1、第九章第一節定向井井身參數和測斜計算一.定向井的剖面類型及其應用9- I所示。定向鉆井就是“使井眼按預定方向偏斜，鉆達地下預定目標的一門科學技術”。定向鉆井的應用范圍很廣，可歸納如圖圖9-1崖向鉆井的應用范圍定向井的剖面類型共有十多種，但是，大多數常規定向井的剖面是三種基本剖面類型， 見圖9-2,稱為“ J”型、“ S”型和連續增斜型。按井斜角的大小范圍定向井又可分為:1藥“型連續增斜型圏9-3常規定向井的典型剖面常規定向井井斜角V 55°大斜度井井斜角5585° 水平井井斜角 85° （有水平延伸段）二.定向井井身參數實際鉆井的定向井井眼軸線是一條空間曲線。 鉆

2、進一定的井段后，要進行測斜，被測的 點叫測點。兩個測點之間的距離稱為測段長度。每個測點的基本參數有三項：井斜角、方位角和井深，這三項稱為井身基本參數，也叫井身三要素。1測量井深：指井口至測點間的井眼實際長度。2.井斜角：測點處的井眼方向線與重力線之間的夾角。3方位角：以正北方向線為始邊，順時針旋轉至方位線所轉過的角度，該方向線是指 在水平面上，方位角可在 0360 °之間變化。目前，廣泛使用的各種磁力測斜儀測得的方位值是以地球磁北方位線為準的，稱為磁方位角。磁北方向線與正北方向線之間有一個夾角，稱磁偏角，磁偏角有東、西之分，稱為東 或西磁偏角，真方位的計算式如下：真方位=磁方位角十東

3、磁偏角真方位=磁方位角一西磁偏角公式可概括為“東加西減”四個字。方位角也有以象限表示的，以南（S）北（N）方向向東（E）西（W）方向的偏斜表示， N10 ° E, S20° W。在進行磁方位校正時，必須注意磁偏角在各個象限里是“加上”還 "減去”，如圖 9 3所示。象限值的校正西逾偏角圖A3 磁偏角4.造斜點：從垂直井段開始傾斜的起點。5垂直井深：通過井眼軌跡上某點的水平面到井口的距離。6閉合距和閉合方位（1）閉合距：指水平投影面上測點到井口的距離，通常指靶點或井底的位移，而其他 測點的閉合距離可稱為水平位移。（2）閉合方位：指水平投影響圖上，從正北方向順時針轉至

4、測點與井口連線之間的夾 角。7.井斜變化率和方位變化率：井斜變化率是指單位長度內的井斜角度變化情況，方位變化率是指單位長度內的方位角變化情況，均以度/ 100米來表示（也可使用度/ 30米或度/100英尺等）。&方位提前角（或導角）：預計造斜時方位線與靶點方向線之間的夾角。100英尺表示）?？捎媒馊?狗腿嚴重度狗腿嚴重是用來測量井眼彎曲程度或變化快慢的參數（以度/析法、1.圖解法、查表法、尺算法等來計算狗腿嚴重度 第一套公式K =< Aa /ZL)+ ( Aq? /AL)< 9-1)¥ = */ a I< 9-2)本式圖解如圖A嘰 步驟如下:門）先作水平射線

5、0A（2作Z AOE = a （3以一定長度表示單位角度,螯0B = 甲i（£）自B點向0A作垂線，垂足C點*（5）按 £ 3）比例，ftCA -:£旳連AB,罐AU長度.按（3）出例 換算成角度，此角為狗腿角Y ABq圖97 第一真公戎圖解法2.第二套公式COSY = cosoccosot2+ sin odsin a2 cos A 護(9 3)本式是由魯賓斯基推導出來的，使用非常普遍。美國人按上式計算出不同的®值下的狗腿角丫值，并列成表格，形成了查表法。3.第三套公式ai、g 和Y "5/口 芍 + a K 2a iO iCOS本式來源于沙尼

6、金圖解法，這是任意三角形余麓定理的表達式，可圖無為圖 在以上三套計算式屮.各符號意文如下：0 X上測點的井斜下測點的井斜曲.兩測點井斜角之差，為a津-口 -兩測點的平均井斜角，為3 H + a t>/3.兩測點方位角之差，為單丘- W -<9-4) <!Y 兩測點間的狗腿角。若將三套公式作比較，第一套 公式具有普遍性，適合于多種形狀 的井眼，第二套只適用于平面曲線 的井眼（即二維井型），第三套是 近似公式，用于井斜和方位變化較小的情況。四.測斜計算的主要方法測斜計算的方法可分為兩大類二十多種。 一類是把井眼軸線視為由很多直線段組成， 另 一類則視其為不同曲率半徑的圓弧組成。

7、計算方法多種多樣，測段形狀不可確定。 主要的計 算方法有正切法、平衡正切法、平均角法、曲率半徑法、最小曲率法、弦步法和麥庫立法。從計算精度來講，最高的是曲率半徑法和最小曲率法，其次是平均角法。以下各圖和計算公式中下角符號1、2分別代表上測和下測點。1. 平均角法（角平均法）該直線的方向為上下兩測點處井眼方向的矢量和此法認為兩測點間的測段為一條直線，方向。(9-S1測段計算公式：AH = A LcosaA S = A Ls i fia K = A Ls inacos（5）< 9-7)A E = Lisina< 9-K)2.平衡正切法此法假定二測點間的井段為兩段各等于測段長度一半的直線

