定向井托压问题原因分析及解决措施
王伟忠庞永海张琦
随着陆地油气的不断开发，今后在浅海及陆地上大位移、大井斜井将不断增多，在油田进入后期及采收水平的不断发展，陆地上的一些老井要进行二次开发，所以开窗侧钻井的不断增加也是钻探的一个必然趋势。大港油田从2003年开始在油区内布水平井和大井斜井也在逐年增加，为了确保施工的顺利，减少事故复杂，这对钻井液技术水平的要求更加严格，大井斜、大位移的定向井及水平井在除了对润滑防卡、井壁稳定等要求更加严格以外，对定向井定向过程中托压问题的解决也是我们目前施工中存在且迫切要求解决的一个重要问题。在定向井的施工中托压的产生不仅严重影响钻井队的施工进度而且很容易造成压差卡钻，给施工造成重大的经济损失。
施工统计：2004年泥浆二中队施工井情况
托压产生在直井反扣或定向井多次反扣的定向过程中、开窗侧钻井开窗侧钻,定向中、水平井70-90度的定向过程中；托压由于井眼轨迹以及各种阻力的原因使得钻具加压后，压力很难传递到钻头；从综合录井仪器及指重表看，就是在钻压不断增加的前提下，钻头的位置不变、没有进尺，泵压不升高、不憋泵，在钻压继续增加的时可能会突然憋泵。定向井托压一方面影响正常的定向施工，另一方面如操作不当易产生卡钻。
二、原因分析：
1、井眼轨迹差：
定向中的托压与施工的井眼轨迹有很大的关系，在施工井中每年定向井占60%、直井40%，在实际施工中其中有一部分直井或定向井都会因为地层或施工的原因造成井眼轨迹偏离设计，这时就要进行导向反扣钻进，而且一部分井会因为某种原因进行反扣几次，从而造成井眼轨迹不好。在井眼轨迹不好的前提下改变钻具结构进行反扣定向时，由于钻具刚性的问题在加压时钻具的某一点会支撑在井壁上此时往往会出现托压现象。由于井眼轨迹差造成的托压，在加压后上提的过程中上提的附加拉力不会很大，即和平时的附加拉力相差不多，一般不会超过下压的压力。
定向井的井眼轨迹与造斜率有一定的关系，造斜率越小井眼轨迹就越平滑施工中产生托压的现象就少，在水平井的施工中，长半径的水平井较中半径、短半径水平井产生托压的几率要小的多。
2、井眼不干净，有岩屑床的存在：
造成定向井定向过程中、直井反扣过程中托压的另一个原因是井眼不干净，下井壁有岩屑床的存在。
造成井眼不干净的原因主要有以下几点：
（1）、泥浆的本身流变性能不好，不能满足携带岩屑的需求；
（2）、泥浆泵排量不能满足要求使得钻井液在井眼中的上返速度达不到要求；
（3）、在钻进的过程中长时间或长的井段不进行短起下作业及时挂拉井壁这些都是造成井壁不干净岩屑不能及时被清除的原因；
（4）、指地面的净化设备差，即地面净化设备对被泥浆携带的有害固相、岩屑等清除的能力差，使得有害固相又重新进入井内。
（5）、另外就大井斜定向井及水平井来说45-90度本身存在一个岩屑携带困难。在定向的过程中钻具与井壁是滑动摩擦，岩屑床的存在使得其间的滑动摩擦力增大，从而造成定向过程中托压。岩屑床的存在一般是明化镇以下的地层，以下的地层岩性较硬，对定向钻进影响较大。对大井斜定向井及水平井来说在明化镇中施工很少有托压产生，而在沙河街、孔店中施工岩屑床的存在易造成托压。
3、泥饼虚厚、泥浆的摩阻系数大：
在定向井的施工中接单根、起钻时的上提拉力的大小除了与井眼净化等有关系以外与泥浆的摩擦阻力系数有很大的关系，摩阻系数越小钻具下滑的阻力也就越小，反之越大即易产生托压现象。
泥浆由于固相含量等原因造成泥饼虚厚时也易产生定向过程中托压，泥饼越虚厚与钻具的接触面积越大，易造成粘卡，泥饼需厚造成的钻具托压的现象与井眼轨迹不好造成的现象有所不同，由于泥饼需厚造成的托压在加大的压力后（如30吨钻压），有时会突然憋泵，在上提的过程中上提附加拉力会大于下放的压力。很多定向井在定向中由于托压后加压不当造成粘卡。
例如2001年施工的小9-7井在过了石膏层以后由于井斜方位偏离设计进行反扣，在反扣中由于托压，工程施工不当把90吨钻具全部加上，造成卡钻，泡解卡剂后解卡。
三、解决措施：
1、加强井眼轨迹的控制、改变钻具结构：
井眼轨迹差造成的托压，解决措施主要是工程加强井眼轨迹的控制，在大井斜大位移定向井中全井跟导向，控制井眼轨迹避免井斜方位等偏离设计进行反扣，另外针对井眼轨迹不好的情况产生的托压现象，最有效的解决措施是简化钻具结构，减少钻挺的数量，增加加重钻杆的数量，从而降低钻具的刚性，减少钻具与泥饼的接触面积防止托压和粘卡。在女22x1K 井斜21度地层沙二施工中产生托压现象，在加入原油、润滑剂、短起下等均无效的前提下最后简化钻具结构，简化钻具结构后定向正常。在今年的水平井施工中定向中采用的钻具结构一般都是马达+MWD+LWD+加重钻杆，在70度以后采用倒装钻具马达+MWD+LWD+钻杆+加重钻杆，整个钻具结构中不含钻挺，钻具中直径大的仪器马达+MWD+LWD加起来也只不过20多米，这样的钻具结构钢性不强，加上定向中全井导向所以很少产生因井眼轨迹和钻具结构产生的托压。所以水平井井中产生的托压主要从井眼净化、润滑、司钻操作等方面采取措施。
2、加强净化：
加强净化包括井眼的净化和地面泥浆通过地面固控设备的净化。
（1）加强泥浆的携砂性能：
在近年来施工的定向井基本都采用PDC加导向马达技术，进尺相对较快、岩屑被研磨的较细，这给井眼净化都带来一定的难度。不同的井眼钻进时排量的要求是，对于ф311井段，排量须高于3.4m3/min，ф216井段则要高于1.1m3/min，那么实际钻进时，ф311井段要上返速度0.8-1.2m/s求排量达到3.6m3/min，ф215.9上返速度1-1.5m/s，井段要求排量在泵压许可条件下，尽量开大，使之大于1.5m3/min。
另外根据井下返砂情况调整泥浆的流变参数，对于低固相聚合物钻井液来说泥浆的动塑比要求控制在0.42-0.50之间，对岩屑的携带效果较好，在泥浆粘切方面，大井斜定向井粘度控制在48s以上，高的粘切有利于防止钻屑的垂直沉降，在港H1施工中50-60度时由于加入有机正电胶后泥浆的粘度降低42s左右，井下返砂效果不好同时出现定向过程中托压，提高泥浆粘度到50s以后井下正常，另外在女MH4、西H1、扣3-1等井同样粘度控制在50s以上返砂效果较好。
（2）加强固控设备的使用：
泥浆中有害固相、劣质般土等含量过高易造成泥饼需厚，在定向钻进中易造成粘卡。所
