定向、水平井轨迹控制

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1、定向、水平井眼轨迹控制技术钻井欠平衡井控技术服务公司目录特殊工艺钻井概念井眼轨迹控制原理底部钻具组合及其特性井下动力钻具造斜率的预测方法转盘钻具组合的力学分析方法参数研究——影响因素分析高效防斜理论测量与计算方法特殊工艺钻井概念预置轨道，是指按勘探或开发目标要求设计出的井眼轨道，其基本类型包括直井，定向井或水平井，等等。沿预定轨道偏离垂直方向而钻达地下目标层位的井，称为定向井；将定向井的井斜增大到86度以上（90度左右）并在油藏内部钻进一定长度的井，称为水平井。定向井和水平井可通称为斜井，其井眼形状不同于传

2、统的直井，最明显的特点是斜井从井口到井底有一个“大斜度水平位移”。在一个井场或海洋平台上钻出多口井，这些井组合起来称为丛式井。在石油勘探开发过程中，由于经常遇到种种客观条件的限制，或出于经济和社会效益等方面的考虑，打直井难以实现预期目标，而打斜井及丛式井则可扬长避短、兴利除弊，获得理想的效果。特殊工艺钻井概念水平位移（displacementorcloseredistance）井眼轨迹上的任意一点与井口铅锤的距离称为该点的“水平位移”。也称该点的闭合距视平移（verticalsection）水平位移在设计方

3、位线上的投影长度，称为视平移。如下图所示。OQ为设计方位线，OT曲线为实钻井眼轴线在水平面上的投影，其上任一点P的水平位移为OP，以Ap来表示。P点的视平移为OK。当OK与OQ同向时为正值，反向时为负值。视平移是绘制垂直投影图时重要的参数，单位为m。特殊工艺钻井概念高边（Highside）定向井的井底是个呈倾斜状态的圆平面，称为井底圆。井底圆上的最高点称为高边。从井底圆心指向高边连线的方向称为高边方向。高边连线在水平面的投影线所指的方向线为井底方位线。工具面角（Toolfaceangle）它是表示造斜工具下

4、到井底后，工具面角所在位置的参数。工具面角有两种表示方法：1.重力工具面角(高边工具面角)2.磁性工具面角井眼曲率在定向钻井中，井眼曲率是一个很重要的参数。井眼曲率过大会给钻井、采油和修井作业造成困难。因此，在定向钻井过程中，应控制最大井眼曲率的最大值，一般取5°－12°/100m，最大不超过16°/100m。当然，井眼曲率也不宜过小，这是因为井眼曲率限制太小，会增加动力钻具造斜井段、扭方位井段和增（降）斜井段的井眼长度，从而增加了井眼轨迹控制的工作量，影响钻井速度。为了保证造斜钻具和套管安全、顺利下井，必

5、须对设计剖面的井眼曲率进行校核，应该使井身剖面的最大井眼曲率小于井下马达组合和下井套管抗弯曲强度允许的最大井眼曲率值。井下马达定向造斜及扭方位的井段井眼曲率Km应满足下式：式中：Km－井眼曲率，°/100m；Db－钻头直径，mm；DT－井下马达外径，mm；LT－井下马达长度，m。下套管允许的最大井眼曲率Km应满足下式：式中：Km－井眼曲率，°/100m；δc－套管屈服极限，PaC1－安全系数，一般取1.2－1.25C2－丝扣应力集中系数，一般取1.7－2.5Dc－套管外径，cm特殊工艺钻井概念1.高边工具面

6、角:指以高边的方向线为始边,顺时针转到工具面与井底圆平面交线上,所转过的角度。2.磁北工具面角:高边工具面角加井底方位角。磁偏角（Declination）在某一地区内，其磁北极方向线与地理北极方向线的夹角。计算方法是以地理北极方向线为始边，磁北极方向线为终边。顺时针为正，逆为负。定向、水平井的主要用途在地面上难以建立或不允许建立井场的地区，要勘探开发地下的石油等资源，唯一的办法是从该地区附近打定向井；在海洋或湖泊等水域上勘探开发石油时，最好是建立固定平台或从岸边打定向井和丛式定向井；可使用定向井饶过所钻遇的

7、地下复杂地层或障碍物等；打定向水平井和复杂结构井，可扩大勘探效果及提高开发效益和采收率；在发生卡钻、断钻及井喷着火等恶性钻井事故的情况下，用侧钻井、救援井来处理这类事故最有效。SelectionofWellProfiles复杂结构井示意图1、井眼轨迹控制原理1、钻头与地层相互作用因素：钻头：特殊结构，侧切特性，各向异性地层：岩性，可钻性，各向异性，几何产状钻头作用力：钻压，侧向力，钻头转角，扭矩高压射流作用：清洗碎屑，辅助轴向破岩2、钻柱及其底部钻具组合（BHA）分析确定钻头对地层的机械作用力：井斜力和方位

8、力确定钻头指向：转角确定钻压及钻头扭矩确定钻柱或BHA任一点内力和挠度3、钻头与地层相互作用模型——三维钻速方程石油钻井中使用的牙轮钻头改进后的171/2FS2663在迪那2井1325-3129m井段共计4次入井，累计进尺1723.48m，累计纯钻711.9h，平均钻速2.42m/h，171/2PDC钻头在塔里木油田首次取得突破针对山前构造地层变化频繁，夹层研磨性强的特点，选用了DS66GJNSW钻头，在柯深