水平井基本術(shù)語(教材)

1、水平井鉆井技術(shù)鉆井工藝研究所2001年3月二十五日1、水平井基本術(shù)語 隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展和人們對水平井開采技術(shù)認識的不斷加深，水平井鉆井可大幅度地增加油層的裸露面積，減緩水錐和氣錐，提高鉆遇裂縫的幾率和有選擇的進入油氣富集區(qū)，提高油藏的勘探開發(fā)效果優(yōu)勢得到進一步的體現(xiàn)，尤其是最近用水平井開發(fā)油田受到廣泛的重視，鉆井?dāng)?shù)目以驚人的速度增長。水平井鉆井不僅提高了水平井鉆井技術(shù)并降低其成本,更重要的是可保證顯著提高綜合經(jīng)濟效益?？梢哉f,目前世界石油工業(yè)的重要發(fā)展戰(zhàn)略轉(zhuǎn)變之一,是由鉆常規(guī)直井、定向斜井向鉆水平井勘探開發(fā)油氣田的戰(zhàn)略轉(zhuǎn)變。通常人們把進入油氣層井眼的井斜角不低于86°的井段稱為水平

2、井段。能沿油層走向形成這種水平位移的特殊定向井歸納為水平井。水平井可有效地增加油氣層的泄露面積,提高油氣采收率。它是增加產(chǎn)油量的有效手段之一，它主要被廣泛應(yīng)用到下列幾方面。可減少油田開發(fā)過程中水錐,氣錐問題，可開發(fā)低滲透致密油藏和重油；可開發(fā)天然裂縫性油藏，邊水驅(qū)動和氣驅(qū)動油藏，不易鉆探的油藏；熱采應(yīng)用；低產(chǎn)能油藏；不規(guī)則油藏及薄層油藏。對于江漢油田主要用于不鹽間非砂巖油藏特低滲透油藏。1.1水平井基本術(shù)語 水平井除具有普通定向井的一些基礎(chǔ)的技術(shù)術(shù)語外,其本身的特點仍有下面的一些基本術(shù)語。l 入靶點：是指地質(zhì)設(shè)計規(guī)定的目標(biāo)起始點。l 終止點：是指地質(zhì)設(shè)計規(guī)定的目標(biāo)結(jié)束點。l 靶前位移：是指入靶

3、點的水平位移。l 水平段長：入靶點與終止點的軌道長度。l 梯形靶：即縱向為土a米,橫向土b米的夾角內(nèi)。l 圓柱靶：即沿水平段設(shè)計井眼軸線的半徑為R米的圓柱。l 矩形靶：即縱向為士a米,橫向為±b的長方體。l 調(diào)整井段：用于施工中調(diào)整井眼軌跡的井段。1.2 水平井的基本類型 水平井的分類通常按造斜率（或曲率半徑)分為三種類型：l 長半徑水平井：造斜率K<6°/30m，曲率半徑R>300m。l 中半徑水平井：造斜率K=6°-20°/30m，曲率半徑R=100-300m。l 短半徑水平井：造斜率K=5°-l0°/30m，曲率半徑

4、R=6-l2m。1.3水平井常用剖面的基本類型 水平井常用的剖面主要有下列四種：l 雙增穩(wěn)剖面，即直井段一增斜段一穩(wěn)斜段一增斜段一水平段。l 雙增剖面，即直井段-增斜段-增斜段一水平段。l 三段制剖面，即直井段一增斜段一水平段。l 三增剖面，即直井段一增斜段一增斜段一增斜段一水平段。2、水平井剖面設(shè)計2.1水平井的剖面設(shè)計要求與類型 水平鉆井技術(shù)與常規(guī)定向鉆井技術(shù)最為為不同的兩個特點是使用的造斜鉆具及其特別的剖面設(shè)計。造斜井段的剖面設(shè)計幾乎與選擇最好的定向鉆井承包公司一樣重要。 單位井身長度的成本最低時，水平井的長度為最佳長度。水平井在機械方面的限制主要是鉆井設(shè)備和鉆柱的抗扭和抗拉力的能力。為

5、了研究員 到可能達到的最大長度，必須使扭矩和上提拉力為最小，但是由于鉆具在井眼內(nèi)的彎同和重力決定著水平井的扭矩和上提拉力，因此最佳設(shè)計要求選擇使用在鉆井作業(yè)時不會彎曲的盡可能輕的鉆具。 可行的最簡單造斜曲線是從造斜點井斜接近零度時開始，以單一連續(xù)的弧鉆進到90°井斜的單一均勻曲線。如果馬達造斜鉆具增斜特性的變化小于水平目標(biāo)區(qū)的容許誤差，那么這一設(shè)計便是最佳設(shè)計。 但是，大多數(shù)馬達造斜鉆具增斜特性的變化性和誤差都大大地超過水平目標(biāo)區(qū)的允許誤碼差。為了補償這些變化性和誤差，就有必要在造斜井段設(shè)計沖加一段調(diào)節(jié)用的斜直井段。2.2 水平剖面設(shè)計類型 剖面設(shè)計基本上是簡單的幾何計算。造斜曲率可

6、以分為以下三咱基本剖面類型：l 單曲率斜直剖面的設(shè)計 單曲率斜直剖面是最老、應(yīng)用最為廣泛的造斜曲線，這類剖面的特點是，整個曲線由三段組成，造斜由上、下兩個造斜率相同的造斜井段完成，中間為斜直的穩(wěn)斜井段。這一造斜曲線的設(shè)計基礎(chǔ)是：以工程計劃中計劃使用之造斜鉆具的最小預(yù)計造斜率和最短斜直井段來選擇造斜點和計劃的造斜曲線末端的位置。在設(shè)計中使用造斜鉆具可能的最小造斜率是關(guān)鍵。這樣就要求造斜鉆具先前已在類似地層使用過，如果是在鄰近地區(qū)使用過則更理想。l 變曲率一斜直剖面 變曲率一斜直造斜曲線的設(shè)計是為了進一步控制目標(biāo)的垂直深度。變曲率一斜直造斜曲線的設(shè)計方法是用上部造斜井段確定的馬達造斜鉆具組合的實際

