定向井技术入门基本概念.docx
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定向井技术入门基本概念
定向井技术（部分）
制：
李光远
编制日期：
2002年9月9日
注：
内部资料为企业秘密，任何人不得相互传阅或外借泄露！
一、定向井基本术语解释
1）井眼曲率：
指在单位井段内井眼前进的方向在三维空间内的角度变化。
它既包含了井斜角的变化又包含着方位角的变化，与“全角变化率”、“狗腿度严重度”都是相同含义。
I22
K=：
|*SIN2av
式中：
a相邻两测点井斜角的增量
相邻两测点方位角的增量
I相邻两测点间井段的实际长度av相邻两点间井斜角的平均值
2）井斜角、方位角和井深称为定向井的基本要素，合称“三要素”。
3）aa：
A点的井斜角，即A点的重力线与该点的井眼前进方向线的夹角。
单位为“度”；
4）①A：
A点的井斜方位角，亦简称“方位角”，即从正北方向线开始，顺时针旋转到该点井眼前进方向线的夹角。
单位为“度”；
5）Sb'B'点的水平位移，即井口到B'点在水平投影上的直线距离，也称“闭合距”。
单位为“米”；
6）①s：
闭合距的方位角，也称“闭合方位角”。
单位为“度”；
7）La：
A点的井深，也称“斜深”或“测深”，即从井口到A点实际长度。
单位为“米”；
8）A点的垂深，即La在H轴上的投影。
f也是A点的H坐标值。
同样，A点在NS轴和EW由上的投影，也可得到A点的N和E坐标值。
9）磁偏角：
某地区的磁北极与地球磁北极读数的差异；
10）造斜点：
在定向钻井中，开始定向造斜的位置叫造斜点、通常以开始定向造斜的井深来表示；
11）目标点：
设计规定的、必须钻达的地层位置，称为目标点；
12）高边：
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。
从井底圆心至高边之间的连线所指的方向，称为井底高边方向。
高边方向上水平投影的方位称高边方位，即井底方位；
13）工具面：
造斜工具面的简称。
即在造斜钻具组合中，由弯曲工具的两个轴线所决定的那个平面；
14）工具面角：
工具面角有两种表示方法：
A、高边基准工具面角，简称高边工具角，即高边方向线为始边，顺时针转到工具面与
井底圆平面的交线上所转过的角度;
B、磁北基准工具面角，简称磁北工具面角，即高边工具面角与井底方位角之和；
15）定向角：
是定向工具面角的简称，即在定向造斜或扭方位时，当启动井下马达后，工具面所处的位置，用工具面角表示。
16）装置角：
扭方位时，启动井下马达后工具面所处的位置与轨迹方位之差为装置角，通常用“3”表示。
17）安置角：
是安置工具面角的简称，即在定向造斜或扭方位时，当启动井下马达之前，将工具面安置的位置。
安置角在数值上等于定向角加反扭角。
18）井下三器：
减震器、扶正器、振击器
19）井身质量：
是指井深轴线的倾斜度（或弯曲状况）与该井设计规定的偏差。
20）无磁钻铤材质：
由锰、铬、镍合金，或蒙乃尔合金（一种主要成分为镍、铜及少量其它金属材料）制成。
、单点胶片读片方法
1、20度
使阅读器的瞄准线通过底片中心和
使用读片器阅读0〜20°的底片时，将阅读器放在底片上,测锤“+”字交点在底片上的投影点，瞄准线所对的罗盘刻度的读数即为井斜方位角，投影点所在的同心圆圈数即为井斜角，每一圈表示1°。
同时，还可读得定位针方位角（即磁北基准工具面角）如上图
2、90度
阅读15〜90°的底片时，横线穿过的刻度线指示井斜角，数字1、2、3、4……分别表示井斜
角10。
、20。
、30。
、40°……，刻度是每一小格为一度。