以使用好离心机、震动筛加强有害固相的清除是加强泥浆净化的关键，泥浆本身的携带岩屑的效果再好，如果地面设备利用效果差，被携带上的有害固相同样又进入井下对井眼的净化造成破坏。
（3）加强短起下作业破坏井壁岩屑床：
在施工中我们主要是控制好泥浆的流型以外要定期（150-200米）进行一次短起下作业，用物理的方式清楚井壁上的岩屑，破坏井壁上形成的岩屑床。在大井斜定向井40度以后岩屑易沉在下井壁形成岩屑床，注意的是每次短起下的长度尽量拉到上次短起下井深以上200-300米，水平井可以拉到20-30度井斜的井段，因为在定向井施工中的钻具结构中往往带几柱钻挺，在新施工的井眼中由于钻挺的存在新井眼的环空泥浆上返速度较大，岩屑床一般沉在老井眼中，所以有的井队在施工中只拉新施工过的井段对破坏岩屑床的作用很小。
3、加强泥浆的润滑性，改善泥饼质量：
加强泥浆润滑性方面，具体做法是，首先是加强润滑剂的加量；其次是润滑剂之间的配合使用。
在定向井中一般定向时要混入原油，原油虽然有能很好润滑性但原油的加入会时泥饼质量变差。为此我们在定向井的施工中原油最好配合水基润滑剂共同使用。这样既解决了润滑问题又解决原油加量大造成的泥饼需厚。
在定向中滑动摩察的随着摩察阻力系数的增加而增大，解决的措施是在泥浆中混入一定量的原油约3-5%，原油含量最好不要超过9-10%，同时在改善泥饼质量方面可以加入磺化沥青、酚醛树脂等泥浆材料，好的泥饼质量会减少因托压而造成的粘卡现象。另外在润滑剂方面除了液体润滑剂以外，固体及极压润滑剂也是减少托压有效方式。在硬地层定向井定向时产生托压时一次加入200-300 kg 膨化石墨对由于润滑性差产生的托压有很好的效果，在板北11x1、扣3-1井、女MH4井中应用有很好的效果，加入后等到材料返到环空时，托压现象明显减轻，使得定向钻进能正常进行。另外膨胀石墨配合润滑剂使用可以一定程度的降低钻具的扭距。如港10-66井是一口三维井身结构的大井斜、大位移定向井，施工中本井钻进到1400米以后按设计要求进行扭方位，增斜钻进，由原来井斜41.20度、方位258度，扭为井斜57.44度、方位205度。钻进中钻具的扭具增到30kn/m，加后膨胀石墨后扭距变为21-24KN/m 。
（责任编辑：伍勇）
定向井技术(入门基本概念)
定向井技术（部分） 编制：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。 K= v a SIN l l a 2*22 ?? ? ????Φ+??? ???? 式中： 均值 相邻两点间井斜角的平际长度 相邻两测点间井段的实的增量相邻两测点的增量相邻两测点----?--?Φ--?v a l a 方位角井斜角 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）αA ：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）ΦA ：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）S B ’：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）ΦS ：闭合距的方位角，也称“闭合方位角”。单位为“度”； 7）L A ：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）H A ：A 点的垂深，即L A 在H 轴上的投影。 H A 也是A 点的H 坐标值。同样，A 点在NS 轴和EW 轴上的投影，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
１、随井斜角的增加，岩屑在环空中的运移状态和规律与直井有何差别？ 答：在直井中，岩屑下滑速度（Vs）与岩屑受重力作用方向一致，不存在指向下井壁的径向分量（Vsr）与指向井底的轴向分量（Vsa）；但随井斜角的增加，下滑速度(Vs)亦随之增加，当井斜角为90°时径向分量（Vsr）增为最大值；而轴向分量（Vsa）则随井斜角的增加而降低，当井斜角为90°时轴向分量（Vsa）降为零。 ２、根据Tomren等人的研究成果，岩屑运移规律按井斜角可分为几种类型？ 答：①井斜角0～θα之间井段 岩屑在环空中受重力作用而下滑的方向是垂直于水平面，岩屑在井眼中，当钻井液上返速度稍微大于岩屑在钻井液中的下滑速度时，只要不停止循环，岩屑总会慢慢地被带出井简，不存在岩屑床。 ②井斜角在θα～θβ之间井段 当井斜角增大至θα时，径向分量（Vsr）增大至足以使岩屑脱离钻井液流，滞留井眼底侧并滑向液流的反向而形成岩屑床，而且当钻井液停止循环时，岩屑床受重力作用而存在下滑趋势。 ③井斜角在θβ～90°之间井段 井斜角超过θβ，轴向分量（Vsa）将逐渐降至零，岩屑沉淀并聚集在钻杆周围的井眼底侧，即使钻井液停止循坏，岩屑床也不再向下滑动。这里θα、θβ称为临界井斜角。 ３、大斜度大位移定向井的井斜角一般在多少度左右？ 答：大斜度大位移定向井的井斜角一般都大于45°，在70°左右。 ４、岩屑上返最困难的井段一般处于井斜角的多少度的井段中？为什么？ 答：岩屑上返最困难的井段一般处于井斜角在30°～65°之间的井段，因为在这一段，不仅岩屑床容易形成，而且岩屑床存在下滑趋势，使岩屑床的厚度不断增加。 ５、在大斜度大位移定向井中影响岩屑正常上返的因素主要有以下几点？ 答：①井筒中钻井液的上返速度 环空返速越大，岩屑越容易上返，井筒中越不易形成岩屑床；然而，若环空返速过大，会冲蚀井壁，使井壁坍塌，也会造成岩屑混杂，影响岩屑录井质量。大量实验表明，在30o一90o井斜角范围内，环空岩屑成床的临界返速为0.8—1.0m/s。 ②钻井液的流变参数 钻井液流变性能是影响岩屑上返能力的极为重要的因素。 层流状态下，钻井液流速较低时，提高钻井液的动切力和动塑比，可获得较好的携岩效果；井斜角较小时，动切力的作用是明显的；但随着井斜角增大，动切力的作用减弱，在大斜度和水平井段，动切力的作用变小甚至可以忽略，但动塑比对携岩的影响仍较大。