7、造斜能力，但是并不根據(jù)這一造斜率，而是利用比實際造斜率要低的預(yù)計造斜率來選擇下部造斜井段的造斜點。 這種設(shè)計最適用于以構(gòu)造位置為目標(biāo)的水平井。尤其是終的構(gòu)造位置是靠地層的頂層來確定，而這個頂層在是下部造斜曲率井段內(nèi)，這類水平井采用這種方法設(shè)計是最有用。l 理想造斜曲率剖面設(shè)計理想造斜曲率剖面就是沒有斜直井段的彎曲率造斜剖面。鉆這種剖面的水平井，可以使用單斜式的造斜馬達，除非由于鉆頭壽命的限制。這種設(shè)計雖然費用最低，但它要求單斜式造斜馬達的的性能變化范圍要小于下部造斜曲率井段所固有的變化。這種方法也許是將來采用的或者可以作為在該地區(qū)的第三口水平井所使用的設(shè)計。3、水平井環(huán)空攜砂效果分析 在水平井

8、鉆井過程中，因鉆具靠近下井壁，形成了偏心環(huán)空，隨著鉆頭破碎巖石的不斷進行， 巖屑逐漸積聚起來形成巖屑床。巖屑床的形成就可能導(dǎo)致鉆井中的高扭矩高摩阻以及粘卡，泥包鉆頭等一系列不利因素，這一些都與井眼的清潔狀況有關(guān)。因此，水平井環(huán)空攜巖效果的好壞對水平井鉆井起著關(guān)鍵的作用。 影響環(huán)空攜巖的因素很多，如環(huán)空返速、鉆井液類型、鉆井液流變性、鉆井液密度、環(huán)空尺寸、偏心度、鉆具尺寸、鉆速、轉(zhuǎn)速、巖屑尺寸、井眼傾角等。這些影響因素可分為可控因素與不可控因素，在機泵條件下給定的條件下，實際地面上可控因素只有鉆井液的流變性和環(huán)空返速。因此，在水平井鉆井過程中對鉆井液的流變性能和環(huán)空返速進行探討，對于減少復(fù)雜情況

9、的發(fā)生，有效地提高水平井鉆井速度，降低鉆井成本都有非常重要的意義。 水平井技術(shù)是國家“八五”期間重點科技攻關(guān)項目，從現(xiàn)場施工情況來看，在鉆井過程中，因井眼不清潔而發(fā)生復(fù)雜情況也普遍存在，歸納起來主要有兩條主要原因：l 實際環(huán)空返速小，滿足不了攜巖要求；l 鉆井液流變參數(shù)攜巖能力差。從直井段到斜井段至水平井段，巖屑在環(huán)空中運移規(guī)律表現(xiàn)出明顯的不同，基本上可用井斜角表示：即0°-30°，30°-60°，60°-90°。本文依次稱為第一洗井區(qū)，第二洗井區(qū)，第三洗井區(qū)。理論分析認為在三個冼井區(qū)中，第一洗井區(qū)用層流攜巖最佳。第三洗井區(qū)用紊流攜巖

10、最佳，第二洗井區(qū)層紊流和均可。但對于現(xiàn)場實際情況，由于大斜度井段和水平井段鉆進時使用動力鉆具，而動力鉆具又受到大排量的限制，所以環(huán)空很難達到紊流流態(tài)。大量文獻資料表明：環(huán)空返速是影響環(huán)空攜巖的主要因素。因此，對一口水平井來講關(guān)鍵是合理設(shè)計返速，也就是說要合理地根據(jù)地質(zhì)，鉆具結(jié)構(gòu)，鉆井流變性等一些特定條件控制好排量，更好地解決攜巖問題。對于第二洗井區(qū)，巖屑會下滑至井底，這一現(xiàn)象國外稱為“Boycott”效應(yīng)，此效應(yīng)的后果是十分嚴重的，輕則會起下鉆遇阻，鉆進扭矩大，重則會發(fā)生卡死，扭斷鉆具等重大事故。國外學(xué)者一致的觀點使用大排量洗井，誠然大排量洗井是清洗該洗井區(qū)的有效方法，但不是最佳的方法，因為大

11、排量有可能會造成沖垮井壁，形成大肚子，給以后鉆進形成更大的隱患，再者，地面設(shè)備或者鉆具條件限制也可能實現(xiàn)不了這一措施，因此這就需要根據(jù)具體條件來實行最好的水力方案。從現(xiàn)場來看，水平井水力參數(shù)的設(shè)計缺乏充實的理論依據(jù)，基本還是套用直井水力參數(shù)的設(shè)計方法。4、水平井井眼軌跡控制工藝模式與技術(shù) 水平井鉆井的技術(shù)關(guān)鍵是確立一個既能經(jīng)濟、安全鉆成水平井，又能高精度控制井眼軌跡的水平井鉆井模式，形成適應(yīng)不同鉆井方式的水平井鉆井工藝技術(shù)。不同類型的水平井，其井身結(jié)構(gòu)和設(shè)計軌道不同，所選擇的鉆井方式不同。而水平井鉆井方式的確立又要受到鉆井設(shè)備、鉆井工具、鉆井工藝技術(shù)水平，測量儀器裝備等諸多因素的制約。目前國際