8、構成的折線, 別與上、下兩測點處的井眼方向一致。如圖9- 6,計算式為：它們的方向分A H = 1/2A L(CoSa 1 + cos« a(9-9 S = 1 / 2 A L( S Lfia 1 + s i na a(9-10)A M =1 /2AL( 3 ina 1 cosqp i + since空0-11)AE - 1/2A L( s Lna is i i + s i na asin護 a0-12)當a .或G總為供 時，處理方法與平均角法相同"3.螺線在兩端點處與上、下二測點曲率半徑法（圓柱螺線法） 此法假設兩測點間的測段是條等變螺旋角的圓柱螺線, 處的井眼方向相切

9、。如圖9-7,測段的計算公式有三種表達形式。OrX X即圏9-6平衡正切祛圓柱螺線法測段計算圖 H -R< s i hex呈 _s i門任 s =R( cosaI "cos 口 N =T（sin中s L n甲 E =f< CoStpT CQSV(9 13)(916)式中:（1）第一種表達形式2E L(9-13)<9-14)(9-15)(9-16)1«0R X(9-17)ASl«01 z180180 LXcoSa t COSQ a Usiritt s£sinci 1) L/cosa 1 - COSa< 9-18)<9-19)(

10、9-20)180' aANA L< COSa J - coSa if) ( s i nq? h - 5 i fiT ,) 口 X AtAEISO=f 一嚴AL< COSQ 1 - cost! COST 1 - COStp a這四個公式是最常用的計算公式：(3) 第三種表達形式(4) 曲率半徑法的特殊情況處理(9-27)(9-28) 第一種特殊情況，Aa - 0. H(b計算式為: H = A Lc o s Q S = ALs inaS in甲 M - P inq? 1laoA N * Lsinct(9-293coscf 1 - cosq> 2Igo E = A Ls

11、1 na(3-30)fl第二種特殊情況，護0,計算式為*130 H = alAS = ALAE - AL aCO30.-COSa HAcxcosw1 - CoSa 2 aCOSa1- COStX aXXXX dSlna S sina i<9-31)lao180cos弔sig第三種特殊情況，a 1工a 2,且其中之一等于零。 然后代入第二種特殊情況的計算式中。4.最小曲率法最小曲率法假設兩測點間的井段是一段平面的圓弧， 井眼方向線相切。測段計算如圖測段計算公式如下： H 二 < AL/2)< cosft 1 + cosft i-J X f 2/y I X :S' = A

12、L/2) ( s Lrm I + sina180K此時,f9-32)J 9-3肖)(9-34)按二測點方位角相等來處理,圓弧在兩端點處與上下二測點處的tgtY /2)1,) X( 2/Y J X ts<><9-35)<9-36) N = < AL/2X slna ,cost 】+ E = ( AL/Z)< s Iii?i 15 inq>+$ 1 na 3cos<p 2)X < 2/Y > X t g< Y / 2) . . . . < 9-37)Sina wSiiW E)X( 2/Y)X tgC Y 心.f 貂)令 fM

13、= (2/ Y)X tg (丫 /2 ), fM是個大于1但很接近1的值。 在狗腿角丫足夠小的情況下，可 近似認為fM = 1，這時上述四個 計算公式就完全變成平衡正切 法的公式了，它是對平衡正切法 公式的校正。厶IU厶1一 S'是切線1M和M2在1 rN住S圖9Y 最小曲牢祛測段計算圖 C*N水平面上的投影之和，即A S'= 1 ' M + M 2。A S'并不是測段的水平投影長度A S。要作出井身垂直剖面圖，需要求出A S,而最小曲率法卻求不出 A S,這是最小曲率法的缺點。為了作出垂直剖面圖，可用下式近似地求出A S':(9 39)A =AS，X

14、丄2si nA/2） 180第二節定向井剖面設計可以大大節約定向鉆井的成本。 影響井眼軌跡的因素很多，其（如在某些地層中的方位漂移情況等）。因此，在同一地區得到的在開鉆前認真進行設計， 中一些因素很難進行估算 鉆井經驗很重要，這些經驗可以在其他井設計過程中起重要的參考作用。一. 設計資料要進行一口定向井的軌道設計工作，作業者至少應提供靶點的垂深、水平位移和方位角， 或提供井口與靶點的座標位置，通過座標換算，計算出方位角和水平位移。此外，定向井工程師還要收集下列資料：1. 作業區域和地理位置。通過作業區域，通常可以找到該地區已完井的鉆井作業資料 （野貓井除外），并對地層情況、方位漂移有一定的了解

15、，根據地理位置，可以計算或查得到地磁偏角。2. 地質設計書和井身結構。了解有關地層壓力、地溫梯度、地層傾角、走向、巖性、 斷層，可能遇到的復雜情況，以及油藏工程師的特殊要求等。3. 作業者對造斜點、造斜率、增（降）斜率的要求，以及安全圓柱、最大井斜等井身 質量的要求。4了解鉆井承包商的情況，如泥漿泵性能，井下鉆具組合各組件的基本情況等。二. 設計原則1 能實現鉆定向井的目的定向井設計首先要保證實現鉆井目的， 這是定向井設計的基本原則。 設計人員應根據不 同的鉆探目的對設計井的井身剖面類型、 井身結構、鉆井液類型、完井方法等進行合理設計， 以利于安全、優質、快速鉆井。因此，救險井的設計應充分10

