定向井基礎(chǔ)知識講座

1、鉆井工藝研究所鉆井工藝研究所 2005年年5月月6日日定向井基礎(chǔ)知識講座定向井基礎(chǔ)知識講座 定向井技術(shù)起源于定向井技術(shù)起源于2020世紀(jì)初，是美國世紀(jì)初，是美國EastmanEastman公公司開展起來的，到司開展起來的，到2020世紀(jì)中期，隨著國際鉆井三大技世紀(jì)中期，隨著國際鉆井三大技術(shù)術(shù)(MWD(MWD隨鉆測量技術(shù)、高效隨鉆測量技術(shù)、高效PDCPDC鉆頭、長壽命導(dǎo)向螺鉆頭、長壽命導(dǎo)向螺桿鉆具桿鉆具) )的應(yīng)用，飛速發(fā)展了水平井，的應(yīng)用，飛速發(fā)展了水平井，19951995年，世界年，世界上共鉆成水平井上共鉆成水平井1259012590口，我國是繼美國和前蘇聯(lián)之口，我國是繼美國和前蘇聯(lián)之后，第

2、三個鉆水平井的國家，后，第三個鉆水平井的國家，19651965年在四川鉆成了兩年在四川鉆成了兩口水平井，口水平井，9090年水平井被列入國家年水平井被列入國家“八五八五”重大科技重大科技攻關(guān)項(xiàng)目。攻關(guān)項(xiàng)目。四年四年時間在時間在1010個油田鉆成了個油田鉆成了5050余口水平井，余口水平井，目前全國各油田已經(jīng)普遍推廣應(yīng)用。目前全國各油田已經(jīng)普遍推廣應(yīng)用。 江漢油田定向井技術(shù)起步較晚，但發(fā)展較快。江漢油田定向井技術(shù)起步較晚，但發(fā)展較快。1984年打成了江漢第一口江油陸采的定向井年打成了江漢第一口江油陸采的定向井黃黃36井井（紅旗碼頭），（紅旗碼頭），19991999年打成了第一口水平井年打成了第一

3、口水平井王平王平1 1井，現(xiàn)在江漢本土完成了井，現(xiàn)在江漢本土完成了1616口口, , 鄂西渝東鄂西渝東1313口，清河口，清河采油廠采油廠2323口，吉國口，吉國3 3口水平井。累計(jì)口水平井。累計(jì)5555口?？凇?與勝利油田比較：與勝利油田比較： 建平建平1 1井水平段長井水平段長1046.191046.19米米, ,用了用了1818趟鉆，趟鉆，4545天完成天完成; ;建建2727側(cè)平側(cè)平1 1井水平段長井水平段長712.83712.83米，只用兩趟米，只用兩趟鉆鉆4.54.5天完成。天完成。 黃鹽平黃鹽平1 1井是國內(nèi)第一口直接對穿的采鹵連通井是國內(nèi)第一口直接對穿的采鹵連通水平井。勝利油田

4、完成的沙鹽平水平井。勝利油田完成的沙鹽平1 1井，對穿沒成功，井，對穿沒成功，造成第二次填井重鉆。造成第二次填井重鉆。 差距在于儀器裝備落后，技術(shù)人員奇缺。差距在于儀器裝備落后，技術(shù)人員奇缺。最深的水平井最深的水平井是意大利米蘭所鉆的井深是意大利米蘭所鉆的井深63306330米，米，垂深垂深59945994米。米。最淺的水平井最淺的水平井是加拿大的一口井，井深是加拿大的一口井，井深597597米，垂深米，垂深162162米。米。最大水平位移最大水平位移的井是美國完成的的井是美國完成的M16LPZM16LPZ井水平位移井水平位移1072810728米。米。我國所鉆我國所鉆DH-P1DH-P1超深