12、上最先進的水平井軌跡控制方法和鉆井方式是采用導(dǎo)向鉆井技術(shù)，用一套鉆具組合一趟鉆鉆完整個增斜井段，這也是各個油田水平井井眼軌跡控制技術(shù)需要努力的方向，但是，這一技術(shù)的實施必須具備組成導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)的先進而且昂貴的鉆井工具、儀器裝備以及與之配套的鉆井工藝技術(shù)。 充分利用現(xiàn)有的技術(shù)和裝備，在實踐中不斷探索、完善和提高裝備條件和技術(shù)水平，使水平井的軌跡控制技術(shù)向高層次發(fā)展。水平井鉆井基本上為兩種方式：一是與常規(guī)定向井比較接近的以轉(zhuǎn)盤鉆為主的水平井井眼軌跡控制方式和鉆井模式；二是與導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)比較接近的以動力鉆具為主的水平井井眼軌跡控制方式和鉆井模式。4.1.以轉(zhuǎn)盤鉆為主的水平井井眼軌跡控制模式 采用與常

13、規(guī)定向井比較接近的以轉(zhuǎn)盤鉆為主的水平井鉆井模式，在長半徑水平井中通過調(diào)整鉆具組合和鉆井參數(shù)，可以有效地實現(xiàn)對強增斜、微增斜、水平段穩(wěn)平鉆進的井眼軌跡進行控制，但在大斜度井段和水平段必須利用水平井的摩阻計算程序進行鉆具組合的倒裝設(shè)計；通過使用高聚物水包油泥漿體系和正電膠泥漿體系，配合強化的四級泥漿凈化系統(tǒng)，采用大排量循環(huán)、交叉接力式短起下鉆等技術(shù)措施，可以滿足水平井安全鉆井的需要。對中半徑水平井，在增斜率大手6°/30m之后，尤其在由444.5mm大尺寸井眼中，用柔性的轉(zhuǎn)盤鉆鉆具組合來實現(xiàn)比較穩(wěn)定的增斜率是比較困難的，而且不利于井下安全。因此，這種模式在中半徑水平井中的應(yīng)用是有條件的，

14、一般適用于中半徑水平井的造斜率低限，并采用動力鉆具組合進行造斜能力和井段的調(diào)整。 采用兩層技術(shù)套管的井身結(jié)構(gòu)，雖然有利于井下安全,但是不經(jīng)濟。實踐表明，我們認識到采用這種井眼軌跡控制模式，應(yīng)當(dāng)簡化井身結(jié)構(gòu)，整個增斜井段采用單一的31lmm井眼尺寸。在此基礎(chǔ)上，將這種模式定型為： 充分利用成功的高壓噴射和防斜打直技術(shù)，嚴格的將造斜點前的直井段井眼軌跡控制在允許范圍之內(nèi)，快速優(yōu)質(zhì)地鉆完該井段。 定向造斜段的施工用常規(guī)動力鉆具、彎接頭或單彎動力鉆具的方式進行。應(yīng)選擇合適的彎接頭或彎殼體度數(shù)，使實際造斜率盡可能地接近設(shè)計造斜率。井斜角應(yīng)達到10一l5°換轉(zhuǎn)盤鉆進，以利于待鉆井段增斜和方位的穩(wěn)

15、定。 根據(jù)設(shè)計增斜率選擇合適的轉(zhuǎn)盤增斜鉆具組合增斜鉆進，并根據(jù)實際增斜率及時調(diào)整鉆井參數(shù)或更換鉆具組合，必要時用動力鉆具進行井斜角和方位角的修正，使之滿足軌跡點的位置和矢量方向的綜合控制。 在轉(zhuǎn)盤鉆鉆具組合的鉆進過程中，要經(jīng)常短起下鉆和交叉接力循環(huán)，以鏟除巖屑床和修理井壁，長半徑水平井更應(yīng)如此。 長半徑水平井的水平段相對較短，可以轉(zhuǎn)盤鉆具組合為主要鉆進方式，但必須利用水平井的摩阻計算程序進行鉆具組合的倒裝設(shè)計，并采用大排量來提高攜巖能力。備用一套DTU導(dǎo)向鉆具或者1°左右的單彎動力鉆具，以彌補轉(zhuǎn)盤鉆鉆具組合的意外失控。用這種方式鉆中半徑水平井的水平段，由于摩阻和扭矩都比長半徑水平井小

16、,可以更為安全地鉆出更長的水平段。4.2 以轉(zhuǎn)盤鉆為主鉆增斜井段的井眼軌跡控制工藝技術(shù)以轉(zhuǎn)盤鉆為主進行增斜井段的井眼軌跡控制，其方法與普通定向井相似。對于長半徑水平井而言，其造斜率是可以用常規(guī)定向井的工具和工藝來實現(xiàn)的，但井斜較大于70°井段的井眼軌跡控制是普通定向井尚未涉及的新領(lǐng)域。對于中半徑水平井而言，研究以轉(zhuǎn)盤鉆具組合實現(xiàn)高造斜率的技術(shù)手段和途徑是鉆增斜井段的技術(shù)關(guān)鍵。 因此，以轉(zhuǎn)盤鉆為主鉆增斜井段的井眼軌跡控制的主要技術(shù)難點是在大井斜或高造斜率條件下，如何通過調(diào)整鉆具組合與鉆井參數(shù)，在保證井下安全的情況下實現(xiàn)井眼軌跡的有效控制。4.3 以轉(zhuǎn)盤鉆為主鉆水平井段的井眼軌跡控制工藝

17、技術(shù)水平井采用采用何種鉆井方式來進行有效的井眼軌跡控制，并能達到經(jīng)濟安全的目的，這對不同長度和不同靶區(qū)類型及精度要求的水平井段有不同的選擇,也是水平井井眼軌跡控制的技術(shù)關(guān)鍵之。4.4 以動力鉆具為主的水平井井眼軌跡控制模式 實踐證明，中半徑水平井在鉆進過程中的摩阻、扭矩遠比長半徑水平井小，更有利于安全鉆井和鉆成更長的水平井段。而且通過提高造斜率、縮短靶前位移、縮短斜井段長度，有利于進一步縮短水平井的鉆井周期，降低鉆井成本，提高經(jīng)濟效益。使用各種彎殼體的動力鉆具組合可以實現(xiàn)高造斜率的穩(wěn)定控制。以動力鉆具組合鉆進為主，以轉(zhuǎn)盤鉆具組合進行通井、調(diào)整造斜率為鋪，既可以克服動力鉆具循環(huán)排量小的不足，通過

