（4）如果定向段要穿過儲層，還要做好防噴等井控方而的工作，必要時還 應進行防噴演習。上部如果存在井漏等復雜層段，必須進行堵漏，以提高地層 的承壓能力，使其能

31、承受下部最高鉆井液密度。在做好上述準備工作后，才可開始定向鉆進作業。定向造斜施工作業時要 采用無線隨鉆測量儀或有線隨鉆測量儀，在有磁干擾的情況下，要采用陀螺測斜 儀進行校正。定向方位參照同地區方位漂移規律合理確定方位提前量。定向鉆具組合根據使用的隨鉆測量儀器不同而不同，采用無線隨鉆測量方式 時的鉆具組合為：鉆頭+彎外殼井下馬達+無磁鉆鋌+mwd無磁短節+鉆鋌+加重鉆桿（300450m） + 鉆桿。采用有線隨鉆測量方式時的鉆具組合為：鉆頭+彎外殼井下馬達+定向接頭+無磁鉆鋌+鉆鋌+加重鉆桿（300450m） + 鉆桿。上述鉆具組合如果要鉆過儲層，述應加上有關井控要求的防噴裝置，如回壓 閥等；彎外

32、殼井下馬達的選擇應根據設計造斜率大小、地層造斜難易程度選用合 適的井下馬達；無磁鉆鋌的長度根據sy/t5619的相關規定及參照前述方法進行 選擇；造斜鉆具組合下鉆過程中速度要慢，下鉆過程中必須把扣旋緊；遇阻不得 猛放、不可劃眼，應起鉆進行通井，然后再下鉆；帶彎接頭、彎螺桿或穩定辭鉆 具起鉆，禁止用轉盤卸扣。施工中根據測量數據及時計算軌道坐標參數，并作出實鉆軌跡圖，與設計軌 道進行對比，以指導控制下步軌道。定向造斜鉆進1只鉆頭后，用鉆具組合擴劃眼。對于便地層或復雜地層的 地區，先采用近鉆頭穩定器劃眼，再接第二只穩定器劃眼，擴劃眼時要防止蹩鉆 和轉盤倒轉，劃眼速度控制在毎5lomin小于ini,鉆

33、壓控制在030kno3）廣義調整井段施工要點廣義調整井段主要作用有兩方面：一是當實際的造斜率與設計造斜率相差較 大時，調整增斜段的長度，使實際軌跡更好地與設計軌跡相符，以便準確鉆達入 靶點。二是用于消耗適當的水平位移或垂深，如靶前位移較大時，需要在較大 井斜角的井段設計一穩斜段，或者是造斜點較高時，就需要在較小井斜角的井段 設計一穩斜段。廣義調整井段的鉆具組合可使用導向鉆具組合或轉盤鉆進穩斜鉆具組合，采 用導向鉆進方式時的鉆具組合為：鉆頭+反向雙彎外殼井下馬達（小角度的單彎井下馬達）+穩定器+無磁鉆鋌 +mwdf無磁短節+鉆鋌+隨鉆震擊器+加重鉆桿（300450m） +鉆桿。采用轉盤鉆進方式時

34、的鉆具組合為：鉆頭+近鉆頭穩定器+無磁鉆鋌+mwd無磁短節+鉆柱穩定器+鉆鋌+隨鉆震擊 器+加重鉆桿（300450m） +鉆桿。在采用轉盤鉆進時，也可不用mwd測量儀進行測量，可使用其他的測量儀器, 其鉆具組合就可采用常規的轉盤鉆進的鉆具組合。施工屮根據測量數據及時計算軌道坐標參數，并作出實鉆軌跡圖，與設計軌 道進行對比，以指導控制下步軌道。4）靶前增斜段施工要點靶前增斜段相對開始定向造斜段來蛻增斜要困難些，主要是鉆壓不易加到鉆 頭上，鉆進速度慢，因此，在此段的鉆具組合等與前而的定向造斜段的都有些不 同。由于靶前增斜段井斜角都較大，采用有線隨鉆測量儀測量困難，因此-般不 用有線隨鉆測量儀測量軌

35、道參數。采用無線隨鉆測量儀測量時的鉆具組合為：鉆頭+彎外殼井下馬達+回壓閥+無磁鉆鋌+mwd無磁短節+斜臺肩鉆桿+加重 鉆桿（300450m） +鉆桿。5）水平段施工要點在水平段的施工中，與造斜段和靶前增斜段最大的不同是，在采用定向方式 鉆進時鉆壓更不易加到鉆頭上，一般情況下應盡量避免在水平段進行扭方位等定 向作業。為了使加鉆壓容易，水平段要使用倒裝鉆具組合，鉆進方式可使用導向 鉆進或轉盤鉆進的方式，采用導向鉆進方式時的鉆具組合為：鉆頭+反向雙彎外売井下馬達（小角度的單彎井下馬達）+無磁鉆鋌+mwd無 磁短節+無磁承壓鉆桿+斜臺肩鉆桿+加重鉆桿（300450m） +隨鉆震擊器+鉆桿。釆用轉盤鉆