16、米），中靶要求高；三加快鉆井速度。四是井身如救險井的鉆井目的是制服井噴和滅火，保護油、氣資源。以減小井眼軌跡控制和施工難度,體現其目的：一是靶點的層位選擇合理。二是靶區半徑小（小于 是盡可能選擇簡單的剖面類型， 結構、井控措施等應滿足要求。E2 盡可能利用方位的自然漂移規律在使用牙輪鉆頭鉆進 時，方位角的變化往往有向右增 加的趨勢，稱為右手漂移規律。 如圖9-9所示，靶點為T,設 計方位角為。若按定向鉆進，則會鉆達T'點，只有按 照角方向鉆進，才會鉆達目標 點T O A 角稱為提前角，提前 角的大小，要根據地區的實鉆資料，統計出方位漂移率來確定，我國海上開發井一般取27度。目前流行的P

17、DC鉆頭（如RC426型等），對方位右漂具有較好的抑制效果。在地層傾角小、巖性穩定時，PDC鉆頭具有方位左漂的趨勢，這主要是由于PDC鉆頭的切削方式造成的。因此，要使用PDC鉆頭鉆進的定向井，提前角要適當地小一點。3. 根據油田的構造特征，有利于提高油氣產量，提高投資效益。4. 有利于安全、優質和快速鉆井，滿足采油和修井的作業要求。三. 剖面設計中應考慮的問題1.選擇合適的井眼曲率井眼曲率不宜過小，這是因為井眼曲率限制太小會增加動力鉆具造斜井段、扭方位井段和增（降）斜井段的井眼長度，從而增大了井眼軌跡控制的工作量，影響鉆井速度。井眼曲率也不宜過大，否則鉆具偏磨嚴重、摩阻力增大和起下鉆困難，也容

18、易造成鍵槽 卡鉆，還會給其他作業（如電測、固井以及采油和修井等）造成困難。因此，在定向井中應 控制井眼曲率的最大值，我國海上定向井一般取716°/ 100米，最大不超過 20°/ 100具體如下：716°/ 100 米。/ 100 米。/ 100 米。714°/ 100 米。5 12°/ 100 米。對普通定向井的井眼曲率（或狗腿嚴米。不同的井段要選用不同的井眼曲率，井下動力鉆具造斜的井眼曲率?。?12轉盤鉆增斜的增斜率?。恨D盤鉆降斜的降斜率?。?8°井下動力鉆具扭方位的井眼曲率?。?導向馬達調方位或增斜的井眼曲率取：說明：隨著中曲率

19、大斜度井和水平井的迅速發展， 重度）的限制越來越少，API標準中已不再規定常規定向井的狗腿嚴重度。為了保證起下鉆順利和套管安全，必須對設計剖面的井眼曲率進行校核，以限制最大井眼曲率的數值。井下動力鉆具造斜和扭方位井段的井眼曲率Km應滿足下式：(9-40)山 72別 Db - D£ - fLiK< 一 X 4爪麗式中t眼曲率，度米i坤6頭直徑，毫米JDt-井下馬達外徑，亳米）Lt-井下馬達長度，米Ff一間隙值J軟地層取f - 0,硬地層瑕f = 3-6毫米.下井套管允許的最大井眼曲率0>應足下式:5. 561XPK< 鉆井液性能控制對減少定向井鉆柱拉伸與扭矩也很重要；

20、 鉆井液中應加潤滑劑，鉆井液密度與粘度必須隨時控制。那么在正常壓力井段，應使用高排量和低固相含量的鉆井液,CzXCXDo式中：a。 管允許的附加彎曲應力*帕】Cl安全系數，一般取22展靳仝螺紋應力集中系數，一般取1"Z五tDe 套管外徑，厘米。2. 井眼尺寸目前常規的定向井工具能滿足152445毫米(6171/2英寸)井眼的定向鉆井要求，一般地說，大尺寸井眼比較容易控制軌跡，但由于鉆鋌的尺寸也較大，形成彎曲所需的鉆壓較大，小井眼要使用更小、更柔的鉆具，而且地層因素對軌跡的影響也較大。因此小井眼的軌跡控制更困難一些。在常規的井眼尺寸中，大多數定向井可采用直井的套管程序。如果實鉆井眼軌跡

21、較光滑，沒有較大的狗腿，那么即使在大井斜井段， 也能較順利地進行下套管作業。當然，在斜井段,應在套管上加扶正器以支撐套管，避免在下套管過程中發生壓差卡鉆，同時提高固井質量。 另外，在大斜度井段，可根據井段長度和作業時間， 決定是否使用厚壁套管。3. 鉆井液設計：定向井鉆井液設計十分重要，鉆井液應有足夠的攜砂能力和潤滑性，以減少卡鉆(1) 的機會；(2)(3)(4) 如果用水基鉆井液，這樣有利于清潔井眼；(5) 水基鉆井液應具有良好的潤滑性能，以減少鉆具摩阻和壓差卡鉆；然而在海上鉆 井，一定要避免污染問題。(6) 如果有異常高壓井段要求鉆井液密度達到1.45克/厘米3或更高，那么應考慮在 鉆開該