18、通井和大排量循環(huán)鏟除巖屑床，調(diào)整動力鉆具造斜率的偏差和調(diào)整井眼垂深，又可以加大鉆壓鉆掉可鉆性差的地層，是水平井安全鉆井的有效措施。這一鉆井模式的主要內(nèi)容是： 直井段與轉(zhuǎn)盤鉆模式相同，充分利用成功的高壓噴射和防斜打直技術(shù)，嚴格將造斜點前的直井段井眼軌跡控制在允許范圍之內(nèi)，快速優(yōu)質(zhì)地鉆完該井段。 對入靶前地層較穩(wěn)定的水平井，造斜段的施工以彎殼體動力鉆具為主要鉆進方式，以轉(zhuǎn)盤鉆具組合通井鏟除巖屑床和修整井眼，并完成穩(wěn)斜段或造斜率較低的調(diào)整段，以二至三套鉆具組合在至而至三趟鉆內(nèi)鉆完0-90°造斜段。 對入靶前地層穩(wěn)定性較差的水平井，造斜段的施工以單彎動力鉆具與轉(zhuǎn)盤鉆具組合相結(jié)合的鉆進方式，用

19、動力鉆具在易造斜井段按設(shè)計先打出高造斜率，再用轉(zhuǎn)盤鉆具組合鉆掉可鉆性差的井段（即后打出低造斜率)。對設(shè)計造斜率較低的疏松地層,在采用動力鉆具或轉(zhuǎn)盤鉆具組合時，都應(yīng)當(dāng)使用比正常井段造斜率高一級的鉆具組合來完成。 對地質(zhì)設(shè)計靶區(qū)垂深誤差要求在5一10m、而平面誤差大于5m的水平探井和水平開發(fā)井，以轉(zhuǎn)盤鉆鉆具組合為主要鉆進方式，可采用大排量來提高攜巖能力，以兩套轉(zhuǎn)盤鉆鉆具組合用二至三趟鉆鉆完500m左右的水平井段。應(yīng)備用一套DTU導(dǎo)向鉆具或1°左右的單彎動力鉆具，以彌補轉(zhuǎn)盤鉆鉆具組合的意外失控。 對地質(zhì)設(shè)計靶區(qū)垂深誤差要求在5m之內(nèi)、而平面誤差也小于5m的水平穿巷道井，采用DTU導(dǎo)向鉆具或

20、1°左右的單彎動力鉆具與轉(zhuǎn)盤鉆鉆具組合相結(jié)合的方式鉆水平段。4.5 以動力鉆具為主鉆增斜井段的井眼軌跡控制工藝技術(shù) 采用動力鉆具為主鉆增斜井段能獲得高造斜率，并采用有線隨鉆測斜儀或MWD無線隨鉆測斜儀嚴格監(jiān)控井眼軌跡，通過調(diào)整和控制動力鉆具的工具面，可以獲得較穩(wěn)定的井眼全角變化率，幾乎不存在出現(xiàn)方位漂移的問題。因此,造斜井段井眼軌跡控制工藝技術(shù)研究的重點是在不同的井眼條件下，如何選擇不同角度的單彎動力鉆具來獲得需要的造斜率，并研究與之相關(guān)因素的影響規(guī)律。井眼軌跡控制的對象是控制穩(wěn)定的井眼全角變化率，使之得到與設(shè)計軌道相符合的連續(xù)的軌跡點位置和矢量方向。從提高水平井鉆井速度和效益的角度

21、來講，針對水平井的井眼軌道設(shè)計，合理選擇動力鉆具的角度及與之配合的鉆頭、測量工具及合理的鉆進參數(shù)和技術(shù)措施，使每套鉆具組合達到設(shè)計的目，是水平井井眼軌跡控制工藝技術(shù)所攻關(guān)和研究的方向之一。5、軌道控制方案設(shè)計 從海上平臺上所鉆的世界第一口水平井，預(yù)計目的層上下邊界地層深度為2552米及2562米。但在實鉆中，這兩個層面分別在2541.5米及2552.5米深度下提前鉆到。還有，國內(nèi)南海東部油田的流花11-1-6井，華北油田任平1井在進潛山時的層位深度變化，勝利油田的幾口水平井亦遇到類似情況。 綜觀上述事實及實際鉆井實踐過程，深度的誤差是難免的，它是影響軌道施工方案設(shè)計的重要因素之一，油中深度的不

22、確定性將直接影響著軌道控制方案的選擇問題。目前常用的減少油中深度的不確定性的方法是通過標(biāo)準(zhǔn)層的對比來實現(xiàn)的。另從施工本身而言，還存在著工具本身的實際造斜率與設(shè)計造斜率之間的偏差，這種偏差也是難免的，每種工具在不同地層，不同的鉆井條件下，其造斜率總會表現(xiàn)出一定的差異，顯然，偏差范圍越小，控制精度越高，對軌道的控制越有利。這種偏差也是影響軌道控制方案設(shè)計的重要因素之一。考慮施工中影響軌道控制方案的因素，設(shè)計出適當(dāng)?shù)能壍揽刂品桨?，以適應(yīng)這些因素在實鉆中對軌道控制的影響，爭取主動，是水平井尤其是薄油層水平井井眼軌道控制工藝的重要內(nèi)容之一。本文總結(jié)出三種目前普遍采用的控制方案的設(shè)計方法。大慶樹平1井的軌