5、水平井超深水平井井深井深64526452米米, ,垂深垂深5782.295782.29米米, ,水平段水平段長長500.46500.46米。米。我國我國最大水平位移最大水平位移的井是的井是南海西江南海西江A14A14井的水平位移井的水平位移8060.78060.7米。米。國內(nèi)外水平井之最國內(nèi)外水平井之最 定向井定向井：按照一定目的要求，沿著設(shè)計(jì)軌道鉆達(dá)：按照一定目的要求，沿著設(shè)計(jì)軌道鉆達(dá)預(yù)定目的層位的井。預(yù)定目的層位的井。 水平井水平井：指井斜角大于或等于：指井斜角大于或等于8686并在目的層中并在目的層中維持一定長度的維持一定長度的水平段水平段的定向井。的定向井。 定向井的三要素定向井的三要

6、素：井斜角、方位角、井深。它是：井斜角、方位角、井深。它是衡量定向井井身質(zhì)量優(yōu)劣，計(jì)算定向井井眼軌跡的重衡量定向井井身質(zhì)量優(yōu)劣，計(jì)算定向井井眼軌跡的重要參數(shù)。要參數(shù)。 最小曲率法最小曲率法：把上下兩側(cè)點(diǎn)之間的井段看成圓?。喊焉舷聝蓚?cè)點(diǎn)之間的井段看成圓弧曲線曲線, ,以曲率半徑最小的曲線計(jì)算井眼軌跡的方法。以曲率半徑最小的曲線計(jì)算井眼軌跡的方法。 裝置角裝置角：井眼軸線上某點(diǎn)的方位角與工具面之間：井眼軸線上某點(diǎn)的方位角與工具面之間的夾角。的夾角。入靶點(diǎn)入靶點(diǎn)：是指地質(zhì)設(shè)計(jì)規(guī)定的目標(biāo)起始點(diǎn)。：是指地質(zhì)設(shè)計(jì)規(guī)定的目標(biāo)起始點(diǎn)。終止點(diǎn)終止點(diǎn)：是指地質(zhì)設(shè)計(jì)規(guī)定的目標(biāo)結(jié)束點(diǎn)。：是指地質(zhì)設(shè)計(jì)規(guī)定的目標(biāo)結(jié)束點(diǎn)。

7、靶前位移靶前位移：是指入靶點(diǎn)的水平位移。：是指入靶點(diǎn)的水平位移。水平段長水平段長：入靶點(diǎn)與終止點(diǎn)的軌道長度。：入靶點(diǎn)與終止點(diǎn)的軌道長度。矩形靶矩形靶：即縱向?yàn)椋杭纯v向?yàn)閍 a米米, ,橫向?yàn)闄M向?yàn)閎 b的長方體。的長方體。調(diào)整井段調(diào)整井段：用于施工中調(diào)整井眼軌跡的井段。：用于施工中調(diào)整井眼軌跡的井段。倒裝鉆具組合倒裝鉆具組合：在鉆大斜度井段和水平段時，為了給鉆：在鉆大斜度井段和水平段時，為了給鉆頭加壓，將部分重量較輕的鉆具放至鉆具組合下部，把頭加壓，將部分重量較輕的鉆具放至鉆具組合下部，把鉆鋌、加重鉆桿等較重的鉆具放至直井段或較小井斜的鉆鋌、加重鉆桿等較重的鉆具放至直井段或較小井斜的井段的鉆具

8、組合。井段的鉆具組合。水平井分類：水平井分類： 1、長半徑水平井（小曲率水平井）：造斜率、長半徑水平井（小曲率水平井）：造斜率K6/30m，曲率半徑，曲率半徑R286.5m。 2、中半徑水平井（中曲率水平井）：造斜率、中半徑水平井（中曲率水平井）：造斜率K=6-20 /30m，曲率半徑，曲率半徑R=286.5-86m 3、短半徑水平井（大曲率水平井）：造斜率、短半徑水平井（大曲率水平井）：造斜率K=3-10 /m,曲率半徑曲率半徑R=19.1-5.73m 1 1、井下馬達(dá)、井下馬達(dá) 單彎、雙彎、鉸鏈馬達(dá)、加長馬達(dá)、非磁性馬達(dá)等。單彎、雙彎、鉸鏈馬達(dá)、加長馬達(dá)、非磁性馬達(dá)等。 其中單彎螺桿鉆具應(yīng)

