1、定向井和水平井鉆井技術簡介 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     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9l所示。        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92，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： 常規定向井井斜角55°大斜度井井斜角5585°水平井井斜角85°

2、;（有水平延伸段）大位移井指總水平位移與總垂深之比n2的井，對n3的大位移井稱為超大位移井。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。  

3、60; 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磁偏角或  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。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（l）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測

4、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）。8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。三全角變化率（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100英尺表示）。可用解析法、圖解法、查表法、尺算法等來計算狗腿嚴重度k。全角變化率按(9-1)式計算:  式中：     ab測量點a和b間井段的全角變化率，(°)/30m；   

5、  ab測量點a和b間的井段長度，m；     a測量點a處的井斜角，(°)；     b測量點b處的井斜角，(°)；     ab測量點a和b間的方位角變化量（a和b兩測量點方位角a和b終邊的夾角，(°)。     注：計算中，如果ab即（ab）的絕對值大于180°，當（ab）>0時，則abab -360°；當（ab）<0時，則abab +360

6、6;。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。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 此法認為兩測點間的測段為一條直線，該直線的方向為上下兩測點處井眼方向的矢量和方向。測段計算公式：12=（1+2）/212=（1+2）/2H12=L12 cos12S12=L12 sin12N12=S12

7、cos12E12=S12 sin12     注：計算中，如果12即（12）的絕對值大于180°，當（12）>0時，則1212 -360°；當（12）<0時，則1212 +360°。 2曲率半徑法     此法假設兩測點間的測段是條等變螺旋角的圓柱螺線，螺線在兩端點處與上、下二測點處的井眼方向相切。R12=L12/（|21|）×57.3H12= R12×( sin2 sin1)|S12= R12×(cos1 cos2 )N12=S12( sin

8、2 sin1)E12=S12( cos1 cos2)第二節  定向井剖面設計     在開鉆前認真進行設計，可以大大節約定向鉆井的成本。影響井眼軌跡的因素很多，其中一些因素很難進行估算（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：  

9、  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，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  &

10、#160; 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。    如救險井的鉆井目的是制服井噴和滅火，保護油、氣資源。因此，救險井的設計應充分體現其目的：一是靶點的層位選擇合理。二是靶區半徑小（小于10米），中靶要求高；三是盡可能選擇簡單的剖面類型，以減小井眼軌跡控制和施工難度，加快鉆井速度。四是井身結構、井控措施等應滿足要求。2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

11、律。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，開發井一般取27度。    PDC鉆頭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）

12、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，一般取716°100米，最大不超過20°100米。不同的井段要選用不同的井眼曲率，具體如下：井下動力鉆具造斜的井眼曲率取：716°100米。轉盤鉆增斜的增斜率取：712°100米。    轉盤鉆降斜的降斜率取：38°100米。 &

13、#160;  井下動力鉆具扭方位的井眼曲率取：714°100米。    導向馬達調方位或增斜的井眼曲率取：512°100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

14、軌跡較光滑，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：     （1）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，以減少卡鉆的機會；    （2）鉆井液性能控制對減少定向井鉆柱拉伸與扭矩也很重要；    （3）鉆井液中應加潤滑劑，鉆井液密度與粘度必須隨時控制。  

15、0; （4）如果用水基鉆井液，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，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或更高，那么應考慮在鉆開該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也容易形成井眼擴大。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

16、，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

17、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5070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移，造斜率可提高到1416°

18、;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

19、60;   （1）定向鉆進時，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。（3）同樣，由于油藏特性和地質地層條件，也對導角的大小有一定的限制。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3050米處。目前，我國海上定向井的井身剖面通常由作業者

20、決定，往往選擇“J”型剖面。四剖面設計 1設計步驟：     （l）選擇剖面類型；    （2）確定增斜率和降斜率，選擇造斜點；    （3）計算剖面上的未知參數，主要是最大井斜角；（4）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）繪制垂直剖面圖和水平投影圖。    井身剖面的設計方法有試算法、作圖法、查圖法和解析法四種。我國海洋定向井通常采用解析法，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：    （1）總體

