第5節(jié) 定向鉆井ppt

1、第五節(jié)第五節(jié) 定向鉆井定向鉆井1 定向井的作用與定義定向井的作用與定義2 定向造斜與軌跡控制定向造斜與軌跡控制1 定向井的作用與定義定向井的作用與定義定向井定向井(directional well)：設(shè)計(jì)的目標(biāo)：設(shè)計(jì)的目標(biāo)點(diǎn)與井口不在同一點(diǎn)與井口不在同一鉛垂線(xiàn)上的井。鉛垂線(xiàn)上的井。A井口井口目標(biāo)點(diǎn)目標(biāo)點(diǎn)軌道軌道軌跡軌跡 定向井的概念定向井的概念地面環(huán)境條件的限制地面環(huán)境條件的限制： 當(dāng)?shù)孛嫔鲜歉呱?，湖泊，沼澤，河流，溝壑，海洋，農(nóng)田或重要的建筑物等，難以安裝鉆機(jī)，進(jìn)行鉆井作業(yè)時(shí)，或者安裝鉆機(jī)和鉆井作業(yè)費(fèi)用很高時(shí)，為了勘探和開(kāi)發(fā)它們下面的油田，最好是鉆定向井。 定向井的作用定向井的作用1 定向井

2、的作用與定義定向井的作用與定義 定向井的作用定向井的作用 地下地質(zhì)條件的要求地下地質(zhì)條件的要求 對(duì)于斷層遮擋油藏，定向井比直井可發(fā)現(xiàn)和鉆穿更多的油層； 對(duì)于薄油層，定向井和水平井比直井的油層裸露面積要大得多。 對(duì)于垂直裂縫的構(gòu)造帶，打直井很難鉆遇裂縫，若鉆定向井或水平井，則鉆遇裂縫的機(jī)會(huì)就大得多； 另外，多底井，分支井，側(cè)鉆水平井，徑向水平井等定向井的新種類(lèi)，顯著地?cái)U(kuò)大了勘探效果，增加了原油產(chǎn)量，提高了油藏的采收率。 1 定向井的作用與定義定向井的作用與定義 鉆井工藝的需要鉆井工藝的需要 當(dāng)井下落物或斷鉆事故最終無(wú)法撈出時(shí)，可從上部井段側(cè)鉆打定向井； 特別是遇到井噴著火常規(guī)方法難以處理時(shí)，在事

3、故井附近打定向井( 稱(chēng)作救援井)，與事故井貫通，進(jìn)行引流或壓井，從而可處理井噴著火事故。 某些高陡構(gòu)造地層 ，打直井很困難，若打定向井，則更容易。 定向井的作用定向井的作用1 定向井的作用與定義定向井的作用與定義 開(kāi)采工藝的需要開(kāi)采工藝的需要 海上為了方便采油而鉆的叢式井； 為了提高開(kāi)采地?zé)?、芒硝、煤層氣的效率而鉆的井。 定向井的作用定向井的作用1 定向井的作用與定義定向井的作用與定義定向井定向井水平井水平井叢式井叢式井大位移井大位移井多目標(biāo)井多目標(biāo)井分支井分支井連通井連通井 定向井的類(lèi)型定向井的類(lèi)型1 定向井的作用與定義定向井的作用與定義叢式井叢式井（cluster wells）：在同一井場(chǎng)

4、或鉆井平臺(tái)按一定）：在同一井場(chǎng)或鉆井平臺(tái)按一定井口間距鉆出兩口或兩口以上的一組井。井口間距鉆出兩口或兩口以上的一組井。美國(guó)在美國(guó)在Freeman島上島上0.03km2面積上打了面積上打了284口井口井勝利油田河勝利油田河50叢式井組在叢式井組在0.0442km2面積上打了面積上打了42口井口井 定向井的類(lèi)型定向井的類(lèi)型1 定向井的作用與定義定向井的作用與定義分支井分支井（multilateral wells ）：同一井口設(shè)計(jì)有）：同一井口設(shè)計(jì)有兩個(gè)或兩個(gè)以上井底的井兩個(gè)或兩個(gè)以上井底的井。 定向井的類(lèi)型定向井的類(lèi)型1 定向井的作用與定義定向井的作用與定義水平井水平井（horizontal we