9、用最多其中單彎螺桿鉆具應(yīng)用最多 單彎螺桿鉆具的設(shè)計(jì)是根據(jù)彎接頭配接普通直馬單彎螺桿鉆具的設(shè)計(jì)是根據(jù)彎接頭配接普通直馬達(dá)鉆具組合用于造斜的基本原理，按照動力鉆具在水達(dá)鉆具組合用于造斜的基本原理，按照動力鉆具在水平井中的工作要求，在現(xiàn)有直螺桿鉆具結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上平井中的工作要求，在現(xiàn)有直螺桿鉆具結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上改改制制而成的。它可以獲得較高的造斜率，為達(dá)到更好的而成的。它可以獲得較高的造斜率，為達(dá)到更好的穩(wěn)定效果，使用中通常配以上下兩個穩(wěn)定器。穩(wěn)定效果，使用中通常配以上下兩個穩(wěn)定器。井下鉆具組合井下鉆具組合動力鉆具動力鉆具 2 2、高效、高效PDCPDC鉆頭鉆頭3 3、彎接頭彎接頭：它是造斜鉆具產(chǎn)生側(cè)向力的原

10、因。彎接：它是造斜鉆具產(chǎn)生側(cè)向力的原因。彎接頭殼體上有高邊標(biāo)志線，所謂高邊即彎接頭的彎曲方頭殼體上有高邊標(biāo)志線，所謂高邊即彎接頭的彎曲方向。向。4 4、定向接頭定向接頭：其作用是支撐和固定測量儀器，使儀：其作用是支撐和固定測量儀器，使儀器測出準(zhǔn)確的工具面。器測出準(zhǔn)確的工具面。5 5、無磁鉆鋌無磁鉆鋌：無磁鉆鋌的作用一是避免由于使用鋼：無磁鉆鋌的作用一是避免由于使用鋼鉆鋌對測量儀器產(chǎn)生的影響；二是屏蔽上下鉆具及井鉆鋌對測量儀器產(chǎn)生的影響；二是屏蔽上下鉆具及井壁周圍的磁場，以保證磁性測量儀器測量結(jié)果的準(zhǔn)確壁周圍的磁場，以保證磁性測量儀器測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。性。 6 6、抗壓縮鉆桿抗壓縮鉆桿：在中曲率

11、水平井的造斜段，由于：在中曲率水平井的造斜段，由于井眼曲率較大，普通鉆鋌下不去，故在鉆柱的承壓部井眼曲率較大，普通鉆鋌下不去，故在鉆柱的承壓部分要用特種鉆桿，當(dāng)造斜率小于分要用特種鉆桿，當(dāng)造斜率小于1515/30m/30m時。時。 7 7、循環(huán)頭循環(huán)頭：當(dāng)測量儀器是有線隨鉆時，它被裝在：當(dāng)測量儀器是有線隨鉆時，它被裝在水龍帶與方鉆桿連接處，電纜由它進(jìn)入鉆桿。造斜鉆水龍帶與方鉆桿連接處，電纜由它進(jìn)入鉆桿。造斜鉆進(jìn)時，用高壓油密封電纜入口，避免泥漿外泄。每打進(jìn)時，用高壓油密封電纜入口，避免泥漿外泄。每打完一立柱，接下一立柱時，必須把測量儀器從井底提完一立柱，接下一立柱時，必須把測量儀器從井底提出，