36、進方式時的鉆具組合為：鉆頭+近鉆頭穩定器+無磁鉆鋌+fq9無磁短節+鉆柱穩定器+無磁承壓鉆桿+ 斜臺肩鉆桿+加重鉆桿（300450m） +隨鉆震擊器+鉆桿。斜臺肩鉆桿長度確定原則是：加重鉆桿以下的斜臺肩鉆桿的長度等于或大于 45°井斜以下井段和準備鉆進井段之總和，也就是說加重鉆桿或鉆鋌始終位于井 斜小于45°以上的井段內。第二節水平井安全鉆進技術水平井與直井相比，井下情況比直井要復雜得多，不僅要穩定井斜角和井眼 方位，還由于重力作用、摩擦力、巖屑沉降等諸因素而涉及到其他一系列問題， 從而使水平井的安全鉆進與直井相比也有所不同。在水平井中，由于重力的作用，井斜角超過30

37、76;以后的井段內，巖屑就會 逐漸沉降到下井壁，形成巖屑床，鉆井液攜砂性能好、懸浮能力強，則形成巖屑 床所需時間長，反z,則形成巖屑床所需時間就短。現場實踐發現，巖屑床在 井斜角為30°到60°之間的井段內是不穩定的，也是較危險的，當沉積到一定 厚度后，巖屑床會整體下滑從而造成沉砂卡鉆。因此，在鉆進中發現扭矩增加 不止常，就要查明原因，如無其他原因，說明己經形成巖屑床；在每次接單根或 每次起下鉆時，都要記錄鉆柱的摩擦阻力，發現摩擦阻力增加，說明井下已經存 在巖屑床，就要采用短程起下鉆和分段循環的辦法清除巖屑床。發生沉砂卡鉆后, 忌諱硬提解卡，最好的處理方法是接上方鉆桿，大排

38、量循環，進行倒劃眼。預防和清除巖屑床是水平井安全鉆井與直井安全鉆井相比顯著的不同之處， 此外，為了減小水平井鉆井的作業風險，述要采取以下的安全鉆井技術措施：（1）下金剛石鉆頭前應確保井底干凈，必要時應專程打撈。（2）動力鉆具入井前應檢查旁通閥是否靈活可靠，并在井口試運轉，工作 正常后方可入井。（3）彎外殼井下馬達下井扣必須上緊，不允許用動力鉆具劃眼。（4）帶井底動力鉆具或穩定器鉆具下鉆，均應控速、勻放。（5）帶彎接頭、彎外殼井下馬達或穩定器鉆具起鉆，禁止用轉盤卸扣。（6）搞好井眼的凈化工作，鉆井液的含砂量低于0. 30%,提高動力的使用 壽命。（7）定向鉆井過程中，應實測摩阻力，除去摩阻力外，

39、下鉆遇阻不能超過 50kn,起鉆遇卡不能超過lookno（8）每次起鉆檢查扶正器外徑，并按要求更換。更換扶正器后，嚴格控制 下鉆速度，遇阻劃眼，且劃眼要精心操作，不急于求成，防止卡鉆或轉盤倒鉆， 預防鉆具事故發生。（9）維護好鉆井液性能，濾餅摩阻盡可能小，鉆柱在井內靜止時間不能超 過3min,否則，必須大范圍上下活動鉆具，防止卡鉆。（10）嚴格控制起下鉆速度，防止壓力激動壓漏地層和抽汲井噴。（11）進入氣層后堅持短程起下鉆。（12）含硫化氫地區鉆井，應注意防止硫化氫對鉆井液的污染和對鉆井測 井等工具的腐蝕，應加強硫化氫監測，鉆井液中加入除硫劑，并注意人身安全, 防硫化氧中毒。（13）按井控相關

40、標準搞好井控上作，嚴禁井噴失控事故的發生。第三節水平井鉆井液技術鉆井液性能好壞直接關系到鉆井施工的安全，水平井鉆井液與直井鉆井液相 比，除了要求具有良好的常規性能外，還應具有良好的潤滑性抑制性和攜砂性。一潤滑性在水平井屮，隨著井斜角的增大，鉆具作用于井壁的側壓力也隨z增大，水 平井本身的特點就決定了在水平井鉆進中易發生粘附卡鉆，加鉆壓難。如果鉆 井液潤滑性不好，就會使這些情況更加復雜化，因此，搞好鉆井液的潤滑性十分 重要。1 加入潤滑劑降低濾餅摩擦系數降低濾餅摩擦系數的方法是通過添加潤滑劑。潤滑劑有液體和固體兩類。 為了搞好鉆井液潤滑性，通常是加入液體和固體組合的潤滑劑，也可只加入單一 的液體