5、ll）：井眼進(jìn)）：井眼進(jìn)入目的層時(shí)井斜角接近、等于或大入目的層時(shí)井斜角接近、等于或大于于90 并在目的層中延伸一定長(zhǎng)度的并在目的層中延伸一定長(zhǎng)度的定向井定向井 。 定向井的類(lèi)型定向井的類(lèi)型1 定向井的作用與定義定向井的作用與定義大位移井大位移井（extended reach well）：水平位移超過(guò)）：水平位移超過(guò)3000m或水平位移與垂深比值大于或水平位移與垂深比值大于2的定向井的定向井 。多目標(biāo)井多目標(biāo)井（multi-target directional well ）：具有兩個(gè)）：具有兩個(gè)或兩個(gè)以上目標(biāo)點(diǎn)的定向井或兩個(gè)以上目標(biāo)點(diǎn)的定向井 。 定向井的類(lèi)型定向井的類(lèi)型1 定向井的作用與定義定

6、向井的作用與定義連通井連通井或稱(chēng)或稱(chēng)U型井型井（U-shaped well ）:通常由兩口井組成，一通常由兩口井組成，一口直井，一口水平井。口直井，一口水平井。除了根據(jù)除了根據(jù)井的形狀井的形狀來(lái)對(duì)定向井進(jìn)行來(lái)對(duì)定向井進(jìn)行分類(lèi)外，有時(shí)也根據(jù)分類(lèi)外，有時(shí)也根據(jù)鉆定向井的目鉆定向井的目的的和和特殊要求特殊要求對(duì)定向井進(jìn)行分類(lèi)：對(duì)定向井進(jìn)行分類(lèi)：救援井救援井（relief well）：為搶救井噴失控、著火油氣井，在其一定安全距離位置設(shè)計(jì)、施工與事故井連通，達(dá)到控制井噴目的的井。繞障井繞障井（detouring obstacle well ）：為繞過(guò)井口和目標(biāo)點(diǎn)之間的障礙而設(shè)計(jì)的定向井。側(cè)鉆井側(cè)鉆井（s

7、idetrack well ）：從已有井眼的選定深度處側(cè)向鉆出并鉆達(dá)目標(biāo)點(diǎn)的井。 定向井的類(lèi)型定向井的類(lèi)型1 定向井的作用與定義定向井的作用與定義側(cè)鉆井水平井側(cè)鉆井水平井 定向井設(shè)計(jì)軌道的分類(lèi)定向井設(shè)計(jì)軌道的分類(lèi)三維定向井：糾偏、繞障三維定向井：糾偏、繞障(既有井斜角變化，又有既有井斜角變化，又有方位變化方位變化)按按軌軌道道類(lèi)類(lèi)型型分分二二維維定定向向井井常規(guī)：由直常規(guī)：由直線(xiàn)和圓弧組線(xiàn)和圓弧組成的鉛垂平成的鉛垂平面上的曲線(xiàn)面上的曲線(xiàn)非常規(guī)：由直線(xiàn)、圓弧和變曲率曲線(xiàn)（懸鏈線(xiàn)、拋非常規(guī)：由直線(xiàn)、圓弧和變曲率曲線(xiàn)（懸鏈線(xiàn)、拋物線(xiàn)）等組成的鉛垂平面上的曲線(xiàn)。物線(xiàn)）等組成的鉛垂平面上的曲線(xiàn)。三段式軌

8、道三段式軌道五段式軌道五段式軌道雙增式軌道雙增式軌道多靶式三段軌道多靶式三段軌道1 定向井的作用與定義定向井的作用與定義Power SectionKick Off SubDrive TrainDrive Subwith Bit Box傳動(dòng)系統(tǒng)2 2 定向造斜與軌跡控制定向造斜與軌跡控制Drive Mechanism :Impact of mud flowTurbineDrive Mechanism :Displacement by mudMud Motor Motor Power Generation 導(dǎo)向馬達(dá)采用的軌跡導(dǎo)向馬達(dá)采用的軌跡控制原理就是控制原理就是“三點(diǎn)定三點(diǎn)定圓圓”； 工具工具

9、1-3旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具也是采用三點(diǎn)定圓法控也是采用三點(diǎn)定圓法控制軌跡，這與導(dǎo)向馬達(dá)制軌跡，這與導(dǎo)向馬達(dá)相同。理想情況下，鉆相同。理想情況下，鉆頭按照三點(diǎn)定圓鉆出圓頭按照三點(diǎn)定圓鉆出圓弧軌跡。但要注意，除弧軌跡。但要注意，除了幾何因素外，還有力了幾何因素外，還有力學(xué)因素。學(xué)因素。 但工具但工具4的原理不是的原理不是三點(diǎn)定圓。三點(diǎn)定圓。2 2 定向造斜與軌跡控制定向造斜與軌跡控制 造斜工具斜向器斜向器2 2 定向造斜與軌跡控制定向造斜與軌跡控制 造斜工具不對(duì)稱(chēng)射流鉆頭不對(duì)稱(chēng)射流鉆頭2 2 定向造斜與軌跡控制定向造斜與軌跡控制 造斜工具固定扶正器組合固定扶正器組合 只能增斜、穩(wěn)斜、降斜，不能