12、接好立柱后，再把測量儀器送到井底。出，接好立柱后，再把測量儀器送到井底。常用儀器有：常用儀器有： 1 1、有線隨鉆測斜儀。、有線隨鉆測斜儀。 2 2、MWDMWD。 由探管、脈沖發(fā)生器、渦輪發(fā)電系統(tǒng)、由探管、脈沖發(fā)生器、渦輪發(fā)電系統(tǒng)、懸掛短節(jié)、地面接收系統(tǒng)組成。懸掛短節(jié)、地面接收系統(tǒng)組成。 3 3、FEWDFEWD。隨鉆測井，實(shí)現(xiàn)地質(zhì)導(dǎo)向鉆井可以控制。隨鉆測井，實(shí)現(xiàn)地質(zhì)導(dǎo)向鉆井可以控制鉆頭始終在產(chǎn)層中間鉆進(jìn)。鉆頭始終在產(chǎn)層中間鉆進(jìn)。 （1）FEWD功能及組成：功能及組成：1、隨鉆地質(zhì)參數(shù)：、隨鉆地質(zhì)參數(shù)： 雙向自然咖瑪、電阻率（雙向自然咖瑪、電阻率（4 4種探測深度）、補(bǔ)償中子孔隙度、巖石密度

13、種探測深度）、補(bǔ)償中子孔隙度、巖石密度 2、定向工程參數(shù)：、定向工程參數(shù)： 井斜角、方位角、井斜角、方位角、 磁性工具面、高邊工具面角磁性工具面、高邊工具面角3、井下儀器工況診斷：、井下儀器工況診斷： 震動傳感器、震動傳感器、 溫度傳感器溫度傳感器 4、磁參數(shù)：、磁參數(shù)： 地磁場強(qiáng)度，地磁傾角地磁場強(qiáng)度，地磁傾角地面實(shí)時監(jiān)視界面地面實(shí)時監(jiān)視界面地質(zhì)參數(shù)曲線地質(zhì)參數(shù)曲線（2）隨鉆測井隨鉆測井 用用FEWDFEWD測井曲線與鄰井測井曲線可以進(jìn)行對比測井曲線與鄰井測井曲線可以進(jìn)行對比，更準(zhǔn)確的劃分地層界面、確定標(biāo)志層深度。，更準(zhǔn)確的劃分地層界面、確定標(biāo)志層深度。（3 3） 用用FEWDFEWD測井曲

14、線確定標(biāo)志層垂深測井曲線確定標(biāo)志層垂深 （4 4）用用FEWDFEWD曲線劃分地層界面、預(yù)測到曲線劃分地層界面、預(yù)測到 油層的距離油層的距離 用自然伽瑪曲線、電阻率曲線，準(zhǔn)確的劃分出巖用自然伽瑪曲線、電阻率曲線，準(zhǔn)確的劃分出巖性界面。在隨鉆監(jiān)測中，結(jié)合巖屑錄井，分析軌跡是性界面。在隨鉆監(jiān)測中，結(jié)合巖屑錄井，分析軌跡是否接近油層，為有效調(diào)整軌跡方向提供依據(jù)。否接近油層，為有效調(diào)整軌跡方向提供依據(jù)。 FEWDFEWD的雙向的雙向自然伽瑪自然伽瑪探測半徑為探測半徑為0.30m0.30m，油層，油層伽瑪伽瑪值一般值一般在在65API65API至至80API80API之間，之間，用量的概念解釋油層變化。

15、用量的概念解釋油層變化。FEWDFEWD的的電阻率探測半徑為電阻率探測半徑為0.94m0.94m, ,油層油層電阻率電阻率值一般值一般在在7-87-8歐歐姆姆/ /米米之間。之間。 實(shí)鉆井眼軌跡與油層實(shí)鉆井眼軌跡與油層走向走向的相對位置發(fā)生變化時，的相對位置發(fā)生變化時，自然自然伽瑪伽瑪和和電阻率均有明顯的變化，因此，可根據(jù)電阻率均有明顯的變化，因此，可根據(jù)曲線曲線的相對大的相對大小及其變化判斷井眼軌跡所處位置、預(yù)測油層位置小及其變化判斷井眼軌跡所處位置、預(yù)測油層位置。（5 5） FEWDFEWD曲線變化判別軌跡接近油頂或曲線變化判別軌跡接近油頂或 油底情況油底情況1 1、小斷塊油層準(zhǔn)確描述難、