21、定向鉆井方案和技術措施。（2）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）測斜儀器類型和該地區的磁偏角，以及測斜計算方法；    （4）設備和工具計劃。2二維定向井設計（解析法） 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（用于三段制J型、五段制S型和連續增斜型剖面）。（1）求最大井斜角max。（2）各井段的井身參數計算：   

22、 增斜段    穩斜段    降斜段    穩斜段    總井深L3設計方法舉例     例  某定向井設計全井垂深H=2000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     X1：3 246 535.0         Y1：2 054 875.

23、0井底座標     X2：3 245 972.95        Y2：2 054 665.0先根據井口與井底座標，計算出水平位移和目標方位。（1）根據提供的地質資料，在進行剖面設計時，應設法使造斜井段和增斜的井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（l）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

24、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。    因300米至350米是流砂層，在井深結構設計時應用套管封固，以利于定向造斜，防止流砂層漏失、垮塌等復雜情況出現。造斜點應選在套管鞋以下不少于50米的地方為宜。因此，造斜點與井口之間井眼長度不應小于450米。    又因1000米至1050米是高壓水層，為了下部井段能順利鉆進，也應考慮下入一層中間套管封住高壓水層。為了減少井下復雜情況和有利于定向井井眼軌跡控制，在進行套管設計時，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

25、斜井段150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。（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。（6）計算最大井斜角max        R造斜段曲率半徑，米。把已知條件代入上式得：    max=24.4°（7）分段井眼計算：

26、增斜段（略）    穩斜段（略）4三維定向井     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

27、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

28、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。一定向造斜井段     目前，定向井一般采用井下馬達和彎接頭定向，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

29、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。    彎接頭的彎角應根據井眼大小、井下動力鉆具的規格和要求造斜率的大小選擇。現場常用彎接頭的彎角為1.52.25度，一般不大于2.5度。    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

30、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     此方法只適用造斜點較淺的情況，通常井深小于1000米。因為造斜點較深時，反扭角很難控制，且定向時間較長。施工過程如下：（l）下入定向造斜鉆具至造斜點位置（

31、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810度和方位合適時，起鉆換增斜鉆具，用

32、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，

33、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：（l）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；（2）預熱陀螺不少于15分鐘，工作正常才可下井；    （3）瞄準參照物，并調整陀螺初始讀數；（4）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；（5）下井測量，按規定作漂移檢查；（6）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；    （8）定向鉆進。3有線隨鉆測斜儀（SST）定向     造斜鉆具下到井底后，開

34、泵循環半小時左右，然后接旁通頭或循環接頭。把測斜儀的井下儀器總成下入鉆桿內，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出實鉆井眼的井斜、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，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

35、意事項： （1）如果定向作業前的裸眼段較長，應短起下鉆，保證井眼暢通。（2）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，工作正常方可下井；（3）MWD等儀器下井前，必須輸入磁場強度、磁傾角等參數；（4）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。（5）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，“一次造斜到位法”也經常在定向井中使用，這種方法適用于造斜點較淺，且機械鉆速很快的造斜井段，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

36、     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1830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。   施工注意事項：    1按設計鉆井參數鉆進，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：    （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，則使增斜率降低。

37、60;   （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。改變的范圍為1030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，增斜率越低；剛性越低，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。  （l）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

38、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米左右經驗數據）。三穩斜井段     常用的穩斜鉆具組合（見圖911，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）。   

39、鉆頭十近鉆頭穩定器十短鉆鋌（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。    施工措施：    l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）在遇阻點以上1.5米左右，中高速轉動轉盤（8090轉分），快速下

40、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l2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（l）、（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

41、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，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：鉆頭十非磁短節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。    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。    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