10、造斜只能增斜、穩(wěn)斜、降斜，不能造斜 只能改變井斜，不能改變方位只能改變井斜，不能改變方位 包括增斜組合、穩(wěn)斜組合和降斜組合包括增斜組合、穩(wěn)斜組合和降斜組合2 2 定向造斜與軌跡控制定向造斜與軌跡控制 造斜工具固定扶正器組合固定扶正器組合a. 增斜組合增斜組合杠桿原理杠桿原理2 2 定向造斜與軌跡控制定向造斜與軌跡控制 造斜工具固定扶正器組合固定扶正器組合b. 穩(wěn)斜組合穩(wěn)斜組合剛性滿(mǎn)眼原理剛性滿(mǎn)眼原理2 2 定向造斜與軌跡控制定向造斜與軌跡控制 造斜工具固定扶正器組合固定扶正器組合c.降斜組合降斜組合鐘擺原理鐘擺原理2 2 定向造斜與軌跡控制定向造斜與軌跡控制 造斜工具彎接頭彎接頭+井下動(dòng)力鉆具

11、井下動(dòng)力鉆具彎外殼螺桿鉆具彎外殼螺桿鉆具電動(dòng)鉆具電動(dòng)鉆具渦輪鉆具渦輪鉆具螺桿鉆具螺桿鉆具2 2 定向造斜與軌跡控制定向造斜與軌跡控制 造斜工具螺桿鉆具螺桿鉆具2 2 定向造斜與軌跡控制定向造斜與軌跡控制 造斜工具可復(fù)合旋轉(zhuǎn)的螺桿鉆具可復(fù)合旋轉(zhuǎn)的螺桿鉆具2 2 定向造斜與軌跡控制定向造斜與軌跡控制 造斜工具可變徑穩(wěn)定器組合可變徑穩(wěn)定器組合2 2 定向造斜與軌跡控制定向造斜與軌跡控制 造斜工具可調(diào)彎角螺桿鉆具可調(diào)彎角螺桿鉆具2 2 定向造斜與軌跡控制定向造斜與軌跡控制 造斜工具旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)PowerDrive完全的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)：完全的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)： 整個(gè)鉆柱，從上到下，全部都在

12、旋轉(zhuǎn)，沒(méi)有靜止的部分；整個(gè)鉆柱，從上到下，全部都在旋轉(zhuǎn)，沒(méi)有靜止的部分； 但在下部控制總成內(nèi)部，有不旋轉(zhuǎn)的部分；但在下部控制總成內(nèi)部，有不旋轉(zhuǎn)的部分；PowerDrive結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)： 下部偏置部分：在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中始終給鉆頭一個(gè)側(cè)向力；下部偏置部分：在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中始終給鉆頭一個(gè)側(cè)向力； 中部控制部分：始終控制側(cè)向力的方向；中部控制部分：始終控制側(cè)向力的方向； 上部上部MWD部分：測(cè)量信息及傳輸；部分：測(cè)量信息及傳輸；關(guān)鍵是控制總成內(nèi)的不轉(zhuǎn)動(dòng)的部分，具有一個(gè)稱(chēng)作關(guān)鍵是控制總成內(nèi)的不轉(zhuǎn)動(dòng)的部分，具有一個(gè)稱(chēng)作“慣性平臺(tái)慣性平臺(tái)”的部分，實(shí)的部分，實(shí)際上是由井下計(jì)算機(jī)控制的際上是由井下計(jì)算機(jī)控制的“電子液壓