16、小斷塊油層準(zhǔn)確描述難圖（一）水平井技術(shù)難點(diǎn)（一）水平井技術(shù)難點(diǎn)油飽和度剖面動態(tài)變化過程油飽和度剖面動態(tài)變化過程2 2、剩余油定量描述難、剩余油定量描述難（一）水平井技術(shù)難點(diǎn)（一）水平井技術(shù)難點(diǎn)由于油層深埋地下幾千米，頂由于油層深埋地下幾千米，頂面起伏不平，頂面描述不準(zhǔn)確，面起伏不平，頂面描述不準(zhǔn)確，易導(dǎo)致水平井鉆入泥巖中。易導(dǎo)致水平井鉆入泥巖中。3 3、油層頂面深度精確預(yù)測難、油層頂面深度精確預(yù)測難（一）水平井技術(shù)難點(diǎn)（一）水平井技術(shù)難點(diǎn)水平段軌跡優(yōu)化設(shè)計(jì)水平段軌跡優(yōu)化設(shè)計(jì)4 4、水平井軌跡設(shè)計(jì)難、水平井軌跡設(shè)計(jì)難（一）水平井技術(shù)難點(diǎn)（一）水平井技術(shù)難點(diǎn)5 5、油層薄，中靶難、油層薄，中靶難需

17、要有合適的角度，需要有合適的角度，才能達(dá)到矢量入靶才能達(dá)到矢量入靶角度偏大角度偏大角度偏小角度偏?。ㄒ唬┧骄夹g(shù)難點(diǎn)（一）水平井技術(shù)難點(diǎn)6 6、井眼軌跡在油層最佳位置穿行難、井眼軌跡在油層最佳位置穿行難精確控制幾千米遠(yuǎn)的鉆頭走向難度大精確控制幾千米遠(yuǎn)的鉆頭走向難度大油層薄，地層傾角變化，有時上翹或下傾油層薄，地層傾角變化，有時上翹或下傾（一）水平井技術(shù)難點(diǎn)（一）水平井技術(shù)難點(diǎn)（二）水平井應(yīng)用實(shí)例（二）水平井應(yīng)用實(shí)例黃鹽平黃鹽平1 1井是江漢油田首口設(shè)計(jì)施工的采鹵連通水平井，井是江漢油田首口設(shè)計(jì)施工的采鹵連通水平井，準(zhǔn)確命中準(zhǔn)確命中B B靶與王東靶與王東12-1312-13井直接連通。完鉆井深

18、井直接連通。完鉆井深2358m2358m，水平，水平段長段長198m198m，實(shí)鉆垂深與設(shè)計(jì)相差，實(shí)鉆垂深與設(shè)計(jì)相差0.3m0.3m，A A點(diǎn)靶心距點(diǎn)靶心距1.14m1.14m，B B點(diǎn)點(diǎn)鉆入王東鉆入王東12-1312-13井半徑為井半徑為3m3m的溶腔中，實(shí)現(xiàn)了不用壓裂，兩井的溶腔中，實(shí)現(xiàn)了不用壓裂，兩井直接連通的目的。直接連通的目的。 （二）水平井應(yīng)用實(shí)例（二）水平井應(yīng)用實(shí)例1 1、直井段、直井段要求防斜打直。二開采用塔式鉆具，控制鉆壓要求防斜打直。二開采用塔式鉆具，控制鉆壓101040kN40kN，轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速117r/min117r/min，確保井斜在較低范圍內(nèi)。三開采用鐘擺鉆具，確保井斜