22、高壓地層前下一層保護套管，以封固所有正常壓力井段。4. 造斜點的選擇造斜點的選擇要適當淺些， 但是在極淺的地層中造斜時，容易形成大井眼。同時， 由于地層很軟，造斜完成后下入穩斜鉆具時，要特別小心，以免出現新井眼，尤其是在穩斜鉆具剛度大或造斜率較高時。通常地說，淺層造斜比深層造斜容易一些，因為深層地層往往膠結良好，機械鉆速低，需花費較長的造斜時間。另外，造斜點通常選在前一層套管鞋以下3050米處，以免損壞套管鞋，同時減少水泥掉塊產生卡鉆的可能性。在深層地層造斜時， 應盡量在大段砂層中造斜，因為砂層的井眼穩定，鉆速較快，而頁巖段較易受到沖蝕，鉆速較低，而且在以后長時間鉆井作業，容易在造斜段形成鍵槽

23、而可能 導致卡鉆。5靶區形狀和范圍靶區形狀與范圍通常由地質構造、產層位置決定，并考慮油田油井的分布情況，靶區大小是由作業者確定的。 通常認為，鞍區范圍不能定得太小，很小的靶區范圍不僅會增加作業成本，同時也會增加調整方位的次數，造成井眼軌跡不平滑，增加轉盤扭矩，同時也增加產生健槽卡鉆的可能性。通常,靶區形狀為圓形（嚴格地講,應該是球形）。淺井和水平位移小的定向井,其靶 區范圍小一些,一般靶區半徑3050 米,而深井和水平位移大的井,靶區范圍可以適當地大一些,一般靶區半徑為 50 70 米。6造斜率和降斜率選擇常規定向井的造斜率為 714° 100米,如果需要在淺層造斜并獲得較大的水平位

24、移, 造斜率可提高到 1416°100米。但是, 淺層的高造斜率容易出現新井眼, 也容易對套管 產生較大的磨損。因此, 淺層造斜通常選擇較低的造斜率,而深層造斜 （ 1000米 2000 米） 可選擇較高的造斜率。對于“ S”型井眼，通常把降斜率選在 38°/ 100米，如果降斜后仍然要鉆較長的井 段,則必須采用較小的降斜率平緩降斜,以避免鍵槽卡鉆,同時,可降低鉆進時的摩阻力。7最大井斜角常規定向井的最大井斜角，一般在1545°,如果井斜太小，則井眼的井斜和方位都較難控制。井斜大于 60°時，鉆具的摩阻力將大大增加。8允許的方位偏移與極限（1）定向鉆進時

25、,初始造斜方向通常在設計方位的左邊（即選定導角）,然后通過自 然漂移鉆達靶區,井眼軌跡是一條空間曲線。（2）但是對導角也有一個限制,在井眼密集的井網中,要求定向井軌跡保持在安全圓 柱內,以避免與鄰井相碰。也對導角的大小有一定的限制。（ 3）同樣, 由于油藏特性和地質地層條件,9井身剖面類型在滿足設計和工藝要求的前提下, 盡可能縮短井段長度, 因為井段短則鉆井時間短。 在 設計井身剖面形狀時,要考慮井身結構,造斜點一般選在套管鞋以下30 50 米處。目前,四剖面設計1 設計步驟：（I）選擇剖面類型;（ 2）（ 3）（ 4）我國海上定向井的井身剖面通常由作業者決定，往往選擇“ J”型剖面。確定增斜

26、率和降斜率，選擇造斜點； 計算剖面上的未知參數，主要是最大井斜角； 進行井身計算，包括各井段的井斜角、水平位移、垂深和斜深；（ 5）井身剖面的設計方法有試算法、 用解析法,繪制垂直剖面圖和水平投影圖。作圖法、 查圖法和解析法四種。 我國海洋定向井通常采并使用計算機完成。 剖面設計完成以后， 應向作業者提供下列資料：總體定向鉆井方案和技術措施。剖面設計結果， 包括設計條件、 計算結果、 垂直剖面圖和水平投影圖。（3）（4）2二維定向井設計（解析法）測斜儀器類型和該地區的磁偏角，以及測斜計算方法； 設備和工具計劃。解析法是根據給出的設計條件， 應用解析公式計算出剖面上各井段的所有井身參數的井 身設

27、計方法。在使用計算機的條件下，還可同時給出設計井身的垂直投影圖和水平投影圖。解析法進行井身剖面設計所用公式如下 面）。（用于三段制J型、五段制S型和連續增斜型剖（1）求最大井斜角amax。HoH - Hhn + RhS ina "So-S -m - casa ”l&O10Rolao10(9-4b>=Si + Saez Hifz X t gd ",<9-47)Ho -“皓 + S苕-ZRoSo2flrctg2Ro - So(9-48)（2）各井段的井身參數計算:增斜段AHi = Ri X s in<t 負<949；A SiftiX(1 L co

28、stt R(9-50) Hz自降霍點I終點】到目標點處的垂探增量.米】AU =AU"fi咅 +- 2RoSo(952)AH= L總 X cosd(9-53)(9-51) 穩斜段<9-55A La X s i na Sina 降斜段C 9-55)ASs -KaX< COHft- CQSct< 9-56)ALaRiX<71 /ISO) X<a (9-57)0-59)(9-60>Ho過渡米; 穩斜段c9-5a) L1CZ H 7 SjCE + Hjc空總井深LL = Hz + Li + AU + AL + ALxz（9-2）t 9、G（b式中:全井的總垂