13、伺服系統(tǒng)電子液壓伺服系統(tǒng)”，可以保證控制軸不受整，可以保證控制軸不受整個(gè)鉆柱轉(zhuǎn)動(dòng)的影響。控制軸可以給定偏置部分一個(gè)軌跡控制所需要的導(dǎo)向方個(gè)鉆柱轉(zhuǎn)動(dòng)的影響?？刂戚S可以給定偏置部分一個(gè)軌跡控制所需要的導(dǎo)向方位角。位角。PowerDrive鉆頭側(cè)向力的產(chǎn)生原理鉆頭側(cè)向力的產(chǎn)生原理 控制軸和上盤(pán)，是由慣性平臺(tái)控制控制軸和上盤(pán)，是由慣性平臺(tái)控制的獨(dú)立部分。上盤(pán)的水眼方位，就的獨(dú)立部分。上盤(pán)的水眼方位，就是給鉆頭側(cè)向力的方位。該方位確是給鉆頭側(cè)向力的方位。該方位確定后，不管鉆柱如何轉(zhuǎn)動(dòng)，上盤(pán)都定后，不管鉆柱如何轉(zhuǎn)動(dòng)，上盤(pán)都不轉(zhuǎn)動(dòng)。不轉(zhuǎn)動(dòng)。 下盤(pán)與偏置機(jī)構(gòu)以及鉆頭相連接，下盤(pán)與偏置機(jī)構(gòu)以及鉆頭相連接，隨鉆柱

14、轉(zhuǎn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)。隨鉆柱轉(zhuǎn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)。 只有上下盤(pán)水眼相通時(shí)，才能有泥只有上下盤(pán)水眼相通時(shí)，才能有泥漿流過(guò)，并推動(dòng)支撐塊伸出，給井漿流過(guò)，并推動(dòng)支撐塊伸出，給井壁一作用力，同時(shí)給鉆頭一反方向壁一作用力，同時(shí)給鉆頭一反方向的作用力。的作用力。PowerDrive怎樣調(diào)整軌道？方位？怎樣調(diào)整軌道？方位？2 2 定向造斜與軌跡控制定向造斜與軌跡控制 造斜工具造斜及調(diào)造斜及調(diào)方位能力方位能力無(wú)無(wú)：固定穩(wěn)定器組合、可變徑穩(wěn)定器組合：固定穩(wěn)定器組合、可變徑穩(wěn)定器組合有有：斜向器、彎接頭：斜向器、彎接頭+渦輪或螺桿鉆具、彎外殼螺桿鉆具、可渦輪或螺桿鉆具、彎外殼螺桿鉆具、可復(fù)合旋轉(zhuǎn)螺桿鉆具、可調(diào)彎角鉆具、旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)

15、復(fù)合旋轉(zhuǎn)螺桿鉆具、可調(diào)彎角鉆具、旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)連續(xù)造斜連續(xù)造斜能力能力無(wú)無(wú)：斜向器斜向器有有：固定穩(wěn)定器組合、可變徑穩(wěn)定器組合、彎接頭：固定穩(wěn)定器組合、可變徑穩(wěn)定器組合、彎接頭+渦輪或螺渦輪或螺桿鉆具、彎外殼螺桿鉆具、可復(fù)合旋轉(zhuǎn)螺桿鉆具、可調(diào)彎角桿鉆具、彎外殼螺桿鉆具、可復(fù)合旋轉(zhuǎn)螺桿鉆具、可調(diào)彎角鉆具、旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)鉆具、旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)造斜過(guò)程中造斜過(guò)程中旋轉(zhuǎn)能力旋轉(zhuǎn)能力無(wú)無(wú)：斜向器、彎接頭：斜向器、彎接頭+渦輪或螺桿鉆具、彎外殼螺桿鉆具渦輪或螺桿鉆具、彎外殼螺桿鉆具有有：固定穩(wěn)定器組合、可變徑穩(wěn)定器組合、可復(fù)合旋：固定穩(wěn)定器組合、可變徑穩(wěn)定器組合、可復(fù)合旋轉(zhuǎn)螺桿鉆具、可調(diào)彎角鉆具、旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)轉(zhuǎn)螺桿鉆具、可調(diào)彎角鉆具、旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)唯一具有主動(dòng)造斜能力的是：旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)唯一具有主動(dòng)造斜能力的是：旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)2 2 定向造斜與軌跡控制定向造斜與軌跡控制鉆進(jìn)方式與工具面角鉆進(jìn)方式鉆進(jìn)方式滑動(dòng)鉆進(jìn)方式滑動(dòng)鉆進(jìn)方式：井口不旋轉(zhuǎn)，利用井下動(dòng)力鉆具帶動(dòng)鉆：井口不旋轉(zhuǎn)，利用井下動(dòng)力鉆具帶動(dòng)鉆頭旋轉(zhuǎn)頭旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)方式旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)方式：井口旋轉(zhuǎn)：井口旋轉(zhuǎn)工具面角：工具面角：井斜鉛垂面與造斜工具面的夾角井斜鉛垂面