42、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，如何實現方位的有效控制，是定向鉆井的難題。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影響的是鉆頭前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，方位的漂移趨勢就顯示出來了。 &#

43、160;  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（90110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。由于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，要盡量少扭方位，一口井扭一次方位，還是可以接受的。    當實鉆井眼軌跡嚴重偏離靶區范圍，且根據當前的方位漂移趨勢無望進入靶區時，應下入造斜鉆具（導向）組合扭方位。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）；

44、    （2）選擇可鉆性和穩定性較好的地層（尤其是大段砂層），實施扭方位作業；    （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

45、轉角的計算，可按如下步驟進行：    （l）進行測斜計算，算出目前的井底坐標位置（三維空間坐標以井口為基點）。    （2）計算現用鉆具組合的方位漂移率Kp。    （3）計算現用鉆具組合鉆達目標點的總方位漂移量jp：    （4）計算對準目標的方位線的方位角jz ：    （4）計算按照方位漂移率不變，那么從目前井底e鉆達目標T，需要的方位漂移。  （6）控制方位角的方法    （7）用動力鉆具強扭方位的

46、扭轉角j可用下式計算：jjz1/2jp在計算用動力鉆具（帶彎接頭）扭方位的方位扭轉角時，必須考慮方位漂移的影響。用動力鉆具強扭方位時，要“少扭”一些角度，留下一些角度讓鉆具組合的自然漂移去扭。這個“少扭”的角度就是1/2jp。（8）計算預計的井底井斜方位角jrjrjejjp ，（je為目前井底方位）    有一個問題需要特別強調。上述的計算是根據該井正在使用的鉆具組合和正在鉆進的地層的具體條件下的井眼方位漂移率來計算的。在繼續鉆進過程中，當鉆具組合和地層發生變化時，方位漂移率也發生變化，原來的計算也就無效了。這時需要根據井身水平投影圖及新的測斜資料，重新計算。定向

47、井的方位控制是一個不斷進行的過程，不可能進行一次計算就能成功。但是每一次計算都只能是根據靠近目前井底的那個井段的方位漂移率來進行。六長曲率大斜度井技術 1常用井身剖面     大斜度井的井斜為5585°，大斜度井可以采用常規的定向鉆井工具來完成，穩斜井段通常使用MWD跟蹤測斜。大斜度井常采用三段制和五段制剖面。    水平位移在1000米左右或最大井斜為5570°的大斜度井，適合用三段制剖面。這種剖面要求連續造斜至預定的最大井斜，在大斜度的情況下穩斜鉆進，以便增加油層的裸露面積，穩斜井段一般較短，以防止摩擦阻力過大

48、和降斜，增加施工困難。這種剖面尤其適合于地層傾角較大的油層。    水平位移較大的大斜度井，適合采用五段制剖面，即直井段、第一增斜段、第一穩斜段、第二增斜段、第二穩斜段的剖面，在同等條件下，它比三段式剖面需要的垂直井段長。這種剖面的施工方法可以這樣進行：鉆完直井段后下入表層套管，然后按24度30米的增斜率鉆完第一增斜段，根據需要第一段井斜角可增至30一40度左右，穩斜鉆進部分井段后，下入技術套管，再按47度30米的增斜率鉆至最大井斜角，如果余下的穩斜段還很長（一般超過300米），應在增斜段鉆完后再鉆部分穩斜段時下入一層技術套管，以保證下步施工順利。 &#

49、160;  一般來說，進行大斜度井剖面設計，還應考慮下列問題：（1）井眼曲率過大以及重力問題，它們與摩擦阻力、鉆速、降斜趨勢、壓差卡鉆、機械卡鉆以及巖屑堵塞等有很大的關系，應采用計算機進行摩擦阻力的設計計算；（2）地層因素，油藏類型及厚度等地質資料，它們直接影響到井眼能否在正確的設計深度準確地穿過目的層。（3）設計合理的井身結構。2大斜度井的鉆具組合選擇     （l）三段式剖面大斜度井鉆具組合    這種大斜度井的造斜、增斜、穩斜鉆具組合與普通走向井基本上一樣，但穩斜鉆具通常只使用2柱以內的鉆鋌（包括非磁鉆鋌），而加重鉆桿