23、道控制實踐充分說明了該方法在薄油層中半徑水平井著陸控制方案設(shè)計上具有普遍意義。5.1單元弧法 該法是一單元弧造斜段從著陸控制過程的起始點直接鉆至靶區(qū)著陸點的方法。適用于油層厚度大，靶窗高度大，且油中的深度相對確定的情況。這樣，僅需考慮工具的造斜的誤差，以選擇合適的造斜率和井斜角。為保證工具的造斜率存在誤差的情況下亦能順利中靶著陸，則必須要求以所選工具造斜率的上限造斜時不高出靶窗上方，而以其造斜率的下限造斜時不低于靶窗下方。如圖6所示。 設(shè)C點為著陸控制段始點，即當(dāng)前井底位置，L為著陸點，T為設(shè)計靶點，IL為著陸點井斜，C點與T點的垂直深度差為H，水平位移差為S，設(shè)計的靶窗高度2h。單元弧法就是

24、從C點設(shè)計一圓弧段，與靶中心線相切，設(shè)切點為L。這樣便能保證單圓弧著陸。但由于C點的位置及井斜IC與T點位置及井斜IL等條件的限制，實際著陸點L與T點不一定重合，這樣就必會出現(xiàn)一段距離，即著陸平差。平差的大小在某種程度上也反映了軌道控制的準(zhǔn)確程度。上圖中設(shè)圓弧段造斜率為B°/30m。靶區(qū)上限及下限著陸的造斜率分別為Bmax°/30m和Bmin°/30m。則有： (b) (c) (d) (e) 當(dāng)設(shè)計靶區(qū)水平段井斜IL=90°時，H=H，此時式(c)、(d)、(e)變?yōu)椋?(f) (g) (h)通過上述計算可知，應(yīng)選擇造斜率為B°/30m的工具從

25、C點開始造斜著陸進靶，且該工具的最大造斜率不應(yīng)超出Bmax°/30m，也不應(yīng)低于Bmin°/30m，設(shè)實鉆中工具的造斜率B。則最終著陸點與設(shè)計著陸靶點T的平差為： (i) 當(dāng)0，表示實際著陸點的水平位移小于設(shè)計著陸點的位移，即提前著陸，當(dāng)0時表示實際著陸點的水平位移大于設(shè)計著陸點的水平位移，即延遲著陸。單元弧法設(shè)計中的另一種情況是已知著陸段所用的工具的造斜率為B°/30m，其上下限造斜率分別為Bmax°/30m及Bmin°/30m，選擇合適的著陸段初始井斜角IC的問題，如上圖所示，為使該工具能順利陸著進靶，則必須滿足：故著陸始點理想的井斜角應(yīng)不

26、小于： (j)否則用該工具造斜將可能出靶。5.2 應(yīng)變法該法指在著陸控制中，為適應(yīng)實鉆過程中可能出現(xiàn)的各種誤差而在兩段增斜段中設(shè)置一穩(wěn)斜調(diào)整段的方法。設(shè)置調(diào)整段的目的，一方面是為了適應(yīng)在實驗中油中濃度發(fā)生變化時，隨著調(diào)整方案而不致于使軌道控處于被動地位，另一方面可通過調(diào)整段補償前段造斜時工具造斜率的誤差所造成的軌道偏差，以使在最終著陸時進靶能夠更加準(zhǔn)確、順利。這是一種“以不變應(yīng)萬變”的設(shè)計方法，見圖7。應(yīng)變段井斜的設(shè)計滿足當(dāng)以穩(wěn)斜時，在鉆遇并探測到真正的油頂之后，有足夠余地留待在軌道著陸控制段控制時，先以造斜率B1°/30m從當(dāng)前井底位置C點開始增斜到E點，即從井斜增至，進入應(yīng)變段，

27、之后一直穩(wěn)斜，配合地質(zhì)及油層隨鉆參數(shù)顯示，直至探到油頂位置，確定出確切油中深度之后，最后以設(shè)計的造斜率B2°/30m增斜著陸進靶窗。該設(shè)計方法中，有三個參數(shù)需要確定：應(yīng)變段的井斜；應(yīng)變段的長度；第一增斜段增斜率B1°/30m。 應(yīng)變井斜的計算 應(yīng)變井斜的設(shè)計應(yīng)滿足當(dāng)以穩(wěn)斜時在鉆遇并探測到真正的油頂之后，有足夠的余地留待造斜率為B2°/30m的工具著陸進靶而不致于錯過靶窗，設(shè)油層靶中深度離油頂以下距離d米，為鉆具組合中地質(zhì)參數(shù)儀器（如隨鉆參數(shù)探測儀）離鉆頭的最大距離，如圖8所示，則應(yīng)滿足：解上方程可得：上式求出的角還應(yīng)根據(jù)B2造斜率在實際應(yīng)用時變化值的上、下限以及靶

28、窗高度依式（j）進行校核，取二者中的大者做為應(yīng)變段井斜角。 二、應(yīng)變段長度及造斜率B1的確定。 如圖所示，由于已求出，F(xiàn)點的相對位置便可確定。式中：HFF點相對于C點的垂差。 F點相對于C點的水平距離。 為計算方便，在圖中過F點作靶中心線的平行線KF交過C點的垂線于K點，CK的距離為H。則有：從而可得穩(wěn)斜段長Ly與B1的關(guān)系：解上式得： (k)此時平增大小為： (l)從式(k)及(l)可知，減少時，也隨之減少，此時造斜段和水平段的位移減少，當(dāng)減為0時，即為單圓弧，此時水平位移最短。如圖9所示：(應(yīng)變段末端必須落在KF線上)。顯然，越長，越大，水平位移越遠，可能造成的平差越大，為此，在設(shè)計時應(yīng)選

29、擇合適的，不但要吸收誤差，而且具有足夠的長度使軌道穿過油頂，幫應(yīng)根據(jù)油頂實際可能存在的大小E來設(shè)計穩(wěn)斜段長，不但要吸收誤差，而且具有足夠的長度使軌道穿過油頂，故應(yīng)根據(jù)油頂實際可能存在的誤差大小E來設(shè)計穩(wěn)斜段長，從而最終確定。由圖知穩(wěn)斜段長度至少應(yīng)為： (m)可將式(m)代入式(k)求得第一造斜段造斜率B1°/30m。從上面的設(shè)計可以看出，當(dāng)用(m)式求得的及式(k)求得的進行計算水平位移時，如果此時的水平位移比原設(shè)計的水平位移小時，可以適當(dāng)增加的長度，增加第一段造斜率，縮短平差，從而達到調(diào)整的目的。5.3 導(dǎo)眼法 所謂導(dǎo)眼法即在水平井著陸控制之前，先以一定的井斜直接穩(wěn)斜鉆入油層，探得

