定向井水平井钻井技术2009

自19世纪末旋转钻井诞生以来，初期都是打直井，人们预想的井眼轨道乃是一条铅垂直线。

并且认为旋转钻的实钻井眼轨迹也和顿钻一样，是一条铅垂直线。

直到大约本世纪20年代末，人们意外地发现一口新钻井把旁边一口老井的套管钻穿了，还发现相邻两口井的井深不同却钻到了同一油层。

于是认识到井是会斜的，需要采取有效措施控制井眼轨迹，才能减小井斜。

于是出现了“直井防斜技术”。

本世纪30年代初，在海边向海里打左向井开采海上油田的尝试成功之后，左向井得到了广泛的应用，其应用领域大体有以下三种情况。

1.地而环境条件的限制：当地面上是髙山，湖泊，沼泽，河流，沟壑，海洋，农田或重要的建筑物等，难以安装钻机，进行钻井作业时，或者安装钻机和钻井作业费用很高时，为了勘探和开发它们下面的油田，最好是钻定向井。

2.地下地质条件的要求：对于断层遮挡汕藏，定向井比直井可发现和钻穿更多的油层：对于薄油层，左向井和水平井比宜井的汕层裸需而积要大得多。

另外，侧钻井，多底井，分支井，大位移井，侧钻水平井，径向水平井，等等左向井的新种类，显箸地扩大了勘探效果, 增加了原油产量，提高了油藏的采收率。

3.处理井下事故的特殊手段：当井下落物或断钻事故最终无法捞岀时，可从上部井段侧钻打左向井：特別是遇到井喷着火常规方法难以处理时，在事故井附近打左向井（称作救援井），与事故井贯通，进行引流或压井，从而可处理井喷着火事故。

目前，左向钻井已成为汕出勘探开发的极为重要的手段，井眼轨道设计和井眼轨迹控制乃是泄向钻井技术的基本内容。

事实上，直井可以看作是泄向井的特例，其设il•的轨道为一条铅垂线。

直井防斜和定向井井眼轨迹控制，在技术原理上是一致的，只是应用方向不同而已。

井眼轨迹控制技术经历了从经验到科学，从定性到定量的发展过程。

现在正处在向井眼轨迹自动控制阶段发展。

三.定向井轨迹控制的基本方法二维左向井的设讣轨迹一般是由四种井段组成：垂直井段，增斜井段，稳斜井段和降斜井段。

定向井及水平井基础知识介绍概述在石油勘探与开发中，为了更有效地获取地下资源，定向井和水平井技术日益被广泛应用。

本文将介绍定向井和水平井的基础知识，包括定义、优势、应用领域和技术特点等内容。

定向井的定义和优势定向井是指在垂直井的基础上，在一定深度范围内以一定倾角钻孔，旨在钻探具有特定目标的井筒。

与传统垂直井相比，定向井有以下优势： - 可钻入地下难以进入的地质层； - 可减少钻井长度，降低成本； - 可提高油井产能； - 可通过改变井眼轨迹实现水平产量。

