1、1鉆井工藝研究所鉆井工藝研究所 2005年年5月月6日日定向井基礎知識講座定向井基礎知識講座3 定向井技術起源于定向井技術起源于2020世紀初，是美國世紀初，是美國EastmanEastman公公司開展起來的，到司開展起來的，到2020世紀中期，隨著國際鉆井三大技世紀中期，隨著國際鉆井三大技術術(MWD(MWD隨鉆測量技術、高效隨鉆測量技術、高效PDCPDC鉆頭、長壽命導向螺鉆頭、長壽命導向螺桿鉆具桿鉆具) )的應用，飛速發展了水平井，的應用，飛速發展了水平井，19951995年，世界年，世界上共鉆成水平井上共鉆成水平井1259012590口，我國是繼美國和前蘇聯之口，我國是繼美國和前蘇聯之后

2、，第三個鉆水平井的國家，后，第三個鉆水平井的國家，19651965年在四川鉆成了兩年在四川鉆成了兩口水平井，口水平井，9090年水平井被列入國家年水平井被列入國家“八五八五”重大科技重大科技攻關項目。攻關項目。四年四年時間在時間在1010個油田鉆成了個油田鉆成了5050余口水平井，余口水平井，目前全國各油田已經普遍推廣應用。目前全國各油田已經普遍推廣應用。 江漢油田定向井技術起步較晚，但發展較快。江漢油田定向井技術起步較晚，但發展較快。1984年打成了江漢第一口江油陸采的定向井年打成了江漢第一口江油陸采的定向井黃黃36井井（紅旗碼頭），（紅旗碼頭），19991999年打成了第一口水平井年打成了

3、第一口水平井王平王平1 1井，現在江漢本土完成了井，現在江漢本土完成了1616口口, , 鄂西渝東鄂西渝東1313口，清河口，清河采油廠采油廠2323口，吉國口，吉國3 3口水平井。累計口水平井。累計5555口。口。 與勝利油田比較：與勝利油田比較： 建平建平1 1井水平段長井水平段長1046.191046.19米米, ,用了用了1818趟鉆，趟鉆，4545天完成天完成; ;建建2727側平側平1 1井水平段長井水平段長712.83712.83米，只用兩趟米，只用兩趟鉆鉆4.54.5天完成。天完成。 黃鹽平黃鹽平1 1井是國內第一口直接對穿的采鹵連通水井是國內第一口直接對穿的采鹵連通水平井。勝

4、利油田完成的沙鹽平平井。勝利油田完成的沙鹽平1 1井，對穿沒成功，造井，對穿沒成功，造成第二次填井重鉆。成第二次填井重鉆。 差距在于儀器裝備落后，技術人員奇缺。差距在于儀器裝備落后，技術人員奇缺。7最深的水平井最深的水平井是意大利米蘭所鉆的井深是意大利米蘭所鉆的井深63306330米，米，垂深垂深59945994米。米。最淺的水平井最淺的水平井是加拿大的一口井，井深是加拿大的一口井，井深597597米，垂深米，垂深162162米。米。最大水平位移最大水平位移的井是美國完成的的井是美國完成的M16LPZM16LPZ井水平位移井水平位移1072810728米。米。我國所鉆我國所鉆DH-P1DH-P

5、1超深水平井超深水平井井深井深64526452米米, ,垂深垂深5782.295782.29米米, ,水平段水平段長長500.46500.46米。米。我國最大水平位移我國最大水平位移的井是南海西江的井是南海西江A14A14井的水平位移井的水平位移8060.78060.7米。米。國內外水平井之最國內外水平井之最9 定向井定向井：按照一定目的要求，沿著設計軌道鉆達：按照一定目的要求，沿著設計軌道鉆達預定目的層位的井。預定目的層位的井。 水平井水平井：指井斜角大于或等于：指井斜角大于或等于8686并在目的層中并在目的層中維持一定長度的維持一定長度的水平段水平段的定向井。的定向井。 定向井的三要素定向

6、井的三要素：井斜角、方位角、井深。它是：井斜角、方位角、井深。它是衡量定向井井身質量優劣，計算定向井井眼軌跡的重衡量定向井井身質量優劣，計算定向井井眼軌跡的重要參數。要參數。 最小曲率法最小曲率法：把上下兩側點之間的井段看成圓弧：把上下兩側點之間的井段看成圓弧曲線曲線, ,以曲率半徑最小的曲線計算井眼軌跡的方法。以曲率半徑最小的曲線計算井眼軌跡的方法。 裝置角裝置角：井眼軸線上某點的方位角與工具面之間：井眼軸線上某點的方位角與工具面之間的夾角。的夾角。10入靶點入靶點：是指地質設計規定的目標起始點。：是指地質設計規定的目標起始點。終止點終止點：是指地質設計規定的目標結束點。：是指地質設計規定的