第二章定向井的设计 2.1 定向井设计的准备 2.1.1 定向井基本技术术语 钻井工程师首先必须熟练定向井中的一些术语。 (1) 造斜点，Kick-Off Point 或 K.Ｏ.P，即井眼开始从垂直井段倾斜的起点。 (2) 井斜角，Inclination或INC，即井眼某一点的轴线的切线与铅直线之间的夹角。 (3) 方位角是表示井眼偏斜的方向，它是指井眼轴线在水平面的投影的方向与正北方向之间的夹角。 (4) 井斜变化率，指单位长度（100英尺或30米）内井斜角的变化值，而单位长度内方位角变化值则称为方位变化率。 (5) 垂深(True Vertical Depth)，TVD，深度零点到测点水平面的距离。 (6) 闭合距和闭合方位，闭合距指水平面上测点到井口的距离；闭合方位即在水平投影图上，测点与井口联线与正北方向的夹角 (7) Lead Angle，导角或方位提前角，预计造斜时的方向线与靶点方向线(目标方向)的夹 角。 2.1.2 作业者应提供的设计资料 (1) 井名、数量、地区； (2) 井的垂深； (3) 水平位移与方位； (4) 靶区描述与限制； (5) 井眼尺寸与套管程序； (6) 泥浆程序； (7) 邻井位置及可能的测斜数据； (8) 邻井的钻井资料； (9) 钻井承包商的名称及钻机号； (10) 钻杆描述 (11) 钻铤及加重钻杆的资料； (12) 泵型号、马力、缸套尺寸、冲程及额定泵压等； (13) 工具运输和人员计划； (14) 能提供的通讯； (15) 承包商及作业者代表的名字与电话； (16) 钻井工具的最小井径； (17) 定向钻井人员的食宿； (18) 狗腿严重度限制； (19) 轨迹测量方式； (20) 任何其他有关情况。 2.1.3 服务公司应提供的设计资料 (1) 一份(或几份)定向井设计图； (2) 服务公司计划提供的工具及设备清单； (3) 非磁钻铤的要求；
定向井常规控制理论 一、川东地区定向井概况 四川石油管理局川东钻探公司是全国大型专业化钻井公司，地处四川盆地东部。公司在川东地区高陡构造上面临井深(平均4500～5000米；最深达6016米)、地层倾角大(一般30～60°，最大达80°)、断层多、地层硬及高温、高压、高含硫、地质靶区狭窄等一系列恶劣的地层条件，实施钻井勘探作业已四十载。经过多年的探索，研究，使公司形成了独具特色的深井工艺技术，能承担各类深井、复杂井、工艺井技术作业。 定向井公司是川东钻探公司所属的专门从事定向井、特殊工艺井技术开发研究及技术服务、钻井工程设计的技术服务公司，我公司拥有业务熟练、工作态度踏实、任劳任怨、纪律性强的钻井专业技术人员和先进的工具仪器装备。目前已完成定向井、中靶工艺井及套管开窗侧钻井170余口，均准确中靶，为我局的油气勘探做出了突出贡献。所钻定向井中水平位移最大达1231.1米(茨竹1井)，最大井斜角56.3°(塔中59井)，完钻井井深最深5810米(云安7-1井)，造斜点最深4539米(龙会2井)，高精度双靶定向井，实钻靶心距仅1.54 m(下25井)。近年来分别到贵州、新疆、湖北、青海、河南及新星公司等油田进行了定向井技术服务，所承包的项目技术指标均达到甲方的要求。 （一）发展历史 第一阶段（1988年以前），为培训专业技术人才和专业工具配套准备阶段。在此期间，主要采用井下定向或地面定向的方法，成功地完成了数十口难度较大的定向侧钻井，其中有大井眼硬地层的定向侧钻井，如池2、罐8井等，也有小井眼深井段逆地层自然造斜方向的定向侧钻井，如卧90、板东14等井。这些井主要是井下事故难以处理及井斜超标，难以钻达地质目标而实施的定向侧钻井。该阶段主要成果是：成功地自行设计和指导完成川东钻探公司成立以来第一口定向井——天2井。 第二阶段（1989～1999年），为公司全面开展高陡构造定向钻井研究和实践阶段，以
第六章定向井设计暨c o m p a s s操作指南 一、定向井设计需要的基本数据 1、单井 (1) 所钻井井口的大地坐标，靶点的大地坐标并给出相应的经纬度，以及定向井的靶区描述（如定向 井靶点半径，水平井等）。 (2) 井身结构及套管程序（给定垂深），以及所用套管的型号和单位重量。 (3)若下抽油泵，请给定垂深和该垂深下的前后井段。 (4) 该井所在地区的详细地质资料（包括地质分层，岩性及风险提示等）。 (5) 该井分段所用的泥浆比重，塑性粘度，切力，屈服值等。 (6) 钻机的游动系统重量，以及泥浆泵型号及功率和提供的工作排量。 2 ，二、 少钻井工序，降低摩阻，减少钻井时复杂情况和事故发生的可能性。 （2）．井身结构 根据地质要求和钻井目的，决定选用何种井身结构。 （3）．造斜点 造斜点应选在稳定、均质、可钻性较高的地层。造斜点深度的选择应考虑如下几点： A.相邻井的造斜点上下至少要错开15米以上，通常错开30～50米，防止井眼间窜通和磁干扰； B.中间井口用于位移小的井，造斜点较深。外围井口用于位移较大的井，造斜点较浅； C.如果设计的最大井斜角超过采油工艺或常规测井的限制或要求，应将造斜点提高或增加设计造斜率。 (4)．造斜率 在丛式井中，通常设计各井的造斜率为7～16°米。
(5)．最大井斜角 在保证油田开发要求的前提下，尽量不使井斜角太大，以避免钻井作业时，扭矩和摩阻太大，并保证其它作业的顺利进行，如电测、下套管作业等。常规测井工具通过的井段其最大井斜为62°。如果初始设计出最大井斜角达60°以上，则应适当调整造斜点和造斜率，使最大井斜不超过60°。当然，在一个丛式井平台上，可选择几口边缘井打水平井，以充分地利用平台，扩大采油面积。 (6)．井口分配 井口分配应考虑如下几点： A.用外围的井口打位移大的井，用中间的井口打位移较小的井。 B.按整个井组的各井方位，尽量均布井口，使井口与井底连线在水平面上的投影图尽量不相交，且成放射状分布，以方便轨迹跟踪。 C.考虑到钻井平台的最大额定载荷分布，将井斜大、位移大、井深较深的井安排在平台额定载荷大的地方。 D.如果按照（1）、（2）、（3）的顺序仍有不能错开的井，可以通过调整造斜点或造斜率的方法来解决。 ( 7)．防止井眼相碰 直井段的井身要符合要求，762毫米（30英寸）套管要求倾斜度小于0.5～l°。同排井在方位上要错开，避免干扰。邻井采用不同造斜率。 表层套管下深要错开，斜井段在空间交叉的井，最小距离为20米，直井段安全圆柱半径为15米。 (8)．合理安排钻井顺序 首先要按地质、开发部门有关注水配产要求和进一步对地层情况的掌握来进行。可采用先外排井，后内排井的顺序，防止内排岩屑堆集须进行清理；或由底盘一侧向另一侧推进的方式。 