第10章定向钻井

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1、第十章　定向钻井定向井：地面井口位置与井底目标点的位置不在同一铅垂线上的井称为定向井。井眼轴线按照预定的斜度和方向弯曲钻达目的层位的井。打定向井的目的：1．地面限制穿越地面障碍（河流、高山、建筑、沼泽）；减小地面井场占用面积，节省投资（丛式井、多底井）；2．地质条件增加油层穿越面积，提高产量和采收率（水平井）；适应井下地质条件（断层，多底井），节省钻井时间；3．钻井技术处理井下事故（侧钻、救援井）。第一节　定向井的基本概念一、定向井基本要素1、井深（斜深）MD——井口至井身轨迹某点间的井眼实际长度

2、；2、井斜角α——井身轨迹某点切线与垂线的夹角；3、方位角φ——井身轨迹某点在井底水平面投影的切线与正北方向的夹角；4、垂深TVD——井口至井身轨迹某点间的垂直长度；5、井斜变化率dα／dL——单位井深的井斜角变化；6、方位变化率dφ／dL——单位井深的方位角变化；7、水平位移S——井身轨迹某点与井口位置在井底水平面投影的距离；井底水平位移SE又称闭合距。8、闭合方位角φs——闭合距与正北方向的夹角。二、井眼曲率（全角变化率）1．平面井眼曲率的计算772．全角变化率（井眼曲率、“狗腿”严重度）（1

3、）方法1：（2）方法2：第二节　井身剖面设计一、设计原则1、尽量利用地层自然造斜规律（方位漂移），减少人工造斜工作量；2、有利于钻井、采油和修井工作；3、在满足钻井目的的前提下，使剖面尽量简单，斜井段最短；4、避免在复杂层段（易塌、易膨胀、易漏失）造斜；5、斜井段全角变化率要保持均匀，避免急弯。二、剖面类型1、普通定向井剖面类型常规井身轨迹是由简单的直、增、降、稳井段的组合。增斜和降斜井段可以看成是圆弧井段。三段式是较常用的剖面类型，其特点是简单和易于实现。基本类型：类型1：造斜点浅，施工简单，水

4、平位移大；适用于井深较小，而水平位移相对要求较大的井，也可用于不下技术套管和单一油层的中深井。类型2：“S”型，有造斜段和降斜段，垂直进入油层；常用在多油气层的定向井内，可使每一油层的井网布置较为规则。类型3：直井段长，便于快速钻进；常用在渗透性低、地层倾角大、多油层深井。772、特殊曲线井身轨迹特殊曲线井身轨迹从钻柱在井下的受力考虑，要求钻柱在井下起下钻摩阻小、转动扭矩小，因而提出了悬链线、圆弧线、抛物线、幂律线井身轨迹。3．水平井井身剖面大曲率半径水平井、中曲率半径水平井、小曲率半径水平井、径

5、向井三、设计步骤1、收集原始资料：地表限制、地下条件要求、自然造斜规律2、选择井身剖面类型：3、选择造斜点位置（1）地层应稳定，不应是破碎带、漏失、易塌地层；（2）地层可钻性均匀，不应有硬夹层；（3）满足采油工艺的要求；（4）垂深大，水平位移小的井，造斜点应深；（5）垂深小，水平位移大的井，造斜点应浅；（6）定造斜点时应使斜井段避开方位漂移大的地层或利用方位漂移。4、确定造斜率和降斜率大小造斜率：井下动力钻具，取5°～16°/100m转盘钻造斜，取4°～8°/100m降斜率：用钟摆钻具或光钻铤降斜

6、，取6°～2°/100m最大井斜角：15°～45°井眼曲率：控制在5°～12°/100m，最大不超过16°/100m水平井：大曲率半径水平井，造斜率5°～16°/100m中曲率半径水平井，造斜率6°～25°/10m小曲率半径水平井，造斜率4°～10°/m5、计算剖面上各井段的a、f、L、H6、绘出设计的井眼轴线7、核算井眼曲率8、给出误差范围（控制圆柱Controlcylinder）77第三节实际井眼轴线的计算和绘制方法表示定向井轨迹的两个剖面：垂直平面和水平投影。一、意义监测定向井钻井、及时调整

7、工艺参数及工具、为下一步工作提供基础数据。二、计算方法1、正切法（方法简便、误差大）假定两相邻测点间为一直线，该直线的井斜角α和方位角φ等于下测点的井斜角和方位角。如果计算井段，则有：　　　垂直位移　　水平位移北位移东位移　　　井底垂深　　　　　井底水平位移（闭合距）　　　　闭合方位角2、平衡正切法（计算结果较准确，但较繁琐）假设井眼轴线为两相邻测点切线组成的折线，并且折线的长度近视为，则可得段的计算公式：　　　垂直位移　77　　　水平位移　　　北位移东位移　　　井底垂深　　井底水平位移（闭合距）

8、　　　闭合方位角3、平均角法（计算方法简单、较准确）　　此法认为两相邻测点间的井眼为一直线，该直线的井斜角α和方位角φ等于上下两测点相应角度的算术平均值，即：　　　平均井斜角　　　　平均方位角　　　　垂直位移　　水平位移北位移东位移井底垂深　　井底水平位移（闭合距）　　　闭合方位角4、曲率半径法（结果准确、计算复杂，适宜计算机）此法认为两相邻测点间的井眼是一段圆弧曲线，整个井眼就是由许多段曲率半径不等的圆弧组成。77井斜曲率半径α为弧度方位曲率半径φ为弧度垂直位移水平位移北位移东位