29、深，米花斜點的深度.米F降船終點的井斜角Sc-過渡參數.米S口到目標終點處的竽増,米； 降斜縛點到目標點的平增，米K1, Kz一 別為選定的增斜率和降斟率，度"00米！ 分別為增鼾段和降斜段的曲率半徑.米； H" AS1, AL,別為増斜段的垂增、平增和段長.米1 Ha 務、AU 別為降斜段的垂增、平增和段長，米） L“一 降斜終點到冃標點的段辰，米；L 全井的總井琛，米.（3）設計計算中特殊情況的處理 當Ho2 + So2 2RoSo= 0時，表示該井段設有穩斜段，此時可由下面三個公式中任 個公式來求最大斜角 a max:HoClftmo. N-arc EgRo - So

30、Rq So=atccosRo(9-62)EB3C=arcsin< Ho/R3<9-631當2R0 So= 0時，可用下式求最大井斜角a max:a= 2atctB<So/2Ho） 0-64）當Ho2 + So2 2RoSov 0，說明此種剖面不存在，此時應該改變設計條件，改變造斜 點深度、增斜率和降斜率或改變目標點坐標。井身剖面設計計算結果應整理列表，并校核井身長度和各井段井身參數是否符合設計要 求，還應該校核井上曲率，井身剖面最大曲率應小于動力鉆具和下井套管抗彎曲強度允許的最大曲率。目前，應用計算機程序進行井身剖面設計時，設計結果列表和均可由打印機和繪圖儀自動完成。4.設計

31、方法舉例例 某定向井設計全井垂深H=2-000米（靶點），上部地層 300米至350米是流砂層，1000米至1050米有一高壓水層，作出井身剖面設計。井口座標Xi： 3 246 535.0Yj： 2 054 875.0井底座標X2： 3 245 972.95丫2： 2 054 665.0先根據井口與井底座標，計算出水平位移和目標方位。水平住移 s = Jg -島尸+ F ¥昇仝=60D米+ lao"=200.5"J - ¥>目標方位 V = arctg J - X1(1) 根據提供的地質資料，在進行剖面設計時，應設法使動力鉆具造斜的井段和增斜 的井

32、段避開流砂層和高壓水層。(2) 對于鉆井工藝及其它限制條件，在滿足(I)項條件的前提下，應選擇較簡單的剖 面類型。(3) 剖面類型選用“直一增一穩”三段制井身剖面。此種剖面簡單，地面井口至目標 點的井身長度短，有利于加快鉆井速度。(4) 選擇造斜點。根據垂直井深和水平位移的關系，造斜點應選在350米至600米間。 如選在1050米以下，會使井斜角太大，是不合理的。以利于定向造斜，防止50米的地方為宜。因因300米至350米是流砂層，在井深結構設計時應用套管封固， 流砂層漏失、垮塌等復雜情況出現。造斜點應選在套管鞋以下不少于 此，造斜點與井口之間井眼長度不應小于450米。也應考慮下入一層中間在進

33、行套管設計150又因1000米至1050米是高壓水層，為了下部井段能順利鉆進， 套管封住高壓水層。為了減少井下復雜情況和有利于定向井井眼軌跡控制，時，應避免套管鞋下在井眼曲率較大的井段中，中間套管的下入深度應進入穩斜井段 米左右為宜。在考慮上述因素后， 造斜點的位置應在高壓水層以上不少于400米處，也就是造斜點與井口之間的井眼長度不應大于600米。經過上述的分析，如果造斜點應在450米至600米之間選擇，那么，把造斜點確定在500米處是比較合理的。Ro(5) 選擇造斜率K為7 ° / 100米。根據造斜率計算造斜井段的曲率半徑R = ( 180/1. ) XK- - ( laO/Tt

34、 ) X< t00/7> = 8g.5米(6)計算最大井斜角a max(9-65)直井段氏度,米:H設計垂深，米;S設計水平位移,米;Ho - H考-S(2R - S)a 電nX = 2arctE 亠，一a ma)=24.4(7)分段井眼計算: 增斜段RX sina ZX=338.05米AS1RX( 1 - L.1 =RiXCa eMIEQ'W = 34fl.4K米R造斜段曲率半徑，米。 把已知條件代入上式得：O穩斜段 H = H - He - AH1 - 116k 95米A Si = A Hstga = S26.93 米AL1 = A Ha/COSH E" =

35、1275. BS米武中各符號的意義同計S公式。表滬1型井身剖面計算數據表井段i段怏（米井深（來井斜角£度）i垂增（米）垂探米】!-!平增f米】位移1米）直井段i 500jSOO050050000增斜段丨18d亂8338.05&38.0573.0773.07穩斜段1 1275.852124.33244116K953000526.036004.三維定向井設計的井眼軸線，既有井斜角的變化，又有方位角的變化，這類井段為三維定向井，實 際作業中，有時會碰到三維定向井的問題，大體上分為三種情況。第一種情況 原設計為兩維定向井，在實鉆中偏離了目標方位，如果偏得不多，只要調 整鉆具組合或扭一