选择好一条合理的钻台井架移动路线，可省时省力。 (9)．使用优质钻井液，减少摩阻。对于井斜过大、水平位移过大的井，采用顶部驱动钻井装置来改善钻井作业。 (10)．上部井段采用集束钻井或集中打表层方式，可节约时间，提高钻井速度。 三、钻井平台位置优选 对于丛式井来说，优选平台位置，比一口定向井的设计更重要，且影响更大。除了考虑钻井工程方面的情况以外，还要考虑输油管道的建设、井场的地貌情况等，单从定向钻井的角度来优选，通常采用两种优选方式，一是累计水平位移最小，二是累计井深最少。 1．累计水平位移最小的平台位置优选 无论平台位置如何，靶点位置是一定的。因此，计算平台位置与靶点的距离，并使累计值最小就是这种优选方式的关键。 靶点位置通常以座标值给定，即（X，Y）值，值得注意的是X值是南北方向的座标值，Y值是东西方向的座标值，即X值相当于北南位移，Y值相当于东西位移，水平位移的计算可依据两点间的距离公式来求到： 2．累计井深最少的位置优选 采用这种优选方式，首先要依照井底和井口位置进行试算。把所有井的轨迹全部设计出来，计算出累计的井深，然后改变井口位置，重新作轨迹设计，直到设计出最小的累计井深。 无论哪一种平台位置优选方式，在确定其优选的井口位置时，必须保证所有井都能打成。因此，第一是平台上的少数井的水平位移不能特别大；第二是少数井的总井深不能特别深；第三是为了有利于进行丛式井作业，应尽可能少地进行绕障作业，至少在丛式井设计中，基本上不存在绕障问题。
定向井钻井参数设计 刘嘉 中石油胜利石油工程有限公司钻井技术公司 摘要：科技的发展，人口的剧增，造成了对能源的巨度消耗。这迫使人类去寻找更多的能源来满足这样的消耗，而石油便是其中之一。在脚下的土地中，蕴含着大量的石油能源需要去勘探，这边需要有先进的开采技术，若是因开采方式的不当而造成对能源的大量浪费，便是得不偿失了。 一、定向井钻井技术概述 定向井技术是当今世界石油勘探开发领域最先进的技术之一，也是如今使用的越来越频繁的技术。采用定向井技术开采石油，不仅可以在地下环境条件的严格限制下经济而有效的开发石油资源，在大幅度提高油气产量的同时，又不会对自然环境造成污染，是一项具有显著的经济效益的技术手段。 1.定向井：定向钻井是使井眼沿盂县设计的井眼轴线（井眼轨迹）钻达预定目标的钻井过程。 2.定向井的分类：按照井型的不同，可将定向井分为常规定向井（即最大井斜角在60°以内的定向井）、大斜度定向井（最大井斜角在60°到90°之间，也成为大斜度井）、水平井（最大井斜角保持在90°左右的定向井）、分支井、联通井。 二、定向井的设备介绍 1.泥浆马达：以泥浆作为动力的一种螺杆状的井下动力钻具，主要由旁通阀总成、马达总成、万向轴总成、驱动轴总成和放掉总成等部分组成。 2.扶正器：在钻井过程中起支点作用，通过改变其在下部钻具中的位置可以改变钻具的受力状态，从而达到控制井眼轨迹的目的。 3.非磁钻铤：在钻具组合中使用非磁钻铤可以有效的放置由于钻具本身所带来的磁干扰，减少测量过程中的误差，使测量结果真实、有效。 4.浮阀：一个用来防止泥浆倒流损害井下工具及防止钻头水眼被堵的工具。 5.定向接头：为定向仪器提供稳定性的工具，便于准确了解马达等井眼下工具的方向，从而能够为下不作业的顺利进行提供保障。 三、定向井参数设计：
定向井钻井工程师技术等级晋升标准 四级工程师 1专业理论知识 1.1了解钻井工艺的主要环节（如钻进、下套管、注水泥、电测等）及其实现方法； 1.2能看懂定向井工程设计书内容； 1.3熟知各种常规钻具和套管的技术规范和机型； 1.4了解钻井设计的基本原则、设计程序、设计内容； 1.5掌握井眼轨迹计算参数和计算方法； 1.6掌握定向井专用工具的工作原理及其技术规范； 1.7掌握单点、电子多点、地面记录陀螺的工作原理和技术规范； 1.8掌握井下动力钻具的工作原理、内部结构和技术规范； 1.9了解海洋钻井平台主要设备及其技术性能规范； 1.10了解海洋钻井平台主要仪器、仪表的用途及其技术性能； 1.11掌握海洋常用的钻井工具及其技术规范； 1.12了解钻井取芯基本原理； 1.13了解海洋钻井作业的基本安全常识。 2操作知识 2.1掌握单点、电子多点和地面记录陀螺操作技能，能独立地进行井眼轨迹参数测量和计算； 2.2会正确选用定向井专用工具，并能正确组合； 2.3会正确选用动力钻具，掌握其正确操作要领； 2.4能正确判断钻井指重表、泵压表、扭矩表、流量表，并根据以上仪表读数判断井下情况（如钻压、遇卡、遇阻等）； 2.5会正确选用配合接头及其上扣扭矩； 2.6能正确选用各种钻井工具，并掌握其操作要领； 2.7会看懂较复杂的钻井工具装配图，并能绘制简单零配件的机加工图； 2.8会记录钻井班报表、日报表以及定向井测量数据记录； 2.9能进行日常定向井专业英语交流； 2.10能识别各种型号取芯工具、取芯钻头基本类型和应用范围、性能参数，以及组装、保
养取芯工具的技能。 2.11油田常用单位（英制）和公制单位熟练换算； 2.12能用英语进行作业技术交流。
第六章定向井设计暨compass操作指南 一、定向井设计需要的基本数据 1、单井 (1) 所钻井井口的坐标，靶点的坐标并给出相应的经纬度，以及定向井的靶区描述（如 定向井靶点半径，水平井等）。 (2) 井身结构及套管程序（给定垂深），以及所用套管的型号和单位重量。 (3)若下抽油泵，请给定垂深和该垂深下的前后井段。 (4) 该井所在地区的详细地质资料（包括地质分层，岩性及风险提示等）。 (5) 该井分段所用的泥浆比重，塑性粘度，切力，屈服值等。 (6) 钻机的游动系统重量，以及泥浆泵型号及功率和提供的工作排量。 (7) 可提供的钻杆和加重钻杆钢级、公称尺寸，震击器型号，钻头类型等等。 (8) 给定工程设计标准及特殊要求。 (9) 该区域已钻井的定向井资料。 2、丛式井 (1) 平台的槽口分布，槽口间距，平台结构北角，该平台的中心坐标（坐标）和经纬度，以及覆盖区所有已钻井（包括探井）的井眼轨迹数据（井斜、方位等）。 (2) 丛式井的井口和靶点坐标及靶点垂深，定向井的靶区描述（如定向井靶点半径，水平 井等），以及油底垂深和口袋长度等。 (3) 井身结构及套管程序（给定垂深），所用套管的型号和单位重量等。. (4) 若下抽油泵，请给定垂深和该垂深下的前后井段。 (5) 该井所在地区的详细地质资料（包括地质分层，岩性及风险提示等）。 (6) 该井分段所用的泥浆比重、塑性粘度、切力、屈服值等。 (7) 钻机的游动系统重量，以及泥浆泵型号及功率和提供的工作排量等。 (8) 可提供的钻杆和加重钻杆钢级、公称尺寸，震击器型号，钻头类型等等。 (9) 该区域已钻井的定向井资料。 (10) 给定工程设计标准及特殊要求。 二、丛式井设计 1．丛式井的概念 丛式井是指一组定向井（水平井），它们的井口是集中在一个有限围，如海上钻井平台、沙漠中钻井平台、人工岛等。丛式井的广泛应用是由于它与钻单个定向井相比较，大大减少钻井成本，并能满足油田的整体开发要求。 2．丛式井设计应考虑的问题 （1）．井身剖面 在满足油田开发要求的前提下，尽量选择最简单剖面，如典型的“直一增一稳”三段制，这样将减少钻井工序，降低摩阻，减少钻井时复杂情况和事故发生的可能性。 （2）．井身结构 根据地质要求和钻井目的，决定选用何种井身结构。