竖线穿过的圆周刻度指示井斜方位角,
圆周刻度上标有NE、S、W和度数，因此可直读井斜方位角。
同时，底片还可读定位针方位角（即
磁北基准工具面角，读法如下：
1、阅读器十字线与底片十字线重合；2、依据阅读器的刻度读出定
位针与方位线的角差；3、判断该角差的正负，如从方位线到定位针按NESWN的顺序变化,
则角差值为正，如从方位线到定位针按NWSEN的顺序变化，则角差值为负；4、定位针方位角［即磁北基准工具面角］=井斜方位角+该角差）。
如上图
三、平均角法定向井轨迹计算
特例：
（1）如所得值在①1与①2的大角平分线上时，贝U=（01+①2）/2-180
例（如右图）：
①1=65度①2=285度
=[（65+285）/2]-180=-5=355
N=0
E>0,则①s=90;E<0,则①s=270;E=0,则无闭合方位。
Nm0且E=0
N>0,则①s=0;
N<0,
则①s=180。
E>0
N>0
第一象限
则①s=arctg|E/N|
E>0
N<0
二二二
则①s=180-arctg|E/N|
E<0
N<0
-三
则①s=180+arctg|E/N|
E<0
N>0
四
则①s=360-'1Qarctg|E/N|
视位移
W=S*COS（①s-
-①0）
［注：
①o为设计方位］
4、靶心距的算法：
（1）计算出靶心坐标（Nc=So*COS①0,Eq=Sq*SIN①0）［注：
So为设计位移］
（2）计算出进靶坐标（N',E'（垂深与设计中靶垂深相等，如不相等，则需要按规律加入一组数据后再进行计算）
靶心距=..
四、陕北地区常用钻具扣型
、钻头：
121/4〞
（①311.25）
631
83/4〞
（①222.25）
431
81/2〞
（①215.9）
431
钻挺（含无磁）
：
61/4〞
（①158.75）
4A11x4A10
1
61/2〞
（①165.1）
411x410
7〞
（①177.8）
411x410
钻杆：
5〞
（①127）
411x410
41/2〞
（①114.3）
411x410
31/2〞
（①88.9）
311x310
螺杆：
1
61/2〞
（①165.1）
430x430
7〞
（①177.8）
430x430
扶正器：
1）公母本体：
61/4〞
（①158.75）
4A11x4A10
61/2〞
（①165.1）
411x410
7〞
（①177.8）
411x410
2）双母本体：
61/4〞
（①158.75）
430x4A10
61/2〞
（①165.1）
430x410
7〞
（①177.8）
430x410
四、
五、
六、弯接头：
常用：
也有：
431x4A10431x410
五、陕北地区常用钻具组合设计及配合技术参数设计
1.第一次开钻（表层）：
①311.2mmMP2钻头+配合接头+档板+①159mm无磁*1根+①159mm钻铤*n+配
合接头+①127mm!
占杆*n+配合接头+方钻杆
2.第二次开钻（上直段）：
①215.9mmBJ22（或XHP2B等）钻头+配合接头+档板+①159mm无磁*1根+①
159mm钻铤*n+配合接头+①127mm钻杆*n+配合接头+方钻杆
必要时可采用钟摆结构：
①215.9mmBJ22（或XHP2B等）钻头+配合接头+档板+①159mm无磁*1根+①159mm钻铤*1
根+①213mm螺旋扶正器+①159mmt占铤*n+配合接头+①127mmt占杆*n+配合接头+方钻杆
配合技术参数：
钻压：
50〜120KN转速：
60〜110rpm排量：
20〜32L/S泵压：
3〜8Mpa
3.定向造斜井段（或扭方位段）：