30、油頂及油中深度之后，回填到一定深度后以單元弧方式直接進行著陸。采用這種方法，主要地對油層的確切深度把握不準(zhǔn)，且在油層上部無合適的標(biāo)準(zhǔn)層可做參考，這樣為確保水平井鉆井目的，該法不失為行之有效的最直接的方法。 當(dāng)決定要用導(dǎo)眼法且工程上可行時，在軌道控制方面，需要解決的問題是：l 導(dǎo)眼段的井斜；l 回填的井段長度。 由于該法與單圓弧法基本類似，在確定了造斜工具的造斜率B及其上、下限變化范圍之后,根據(jù)所設(shè)計的靶區(qū)高度，可按式(j)直接求得，如圖所示。式中，：水平段設(shè)計井斜； h:靶窗單邊高度(靶窗總高為2h) 。如圖10所示，設(shè)C點為回填到的井底那一點，作靶中心線的延長線交過C點的垂線于K點。則有：即

31、在導(dǎo)眼段鉆遇油中后，回填米，便能保證在回填后，以單圓弧造斜，順利著陸進靶。6、水平井復(fù)雜情況及事故預(yù)防處理6.1由垂直井眼變成傾斜(水平)井眼帶來的特性6.1.l、鉆具貼井壁，受力狀況發(fā)生變化從造斜段開始，鉆具受力狀況相對直井發(fā)生了根本的變化。 造斜段：由于斜井段鉆具的斜向拉力造成此處鉆具被“拉向”上井壁。造斜點較高的井可明顯在井口出現(xiàn)鉆具向定向方向的“偏移”。隨著井深增加，造斜點以下鉆具重量隨著造斜率的增大，在造斜段出現(xiàn)的側(cè)向力F則隨之增大、起下的摩阻增大，隨著時間的延長，起下鉆和轉(zhuǎn)動在此處形成鍵槽。 斜井段：由于鉆具自重，鉆具“躺在”下井壁，對井壁側(cè)壓力的增大，帶來磨阻(起下)和扭矩的增大

32、旋轉(zhuǎn)。鉆頭的受力變化出現(xiàn)側(cè)向分力，當(dāng)使用增斜鉆具結(jié)構(gòu)時，由于近鉆頭扶正器的“支點”作用而產(chǎn)生向高邊的側(cè)向力；使用降斜組合時，由于“鐘擺力”作用而向低邊產(chǎn)生側(cè)向力，由于下部鉆具結(jié)構(gòu)和鉆頭重力作用，始終產(chǎn)生降斜趨勢，需用剛性組合來保持井斜的穩(wěn)定或大于此趨勢產(chǎn)生增斜力。6.1.2偏心環(huán)空和巖屑床 國外專家和“七五”攻關(guān)項目中劉希圣教授等專家研究表明，由于斜井鉆具偏向下井壁而形成了“偏心環(huán)空”，巖屑的沉降，運移與直井相比發(fā)生了根本的變化，巖屑出現(xiàn)向井壁徑向沉降的趨勢，由于偏心環(huán)空流速的不均勻，在下井壁形成巖屑床，在一定條件下還會發(fā)生巖屑床的滑移、堆積，給大斜度、水平井施工帶來威脅，如何正確認識此特點拼

33、采取相應(yīng)的措施是定向井，尤其是大斜度井、水平井成功與否的關(guān)鍵。研究的主要結(jié)論有： 偏心環(huán)空場中，大環(huán)隙處流速大，小環(huán)隙處流速小，促使巖屑床的產(chǎn)生。 巖屑床厚度隨流速的減少和井眼斜度的增加而增加，但傾角大于一定值后，其巖屑床厚度基本保持不變。 環(huán)空巖屑濃度在臨界角（30°60°）范圍內(nèi)最大。環(huán)空巖屑濃度隨流速的增加而降低。注：對臨界角的界限，有人認為35°70°，但總的范圍是相近的。當(dāng)井眼傾角處于臨界傾角范圍內(nèi)時，由于巖屑床的形成及滑移，巖、屑勢必下滑堆積。容易造成鉆具的阻卡。各傾角都存在一個“臨界流速”。當(dāng)環(huán)空流速大于該臨界流速時，理論認為不會產(chǎn)生巖屑床

34、。流體粘度升高導(dǎo)致巖屑床厚度降低，巖冒濃度降低，提高了巖屑輸送效果。下面就斜井幾種狀態(tài)下的井屑運動方式做一分析：以臨界角為界把斜井分為三種類型：第一種：小于臨界角的范圍(<30°)，只有垂直沉降，而無徑向沉降。VS為垂直沉降速度，vsr為徑向沉降速度，vsa為軸向沉降速度。VS0 VsaVS6升高則vsa越大，該范圍最易形成巖屑床，越接近上界越易產(chǎn)生巖屑床下海堆集，是大斜度井、水平井施工中主要清除巖屑床的井段。該種情況可近似為直井狀態(tài)，不易形成巖屑床。第二種：臨界范圍內(nèi)（>30°，>60°)Vsa=VS*COS VSrVs*SIN升高則vsa越大