7、目標結束點。靶前位移靶前位移：是指入靶點的水平位移。：是指入靶點的水平位移。水平段長水平段長：入靶點與終止點的軌道長度。：入靶點與終止點的軌道長度。矩形靶矩形靶：即縱向為：即縱向為a a米米, ,橫向為橫向為b b的長方體。的長方體。調整井段調整井段：用于施工中調整井眼軌跡的井段。：用于施工中調整井眼軌跡的井段。倒裝鉆具組合倒裝鉆具組合：在鉆大斜度井段和水平段時，為了給鉆：在鉆大斜度井段和水平段時，為了給鉆頭加壓，將部分重量較輕的鉆具放至鉆具組合下部，把頭加壓，將部分重量較輕的鉆具放至鉆具組合下部，把鉆鋌、加重鉆桿等較重的鉆具放至直井段或較小井斜的鉆鋌、加重鉆桿等較重的鉆具放至直井段或較小井斜

8、的井段的鉆具組合。井段的鉆具組合。1112水平井分類：水平井分類： 1、長半徑水平井（小曲率水平井）：造斜率、長半徑水平井（小曲率水平井）：造斜率K6/30m，曲率半徑，曲率半徑R286.5m。 2、中半徑水平井（中曲率水平井）：造斜率、中半徑水平井（中曲率水平井）：造斜率K=6-20 /30m，曲率半徑，曲率半徑R=286.5-86m 3、短半徑水平井（大曲率水平井）：造斜率、短半徑水平井（大曲率水平井）：造斜率K=3-10 /m,曲率半徑曲率半徑R=19.1-5.73m14 1 1、井下馬達、井下馬達 單彎、雙彎、鉸鏈馬達、加長馬達、非磁性馬達等。單彎、雙彎、鉸鏈馬達、加長馬達、非磁性馬達

9、等。 其中單彎螺桿鉆具應用最多其中單彎螺桿鉆具應用最多 單彎螺桿鉆具的設計是根據彎接頭配接普通直馬單彎螺桿鉆具的設計是根據彎接頭配接普通直馬達鉆具組合用于造斜的基本原理，按照動力鉆具在水達鉆具組合用于造斜的基本原理，按照動力鉆具在水平井中的工作要求，在現有直螺桿鉆具結構基礎上平井中的工作要求，在現有直螺桿鉆具結構基礎上改改制制而成的。它可以獲得較高的造斜率，為達到更好的而成的。它可以獲得較高的造斜率，為達到更好的穩定效果，使用中通常配以上下兩個穩定器。穩定效果，使用中通常配以上下兩個穩定器。井下鉆具組合井下鉆具組合動力鉆具動力鉆具16 2 2、高效、高效PDCPDC鉆頭鉆頭3 3、彎接頭彎接頭

10、：它是造斜鉆具產生側向力的原因。彎接：它是造斜鉆具產生側向力的原因。彎接頭殼體上有高邊標志線，所謂高邊即彎接頭的彎曲方頭殼體上有高邊標志線，所謂高邊即彎接頭的彎曲方向。向。4 4、定向接頭定向接頭：其作用是支撐和固定測量儀器，使儀：其作用是支撐和固定測量儀器，使儀器測出準確的工具面。器測出準確的工具面。5 5、無磁鉆鋌無磁鉆鋌：無磁鉆鋌的作用一是避免由于使用鋼：無磁鉆鋌的作用一是避免由于使用鋼鉆鋌對測量儀器產生的影響；二是屏蔽上下鉆具及井鉆鋌對測量儀器產生的影響；二是屏蔽上下鉆具及井壁周圍的磁場，以保證磁性測量儀器測量結果的準確壁周圍的磁場，以保證磁性測量儀器測量結果的準確性。性。 6 6、抗

11、壓縮鉆桿抗壓縮鉆桿：在中曲率水平井的造斜段，由于：在中曲率水平井的造斜段，由于井眼曲率較大，普通鉆鋌下不去，故在鉆柱的承壓部井眼曲率較大，普通鉆鋌下不去，故在鉆柱的承壓部分要用特種鉆桿，當造斜率小于分要用特種鉆桿，當造斜率小于1515/30m/30m時。時。 7 7、循環頭循環頭：當測量儀器是有線隨鉆時，它被裝在：當測量儀器是有線隨鉆時，它被裝在水龍帶與方鉆桿連接處，電纜由它進入鉆桿。造斜鉆水龍帶與方鉆桿連接處，電纜由它進入鉆桿。造斜鉆進時，用高壓油密封電纜入口，避免泥漿外泄。每打進時，用高壓油密封電纜入口，避免泥漿外泄。每打完一立柱，接下一立柱時，必須把測量儀器從井底提完一立柱，接下一立柱時