50、則達到1015柱、穩定器一般用2只以降低鉆具失重，減少摩擦阻力。所用鉆具一般為微增斜組合，達到穩斜效果（因井斜大，出現自然降斜趨勢）。（2）五段制剖面的大斜度井鉆具組合：    第一增斜段、穩斜段的鉆具組合與普通走向井一樣；第二增斜段的增斜率通常比第一增斜段高，是關鍵井段，常用鉆具組合為三種：第一種  導向鉆進    鉆頭十導向馬達十穩定器十MWD十鉆鋌（24根）十鍵槽破壞器十撓性接頭十震擊器十加重鉆桿。    第二種  轉盤增斜    鉆頭十近鉆頭穩定器

51、十MWD十鉆鋌十穩定器十鉆鋌（36根）十鍵槽破壞器十撓性接頭十震擊器十加重鉆桿。    第三種  柔性增斜鉆具    鉆頭十近鉆頭穩定器十加重鉆桿（1根）或小尺寸鉆鋌l根十穩定器十MWD十鉆鋌（35根）十鍵槽破壞器十撓性接頭十震擊器十加重鉆桿。如在311毫米（121/4英寸）井眼，“小尺寸鉆鋌”可以是159毫米（61/4英寸）。第二穩斜段的鉆具組合與三段制剖面的穩斜井段一樣。    （3）大斜度井施工注意事項：    使用高標準高質量的管材，特別是加重鉆桿，以防止鉆

52、井過程中扭矩過大而發生鉆具斷裂。因此，所有井下鉆具必須經探傷合格，方可下井；    選用扶正塊表面平滑的一體式穩定器和鉆柱擴眼器等可以降低摩擦阻力，特別是較深的大斜度井；    隨鉆震擊器的質量和位置非常重要，應該選用震擊力大的機械式震擊器。如果斜井段很長，有必要用兩個震擊器，一個位于下部鉆具組合附近以防壓差卡鉆，另一個在上部以防類似鍵槽等復雜情況（上部的震擊噸位要比下部的定的大）。    推薦使用PDC鉆頭，因為PDC鉆頭所需要的鉆壓較小，如果有條件，與導向鉆井系統聯合使用，以減少起下鉆次數，縮短裸眼時

53、間，同時也易于控制井斜和方位。    使用計算機進行摩阻計算。根據實測的摩擦力情況，逐步調整校對摩擦系數，保證計算結果有一定的準確性；大斜度井的鉆井液非常重要，要確保井眼暢通。下列方法是現場經常采用的：A調整鉆井液性能和流型來降低扭矩及防止巖屑堵塞穩定器；    B在不影響井眼穩定性的情況下經常短起下鉆劃眼；C在循環鉆井液過程中，上下活動鉆具有助于巖屑返出地面；D保證凈化系統始終處于完好狀態；E提高鉆井液潤滑性，降低摩擦阻力。七救險井的設計和施工要點 1確定失控井的井底位置。 根據原有的測斜結果進行分析，對可能有的單點、多點、陀螺和M

54、WD等幾種結果得到的不同井底位置，選擇最為精確的一種結果作為失控井的井底位置。2進行救險井的軌道設計。 救險井的井口必須選在失控井的上風、在盡可能縮短救險井軌跡長度的條件下，使其與失控井井口有足夠的距離，以保作業安全。在設計新老井眼連通井段時，使救險井連通井段與失控井有足夠的平行井段（這個“平行井段”應從失控井的走向背后采取尾隨跟蹤的方法平行鉆進），增加新老井眼交會的機會，使救險易于成功。3隨時測斜，盡早發現新老井眼的連通。 4確定新老井眼是否接近的方法有：     （1）超長電極距電測（ULSEL）法    利用地層電阻率測井對新老