①215.9mmBJ22（或XHP2B等）钻头+①165mm直螺杆+1.5〜2
度弯接头+①159mm无磁*1根+①159mm占占铤*n+配合接头+①127mm占占杆*n+配合接头+方钻杆配合技术参数：
钻压：
50〜80KN转速：
螺杆排量：
20〜28L/S泵压：
4〜9Mpa
4.转盘增斜井段：
①215.9mmBJ22（或XHP2B等）钻头+配合接头（0〜1m）+①213mm螺旋扶正器+档板+①
159mm无磁*1根+①159mm占占铤*n+配合接头+①127mm钻杆*n+配合接头+方钻杆
配合技术参数：
钻压：
150〜220KN转速：
60〜90rpm排量：
22〜32L/S泵压：
5〜10Mpa
5.稳斜井段：
①215.9mmBJ22（或XHP2B等）钻头+配合接头（1.5〜2.5m）+^213mm螺旋扶正器+档板+①159mm
无磁*1根+①159mm占占铤*n+配合接头+①127mm占占杆*n+配合接头+方钻杆
配合技术参数：
钻压：
160〜230KN转速：
60〜90rpm排量：
25〜35L/S泵压：
7〜11Mpa
6.微降斜井段（必要时使用）：
①215.9mmBJ22（或XHP2B等）钻头+配合接头（3〜4m）+①213mm
螺旋扶正器+档板+①159mm无磁*1根+①159mmf占铤*n+配合接头+①127mmf占杆*n+配合接头+方钻杆配合技术参数：
钻压：
100〜180KN转速：
60〜90rpm排量：
25〜35L/S泵压：
7〜11Mpa
注：
以上各井段钻具组合中的钻铤数量和配合技术参数，应根据现场具体情况（井眼状况，泥浆性能，设备能力，轨迹需要等）做相应调整。
如所钻井为直井，则只采用一、二钻具组合，配合钻压适当加大。
建议本井组余下定向井二开上直段、定向段使用①222.2钻头，以保证井眼安全。
六、钻井参数的调整对轨迹（井斜、方位）的影响（排除地层因素）
一.钻压:
1.对井斜的影响:
1：
增斜结构：
钻压T,增斜率也在不同程度上T；反之，则可以控制增斜率过快增长。
2：
降斜结构：
正常情况下，钻压J，降斜率T；反之，则可以控制降斜率。
2.对方位的影响：
1：
增斜结构：
钻压T,对增方位有利；钻压J,对降方位有利。
2：
降斜结构：
钻压T,对降方位不利；钻压J,对降方位有利。
二：
转速
1.对井斜的影响：
①：
转速T,对井斜的变化不利；转速J,对井斜的变化有利。
2.5
1.5
2.5
2.对方位的影响：
①：
转速T,对增方位有利；转速J,对降方位有利。
三.配合参数的确定原则：
1.考虑井队的设备能力、满足钻进速度的正常需要为前提2.符合轨迹需要。
七、弯接头度数的计算（如右图）
ab
Y二arctg*57.3
八、造斜率
0.25°
0.5°
0.75°
1°
1.25°
1.5°
1.75°
2°
2.25°
2.5°
5LE120
x7.0Y
2〜2.7
2.5〜
5.4
7.5〜8
9.5〜
10.8
12.5〜
13.5
15.5〜
16.2
16.3〜
19
20.3〜
21.6
23.3〜
24.4
26〜27
5LE165
x7.0Y
1〜2
3〜4
5〜6
7〜8
9〜10
10〜12
13〜14
15〜16
17〜18
19〜20
5LE197
x7.0Y
1.5〜2
3.5〜4
5.5〜6
7.5〜
8.2
9.5〜
10.2
11.8〜
12.3
13.8〜
16.3
15.8〜
16.3
18〜
18.4
20〜
20.45
5x6①165螺杆
开始造斜深度（m）
估算反扭角
左旋20°
九、钻柱反扭角估算
0〜152
152〜305
左旋25°