41、潤滑劑。不論采取哪種方式，都要保持潤滑劑在鉆井液中的含量,才能有效降低摩阻。 水平井要求鉆井液濾餅摩擦系數0. 1。2.嚴格控制濾失量及濾餅厚度粘附卡鉆與鉆具和濾餅的接觸面積有關，而接觸面積又與濾失量和濾餅厚度 有關。一般說來，水平井中應控制api濾失量在5ml以內，高溫高壓濾失量在 15ml以內。加強固控上作，保持鉆井液中含砂量低于0.5%,低密度固相含量小 于12%,同時應控制濾餅薄而堅韌。二抑制性水平井的穩定性比直井的井眼穩定性更為突出，因而搞好鉆井液的抑制性， 維持井眼穩定就顯得重要。主要從以下幾方面做工作：（1）提高鉆井液抗溫能力，嚴格控制高溫高壓濾失量，改善濾餅質量。（2）使用防塌

42、處理劑，提高防塌效果。（3）保持鉆井液性能相對穩定，采用合理的鉆井液密度。三攜砂性鉆井液的攜砂性是保持井眼凈化，預防沉砂卡鉆的重要措施之一。在水平井 中，為了更好地滿足攜砂的需要，要求鉆井液必須有最低的屈服值，同時，鉆井 液塑性粘度和動切力的比值不少于2:lo控制鉆井液的觸變性，避免過高的觸 變性所導致的在斜井底邊處不動區范圉內形成的沉砂床。鉆井液的切力只要能 夠滿足停止循環時懸浮巖屑即可。要搞好井眼凈化，只靠良好的鉆井液性能是不 夠的，還必須配合工程措施，這些措施主要有：(1) 采用適當大的排量。環空返速是影響井眼凈化的主要因素之一。為 了井眼凈化，必須加大排量。但過大的環空返速不利于井眼穩

43、定，因此，應兼 顧到井眼凈化和井眼穩定，采用適當的排量。(2) 控制合理的鉆井液流態。井斜角住0。45。的井段，層流凈化效果 好；井斜角在45°55°的井段，層流和紊流沒有明顯的區別；因此，井斜角 在55°以內的井段應選擇平板層流，尤其是易塌井段更應如此;但井斜角在55° 以上的井段，則應選擇紊流，以提高攜砂能力。第四節水平井固井技術水平井固井作業是油氣井鉆井工程中的最重要的環節之一，其主要目的是封 隔井眼中的油層、氣層和水層，保護油氣井套管，增加油氣井壽命以及提高油氣 產量。而水平井固井與直井有很大的不同，受水平井客觀條件的影響，水平段 的套管扶正問題

44、，水平井的水泥漿體系設計問題，都是水平井固井的最大難點， 也是影響水平井同井的關鍵因素。水平井既要求頂替效率高，又要求水泥漿體 系穩定，濾失量低，自由水小或無自由水，不形成水槽水帶，這就給施工者們帶 來諸多技術難題。一水平井固井的關鍵技術1. 水平井套管設計長半徑水平井和某些中半徑水平井可以下套管固井。在水平井套管設計中 的主要問題是套管是否安全地穿越彎曲井段。1）套管強度設計特點水平井套管受力情況復雜，在套管下入過程中，承受軸向彎曲載荷、超正常 的上提和下壓載荷。因此，水平井套管設計較常規直井（或定向井）套管設計強 度要高一等級，如直井用鋼級j55壁厚7. 72mm套管，水平井則用鋼級n80

45、壁厚 7. 72n）m套管，抗拉強度設計，除計算正常軸向載荷外，還應計算彎曲附加軸向 載荷，上提最大噸位時的套管抗拉安全系數不低于1.5o2）套管下入過程中各種阻力計算在套管柱設計屮還必須考慮下入過程屮的阻力，套管下入過程屮的阻力主要 由兩部分組成，其一是通過全角變化率較大地方的局部阻力，由井眼條件決定。 其二是套管與井壁的摩阻力，由套管在斜井段和水平段對井壁的正壓力和套管與 井壁的摩擦系數決定。2. 套管居中1）水平井套管扶正器的選擇水平段的套管居中，全靠扶正器支撐，因此，套管居中度的設計即扶正器的 設計非常關鍵。從理論上講，多加扶正器可以達到套管完全居中，但扶正器太 多，套管串的剛性增大，