55、井眼連通點的地層進行分層電阻率模擬。在救險井靠近失控井時，由于失控井的套管會影響電阻率的變化，觀察到的ULSEL電阻率的比值可以確定新老井眼之間的距離，可監測距離達22.86米（ 75英尺），但不能得到失控井的方位。    （2）磁場梯度確定法    它對于套管接箍等引起的磁場變化十分敏感。根據磁場強度可確定失控井內套管與救險井的距離和方位。它可以監測到12.1915.24米（ 4050英尺）處的套管。第四節  定向井專用工具 一井下馬達     井下動力鉆具是常用的造斜工具之一，它分為渦輪鉆具

56、、容積式馬達和電動鉆具三大類。目前電動鉆具已不存在，渦輪鉆具也很少使用，通常使用容積式馬達主要是螺桿鉆具。容積式馬達具有下列優點：一是動力鉆具所鉆井眼尺寸與原井眼完全相同，不必再次下鉆擴眼；二是井內有橋塞時，這類鉆具可以鉆過，并能在開始造斜前將井底循環干凈；三是空轉轉速與工作轉速相差的幅度較小（與渦輪相比），有利于鉆頭選型。螺桿鉆具     （l）主要結構與工作原理。    螺桿鉆具由旁通閥、馬達（轉子、定子）、萬向軸（節）和傳動軸四部分組成（見圖919）。螺桿鉆具的工作動力來自循環鉆井液，在一定壓力下，鉆井液泵入鉆具，進入馬達的螺旋

57、形空腔使轉子轉動，而后動力經萬向軸傳遞到傳動軸和鉆頭上。    所設計的旁通閥是為了在起下鉆時使循環液繞過不工作的馬達，溝通鉆柱與環空的鉆井液通道。    當無鉆井液循環或低泵沖循環時，在彈簧的作用下，閥心處于上部位置，此時旁通孔開啟，鉆井液可灌入鉆柱或自鉆柱泄出。閥心的移動由流量大小決定，當鉆井液泵量達到一定數值時，水力推力克服彈簧力，使閥心下移，關閉旁通孔，所有鉆井液流經馬達所作的功轉換為機械能。    （2）使用要求    鉆井液的要求   

58、; 螺桿鉆具對于各種鉆井液都能有效地工作，包括油基、水基和乳化的鉆井液。鉆井液粘度和密度對鉆具的影響很小，但對整個系統的壓力有直接影響，如果推薦排量下的壓力大于額定泵壓值，就得減少鉆井液排量，或者有必要降低通過鉆具或鉆頭的壓力降。鉆井液中的砂粒等雜質會影響鉆具性能，加速軸承和馬達定子的磨損。因此，鉆井液中的含砂量必須控制在l以內，每種型號的鉆具都有各自的流量范圍，只有在此范圍內，鉆具才能有較高的效率，一般情況下，流量范圍的中間值是鉆具最佳輸入流量值。    流經螺桿鉆具的壓力降要求    鉆具懸空時排量不變，則通過螺桿鉆具的鉆井液壓力

59、降也不變，隨著鉆頭接觸井底鉆壓增加時，鉆井液循環壓力增加，泵壓也增加，司鉆可以用以下公式來控制操作：打鉆泵壓循環泵壓十螺桿鉆具的負載壓降。    循環泵壓，就是鉆頭沒有接觸井底時的泵壓，也叫離底泵壓。鉆頭接觸井底，扭矩增大，泵壓就要上升。這時壓力表的讀數就叫作打鉆泵壓。    離底泵壓不是一個常數，它隨井深和鉆井液的特性變化而變化，但實際操作中，沒必要隨時測取循環泵壓的精確值，一般取每次接單根后的離底泵壓為近似值，這樣做完全可以滿足公式的精度要求。如果忘記測量，則必須將鉆具提離井底進行補測。    鉆具工