定向井的应用领域定向井技术在石油勘探与生产中有着广泛的应用，主要包括以下几个领域： 1.增产：通过定向井技术，可达到增加油井产能的目的，提高石油开采效率。

2. 增储：将定向井开入储层可增加有效储集层面积，提高储层有效厚度。

3. 保护环境：通过定向井技术可以减少地表受到的损害，降低对环境的影响。

定向井的技术特点定向井技术具有以下技术特点： 1. 井眼轨迹可以根据地质条件和开采需求调整，灵活性高。

2. 需要精准的测量和导向技术，以确保井眼轨迹的准确性。

3. 钻井难度较大，需要高级的钻井设备和技术支持。

4. 通常需要配合水平井技术，实现更有效的油井开采。

水平井的定义和优势水平井是指在总长度相对较长、倾角相对较小的井筒中的一段呈水平或近水平方向前行的油气井。

与垂直井相比，水平井有以下优势： - 可以在储层中水平方向上穿过多个裂缝或孔隙，提高采收率。

- 可以减缓井底流体速度，减少持液力，降低油井产能。

- 可以有效控制油井生产，避免地层压力过快下降。

水平井的应用领域水平井技术主要应用于以下几个领域： 1. 大垂深气藏开发：通过水平井技术，可以有效提高气藏的采收率。

2. 高含水期油田的开发：水平井技术有助于提高油田的开发效率。

3. 多重边际储层的解决：适用于有多层油气藏交错分布的地质构造。

水平井的技术特点水平井技术具有以下技术特点： 1. 需要精确的测量和控制技术，以确保水平段的准确布置和有效开发。

第九章定向井(水平井)钻井技术新进展9.1 小井眼钻井技术(Slim-Hole Drilling Technique)9.1.1 小井眼钻井技术概况所谓小井眼，国外定义为90%以上井段直径小于177.8毫米(即7”)的井眼，国内有些学者则认为：穿过目的层的井段是用小于7”钻头钻成的井眼。

早在五十年代，小井眼就十分流行，但由于修井和采油的一些难题，又使人们在六十年代又转回到较大尺寸的生产井。

在沉寂了一段时间之后，近年来小井眼钻井作业在世界上又悄然兴起，主要基于以下原因：①国际油价大跌，迫使油公司要寻找一种更廉价的勘探开发方法，小井眼便是其重要途径。

据BP等多家油公司的统计资料表明：在相同井深的条件下，但就井眼小所发生的场地、材料、运输、资料解释等费用就比常规井少30%，根据几个油公司的小规模试验，节约钻井费用的前景是40%～50%；②出于环境保护的压力，由于井眼小，泥浆用量，排屑量，场地占用施工机械等相应减少，对环保有利；③减少边远和地面交通困难地区的勘探风险，在世界范围内，探井成功率只占13%。

探井打小井眼除低费用风险外，更重要的是这些地区地震工作也十分困难，在少量地震的前提下，早期打一些连续取芯的小井眼探井，可及早搞清地下情况，及早决策。

小井眼钻井有如下几方面的优点：A：井场占地面积小，一般不到1200平米，特别适用于农耕区钻井，节约土地；B：钻井设备轻，钻机及辅助设备不足200吨，易于搬运安装；C：钻井作业人员少，每24小时只需6～8人；D：岩屑量少，不足常规井的10%，便于废物处理，利于环保；E：消耗性材料(如钻头、套管、泥浆处理剂、水泥等)费用只占常规井的45%，可节约大笔成本。

由于小井眼钻井有其优越的经济性，所以日益为一些石油公司所青睐，仅1990年，国外小井眼已钻1000余口，其中大部分在美国。

92年由美国Maurer公司组织、12个国家的40多家公司参加的一个大型研究项目—DEA67，对小井眼及柔管技术进行系统的评价和研究。

定向井、水平井钻井技术定向井、水平井施工注意事项441工程施工注意事项1、严格执行定向工程师下达的技术措施，钻进时严格按参数施工，送钻平稳、均匀，严防顿钻、溜钻，密切注意泵压和扭矩的变化，发现异常情况及时采取措施。

2、钻具入井前必须认真用标准通径规通径，以确保投测电子多点的顺利进行。

下钻时，应将钻具丝扣刷洗干净，按规定扭矩上紧扣，以防定向失误；控制下放速度，严禁猛刹猛放，以防损坏井下工具及仪器，并尽量减少井内激动压力。

3、下钻遇阻不超过100kN,上提遇卡不超过200kN,起下钻时专人记录摩阻及阻卡情况。

4、在斜井段内钻具因故停止转动（洗井、测斜、机修、保养等）时，钻具需 3 5min 上提下放活动一次，活动距离不小于6m接单根或起钻时，需将所卸接头提出转盘面 1 2m, 悬重无异常后方可下放钻具座吊卡。