12、，必須把測量儀器從井底提出，接好立柱后，再把測量儀器送到井底。出，接好立柱后，再把測量儀器送到井底。常用儀器有：常用儀器有： 1 1、有線隨鉆測斜儀。、有線隨鉆測斜儀。 2 2、MWDMWD。 由探管、脈沖發生器、渦輪發電系統、由探管、脈沖發生器、渦輪發電系統、懸掛短節、地面接收系統組成。懸掛短節、地面接收系統組成。 3 3、FEWDFEWD。隨鉆測井，實現地質導向鉆井可以控制。隨鉆測井，實現地質導向鉆井可以控制鉆頭始終在產層中間鉆進。鉆頭始終在產層中間鉆進。 （1）FEWD功能及組成：功能及組成：1、隨鉆地質參數：、隨鉆地質參數： 雙向自然咖瑪、電阻率（雙向自然咖瑪、電阻率（4 4種探測深度

13、）、補償中子孔隙度、巖石密度種探測深度）、補償中子孔隙度、巖石密度 2、定向工程參數：、定向工程參數： 井斜角、方位角、井斜角、方位角、 磁性工具面、高邊工具面角磁性工具面、高邊工具面角3、井下儀器工況診斷：、井下儀器工況診斷： 震動傳感器、震動傳感器、 溫度傳感器溫度傳感器 4、磁參數：、磁參數： 地磁場強度，地磁傾角地磁場強度，地磁傾角地面實時監視界面地面實時監視界面地質參數曲線地質參數曲線（2）隨鉆測井隨鉆測井 用用FEWDFEWD測井曲線與鄰井測井曲線可以進行對比測井曲線與鄰井測井曲線可以進行對比，更準確的劃分地層界面、確定標志層深度。，更準確的劃分地層界面、確定標志層深度。（3 3）

14、 用用FEWDFEWD測井曲線確定標志層垂深測井曲線確定標志層垂深 （4 4）用用FEWDFEWD曲線劃分地層界面、預測到曲線劃分地層界面、預測到 油層的距離油層的距離 用自然伽瑪曲線、電阻率曲線，準確的劃分出巖用自然伽瑪曲線、電阻率曲線，準確的劃分出巖性界面。在隨鉆監測中，結合巖屑錄井，分析軌跡是性界面。在隨鉆監測中，結合巖屑錄井，分析軌跡是否接近油層，為有效調整軌跡方向提供依據。否接近油層，為有效調整軌跡方向提供依據。 FEWD FEWD的雙向自然伽瑪探測半徑為的雙向自然伽瑪探測半徑為0.30m0.30m，油層伽瑪值一般，油層伽瑪值一般在在65API65API至至80API80API之間，

15、用量的概念解釋油層變化。之間，用量的概念解釋油層變化。FEWDFEWD的電阻率探測半徑為的電阻率探測半徑為0.94m0.94m, ,油層電阻率值一般在油層電阻率值一般在7-87-8歐歐姆姆/ /米米之間。之間。 實鉆井眼軌跡與油層走向的相對位置發生變化時，自然實鉆井眼軌跡與油層走向的相對位置發生變化時，自然伽瑪和電阻率均有明顯的變化，因此，可根據曲線的相對大伽瑪和電阻率均有明顯的變化，因此，可根據曲線的相對大小及其變化判斷井眼軌跡所處位置、預測油層位置。小及其變化判斷井眼軌跡所處位置、預測油層位置。（5 5） FEWDFEWD曲線變化判別軌跡接近油頂或曲線變化判別軌跡接近油頂或 油底情況油底情

16、況251 1、小斷塊油層準確描述難、小斷塊油層準確描述難圖（一）水平井技術難點（一）水平井技術難點油飽和度剖面動態變化過程油飽和度剖面動態變化過程2 2、剩余油定量描述難、剩余油定量描述難（一）水平井技術難點（一）水平井技術難點由于油層深埋地下幾千米，頂由于油層深埋地下幾千米，頂面起伏不平，頂面描述不準確，面起伏不平，頂面描述不準確，易導致水平井鉆入泥巖中。易導致水平井鉆入泥巖中。3 3、油層頂面深度精確預測難、油層頂面深度精確預測難（一）水平井技術難點（一）水平井技術難點水平段軌跡優化設計水平段軌跡優化設計4 4、水平井軌跡設計難、水平井軌跡設計難（一）水平井技術難點（一）水平井技術難點5