60、作中，打鉆泵壓達到最大推薦壓力時，鉆具產生最佳扭矩，繼續增加鉆壓將增加泵壓，當超過最大設計壓力時，馬達可能會停止轉動，此時應立即降低鉆壓，以防螺桿鉆具內部損壞。    扭矩    螺桿鉆具的扭矩與鉆井液流經馬達產生的壓力降成正比，轉速與輸入排量成正比，排量一定時，扭矩增加而轉速基本保持不變，螺桿鉆具從空載到滿載，速度降低一般不超過10左右。    （3）使用方法    下井前的地面檢查：    A用提升短節將鉆具提起，坐入轉盤卡瓦內，使旁通閥位于

61、轉盤之上，裝上安全卡瓦，卸去提升短節；    B用木棒壓下旁通閥的閥心至下死點，然后松開閥心，檢查彈簧復位力（舊馬達有時因彈簧銹死，可能壓不下）；    C用木棒壓下旁通閥心，向閥體內注水檢查密封性，如密封性好，則小孔無水流出，然后松開閥心，則有水從小孔流出；    D將螺桿鉆具接上方鉆桿，下放螺桿鉆具使旁通閥處于轉盤下方易觀察的部位，慢慢開泵，當排量不足以使旁通閥關閉時，應有鉆井液從旁通孔流出，然后加大排量至馬達啟動，看驅動接頭是否旋轉，此時應記下泵的排量，停泵前，應再下放螺桿鉆具讓旁通閥閥口位于轉盤以

62、下，檢查停泵時鉆井液是否經旁通閥閥口順利流出；E檢查軸承間隙，參閱后面起鉆檢查部分。螺桿鉆具下井：    A地面檢查結束后，用吊鉗卡住驅動接頭，用鉆頭盒把鉆頭和螺桿鉆具接上，大鉗只可咬在旋轉傳動軸驅動接頭上；    B使用彎接頭時，定向裝置的定位鏡必須和工具面對正，如果要用浮閥，則可直接裝在旁通閥上方，千萬不要加在馬達下邊，否則，浮閥就不起作用了，原因是鉆井液可從旁通閥流入。如果在驅動接頭和鉆頭之間還要加轉換接頭，則對其長度應加以有限制，不宜超過250毫米；C下放螺桿鉆具時，依次把彎接頭、測量工具、非磁鉆具、鉆鋌、震擊器、加重鉆桿下入

63、；D螺桿鉆具下井時應控制下放速度，以免下放過快而使馬達倒轉，從而造成內部連接螺紋脫扣。此外，控制下放速度，能夠防止螺桿鉆具在通過防噴器、砂橋、套管鞋等處撞壞鉆具；    E當下放深井段或遇到高溫井段時，應分段循環鉆井液冷卻鉆具，保護定子內襯橡膠。用MWD時，在下鉆過程中，每 500米應打通一次；    F下鉆接立柱時，必須用旋扣鉗，不能用轉盤；    G下鉆時鉆井液返出過多，可能是鉆井液過稠或旁通閥被堵，造成鉆井液不流入鉆具，此時應定時向鉆桿內輸入鉆井液，帶單流閥時更是如此；  

64、60; H螺桿鉆具接近井底時要放慢下鉆速度，提前循環后再繼續下鉆。循環先用小排量，待井口近出鉆井液后再加大排量；    I不能頓鉆或將螺桿鉆具坐在井底開泵。    用螺桿鉆具鉆進：    A鉆進前應充分循環，清除井底巖屑、井底巖屑清除不徹底對定向鉆井有較大的影響。具體方法是以正常的鉆井液循環轉動鉆具（每次轉動3045度），依次把沉積在井底的巖屑和沉砂清除，清理干凈后上提螺桿鉆具0.30.6米，循環并記錄、校對壓力值；    B開始鉆進時，如果井底還未清洗干凈，則應緩慢加壓，鉆