36、次方位就可以了。 嚴格地說，實鉆的定向井軌跡， 都有井斜角的變化和方 位角的變化，這種三維定向井可以簡化為二維的。第二種情況 在地面井位和目標點確定的情況下， 在這兩點的鉛垂平面內， 存在著不允 許通過或難以穿過的障礙物， 不能在鉛垂平面上設計軌道， 需要繞過障礙，設計繞障三維定 向井。在海上叢式井經常碰到這類井。第三種情況在地面井位確定的情況下，要鉆多目標井。地面井位和多目標點不在同一 鉛垂平面內，只有井斜角和方位角都變化， 才能鉆達設計的多個目標點。三維定向井的軌跡設計和測斜計算很復雜，通常使用計算機軟件完成這些工作。第三節井眼軌跡控制技術井眼軌跡控制的內容包括： 優化鉆具組合、優選鉆井參

37、數、采用先進的井下工具和儀器、 利用計算機進行井眼軌跡的檢測預測、利用地層的方位漂移規律、避免井下復雜情況等等。軌跡控制貫穿鉆井作業的全過程，它是使實鉆井眼沿著設計軌道鉆達靶區的綜合性技 術，也是定向井施工中的關鍵技術之一。井眼軌跡控制技術按照定向井的工藝過程，可分為直井段、造斜段、增斜段、穩斜段、 降斜段和扭方位井段等控制技術，其中直井段的控制技術見第七章第四節。一.定向選斜井段初始造斜方法有五類，即井下馬達和彎接頭定向、噴射法、造斜器法、彎曲導管定向、 傾斜鉆機定向。目前，我國海洋定向井一般采用第一種方式，常用造斜鉆具組合為：鉆頭十井下馬達十彎接頭十非磁鉆鋌十普通鉆鋌（030米）十撓性接頭

38、十震擊器十加重鉆桿。這種造斜鉆具組合是利用彎接頭使下部鉆具產生一個彈性力矩，迫使井下動力鉆具驅動鉆頭側向切削，使鉆出的新井眼偏離原井眼軸線，達到定向造斜或扭方位的目的。造斜鉆具的造斜能力主要與彎接頭的彎角和動力鉆具的長度有關。彎接頭的彎角越大, 動力鉆具長度越短，造斜率也越高。用彎接頭的彎角為 1.52.25 度，一般不大于 2.5 度。彎接頭在不同條件下的造斜率見第四 節。造斜鉆具組合使用的井下動力鉆具型號應根據造斜井段或扭方位井段的井深選擇。使用井段在 2000 米以內，一般采用渦輪鉆具或普通螺桿鉆具，深層走向造斜或扭方位應使用耐 高溫的多頭螺桿鉆具。造斜鉆具組合、 鉆井參數和鉆頭水眼應根

39、據廠家推薦的鉆井參數設計。由于井下動力鉆具的轉速高，要求的鉆壓小一般為 29.4 78.4千牛（ 38噸）， 因此， 使用的鉆頭不宜采用密封軸承鉆頭， 尤其是在淺層， 可鉆性好的軟地層應使用銑齒滾 動軸承鉆頭或合適的 PDC 鉆頭。根據測斜儀器的種類不同，分為四種定向方式： 1單點定向1000 米。因為造斜點較深時，反扭角此方法只適用造斜點較淺的情況，通常井深小于 很難控制，且定向時間較長。施工過程如下：（I）下入定向造斜鉆具至造斜點位置（注意：井下馬達必須按廠家要求進行地面試驗）。2）單點測斜，測量造斜位置的井斜角，方位角，彎接頭工具面；（3）在測斜照相的同時，對方鉆桿和鉆桿進行打印，并把井

40、口鉆桿的印痕投到轉盤面 的外緣上，作為基準點；（4）調整工具面（調整后的工具面是：設計方位角十反扭角）。鎖住轉盤、開泵鉆進；（5）定向鉆進。每鉆進24個單根進行一次單點測斜， 根據測量的井斜角和方位角及 時修正反扭矩的誤差，并調整工具面；（ 6）當井斜角達到 8 10 度和方位合適時，起鉆換增斜鉆具，用轉盤鉆進。在單點定 向作業中要注意： 在確定了反扭角和鉆壓后， 要嚴格控制鉆壓的變化范圍， 通常在預定鉆壓± 19.6 千牛 （ 2 噸）內變化； 每次接單根時， 鉆桿可能會轉動一點， 注意轉動鉆桿的打印位置至預定位置； 如果調整工具面的角度較大（90度），調整后應活動鉆具 23次（停

41、泵狀態），以便鉆桿扭矩迅速傳遞。2地面記錄陀螺（ SRO ）定向 在有磁干擾環境的條件下（如套管開窗側鉆井）的定向造斜，需采用SRO 定向。這種儀器可將井下數據通過電纜傳至地面處理系統， 并顯示或用計算機打印出來， 直至工具面調 整到預定位置，再起出儀器，施工過程如下：（I）選擇參照物，參照物應選擇易于觀察的固定目標，距井40米左右；5）6）預熱陀螺不少于 15 分鐘，工作正常才可下井； 瞄準參照物，并調整陀螺初始讀數； 接探管，連接陀螺外筒，再瞄準參照物，對探管和計算機初始化；下井測量，按規定作漂移檢查；起出儀器坐在井口，再次瞄準參照物記錄陀螺讀數；( 7)校正陀螺漂移，確定測量的精度；(