19、在較低范圍內(nèi)。三開采用鐘擺鉆具，鉆壓鉆壓202030kN30kN，轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速217 r/min217 r/min，井斜控制在，井斜控制在2 2以內(nèi)，取得了以內(nèi)，取得了較好效果。鉆具組合為：較好效果。鉆具組合為：215.9mmPDC+158.75mm215.9mmPDC+158.75mm無磁鉆鋌無磁鉆鋌1 1根根+158.75mm+158.75mm鉆鋌鉆鋌1 1根根+214mm+214mm穩(wěn)定器穩(wěn)定器+158.75mm+158.75mm鉆鋌鉆鋌1 1根根+214mm+214mm穩(wěn)定器穩(wěn)定器+158.75mm+158.75mm鉆鋌鉆鋌6 6根根+127mm+127mm鉆桿鉆桿2 2、造斜段、造斜段

20、從從1527m1527m開始定向造斜，施工措施與常規(guī)定向井，水平井基本相開始定向造斜，施工措施與常規(guī)定向井，水平井基本相同，滑動鉆進(jìn)時造斜率為同，滑動鉆進(jìn)時造斜率為0.340.340.40.4/m/m，復(fù)合鉆進(jìn)時井斜變化率，復(fù)合鉆進(jìn)時井斜變化率為為0.020.020.050.05/m/m。2050m2050m以后，以后，垂深垂深1988m1988m，進(jìn)入潛二段，進(jìn)入潛二段1616韻律的韻律的鹽層，按照正常鉆進(jìn)規(guī)律，鹽層滑動鉆進(jìn)造斜率偏低，復(fù)合鉆進(jìn)時鹽層，按照正常鉆進(jìn)規(guī)律，鹽層滑動鉆進(jìn)造斜率偏低，復(fù)合鉆進(jìn)時降斜，為了解決這個問題，采取通過提高鉆具造斜力的方法來克服降斜，為了解決這個問題，采取通過

21、提高鉆具造斜力的方法來克服鹽層造斜率的不足，螺桿本體扶正器增大為鹽層造斜率的不足，螺桿本體扶正器增大為213mm213mm，造斜率仍保，造斜率仍保持在持在0.330.330.460.46/m/m，復(fù)合鉆進(jìn)井斜變化率，復(fù)合鉆進(jìn)井斜變化率0.010.010.040.04/m/m，基本，基本保證了全井段軌跡控制的穩(wěn)定性。保證了全井段軌跡控制的穩(wěn)定性。在進(jìn)入純鹽層鉆進(jìn)時，為了防止鉆進(jìn)速度過快發(fā)生鹽卡事故，首在進(jìn)入純鹽層鉆進(jìn)時，為了防止鉆進(jìn)速度過快發(fā)生鹽卡事故，首先，控制鉆時先，控制鉆時6 610min/m10min/m；其次，每鉆進(jìn)；其次，每鉆進(jìn)3 34m4m上提鉆具劃眼一次上提鉆具劃眼一次；然后，鉆進(jìn)；然后，鉆進(jìn)606080m80m短起下一次，及時清除巖屑床，防止鹽卡事短起下一次，及時清除巖屑床，防止鹽卡事故。故。（二）水平井應(yīng)用實(shí)例（二）水平井應(yīng)用實(shí)例3 3、水平段、水平段 水平段從水平段從A A點(diǎn)到點(diǎn)到B B點(diǎn)，靶框?yàn)橹饾u變小的楔形靶，點(diǎn)，靶框?yàn)橹饾u變小的楔形靶，且全部在純鹽巖層中鉆進(jìn)，由于且全部在純鹽巖層中鉆進(jìn)，由于B B點(diǎn)垂深只下移點(diǎn)垂深只下移0.3m0.3m ，基本是平直的，從，基本是平直的，從A A點(diǎn)開始下入點(diǎn)開始下入1