定向井技术入门基本概念.docx

1、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。I 2 2K= ： | * 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） a a： A点的井斜角，即A点的重力线与该

2、点的井眼前进方向线的夹角。单位为“度”；4） A： 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） s：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

3、：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

4、，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

5、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020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1590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N E、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

6、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N E S W N的顺序变化,则角差值为正，如从方位线到定位针按N W S E N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1与2的大角平分线上时，贝U = （0 1+2） /2-180例（如右图）：1=65度 2=285度=(65+285 ) /2-180=-5=355N=0E0,则s=90 ; E0,则 s=0;N0N0第一象限则 s=arc tg|E

7、/N|E0N0二二二则 s=180-arc tg|E/N|E0N0-三则 s=180+arc tg|E/N|E0四则 s=360- 1Qarc tg|E/N|视位移W=S*COS ( s-0)注：o为设计方位4、靶心距的算法：（1） 计算出靶心坐标（Nc=So*COS0, Eq=Sq*SIN0）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( 311.25 )63183/4( 222.25 )43181/ 2 ( 215.9 )431钻挺（含无磁）：61/4(

8、158.75 )4A11 x 4A10161/2( 165.1 )411 x 4107( 177.8 )411 x 410钻杆：5( 127 )411 x 41041/ 2 ( 114.3 )411 x 41031/ 2 ( 88.9 )311 x 310螺杆：161/2( 165.1 )430 x 4307( 177.8 )430 x 430扶正器：1） 公母 本体 ：61/ 4 ( 158.75 )4A11 x 4A1061/ 2 ( 165.1 )411 x 4107( 177.8 )411 x 4102） 双母 本体 ：61/ 4 ( 158.75 )430 x 4A1061/2( 1

9、65.1 )430 x 4107( 177.8 )430 x 410四、五、六、弯接头：常用：也有：431 x 4A10 431 x 410五、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）：311.2mmMP2钻头+配合接头+ 档板+159mm无磁*1根+159mm钻铤*n+配合接头+127mm!占杆*n+配合接头+方钻杆2.第二次开钻（上直段）： 215.9mmBJ22（或XHP2B等）钻头+配合接头+档板+159mm无磁*1根+159mm钻铤*n+配合接头+127mm钻杆*n+配合接头+方钻杆必要时可采用钟摆结构： 215.9mm BJ22（或XHP2B等）钻头+配合

10、接头+档板+159mm无磁*1根+159mm钻铤*1根+213mm螺旋扶正器+159mmt占铤*n+配合接头+127mmt占杆*n+配合接头+方钻杆配合技术参数：钻压： 50120KN 转速： 60110rpm 排量： 2032L/S 泵压： 38Mpa3 .定向造斜井段（或扭方位段）： 215.9mm BJ22（或XHP2B等）钻头+165mm直螺杆+1.52度弯接头+159mm无磁*1根+159mm占占铤*n+配合接头+127mm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 9Mpa4.转盘增斜井段： 215.9mm

11、BJ22（或XHP2B等）钻头+配合接头（01m） +213mm螺旋扶正器+档板+159mm无磁*1根+159mm占占铤*n+配合接头+127mm钻杆*n+配合接头+方钻杆配合技术参数：钻压： 150220KN 转速： 6090rpm 排量： 2232L/S 泵压： 510Mpa5.稳斜井段：215.9mm BJ22（或XHP2B等）钻头+配合接头（1.52.5m）+ 213mm螺旋扶正器+档板+159mm无磁*1根+159mm占占铤*n+配合接头+127mm占占杆*n+配合接头+方钻杆配合技术参数：钻压： 160230KN 转速： 6090rpm 排量： 2535L/S 泵压： 711Mpa

12、6. 微降斜井段（必要时使用）： 215.9mm BJ22（或XHP2B等）钻头+配合接头（34m） +213mm螺旋扶正器+档板+159mm无磁*1根+159mmf占铤*n+配合接头+127mmf占杆*n+配合接头+方钻杆 配合技术参数：钻压： 100180KN 转速： 6090rpm 排量： 2535L/S 泵压： 711Mpa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 222.2钻头，以保证井眼安全。

13、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：转速T ,对井斜的变化不利；转速J ,对井斜的变化有利。2.51.52.52 .对方位的影响：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、

14、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）, a bY 二arctg *57.3八、 造斜率0.25 0.5 0.75 11.25 1.5 1.75 2 2.25 2.5 5LE120x7.0Y2 2.72.55.47.5 89.510.812.5 13.515.5 16.216.3 1920.3 21.623.3 24.426 275LE165x7.0Y1234567891010 1213 1415 1617 1819 205LE197x7.0Y1.5 23.5 45.5 67.58.29.510.211.8 12.313.8 16.315.8 16.

15、31818.42020.455x6165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 152152305左旋 25305475左旋 35475 1524左旋 501524 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

16、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）

17、 、 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

18、差）c、 钻具旋转=安置角-工具面0d、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

19、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90180f、 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8070 ）=270 全力降方位（实际上应280290 ）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

20、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P1P261/43.847.6475.2710.4887.1614.2253/42.925.8141/21.743.6541.482.94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 2730米82” 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

21、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

22、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

23、，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，

24、才能有效地提高钻速。十九、 5x6165螺杆钻具技术参数水眼压降：7 mPa推荐排量：1932 L/s钻头转速：80 160 rpm马达压降：3.2 mPa工作扭矩：2750 3958 NM滞动扭矩： 6300 NM输出功率：66 KW推荐钻压：8 t最大钻压：16 t重 量：795 Kg长 度：6428 Mb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） ： 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 ： 2532 升 / 秒，以返砂正常为前提。