305〜475
左旋35°
475〜1524
左旋50°
1524〜全井深
左旋增加10°/305米
十、定向理论方法（单点定向）在定向之前，应先根据造斜点深度，工具的造斜率，直井段的井斜角和方位角，以及地层影响井眼轨迹的规律，确定出定向角和反扭角安置角
1）下入定向造斜钻具至造斜点；
2）单点测斜，测出造斜点的井斜角、方位角和弯接头的工具面角。
3）定向。
把井口钻杆和方钻杆上的印痕之偏差角度测量准确，并计算出安置角（调整后的安置角为设计定向方位+反扭角），调整安置角，定向完毕，锁住转盘，开泵钻进。
4）定向钻进。
每钻进一或二根单根必须单点测斜一次，根据测得的井斜角和方位角、工具面值及时修正反扭角的误差并调整造斜工具的安置角。
十一、定向井定向（扭方位）具体施工过程
1、工作准备：
1）造斜点的选择（以下以重要程度排序）
a、考虑设计造斜点
b、造斜点的选择必须是甲方认可的
c、井组的防碰需要
d、必须是无磁干扰环境
e、地层选择（稳定性、可钻性）
f、轨迹位移的需要，井队及定向设备的实现能力
g、定向钻具结构的方入
2）设备的准备
a、定向接头准备
b、仪器的准备
c、螺杆井口的试运转
3）、技术准备
a、钻具结构
b、根据以下各条确定目标井斜、目标磁方位（=靶心磁方位+超前角）
a）上直段的数据分析
b）邻井的方位漂移和转盘增斜情况
c、定向角的确定
a）造斜点井斜小于2度，定向角=目标磁方位
b）造斜点井斜大于2度，定向角=造斜点磁方位+装置角
d、反扭角的确定
e、安置角的确定：
安置角=定向角+反扭角
4）施工具体过程
a、测斜［并观察作键情况，同时在照像前保证钻具完全活动开，并记下钻杆印（记为”钻印0”］
b、读片：
井斜0、磁方位0、工具面0（如直螺杆+弯接头则工具面0=读得的工具面；如弯螺杆+定向直接头，则工具面0=读得工具面值+弯螺杆弯方与定向直接头之角差）
c、钻具旋转=安置角-工具面0
d、
⑴钻印0钻印0转至0方钻杆某棱与该印角差0该棱转至0
（2）接单根钻印1与钻印0之角差1钻印1转至1方钻杆某棱与该印角差1该棱转至1
（3）接单根钻印2与钻印1之角差2钻印2转至2方钻杆某棱与该印角差2该棱转至2注：
钻印0转至0=钻印0+钻具旋转；
该棱转至0=钻印0转至0+方钻杆某棱与该印角差0;
钻印1转至仁钻印0转至0+接单根钻印1与钻印0之角差1；
该棱转至仁钻印1转至1+方钻杆某棱与该印角差1；
¥占印2转至2=¥占印1转至1+接单根钻印2与钻印1之角差2；
该棱转至2=钻印2转至2+方钻杆某棱与该印角差2；
e、重新测斜［要求同上］;分析测斜结果：
井斜、磁方位、工具面，进一步修正反扭角，并合理地调整造斜工具的安置角；
丄轨迹方位线
90
180
f、进一步施工［要求同上］,最终达到目标要求。
注：
工作时工具面值与轨迹方位之差为装置角（如图）装置角=0全力增斜
=180全力降斜270
=90全力增方位（实际上应80〜70）
=270全力降方位（实际上应280〜290）
其他值起组合效果
十二、近钻头稳定器的稳定块与钻头之间的距离（增斜时）
一般为：
215.9mmf占头，158.7mmf占铤：
4=0.8〜1.5米
311.5mmf占头，203.2mm钻铤：
4=1.0〜1.6米
L1对增斜率特别敏感。
L1过大，将使造斜力降低，从而减小增斜率；L1过小，近钻头稳定器就失去支点作用，从而将低增斜率。
十三、钻铤的一、二次弯曲临界钻压
P1
P2
61/4
3.84
7.64
7
5.27
10.48
8
7.16
14.22
53/4
2.92
5.81
41/2
1.74
3.65
4
1.48