65、進速度不能太快，否則鉆頭容易產生泥包，把螺桿鉆具和鉆頭卡死；    C施加鉆壓不要過猛，鉆壓不是監視螺桿鉆具工作的指標，只是作為參考指標，判斷螺桿鉆具工作的情況的主要依據是泵壓；    E鉆進時，隨時調整工具面到預定的數值；F連接每個單根調好工具面后必須穩定鉆壓，均勻送鉆，保證斜井段的曲線光滑和定向精度。起鉆檢查螺桿鉆具：    A等井底的井斜、方位等參數達到要求后就可起鉆，不要循環；B起鉆之前，在鉆柱內注入一段加重鉆井液，使鉆桿內的鉆井液順利流出；    C將螺桿鉆具提到井

66、口，坐好卡瓦和安全卡瓦，用清水從旁通閥頂部進行沖洗；    D用內鉗咬住螺桿鉆具一邊用鏈鉗順時針轉動驅動接頭，一邊從旁通閥上部注入清水（如果反時針轉動驅動接頭，鉆井液將從旁通閥閥口流出），然后注人少量的礦物油，不可注入柴油；    E把螺桿鉆具提出轉盤，并卸下鉆頭，上好護絲，平穩放下鉆臺；    F起鉆過程中也應注意起鉆速度，以防卡鉆損壞鉆具，并且必須用旋扣鉗卸扣。不可用轉盤卸扣；    G每次從井里起出螺桿鉆具，都必須檢查軸承間隙，如果軸承間隙超過最大允許值，必須更換新軸承

67、（表略）。（4）螺桿鉆具故障分析（表略）。（5）國產螺桿鉆具性能表（表略）。     目前，國產螺桿鉆具的質量提高較快，性能參數與進口馬達無明顯差異，加上價格合理，維修方便，因此，國產螺桿鉆具得到廣泛應用。（6）反扭矩分析計算    由于螺桿鉆具右旋（順時針），故驅動接頭上方的組合將產生反扭矩，定向對應考慮提前裝置角，以消除這種反扭矩的影響。（7）注意事項：    彎接頭下井之前，必須測量彎曲度是否準確，高邊工具標線是否準確。    用SST及單點陀螺進行定向時，必

68、須檢查定位鍵是否與彎接頭高邊標線一致，并確認高邊標線的方向；    用MWD時，檢查鉆頭到MWD脈沖器的距離（PTB），磁偏角及偏移（offest）是否打入計算機，偏移測量是否正確；    盡量少用鉆鋌，滿足鉆壓需要即可，否則會影響造斜效果；    鉆頭與馬達如需要配合接頭，則該接頭應盡量短，其長度不應大于250毫米，否則將影響鉆頭與馬達軸承的壽命，而且會在馬達傳動軸上增加橫向力，影響造斜效果；    若需用浮閥，必須將它裝在螺桿鉆具的上端，不可將它裝在鉆頭與驅動接頭之間；&

69、#160;   調節彎接頭指向時、轉盤應按右旋定向，調整完畢，鉆柱需慢慢地提升和下放數次（上提高度應超過6米），消除井眼中鉆桿蹩勁，使其處于自由狀態。    下入扭方位工具時，有可能遇阻，此時應將方鉆桿接上，將泵開到關閉旁通閥的泵沖數再加上10沖，低鉆壓快劃到底；    造斜開始時，不要頻繁左右調節工具面，盡可能在一個方向調節。二彎接頭 彎接頭能使造斜鉆具產生側向力，是定向鉆井中定向造斜、扭方位的一種專用井下工具。目前，彎接頭內通常安裝循環套，殼體上劃有彎曲方向的標線，用作單點或有線隨鉆側斜儀確定工具面的方向。彎接頭分為固定角度和可調角度兩種。通常