46、套管下入困難，有效的辦法是，選擇扶止力較大的扶止 器，扶止器數量的適中，保證套管居中度大于67%,并且套管能順利下入。目前國內使用的套管扶正器主要有剛性扶正器、雙弧彈性扶正器、單弧彈性 扶正器三種。剛性扶正器，扶正力為最大，有導流功能，可提高頂替效率，但 剛性也最大，雙弧彈性扶正器，其扶正力為單弧扶正器的兩倍，單弧彈性扶正器, 其扶正力比雙弧彈性扶正器小。在水平井的水平段多選用剛性扶正器和雙弧彈性扶正器間隔加入的方法，毎 20m加1只剛性扶正器和1只彈性扶正器，其扶正力足以支撐平趟套管的重力， 從理論計算和實際施工結果看可以保證套管居屮度大于水平井固井水泥漿體系 的要求。2)套管居中技術為了有

47、效地驅替鉆井液，必須使套管居中。理想的情況當然是套管在井內 全部居中。如果套管偏心度增大，則驅替鉆井液的難度增大，此時，再好的注 水泥設備也是沒有多大用處的。為了使套管居中，現場使用了以下幾項技術：(1) 對彈性扶正器的啟動力進行測試檢查，達到標準要求后方可入井。(2) 利用套管漂浮法技術，以減少套管下沉力。(3) 使用具有足夠扶正力的套管扶正器，安放位置合理。(4) 利用先進的計算機軟件，對扶正器安放位置、下入阻力等進行計算。(二)水平井固井的水泥漿技術水平井固井的水泥漿體系與直井有很大的不同，對水平井水泥漿體系的要求 更加苛刻。水平井的水泥漿體系要有良好的體系穩定性，自由水和濾失量控制 極

48、為嚴格，并且有較高的強度和良好的施工性能。1. 水平井固井對水泥漿性能的要求1)水泥漿自由水及穩定性要求在水平井段，水泥漿注入井內后，由于重力的作用，難以保持原有的穩定性, 水泥顆粒易在套管的下側聚結沉淀，水泥漿性能受到破壞，自由水析出，易在套 管上側形成自由水通道。計算表明，若水泥漿自由水含量為1%時，它將會在水 泥環上部形成lnrni左右寬的自由水通道。同時在套管上側的水泥漿密度下降， 凝固后的水泥石強度低，滲透率升高，很容易形成油氣水竄槽，影響固井質量。 因此全面提高水泥漿性能，特別是降低水泥漿自由水是提高水平井固井質量的關 鍵。水平井固井要求水泥漿自由水0. 5%,水泥石上下密度差小于

49、0. 06kg/lo2）水泥漿流變性要求在常規注水泥過程屮，通常要求降低水泥漿的膠凝強度，屈服值來改善水泥 漿流變性能，降低水泥漿紊流頂替排量，以期獲得更高的水泥漿頂替效率。在 水平井中，為了保證水泥漿具有較好的穩定性和驅替能力，一般要求水泥漿具有 一定的屈服值。3）水泥漿失水要求水泥漿對油氣層的污染主要是水泥漿向油氣層失水引起的。在水平井中，由 于油氣層裸眼段長，水泥漿與油層接觸面積大，因此更應嚴格控制水泥漿失水量。 另一方面水泥漿的失水量與水泥漿自由水及穩定性有密切關系，一般來說，水泥 漿失水越小，其自由水析出量也越少，水泥漿越穩定。因此，在水平井同井中, 一般要求水泥漿api失水小于50

50、ml（30min, 6. 9mpa）。4）稠化時間的要求水泥漿自由水析出是造成水平井固井質量差的主要原因之一，因此，在進行 水平井水泥漿設計時，在保證注水泥施工安全的前提下，應減小水泥漿稠化時間, 實現”直角”稠化。2. 提高水平井固井水泥漿綜合性能的方法1）水泥漿自由水控制方法影響水泥漿自由水含量的因素主要有3個，即水泥的細度、水灰比、沉降穩 定性。有效地控制水泥漿自由水含量的方法有：（1）控制水泥的細度研究表明，當水泥在比表面積2775cm2/g時，其自由 水含量為4. 5%,當比表面積增加到3434cm2/g時,其自由水含量可降到0. 5%, 若水泥全部通過200目的篩子，自由水含量只有0. 2%o因此，適當提高水泥的 細度有利于降低水泥漿的自由水含量。（2）適當降低水灰比，可降低水泥漿自由水含量。（3）采用降失水劑不僅可降低水泥漿失水量，而且可降低水泥漿自由水含 量。（4）采用降自由水劑來控制水泥漿自由水含量。2）水泥漿穩定性控制方法提高水泥漿的聚集（沉降穩定性方法主要是通過加入增粘劑或具有抗沉降性能的減阻劑來增加液相粘度和動電位，從而增加水泥顆粒的沉降阻力，減緩沉降 速率。然后再加入