35、，該范圍最易形成巖屑床，越接近上界越易產(chǎn)生巖屑床下滑堆集，是大斜度井、水平井施工中主要清除巖屑床的井段。第三種：大于臨界角a>60°或有的認為>65°)Vsa0 VsrVs 該情況可近似視為水平井段的狀況，巖屑床受洗井液的沖刷厚度不再增加，也不產(chǎn)生滑移，聚集，此井段的巖屑往往被洗井液帶到臨界角附近聚集(60°70°范圍)。大斜度井和水平井的實踐證實了以上理論是正確的，解決的辦法是：一般的定向井井斜角度盡量選擇在30°35°，不易形成巖屑床，施工較安全。 對已經(jīng)形成巖屬床的井或大井斜角度的井采用以下主種方法減少巖屑床厚度，清

36、潔井眼、保證施工安全。A、在條件允許的情況下，盡可能提高循環(huán)排量，使其接近臨界返速而消弱巖屑床，但要注意防止井徑擴大。B、提高泥漿的屈服值(YP)，增強攜巖能力，減緩巖屑的徑向沉積，也是減少巖屑床厚度的有效辦法。c、由于以上兩種辦法的限制，最有效的辦法則是利用機械辦法除砂：有頂部驅(qū)動手段的可利用邊起鉆邊轉(zhuǎn)動鉆具的辦法攪動巖屑床。同時循環(huán)泥漿，清除巖屑床；在沒有頂部驅(qū)動條件的施工中，則采用定時定井段的短起下鉆手段，起一段，循環(huán)一段的辦法清除大斜角(或水平段)的巖屑床。隨著井斜的增大，大斜度井段的塔長，短起下的時間間隙越短?，F(xiàn)在施工中，可從振動篩返出巖屑量的減少和扭矩、摩阻的增加來判斷，是否需要短

37、起下。6.1.3 被鉆開的巖層受力狀況發(fā)生變化在地層傾角較小的直井，被鉆開的巖層層面與井眼軸線是垂直的。由于巖層縱向的壓實程度較高，鉆開的井眼部分相對較穩(wěn)定。隨著井斜角的增大，巖層層面與井眼軸線夾角變小，不定巖層(如易吸水膨脹的泥巖層)暴露面積增大，受垂直壓力影響，容易吸水膨脹，剝蝕掉塊，造成井壁不穩(wěn)定；對于水平井來說，水平段則完全在油層-中延伸，其穩(wěn)定性大為值得重視，這就提出了比直井更為嚴格的要求鉆井液防塌性要好，失水要小。6.1.4橢圓井限的形成和鍵槽的產(chǎn)生隆由于斜井段鉆具靠井壁，起下鉆和旋轉(zhuǎn)使下井壁逐漸掏大，形成橢圓井眼；左右井壁基本保持近鉆頭的井眼R1，而上下方向則形成了長軸R2，在雙

38、井徑測井曲線上可以明顯的看到長短軸的存在，往往在下井壁還存在鉆具旋轉(zhuǎn)磨出的直徑與鉆桿接頭接近的槽溝R3，井眼傾角越大，施工時間越長形成的橢圓井眼越嚴重。在大位斜井段，由于地層軟硬交錯和泥巖井徑的擴大，還容易在下井壁被旋轉(zhuǎn)的鉆具磨出硬地層凸出處的鍵槽。這些“鍵槽”與擴大的泥巖井徑形成“臺階”造成起鉆時，稍大于鉆桿接頭的7"、8"鉆綻迂阻；嚴重時起不出鉆(特點是定深迂阻，能下放單上體不過) 。橢圓井眼帶來的影響有：A、井徑擴大，循環(huán)上返速度降低，不利于洗井。B、形成“鍵槽”和“臺階”，造成復(fù)雜情況和事故。C、影響固井質(zhì)量。造斜點附近在上井壁提出“鍵槽”如前所述，造斜段由于下部鉆

39、具拉力作用，使鉆具靠向“上井壁”，產(chǎn)生側(cè)向力，在鉆具旋轉(zhuǎn)和起下鉆的刮削作用下，逐漸形成直徑與鉆桿接頭外徑相近的“鍵糟”起鉆時，易使稍大于鉆桿接頭尺寸的7"、8"鉆綻被拉入槽內(nèi)面卡鉆。一般在槽深大于被卡鉆具半徑后發(fā)生。鍵槽形成的程度與以下因素有關(guān)：造斜率(即造斜段狗腿度)越大，形成鍵槽越快、越嚴重。造斜點以下井段越長，鉆具越重，形成鍵槽越嚴重。斜井段井斜角越大，側(cè)向拉力越大，形成鍵槽越嚴重。隨鉆井作業(yè)時間而加深。6.1.5 對懸重和鉆壓的影響：躺在下井壁的鉆具使懸重變“輕”，上提鉆具時摩阻使得懸重增加，下放則懸重減小。對正常井眼來說，懸重的增減是有規(guī)律的，超過正常增減范圍，則

40、是有了阻卡。同樣，“鉆壓”的確定也要考慮摩阻的影響。6.2 由井身軌跡控制需要帶來的特性l、由于定向和方位角調(diào)整的需要，增加定向作業(yè)使用彎曲馬達定向、調(diào)方位時，鉆柱不旋轉(zhuǎn)，定向測量時鉆具相對靜止時間長，則要求泥漿性能穩(wěn)定、攜巖性和潤滑性良好。這就是為什么在定向前要調(diào)整好泥漿和適當(dāng)混油的理由。由于彎接頭或彎外殼動力鉆具的使用，使得下部鉆具彎曲。要求定向前井眼暢通，而且對彎接頭的度數(shù)有限制(一般不大于3°)，避免鉆頭偏離井眼軸線太大而下不去。由于彎曲鉆具的方向性（工具面方向)，決定了動力鉆具在井內(nèi)不得隨意開泵和使用動力馬達劃眼。若中途遇阻，必須起出換轉(zhuǎn)盤鉆具通井。動力馬達的工作排量一般較