第三章定向井、水平井井身轨迹控制技术 第一节定向井、水平井井眼轨迹控制理论 无论是定向井，还是水平井，控制井眼轨迹的最终目的都是要按设计要求中靶。但因水平井的井身剖面特点、目的层靶区的要求等与普通定向井和多目标井不同，在井眼轨迹控制方面具有许多与定向井、多目标井不同的新概念，需要建立一套新的概念和理论体系来作为水平井井眼轨迹控制的理论依据和指导思想。 我们在长、中半径水平井的井眼轨迹控制模式的形成和验证过程中，针对不断出现的轨迹控制问题，建立了适应于水平井轨迹控制特点的几个新概念。 一、水平井的中靶概念 地质给出的水平井靶区通常是一个在目的层内以设计的水平井眼轨道为轴线的柱状靶，其横截面多为矩形或圆。我们可以把这个柱状靶看成是由无数个相互平行的法面平面组成，因此，控制水平井井眼轨迹中靶，与普通定向井、多目标井是个截然不同的新概念，主要体现是: 井眼轨迹中靶时进入的平面是一个法平面（也称目标窗口），但中靶的靶区不是一个平面，而是一个柱状体，因此，不仅要求实钻轨迹点在窗口平面的设计范围内，而且要求点的矢量方向符合设计，使实钻轨迹点在进入目标窗口平面后的每一个点都处于靶柱所限制的范围内。也就是说，控制水平井井眼轨迹中靶的要素是实钻轨迹在靶柱内的每一点的位置要到位（即入靶点的井斜角、方位角、垂深和位移在设计要求的范围内），也就是我们所讲的矢量中靶。 二、水平井增斜井段井眼轨迹控制的特点及影响因素 对一口实钻水平井，从造斜点到目的层入靶点的设计垂深增量和水平位移增量是一定的，如果实钻轨迹点的位置和矢量方向偏离设计轨道，势必改变待钻井眼的垂深增量和位移增量的关系，也直接影响到待钻井眼轨迹的中靶精度。 水平井钻井工程设计中所给定的钻具组合是在一定的理论计算和实践经验的基础上得出的，随着理性认识的深化和实践经验总结，设计的钻具组合钻出实际井眼轨迹与设计轨道曲线的符合程度会不断提高。但是，由于井下条件的复杂性和多变性，这个符合程度总是相对的。实钻井眼轨迹点的位置相对于设计轨道曲线总是会提前、或适中、或滞后，点的井斜角大小也可能是超前、适中、或滞后。 实钻轨迹点的位置和点的井斜角大小对待钻井眼轨迹中靶的影响规律是： ①实钻轨迹点的位置超前，?相当于缩短了靶前位移。此时若井斜角偏大，会使稳斜钻至目的层所产生的位移接近甚至超过目标窗口平面的位置，必将延迟入靶，且往往在窗口处脱靶。 ②轨迹点位置适中，?若此时井斜角大小也适中，是实钻轨迹与设计轨道符合的理想状态。但若井斜角大小超前过多，往往需要加长稳斜段，可能造成延迟入靶，或在窗口处脱靶。 ③轨迹点的位置滞后，?相当于加长靶前位移。此时若井斜角偏低，就需要提高造斜率以改变待钻井眼垂深和位移增量之间的关系，往往要采用较高的造斜率而提前入靶。 实践表明，控制轨迹点的位置接近或少量滞后于设计轨道，并保持合适的井斜角，有利于井眼轨迹的控制。点的井斜角偏大可能导致脱靶或入靶前所需要的造斜率偏高。实际上，水平井造斜段井眼轨迹控制也是轨迹点的位置和矢量方向的综合控制，这对于没有设计稳斜调整段的井身剖面更是如此。 在实际井眼轨迹控制过程中，我们根据造斜段井眼轨迹控制的新概念和实钻轨迹点的位置、点的井斜角大小对待钻井眼轨迹中靶的影响规律，将造斜井段井眼轨迹的控制程度限定在有利于入靶点矢量中靶的范围内。也就是说，在轨迹预测计算结果表明有余地、并有后备工具条件时，应当充分发挥动力钻具的一次造斜能力，以提高工作效率，减少起下钻次数。 三、井身剖面的特点及广义调整井段的概念
定向井和水平井钻井技术 第一节 定向井井身参数和测斜计算 一．定向井的剖面类型及其应用 定向钻井就是“使井眼按预定方向偏斜，钻达地下预定目标的一门科学技术”。定向钻井的应用范围很广，可归纳如图9－l 所示。 定向井的剖面类型共有十多种，但是，大多数常规定向井的剖面是三种基本剖面类型，见图9－2，称为“J ”型、“S ”型和连续增斜型。按井斜角的大小范围定向井又可分为： 一、专业名词 1．定向井（Directional Well ） 一口井的设计目标点，按照人为的需要，在一个既定的方向上与井口垂线偏离一定的距离的井，称为定向井。 2．井深（Measure Depth ） 井眼轴线上任一点，到井口的井眼长度，称为该点的井深，也称为该点的测量井深，或斜深。单位为“m ”。 3．垂深（Vertical Depth or True Vertical Depth ） 井眼轴线上任一点，到井口所在水平面的距离，称为该点的垂深。通常以“m ”为单位。 4．水平位移（Displacement or Closure Distance ） 井眼轨迹上任一点，与井口铅直线的距离，谓之该点的“水平位移”。也称该点的闭合距。其计量单位为“m ”。 5．视平移（Vertical section ） 水平位移在设计方位线上的投影长度，称为视平移。如图10—1所示，为设计方位 线，T O 曲线为实钻井眼轴线在水平面上的投影，其上任一点P 的水平位移为OP ，以 A P 表示。P 点的视平移为OK ，其长度以V P 表示。当OK 与OQ 同向时V P 为正值，反向时为负值。视平移是绘制垂直投影图的重要参数。单位为m 。 6．井斜角（Hole Inclination or Hole Angle ）