42、8)定向鉆進。3有線隨鉆測斜儀(造斜鉆具下到井底后， 下儀器總成下入鉆桿內， 出實鉆井眼的井斜、SST)定向開泵循環半小時左右， 然后接旁通頭或循環接頭。 把測斜儀的井 使定向鞋的缺口坐在定向鍵上。 定向造斜時， 可從地面儀表直接讀 方位和工具面， 司鉆和定向井工程師要始終跟蹤預定的工具面方向， 保 持井眼軌跡按預定方向鉆進。4隨鉆測量儀( MWD )定向MWD 井下儀器總成安裝在下部鉆具組合的非磁鉆鋌內， 其下井前要調整好工作模式和 傳輸速度， 并準確地測量偏移值， 輸入計算機。 儀器在井下所測的井眼參數通過鉆井液脈沖 傳至地面，信息經地面處理后，可迅速傳到鉆臺。 MWD 不僅可用于定向造斜

43、，也可用于旋 轉鉆進中的連續測量，是一種先進的測量儀器。5定向造斜中的注意事項：如果定向作業前的裸眼段較長，應短起下鉆一趟，保證井眼暢通。( 1)( 2)下井；( 3)( 4)井下馬達下井前應在井口試運轉，測量軸承間隙；記錄各種參數，工作正常方可MWD 等儀器下井前，必須輸入磁場強度、磁傾角等參數； 定向造斜鉆進，要按規定加壓，均勻送鉆，以保持恒定的工具面。造斜鉆進或起下鉆，用旋扣鉗或動力水龍頭上卸扣，不得用轉盤上卸扣；(6) 起鉆前方位角必須在 2030米井段內保持穩定，且保證預定的提前角。目前，“- 次造斜 到位法” 也經常在我國海洋定向井中使用， 這種方法適用于造斜點較淺， 且機械鉆速很

44、快的 造斜井段，常常配合使用隨鉆測量儀。( 7)井下馬達出井時，按規定程序進行清洗、保養。二轉盤鉆增斜井段常用增斜鉆具組合為： 鉆頭十近鉆頭穩定器十非磁鉆鋌十鉆鋌 (非磁鉆鋌和鉆鋌的總長 度為 18 30 米之間)十穩定器十鉆鋌( 10 米)十穩定器十鉆鋌十隨鉆震擊器十加重鉆桿十 鉆桿(見圖 910，從下至上，增斜效果越來越強。圖中UG 是指尺寸不足的扶正器)。9. >米X7, >1723 米17-23 米5” 、4. >3. >2. >X-9.2-15米史2米X9. 2米UG 史2米X9. 2米X9. 2米X圖9-10轉盤增斜鉆具組合施工注意事項：1. 按設計鉆

45、井參數鉆進，均勻送鉆，使井眼曲率變化平緩。2. 每鉆進2550米測量一次，隨時作圖，掌握井斜、方位的變化趨勢。如果增斜率不 能滿足設計要求，應及時采取措施：則使增斜率降低。(1)調整鉆壓改變增斜率。增加鉆壓可使增斜率增大，減小鉆壓，(2) 更換鉆具組合，改變近鉆頭穩定器與相鄰穩定器之間的距離。 30米，距離越短，增斜率越低，距離越長，增斜率越高；(3) 改變近鉆頭穩定器與相鄰穩定器之間的鉆鋌剛性，剛性越高， 越低，增斜度越高。(4) 鉆頭底部距近鉆頭穩定器翼片中部的距離為0.71.2米。3 如果增斜率比設計值稍低 (5°/ 100米以內)，可采用強行增斜法。改變的范圍為增斜率越低；剛

46、性10(I)接單根后，開泵至設計排量，慢慢加壓至設計鉆壓的 75 %左右;(2) 轉動轉盤至設計轉速，同時逐步增加鉆壓至允許的最大鉆壓；(3) 鉆完一個單根時，馬上停轉盤，鉆壓不回零，上提鉆具。(4) 劃眼時，井底的最后 2米左右不劃眼。采用強行增斜法要注意： 一是當前鉆進的轉盤扭矩不應過大；二是啟動轉盤時，要保持鉆壓達到預定的數值；三是整個井下鉆具各組件質量應合格；四是采用這種特殊方法只能達到微增效果(增斜率可提高 4 ° / 100米左右一一經驗數據)。三穩斜井段常用的穩斜鉆具組合(見圖9- 11,從下至上，穩斜效果越來越強。圖中UG是指尺寸不足的扶正器)。鉆頭十近鉆頭穩定器十短

47、鉆鋌( 36米)十穩定器十非磁鉆鋌十穩定器十鉆鋌十鍵槽 破壞器十撓性接頭十震擊器十加重鉆桿。9. 2米X-9.2米-X4, 6 6米9.2米XX=-X-1.5- 6 米 UG9,2 米X=X3飛4.£米9.2米X，一3托d.5米來XXX1.5 3.6 米9 2米0.2 米XXX9.2米9.2笨9丿米9.2米XXKX=圖AU穩斜鉆具組合施工措施：I. 造斜或增斜結束后，下入第一趟穩斜鉆具時，從造斜點開始要慢慢下鉆。尤其是在 軟地層、高造斜率的情況下，容易遇阻，并可能產生新井眼，必須注意：（1）下鉆遇阻時，活動鉆具 35次，切勿 “壓死”鉆具；（2）開泵，慢慢下放 23次。（3） 在遇阻