17、5、油層薄，中靶難、油層薄，中靶難需要有合適的角度，需要有合適的角度，才能達到矢量入靶才能達到矢量入靶角度偏大角度偏大角度偏小角度偏小（一）水平井技術難點（一）水平井技術難點306 6、井眼軌跡在油層最佳位置穿行難、井眼軌跡在油層最佳位置穿行難精確控制幾千米遠的鉆頭走向難度大精確控制幾千米遠的鉆頭走向難度大油層薄，地層傾角變化，有時上翹或下傾油層薄，地層傾角變化，有時上翹或下傾（一）水平井技術難點（一）水平井技術難點31（二）水平井應用實例（二）水平井應用實例黃鹽平黃鹽平1 1井是江漢油田首口設計施工的采鹵連通水平井，井是江漢油田首口設計施工的采鹵連通水平井，準確命中準確命中B B靶與王東靶與

18、王東12-1312-13井直接連通。完鉆井深井直接連通。完鉆井深2358m2358m，水平，水平段長段長198m198m，實鉆垂深與設計相差，實鉆垂深與設計相差0.3m0.3m，A A點靶心距點靶心距1.14m1.14m，B B點點鉆入王東鉆入王東12-1312-13井半徑為井半徑為3m3m的溶腔中，實現了不用壓裂，兩井的溶腔中，實現了不用壓裂，兩井直接連通的目的。直接連通的目的。 （二）水平井應用實例（二）水平井應用實例1 1、直井段、直井段要求防斜打直。二開采用塔式鉆具，控制鉆壓要求防斜打直。二開采用塔式鉆具，控制鉆壓101040kN40kN，轉速轉速117r/min117r/min，確保

19、井斜在較低范圍內。三開采用鐘擺鉆具，確保井斜在較低范圍內。三開采用鐘擺鉆具，鉆壓鉆壓202030kN30kN，轉速，轉速217 r/min217 r/min，井斜控制在，井斜控制在2 2以內，取得了以內，取得了較好效果。鉆具組合為：較好效果。鉆具組合為：215.9mmPDC+158.75mm215.9mmPDC+158.75mm無磁鉆鋌無磁鉆鋌1 1根根+158.75mm+158.75mm鉆鋌鉆鋌1 1根根+214mm+214mm穩定器穩定器+158.75mm+158.75mm鉆鋌鉆鋌1 1根根+214mm+214mm穩定器穩定器+158.75mm+158.75mm鉆鋌鉆鋌6 6根根+127m

20、m+127mm鉆桿鉆桿2 2、造斜段、造斜段從從1527m1527m開始定向造斜，施工措施與常規定向井，水平井基本相開始定向造斜，施工措施與常規定向井，水平井基本相同，滑動鉆進時造斜率為同，滑動鉆進時造斜率為0.340.340.40.4/m/m，復合鉆進時井斜變化率，復合鉆進時井斜變化率為為0.020.020.050.05/m/m。2050m2050m以后，以后，垂深垂深1988m1988m，進入潛二段，進入潛二段1616韻律的韻律的鹽層，按照正常鉆進規律，鹽層滑動鉆進造斜率偏低，復合鉆進時鹽層，按照正常鉆進規律，鹽層滑動鉆進造斜率偏低，復合鉆進時降斜，為了解決這個問題，采取通過提高鉆具造斜力

21、的方法來克服降斜，為了解決這個問題，采取通過提高鉆具造斜力的方法來克服鹽層造斜率的不足，螺桿本體扶正器增大為鹽層造斜率的不足，螺桿本體扶正器增大為213mm213mm，造斜率仍保持，造斜率仍保持在在0.330.330.460.46/m/m，復合鉆進井斜變化率，復合鉆進井斜變化率0.010.010.040.04/m/m，基本保，基本保證了全井段軌跡控制的穩定性。證了全井段軌跡控制的穩定性。在進入純鹽層鉆進時，為了防止鉆進速度過快發生鹽卡事故，首在進入純鹽層鉆進時，為了防止鉆進速度過快發生鹽卡事故，首先，控制鉆時先，控制鉆時6 610min/m10min/m；其次，每鉆進；其次，每鉆進3 34m4m上提鉆具劃眼一次上提鉆具劃眼一次；然后，鉆進；然后，鉆進606080m80m短起下一次，及時清除巖屑床，防止鹽卡事故短起下一次，及時清除巖屑床，防止鹽卡事故。（二）水平井應用實例（二）水平井應用實例3 3、水平段、水平段 水平段從水平段從A A點到點到B B點，靶框為逐漸變小的楔形靶，點，靶框為逐漸變小的楔形靶，且全部在純鹽巖層中鉆進，由于且全部在純鹽巖層中鉆進，由于B B點垂深只下移點垂深只下移0.3m0.3m ，基本是平直的，從，基本是平直的，從A A點開始下入點開始下入1 1單彎單彎+