轨 道 设 计 一． 井身轨道设计方法 (一) 定向井/水平井两维剖面设计方法和设计类型选择 1．前言： 常规定向井/水平井剖面类型有十一种，每一种类型的设计方法又很多。过去大多数文献介绍的剖面类型不全面、设计方法也很单一，公式复杂，不利于编制计算机程序和实际设计工作。本章介绍了各种剖面类型和各种设计方法的统一的数学模型，具有系统性、全面性，简洁、明了，对于研究定向井/水平井的剖面设计和实际编程应用都具有积极的指导意义和实际价值。 2．剖面设计方法： 把最具有一般性的无段制剖面作为基本剖面，在此基础上，选择和改变一些参数，可变成多种剖面类型。下面就介绍各种剖面的选择和设计方法。 如图（2）在地质给定的靶点坐标和井口坐标，确定和计算如下基本剖面参数： H 1---第一靶点垂深，m V 1---第一靶点水平位移，m H 2---第二靶点垂深，m V 2---第二靶点水平位移，m H e ---降斜终点垂深，m （一般选择在第一靶点上30~50m ） L---稳斜段长度，m R 1---第一增斜段曲率半径，m R 2---第二增斜段曲率半径，m H z --造斜点垂深，m α1---第一增斜段终点井斜角，° 最终井斜角α2 ，单位° 降斜终点位移V e 规定：当H 2=H 1时，H e =H 1，V e =V 1，H e -H z =ΔH 2 122121 22)()(V V H H H H -+--=α1 21211) )((H H V V H H V V e e ----=2 1R R R +=
(1) 选择H z 、R 1、R 2，求α1、L 令： 解剖面方程得： （2）选择R 1、R 2、α1，求：H z 、L 解剖面方程得： （3）选择R 1、R 2、L ，求：H z 、α1 解剖面方程得： 令： 则： 2 21cos αR R V A e --=A R R A B B arctg --+-=2 2212α2 2sin αR H B +?=1 1cos sin ααB A L +=1 2121112211)cos (cos )cos 1() sin (sin sin αααααααtg R R V R R H H e e z -+----+-=1 12211sin )cos (cos )cos 1(αααα----=R R V L e 2 21cos αR R V C e --=2 2cos αR H D e +=
定向井基本知识 98024
第九章定向井和水平井钻井技术 第一节定向井井身参数和测斜计算 一．定向井的剖面类型及其应用 定向钻井就是“使井眼按预定方向偏斜，钻达地下预定目标的一门科学技术”。定向钻井的应用范围很广，可归纳如图9－l所示。 定向井的剖面类型共有十多种，但是，大多数常规定向井的剖面是三种基本剖面类型，见图9－2，称为“J”型、“S”型和连续增斜型。按井斜角的大小范围定向井又可分为：
常规定向井井斜角＜55° 大斜度井井斜角55～85° 水平井井斜角＞85°（有水平延伸段） 二．定向井井身参数 实际钻井的定向井井眼轴线是一条空间曲线。钻进一定的井段后，要进行测斜，被测的点叫测点。两个测点之间的距离称为测段长度。每个测点的基本参数有三项：井斜角、方位角和井深，这三项称为井身基本参数，也叫井身三要素。 1．测量井深：指井口至测点间的井眼实际长度。 2．井斜角：测点处的井眼方向线与重力线之间的夹角。 3．方位角：以正北方向线为始边，顺时针旋转至方位线所转过的角度，该方向线是指在水平面上，方位角可在0—360°之间变化。
目前，广泛使用的各种磁力测斜仪测得的方位值是以地球磁北方位线为准的，称为磁方位角。磁北方向线与正北方向线之间有一个夹角，称磁偏角，磁偏角有东、西之分，称为东或西磁偏角，真方位的计算式如下：真方位＝磁方位角十东磁偏角 或真方位＝磁方位角一西磁偏角 公式可概括为“东加西减”四个字。 方位角也有以象限表示的，以南（S）北（N）方向向东（E）西（W）方向的偏斜表示，如N10°E，S20°W。在进行磁方位校正时，必须注意磁偏角在各个象限里是“加上”还是“减去”，如图 9－3所示。 4．造斜点：从垂直井段开始倾斜的起点。 5．垂直井深：通过井眼轨迹上某点的水平面到井口的距离。 6．闭合距和闭合方位 （l）闭合距：指水平投影面上测点到井口的距离，通常指靶点或井底的位移，而其他测点的闭合距离可称为水平位移。 （2）闭合方位：指水平投影响图上，从正北方向顺时针转至测点与井口连线之间的夹角。
定向井钻井基础 提纲 （一）为什么要钻定向井？ （二）定向井的基本概念 （三）定向作业专业术语 （四）井眼轴线的计算方法 （五）定向井轨迹防碰 （一）、为什么要钻定向井？ 1、在海洋钻井平台上钻丛式定向井。控制较大面积的油气构造。生产设施集中在平台上，节省建造平台费用。 2、勘探和开发近海岸油气田。使钻井定向弯曲，钻达海底油气层，节约海上钻井平台的建设费用。 3、用定向井控制断层，查明油水界面或断层面的位置(c) 4、避开地表障碍物，勘探和开发障碍物下方的油气田。 5、纠正已斜的井眼或绕过井内落鱼而进行侧钻。 6、打定向井探采盐丘突起下部的油气层。含油构造有时与盐丘构造共生，部分盐丘可能直接覆盖在油藏上面，直井钻遇盐层可能导至冲蚀、钻井液漏失和腐蚀等问题。 7、井喷无法处理或油气井失火，钻定向救援井与原井衔接控制井喷或扑灭火灾。 8、钻大斜度井或水平井，防止气锥和水锥问题；增加井眼在产层中的延伸长度；增大平台的泄流面积，在裂缝性油藏
9、供水井。钻多孔底定向井多次穿过含水裂隙或沿含水裂隙钻单孔底定向井，可增加出水量。 10、开发地壳深部“干热岩”体的能量。钻两口定向井，用水力压裂法使两井连通，形成一个地下热仓和封闭回路，用—口井向下注冷水，干热岩将冷水加热，另一口井抽出高温蒸气进行发电。 11、在煤层中钻定向排放孔抽瓦斯，保证采煤时的安全。能钻遇多条裂缝，提高单井的产量。 12、对接连通开采可水溶性矿藏 过去，在钻孔采可水溶性矿盐时，一直采用单井对流水溶采卤法，这种采卤技术存在较多缺点，如矿产回采率不足20％，卤井寿命短，产量低，采出的卤水浓度低而且不稳定等。双井对接连通水溶采卤可克服上述一系列缺点。数十年来，盐业系统探索了几种使两井能连通的方法(压裂法，自然溶通法等)，但并不是很理想，采用定向钻进技术实现两井对接、三井对接甚至更多的井眼对接，极大地提高采盐卤水量。 （二）定向井的基本概念 1、定义 定向井是按照预先设计的井斜角、方位角和井眼轴线形状进行钻进的井。 2、钻定向井主要有以下优点： 有利了解含油构造及含油气情况。 能加大油气层泄露面积。
