定向钻进原理与应

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1、定向钻进原理与应用煤炭科学研究总院西安研究院钻探技术与装备研发中心2021/7/18井下千米定向钻进装备与工艺培训第一章概述一、定向钻进技术二、受控定向钻进应用三、受控定向钻进关键技术2021/7/18煤炭科学研究总院西安研究院第一节定向钻进技术一、定向钻进与定向钻井（孔）的含义1、定向钻进的含义石油钻井中对定向钻进技术的定义为沿着预先设计的井眼轴线钻达目的层位的钻井方法。地质勘探中对定向钻进技术的定义是指利用钻孔自然弯曲规律或采用人工造斜工具使钻孔按设计要求进行延伸钻到预定目标的一种钻进方法。国外有文献认为是为了钻达到一个预定的地下目标，使井眼在特定方向偏斜的工艺和科学。

2、煤矿井下对定向钻进技术的定义：是指利用钻孔自然弯曲规律或采用专用工具使近水平钻孔轨迹按设计要求延伸钻进至预定目标的一种钻探方法，即有目的地将钻孔轴线由弯变直或由直变弯。2021/7/18煤炭科学研究总院西安研究院第一节定向钻进技术2、定向钻井（孔）的含义。定向钻孔是指用定向钻进方法控制钻孔轨迹钻到预定目标的钻孔。与常规钻孔的区别：定向钻孔设计有特殊的轨迹，钻进中必须研究和利用地层自然弯曲规律、钻孔控制理论或人工造斜工具控制钻孔轨迹，最终钻达预定目标要求。2021/7/18煤炭科学研究总院西安研究院第一节定向钻进技术3、关于“靶区”与“靶点”的含义为了控制定向井轴线到达预定目

3、标时偏离不大，在定向井设计时，对预定目标事先规定了一定的范围，该范围是井孔轴线到达预定目标时的允许偏差区域，称为靶区。靶区的形状和大小可以是以靶点为圆心的一定半径的圆或圆筒，也可以是以靶点为中心，离靶心一定偏线距和沿线距的距形或正方形。目的层急倾时，靶区还可给定在垂直面或目的层倾斜面上。预定的目标为靶点，一般为靶区的中心。井孔轴线钻到预定靶区称为“中靶”，反之则称之为“脱靶”。2021/7/18煤炭科学研究总院西安研究院第一节定向钻进技术二、定向钻孔的类型1、按施工技术方法分类1）自然弯曲定向孔。利用地层在一定钻进条件下的自然弯曲规律设计钻孔轴线，通过移动孔位或改变开孔顶角

4、、方位角，采用常规钻进技术工艺，必要时利用井斜控制理论辅以一般的增斜、减斜措施，达到基本按设计的钻孔轴线钻达目的层的钻孔。自然弯曲定向孔又称初级定向孔。2）人工弯曲定向孔。采用人工造斜工具与技术强制进行人工弯曲，并克服钻孔自然弯曲的影响，或者利用钻孔自然弯曲规律与人工造斜工具强制进行人工弯曲相结合，使钻孔按设计轨迹钻达目的层的钻孔。又称受控定向孔。2021/7/18煤炭科学研究总院西安研究院第一节定向钻进技术2、按钻井井底结构分类1）单底定向井（孔）。只有一个主干井眼的定向井。2）多底定向井（孔）。主干井(首先完成的钻井)钻进后，再从主干井内开出其他分支井的定向井。它又分一

5、级和多级分支定向井。2021/7/18煤炭科学研究总院西安研究院第二节受控定向钻进应用一、在石油、天然气钻井工程中应用1、海洋钻井平台上钻丛式定向井。控制较大面积的油气构造。生产设施集中在平台上，节省建造平台费用。2、勘探和开发近海岸油气田。使钻井定向弯曲，钻达海底油气层，节约海上钻井平台的建设费用(b)。3、用定向井控制断层。查明油水界面或断层面位置(c)。2021/7/18煤炭科学研究总院西安研究院4、避开地表障碍物。勘探和开发障碍物下方的油气田。5、纠正已斜的井眼或绕过井内堕落物而进行侧钻。（g）6、打定向井探采盐丘突起下部的油气层。含油构造有时与盐丘构造共生，部分盐

6、丘可能直接覆盖在油藏上面，直井钻遇盐层可能导至冲蚀、钻井液漏失和腐蚀等问题(d)。第二节受控定向钻进应用2021/7/18煤炭科学研究总院西安研究院第二节受控定向钻进应用二、在煤层、煤层气钻井工程中应用1、在煤层中施工定向钻孔抽瓦斯1）煤层硬度系数大于1，煤层条件好，煤层中易成孔，主要在煤层中施工钻孔进行瓦斯抽放，抽放方式主要分：a单孔抽放；b主孔与分支孔联合抽放。2021/7/18煤炭科学研究总院西安研究院第二节受控定向钻进应用2）煤层硬度系数小于1，煤质松软，在煤层中难以成孔，采用梳状钻孔进行瓦斯抽放。梳状钻孔技术是通过在目标煤层上（下）较稳定岩层施工水平长钻孔，并进行

7、分支穿入煤层实现难成孔软煤层的瓦斯有效长期抽采。2021/7/18煤炭科学研究总院西安研究院2、探测煤层构造，煤层顶板、底板等地质信息。3、用于煤矿井下探放水钻孔施工。第二节受控定向钻进应用2021/7/18煤炭科学研究总院西安研究院第三节受控定向钻进关键技术一、根据已知地质条件，合理设计定向钻孔轴线轨迹。二、能可靠地控制人工弯曲工具改变钻孔轨迹，且造斜强度稳定、可调。三、能准确、可靠地对造斜工具定向和测量钻孔的倾角和方位角。第二章定向钻进的受控机理一、定向钻孔的弯曲机理二、定向钻孔的弯曲条件三、定向钻孔的受控方法