41、小，又不允許長時間停在一處循環(huán)，所以定向完后，通井是十分必要的。2、增加測量工作量：除定向(或方位調(diào)整時)要頻繁單點測斜（隨鉆則每根起下電纜）外，轉(zhuǎn)盤鉆也需定點測斜監(jiān)控。一般測量問隔不超過50米。為了保證測量的安全，規(guī)定每次測量前要充分循環(huán)泥漿除砂（一般一周以上）。3、軌跡控制需要帶來了比直井更多的起下鉆更換鉆具組合。往往鉆頭用不到家，定向井比直井多發(fā)生起下鉆作業(yè)、多消耗鉆頭。4、使用滿眼扶正器（穩(wěn)定器）的下部結(jié)構(gòu)帶來的“滿眼”問題：下鉆易發(fā)生遇阻，螺旋穩(wěn)定器還會在小井眼段造成鉆柱的“旋轉(zhuǎn)”。不嚴重的阻卡往往可以通過有控制的“下砸"和“提放"，通過。.起鉆易帶來抽吸（拔活塞

42、）問題：由于“滿眼”，在易吸水膨脹井段起鉆拔活塞，勝利油田曾發(fā)生在斜井中拔活塞引起的氣層井噴失控，教訓(xùn)是慘痛的。正因為這樣，要求斜井泥漿抑制性要好，井壁泥餅要薄，操作中要十分小心拔活塞的發(fā)生，并正確處理。彎曲井眼對鉆具剛度變化的敏感問題：已鉆過的彎曲井眼曲率是一定的。當(dāng)鉆具組合因軌跡控制需要剛性變大時（增加扶正器只數(shù)和縮短扶正器問隔），易遇阻遇卡，下鉆要格外小心，劃眼是必要的。特別值得提醒注意的是，定向或調(diào)整完方位后，先用較“軟”的轉(zhuǎn)盤鉆具組合通井，十分必要。6.3、影響定向井(水平井)安全的因素6.3.1合理的剖面設(shè)計：剖面類型的選擇：除了多目標(biāo)經(jīng)和開發(fā)有特殊要求的定向井（如限定造斜點深度、

43、要求垂直進入油層等)外，剖面越簡單，越安全易打。常常采用的是“三段制”剖面。獲得的位移大，相對摩阻小，而“S”形井跟(四、五段制)的摩阻較大，一般盡量避免。國外有人認為變造斜率大出的“懸鏈?zhǔn)健逼拭媸广@具受力最小、摩阻最小，但這種“變造斜率”在實施過程中難以實現(xiàn)，并使施工變得十分復(fù)雜。6.3.2 造斜點和造斜率的選擇： 造斜點高使得定向容易（起下鉆和測量快，容易定準(zhǔn)，進尺快，動力鉆具工作時間短）；上部地層軟，形成的鍵槽軟，易破壞掉；用較小的井斜獲得的位移大。其缺點是軌跡控制井段變長，后面井段長，鉆具重，更容易形成鍵槽。通常達到穩(wěn)斜段后、下一層技套封固造斜段可避免鍵槽帶來的麻煩。造斜點低則定向困難

44、，需要的造斜率和最大井斜相對要大。但需要控制的井段大大縮短，為了準(zhǔn)確，往往采用隨鉆測量工具定向。造斜率的選擇： 高造斜點選用高造斜率是十分危險的。形成的狗腿角大，很容易在下部(長井段)鉆具重量作用下形成嚴重的鍵槽，造成卡鉆。相反，為了減少軌跡控制的工作量，提高定向井建井速度，在位移條件允許情況下，可采用低造斜點高造斜率施工，全井的摩阻也會因斜井段短面變小。同樣，需要隨鉆測量的手段保證定向的準(zhǔn)確。6.3.3 井身結(jié)構(gòu)的選擇：套管層次和井眼尺寸的選擇原則(l)盡可能下層技套封住造斜段和增斜段，有利于保護上部松軟地層和造斜狗腿。(2)避免斜井裸眼段過長(尤其是大斜度和水平井)。(3)避免17l/2&

45、quot;以上井眼尺寸中定向造斜（尤其是大斜度井和水平井)過大的扭矩會帶來鉆具事故。技套下深的確定原則 (1)封住易垮易塌和其它特殊地層。(2)一般為進入穩(wěn)斜段50米，有利于保護套管鞋。(3)有利于“巖屑床”的消除和保護井眼。(4)水平井一般在進入靶盒前下入技套。6.3.4 對定向井泥漿的要求良好的潤滑原理常混入6%-15%的原油或柴油做潤滑劑，同時加乳化劑和提高PH值使之乳化良好，有特殊要求的井可采用“無熒光類”潤滑類，在電測和下套管可加入少量的固體潤滑劑減阻。良好的防塌性和低失水。良好的流變性和較高的提巖能力要十分注意定向井泥漿的動切力（YP）保持較高值，一般使PV：YP值接近1：l（老計

46、量單位）十分重視定向井泥漿的“凈化”工作光滑，干凈的泥餅是定向井防粘卡，低摩阻的關(guān)鍵，要求達到三級凈化，有條件的使用離心分離機降低有害的固相。6.3.4 井眼軌跡控制因素軌跡“光滑”，避免來回扭動和井斜的上下擺動。及時調(diào)整方位，防止“狗腿角”過大。選擇合適的井段調(diào)整方位，使工作量最??；隨著井深的增加地層變硬，方位調(diào)整工作越困難，形成的狗腿角也越大。定向造斜段，方位不穩(wěn)定，需要及時作圖分析；方位出現(xiàn)偏差時及時調(diào)整非常重要，方位漂移的同時，井斜角較快增加，調(diào)整越晚，狗腿嚴重度越大，調(diào)整工作越困難，對井眼安全危害越大。 采用盡可能簡化的鉆具結(jié)構(gòu) （1）由于斜井鉆具承壓能力大大增加（一次彎曲的臨界值隨井斜的增大而大幅度提高）為定向井少用鉆鋌提供了有利條件。 （2）避免下部結(jié)構(gòu)井中，最上扶正器以上光鉆鏈的使用，而用加重鉆桿代替(在大斜度情況下可用光鉆桿代替)，可