《钻井工程》综合复习资料 一、判断题 1．钻速方程中的门限钻压是钻进中限制的最大钻压。（ F ）2．水力参数优选的观点认为，所采用的泥浆排量越大，越有利于井底清洗。（ F ）3．用磁性测斜仪测得某点方位角为349.5°，已知该地区为西磁偏角，大小为10. 5°，则该点的真方位角为339°。（ T ）4．定向井垂直剖面图上的纵坐标是垂深，横坐标是水平长度。（ T ）5．气侵关井后，井口压力不断上升,说明地层孔隙压力在不断升高。（ F ）6．压差卡钻的特点是钻具无法活动但开泵循环正常。（ T ）7．钻遇异常高压地层时，声波时差值增大，dc指数值也增大。（ F ）8．正常压力地层，声波时差随井深的增加而增加。（ F ）9．在深海区域，沉积岩的平均上覆岩层压力梯度值远小于0.0227MPa/m。（ T ）10．按照受力性质不同岩石的强度分为抗压、抗剪、抗弯和抗拉强度，其中抗剪强度最小。（ F ）11．试验测得某岩石的塑性系数为K=1，则该岩石属于塑脆性岩石。（ F ）12．PDC钻头属于金刚石钻头，但是一种切削型钻头。（ T ）13．某牙轮钻头的轴承结构分为滚动轴承结构和滑动轴承结构，其中滚动轴承结构的承受载荷较大。（ F ）14．施加在钻头的钻压是依靠全部钻铤的重量。（ F ）15．正常压力地层，地层压力梯度随井深的增加而增加。（ F ）16．一般地讲，岩石随着埋藏深度的增大，其强度增大，塑性减小。（ F ）17．试验测得某岩石的塑性系数为K=1，则该岩石属于脆性岩石。（ T ）18．PDC钻头布齿密度越高，平均钻头寿命越长，但平均钻进速度越低。（ T ）19．钻头压降主要用来克服喷嘴与钻井液之间的流动阻力。（ F ）20．增大钻杆柱内径是提高钻头水功率的有效途径之一。（ T ）21．测段的井斜角越大，其井眼曲率也就越大。（ F ）22．在正常压力层段，声波时差随井深的增加呈逐渐减小的趋势。（ T ）23．在二维定向井设计轨道上，某点的水平位移和水平投影长度是相等的。（ T ）24．井斜角越大，井眼曲率也就越大。（ F ）25．在轴向拉力的作用下，套管的抗挤强度增大。（ F ）26．射孔完井是使用最多的完井方式。（ T ）27．控制钻井液滤失量的最好方法是减小压差。（ T ）28．随着围压的增加，地层的强度增加、脆性也增加。（ F ） 二、名词解释 1、上覆岩层压力：覆盖在该层以上的岩石基质和孔隙内流体的总重力所造成的压力。 2、地层压力：地层孔隙内流体所具有的压力，也称为地层孔隙压力。 3．窜槽：由于各种原因造成注水泥井段的钻井液没有被完全替净，造成该段有未被水泥封固的现象。 4、固井：在已经打好的井眼内下入套管，并在套管与井壁之间注水泥进行封固的工作。
1.井眼轨迹的基本概念 1.1定向井的定义 定向井是按预先设计的井斜角、方位角及井眼轴线形状进行钻进的井。（井斜控制是使井眼按规定的井斜、狗腿严重度、水平位移等限制条件的钻井过程）。 1.2井眼轨迹的基本参数 所谓井眼轨迹，实指井眼轴线。 测斜：一口实钻井的井眼轴线乃是一条空间曲线。为了进行轨迹控制，就要了解这条空间曲线的形状，就要进行轨迹测量，这就是“测斜”。 测点与测段：目前常用的测斜方法并不是连续测斜，而是每隔一定长度的井段测一个点。这些井段被称为“测段”，这些点被称为“测点”。 基本参数：测斜仪器在每个点上测得的参数有三个，即井深、井斜角和井斜方位角。这三个参数就是轨迹的基本参数。 井深：指井口(通常以转盘面为基准)至测点的井眼长度，也有人称之为斜深，国外称为测量井深(Measure Depth)。井深是以钻柱或电缆的长度来量测。井深既是测点的基本参数之一，又是表明测点位置的标志。 井深常以字母Ｌ表示，单位为米(m)。井深的增量称为井段，以ΔＬ表示。二测点之间的井段长度称为段长。一个测段的两个测点中，井深小的称为上测点，井深大的称为下测点。井深的增量总是下测点井深减去上测点井深。 井斜角：井眼轴线上每一点都有自己的井眼前进方向。过井眼轴线上的某点作井眼轴线的切线，该切线向井眼前进方向延伸的部分称为井眼方向线。井眼方向线与重力线之间的夹角就是井斜角。 井斜角常以希腊字母α表示，单位为度(°)。一个测段内井斜角的增量总是下测点井斜角减去上测点井斜角，以Δα表示。 井斜方位角：井眼轴线上每一点，都有其井眼方位线；称为井眼方位线，或井斜方位线。井眼轴线上某点处的井眼方向线投影到水平面上，即为该点的井眼方位线（井斜方位线）以正北方位线为始边，顺时针方向旋转到井眼方位线（井斜方位线）上所转过的角度，即井眼方位角。井斜方位角常以字母θ表示，单位为度(°)。井斜方位角的增量是下测点的井斜方位角减去上测点的井斜方位角，以Δθ表示。井斜方位角的值可以在0～360°范围内变化。 磁偏角：目前广泛使用的磁性测斜仪是以地球磁北方位为基准的。磁北方位与正北分
第九章定向井和水平井钻井技术 第一节定向井井身参数和测斜计算 一．定向井的剖面类型及其应用 定向钻井就是“使井眼按预定方向偏斜，钻达地下预定目标的一门科学技术”。定向钻井的应用范围很广，可归纳如图9－l所示。 定向井的剖面类型共有十多种，但是，大多数常规定向井的剖面是三种基本剖面类型，见图9－2，称为“J”型、“S”型和连续增斜型。按井斜角的大小范围定向井又可分为： 常规定向井井斜角＜55° 大斜度井井斜角55～85° 水平井井斜角＞85°（有水平延伸段） 二．定向井井身参数