2.94
趋近临界钻压
R前瞬间时，
钻头倾角达到最大值。
一般认为，一次临界钻压P1和二次临界钻压P2之间呈钻压禁用区。
正常钻进钻压应稍大于二次临界钻压P2。
十四、钟摆法扶正器安装高度推荐
12人”井眼9”钻铤27〜30米
8^2”7”18〜21米
6”43/4”9〜12米
十五、钻头破碎岩石的机械作用及镶齿的齿型
1）牙轮钻头是以冲击压碎、滑动剪切作用破岩
2）刮刀钻头是以切削刮挤作用破岩
3）金刚石钻头是以犁式切削作用破岩
4）镶齿的齿型：
1）楔形齿；2）锥形齿；3）球形齿十六、在钻遇岩性软硬变化频繁或岩层中含有硬质结核、团块及裂缝发育的破碎地层，常会出现蹩跳钻。
十七、地层因素对井斜的影响
1、倾斜的层状对地层的影响当钻头在倾斜层状地层中钻进时，钻至每个层面交界处，地层上倾斜的岩石在钻压作用下，发生垂直于层面方向的破碎。
而使井眼上侧留下一个易破碎的楔形岩块。
这一岩块起变相器作用，给钻头一横向力而把钻头推向井眼上侧造成井倾。
地层倾角越大，钻压越大，井斜也就越大。
此外这种作用除造成井斜外，还会减少井眼的有效尺寸，引起事故发生。
2、地层各向异性对井斜的影响地层水平，不发生倾斜；地层倾斜，钻头一般趋向于垂直地层面方向倾斜；地层呈垂直状态，由于垂直于层面强度小，所以井壁岩石易破碎，钻头稳定性差，钻进时容易发生井斜，且方向不稳定。
（经验表明：
在常规的转盘钻进情况下，钻头趋向于右漂；但在使用井下动力钻具的情况下，反作用力矩将迫使钻头趋向于左漂。
地层倾角小于45度，钻头沿上倾钻进；地层倾角小于60度，钻头沿下倾钻进。
）
3、岩性软硬交错对井斜的影响
1）钻头从软地层进入硬地层时，地层高点先接触硬岩石，而低点还在软岩石内。
因此，高点钻速慢，低点钻速块。
必然向上倾斜。
2）钻头从硬地层到软地层时，高点先接触软地层，钻速块；低点钻速慢，井眼有向地层下倾方向偏斜的趋势，当钻头快钻出硬地层时，此处岩石不能再支持钻头的重负荷，岩石将沿着垂直于层面方向发生破碎。
在硬地层一侧留下一个台肩，迫使钻头仍回到地层上倾方向。
所以钻头由硬地层钻入软地层时，仍有可能向地层上倾方向发生偏斜，且往往在界面处形成狗腿。
十八、影响钻速的最主要因素
泥浆因素是影响钻速的最主要因素，而泥浆的固体粒子（即固相含量）是泥浆性能的最严重污染。
泥浆粘度大，钻速慢；瞬时失水大，钻速快。
比重大于1.08后，钻速显著下降；固相含量越低钻速越快。
比重和固相含量对钻速的影响尤为突出。
只低固相不行，还必须不分散，才能有效地提高钻速。
十九、5x6
①165螺杆钻具技术参数
水眼压降：
7mPa
推荐排量：
19〜32L/s
钻头转速：
80〜160rpm
马达压降：
3.2mPa
工作扭矩：
2750〜3958NM
滞动扭矩：
<6300NM
输出功率：
66KW
推荐钻压：
8t
最大钻压：
16t
重量：
795Kg
长度：
6428Mb
二十、陕北地区喷嘴组合与排量选择
1、上直段（喷嘴组合：
14mm,15mm,16mm内径左右的各三个）
1：
易漏地层（黄土层，洛河漏点），适合小排量钻进。
2：
其它井段：
排量〉20升/秒。
2、定向段与扭方位段（喷嘴组合：
16mm,17mm,18mm内径左右的各三个）
①：
排量：
25升/秒左右，定向段浅，排量可适当小点，定向段深，则排量要加大，以返砂正常为前提。
3、增斜段及稳斜段下部井段:
1：
喷嘴组合：
14mm,15mm,16mm内径左右的各三个。
2：
排量：
25~32升/秒，以返砂正常为前提。
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