48、點以上1.5米左右，中高速轉動轉盤（8090轉/分），快速下放，鉆壓 不超過98千牛（10噸）；（4） 通過遇阻點以后，上、下活動鉆具I2次，繼續下鉆。注意：在硬地層時，穩斜鉆具在造斜段遇阻，仍可采用前述（I）、（ 2）步驟，只是活動鉆具的次數適當減少， 仍然遇阻時，同樣要轉動轉盤， 只是轉速適當地低一些， 且控制鉆 壓，慢慢下放，切勿“壓死”鉆具。2. 在方位右漂嚴重的地層中鉆進，可采用“超長翼”的穩定器（鉆具組合相同），以 穩定方位角。也可采用 PDC鉆頭（如R426型），以利用PDC鉆頭具有方位左漂趨勢的特 性。3. 總結同一地層的自然增斜或降斜特性，合理地選擇穩斜鉆具組合。4. 測斜，

49、最大測斜間距不超過 100米，特殊井的關鍵井段測斜間距應為30米左右，并及時繪制垂直剖面圖和水平投影圖，隨時掌握實鉆井眼軌跡情況。四.降斜井段常用降斜鉆具組合（見圖9 一 12,從下至上，降斜效果越來越強）。鉆頭十短鉆鋌（38米）十穩定器十非磁鉆鋌十穩定器十鉆鋌十鍵槽破壞器十撓性接 頭十震擊器十加重鉆桿十鉆桿。X6. >S. >3. >2. >1. >2327. 5米18.3-23 米18.23米UG-XX218. 3米X9.218.3米一 常9.£-23 米圖9-12降斜鉆具組合注意。1.定向井的降斜鉆具組合不宜采用大鐘擺式，否則降斜率過高，起下鉆困難

50、。2.降斜段一般接近完井井段，井下扭矩和摩擦阻力較大，在滿足中靶的前提下，應盡 量簡化鉆具組合，使用加重鉆桿加壓。五.扭方位一般地說，井斜的控制要比方位控制容易一些， 如何實現方位的自由控制， 也是定向井 鉆井的一大難題。影響方位的因素很多， 除地層這一不可改變的因素之外， 鉆井參數和鉆具 組合也對方位產生一定的影響。其影響規律如下：在鉆具組合方面，一般認為，對方位漂移產生主要的影響是前3060米的鉆具組件。穩定器能起到穩定方位漂移的作用，穩定器越多，方位漂移總趨勢的變化不會太大。也就是說，對穩斜鉆具組合，由于穩定器較多，方位的漂移趨勢變化不大，而對于增斜和降斜鉆具組合，方位的漂移趨勢可能變化

51、。在鉆井參數方面，鉆壓和轉速也對方位產生影響。一般地認為，適當的高轉速110轉/分）和中等鉆壓 98147千牛（1015噸），抑制方位向右漂移的效果較好。 影響方位漂移的因素很多，地層的變化也很難掌握，因此方位控制的確較困難。但是， 量少扭方位，一口井最多扭兩次方位，還是可以接受的。當實鉆井眼軌跡嚴重偏離靶區范圍， 入造斜鉆具組合扭方位。如何實現方位的自由控制,（為90由于要盡且根據當前的方位漂移趨勢無望進入靶區時,應下1 .施工要點:（1）扭方位鉆具組合及其采 用的鉆井參數和定向造斜施工基 本上相同（建議盡量少下鉆鋌， 防 止壓差卡鉆）；E（2）選擇可鉆性和穩定性較 好的地層（尤其是大段砂層

52、），實圖9T3方位漂移情況施扭方位作業；(3)深井扭方位，由于反扭角較大，一般采用隨鉆測斜儀扭方位;(4) 井斜角較大井段(40°以上)扭方位，容易降斜。扭方位前一趟鉆，可以事先增 加23。井斜，以彌補扭方位時的降斜效果。當然，采用先扭完方位，井斜自然降低以后， 再適當地增斜，也能保證較好的井眼軌跡；(5) 依據實鉆的垂直剖面圖，確定采用何種扭方位的工具面角度(增、降或穩斜)。2.方位扭轉角的計算方位扭轉角的計算，可按如下步驟進行：(1) 進行測斜計算，算出目前的井底坐標位置。如圖9 13所示，OT為設計的井斜方位線，ode為實鉆井眼軸線的水平投影，e為目前的井底。d為距井底較近的測

53、點位置。目標點T的坐標為Ht、Et、Nt,井深為Lt。根據測斜資料及測斜計算可知，d、e二點的基本參數為井深 Ld、Le井斜a d、a e,方位 d、e, e點的坐標為垂深 He，東位移Eg,北位移Ne。(2) 計算現用鉆具組合的方位漂移率Kp。(9-66)Kp即g L單d1 Lrf(3)計算現用鉆具組合鉆達目標點的總方位漂移量 P：下式假定現用鉆具組合一直鉆到目標點。如果鉆了一段又換了鉆具組合，則應重新進行計算。< 9-67)Cp P 口 KpX LtL 曰).rT.r-r-.-lrr+-(4)計算對準目標的方位線的方位角z如圖9 14所示，自目前井底 e,對準目標點T的方位線為eT, eT的方位角為 z按如下公式計算。當NtA心時,當N丁 VN.時,(9-69)+ ISO*Et - Eu爍.=arctg-厝-仏對于偏差 z,如果按照方位漂移率不變，那么從目前井底e鉆達目