实际钻井的定向井井眼轴线是一条空间曲线。钻进一定的井段后，要进行测斜，被测的点叫测点。两个测点之间的距离称为测段长度。每个测点的基本参数有三项：井斜角、方位角和井深，这三项称为井身基本参数，也叫井身三要素。 1．测量井深：指井口至测点间的井眼实际长度。 2．井斜角：测点处的井眼方向线与重力线之间的夹角。 3．方位角：以正北方向线为始边，顺时针旋转至方位线所转过的角度，该方向线是指在水平面上，方位角可在0—360°之间变化。 目前，广泛使用的各种磁力测斜仪测得的方位值是以地球磁北方位线为准的，称为磁方位角。磁北方向线与正北方向线之间有一个夹角，称磁偏角，磁偏角有东、西之分，称为东或西磁偏角，真方位的计算式如下： 真方位＝磁方位角十东磁偏角 或真方位＝磁方位角一西磁偏角 公式可概括为“东加西减”四个字。 方位角也有以象限表示的，以南（S）北（N）方向向东（E）西（W）方向的偏斜表示，如N10°E，S20°W。在进行磁方位校正时，必须注意磁偏角在各个象限里是“加上”还是“减去”，如图9－3所示。 4．造斜点：从垂直井段开始倾斜的起点。 5．垂直井深：通过井眼轨迹上某点的水平面到井口的距离。 6．闭合距和闭合方位 （l）闭合距：指水平投影面上测点到井口的距离，通常指靶点或井底的位移，而其他测点的闭合距离可称为水平位移。 （2）闭合方位：指水平投影响图上，从正北方向顺时针转至测点与井口连线之间的夹角。 7．井斜变化率和方位变化率：井斜变化率是指单位长度内的井斜角度变化情况，方位变化率是指单位长度内的方位角变化情况，均以度／100米来表示（也可使用度／30米或度／100英尺等）。 8．方位提前角（或导角）：预计造斜时方位线与靶点方向线之间的夹角。 三．狗腿严重度 狗腿严重是用来测量井眼弯曲程度或变化快慢的参数（以度／100英尺表示）。可用解析法、图解法、查表法、尺算法等来计算狗腿严重度k。 1．第一套公式
第26卷第2期1998年6月 石 油 钻 探 技 术 PETROLEU M DRILLING T ECHN IQU ES VO1.26,No.2 Jun.,1998 钻井技术 定向井和水平井测量技术基础 周华林 田树林 李兆东 王华西 (山东东营 257064) 提要 介绍了地磁场的四个基本特性、地磁场的球谐分析方法(高斯理论)及国际地磁参考场的发布使用情况。分析认为,定向井水平井井迹实测数据(以地磁北极为基准)和计算数据(以高斯-克吕格坐标北极为基准)都必须校正到以地理北极为基准上来。探讨了地磁场参数在定向钻井中的作用、无磁钻铤长度的选择、测量数据的比较等问题。 主题词 高斯定律 大地磁场 坐标系统 电磁干扰 无磁钻铤 测量 测量仪器 定向井 水平井 现代钻井工程中,定向钻井技术的发展相当快,从钻小斜度、小位移的普通定向井发展到能钻大斜度、大位移的高难度定向井,进而发展到钻水平井等特殊工艺井。其测量仪器随着整个工业技术的发展,也在不断地更新,从磁性单、多点照相测斜仪发展到电子多点测斜仪ESS,进而发展到有线随钻测斜仪SST和无线随钻测斜仪M W D。但其测量基准并没有改变,都与大地有关。比如电子类测量仪器的主要传感元件是敏感大地重力场的重力加速度计和敏感大地磁力场的磁通门。可以说,定向井、水平井现场施工技术人员,只有具备了定向井和水平井测量技术基础知识以后,才能钻出高精度的定向井和水平井。那么,关于地球的哪些理论是测量技术基础?另外,哪些因素影响定向井和水平井的测量精度?本文试作介绍和探讨。 一、关于地磁场的理论 1.地磁场的基本特性 由地磁学可知,地磁场的基本特性主要有四点: (1)地磁场近似于一个置于地心的偶极子磁场。这个偶极子的磁轴与地轴斜交成一个角度,并与按地理位置确定地球表面的地磁南极和北极极性相反。 (2)地磁场是一个弱磁场,在地球表面的平均磁感应强度为0.05mT。 (3)地磁场B由各种不同来源的磁场叠加而成,包括主要起源于地球内部的稳定磁场B1和主要起源于地球外部的变化磁场B2。即B=B1+B2。 变化磁场比稳定磁场弱得多。稳定磁场是地磁场的主要部分,占地磁场强度99%,由地心偶极子磁场和非偶极子磁场和磁异常组成。地磁学将偶极子磁场和非偶极子磁场以及外源稳定磁场的叠加定义为正常地磁场,用来描述地球表面的地磁场分布规律。 (4)地磁场是随时间变化的。长期变化来源于地球内部的物质运动,在其年变化率中显示出来。短期变化来源于地球的外部变化磁场,在其24h周期性变化的地磁特性中体现出来,在钻井工程测量中可以忽略。 因此,地磁场基本上是一个相对稳定(包括长期变化)、磁场强度较弱的偶极子磁场,在这个偶极子磁场上还存在不规则部分和叠加着短期变化磁场。而定向钻井工程测量则以包括长期变化的正常地磁场理论为其技术基础之一。 2.高斯理论和国际地磁参考场 (1)计算地磁场的高斯理论 1839年德国数学家高斯提出了地磁场的球谐分析方法。1885年施密特又发展了这个理论,从数学分析的角度解决了将地磁要素的地面分布表示成地理坐标的函数,并进一步建立了解决地磁场成因问题的理论基础。这个精确的、定量的数学表达方法,被称为地磁场的高斯理论或称高斯—施密特理论。 该理论有两条假设: 地磁场是由地球内部原因引起的。由于外源场是各种短期变化磁场,比内源场小几个级次,故认为外源场的影响小于测量误差
[转] 钻井技术员成长之路6(定向井基础) 2012-3-12 19:10阅读(14)转 载自羽龙 下一篇：这么经典的话，你... | 返回日志列表?转载(1321) ?分享 ?评论 ?复制地址 ?更多 序言： 在上一集里，我们介绍了钻具组合和喷嘴的安装及造成的压力降，也拿出了一些技术员的经验。如果同一口井，一个深度，同样的泵在钻头(14*15*16)+螺杆+一根钻铤+上部钻具组合的情况下，开泵循环有16Mpa的压力，而后钻头卸去喷嘴，甩掉螺杆和钻铤就接上部钻具在同一个井深，同一个泵，同种泥浆性能下开泵循环却只有13Mpa，请问那3个Mpa从哪来的？那么螺杆造成了压降会使钻头的压降忽略不计吗？请同学，朋友们思考一下！ 今天这一集，我们主要介绍定向方面的一些知识，很浅显，仅用于现场的操作。正文 一．井口操作 我们经常碰见的井大都是定向井，就算有直井，也会打偏而定向纠偏。
那么在打一口定向井，或者水平井时，对直井段的要特别注意，必须要加以控制。参看资料1中对3000米内，地层倾角大于30度的井有水平位移的要求，一般可以通过单点测斜来获得当前井斜，方位的数据。在起钻前把多点从钻柱内投到靠进钻头处，然后在起钻过程中利用每起一个立柱静止卸口的时间进行测量和记录。也就是说每上提一柱，司钻在本子上记录当前时间。起钻完后将一起把记录本和仪器送到定向服务中心做数据分析来了解当前井的轨迹，如果需要提前下入定向仪器纠偏，会打电话联络什么时候上定向的仪器和人员。 井下定向法是先用正常下钻法将造斜工具下到井底，然后从钻柱内下入仪器测量工具面在井下的实际方位；如果实际方位与预定方位不符，亦可在地面上通过转盘将工具面扭到预定的定向方位上。在定向组合钻具入井时，我们经常看见定向工程师在井口量角差。这个角差是有螺杆上的高边方向线和定向接头上的定向键组成。 上图中的红圈里的线就是螺杆的高边线，它是弯螺在井下定向时所钻进的方向。 上图为定向仪器乘载的定向接头的结构图。