5、动力钻具入井，严禁划眼和悬空处理钻井液，遇阻时，经反复上下活动无效后，应起钻通井，以防划出新眼。

6、连续造斜钻进不得超过100m应起钻通井，防止长段造斜后钻具粘卡或下钻通井划出新井眼。

7、做好钻柱的摩阻、扭矩计算分析，采用倒装钻具组合减少钻柱的摩阻力，确保钻压的有效传递。

8、从钻井液和工程两方面入手，及时清除井底岩屑。

钻井液应具有良好的悬浮性和流变性，提钻前可考虑注入一段稠塞，清除岩屑床。

9、钻井液排量满足设计要求。

钻井液中应按设计加入润滑剂（固体或液体），以达到改善钻具与井壁的接触状态，降低摩擦系数，提高钻井液的携岩能力。

固控系统四级净化装置开动率达到设计要求，搞好钻井液的净化工作。

10、钻井液要求采用低固相钻井液，具备良好的悬浮稳定性、流动特性、润滑性，防止粘附、沉砂、压差卡钻。

11、若井下情况复杂，需要进行通井和划眼时，原则上采用上一趟钻钻具结构，如因实际情况必须改变钻具结构时，该钻具的钢性必须小于上趟钻钻具的钢性，且有正、倒划眼能力。

12、各段钻具组合和钻井参数应根据实钻井眼轨迹需要，由现场定向井工程师合理选配，以达到所需的增斜，稳斜效果为目的。

中国石油天然气集团公司固井技术规范（试行）中国石油天然气集团公司2009年5月目录第一章总则1第二章固井设计1第一节设计依据和内容1第二节压力和温度1第三节管柱和工具、附件2第四节前置液和水泥浆4第五节下套管和注水泥5第六节应急预案和施工组织6第三章固井预备6第一节钻井设备6第二节井口预备6第三节井眼预备6第四节套管和工具、附件7第五节水泥和外加剂9第六节固井设备及井口工具10第七节仪器外表11第四章固井施工11第一节下套管作业11第二节注水泥作业12第三节固井过程质量评判13第五章固井质量评判14第一节差不多要求14第二节水泥环评判15第三节质量鉴定16第四节管柱试压和井口装定17第六章专门井固井17第一节天然气井17第二节深井超深井18第三节热采井19第四节定向井、大位移井和水平井19第五节调整井20第七章挤水泥和注水泥塞20第一节挤水泥20第二节注水泥塞22第八章专门固井工艺23第一节分级注水泥23第二节尾管注水泥23第三节内管注水泥25第九章附则25中国石油天然气集团公司固井技术规范总则固井是钻井工程的关键环节之一，固井质量关于延长油气井寿命和发挥油气井产能具有重要作用。

为提升固井治理和技术水平，保证作业安全和质量，更好地为勘探开发服务，依据有关规定制定本规范。

固井工程应从设计、预备、施工和检验环节严格把关，采纳适应地质和油气藏特点及钻井工艺的先进适用固井技术，实现安全、优质、经济、可靠的目的。

固井作业应严格按照固井设计执行。

固井设计设计依据和内容应以钻井地质设计、钻井工程设计、实钻资料和测井资料为基础，依据有关技术规定、规范、标准进行固井设计并在施工前按审批程序完成设计审批。

进行固井设计时应从井身质量、井眼稳固、井底清洁、钻井液和水泥浆性能、固井施工等方面考虑阻碍施工安全和固井质量的因素。

固井设计中至少应包含以下内容：（1）构造名称、井位、井不、井型、井号等信息。

（2）实钻地质和工程、录井、测井资料等基础数据。

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 (2)一、定向井旳剖面类型及其应用 (2)二、定向井井身参数 (3)三、狗腿严峻度 (4)四、测斜计算旳要紧方法 (4)第二节定向井剖面设计 (6)一、设计资料 (6)二、设计原那么 (7)三、剖面设计中应考虑旳问题 (7)四、剖面设计 (9)第三节井眼轨迹操纵技术 (13)一、定向选斜井段 (13)二、转盘钻增斜井段 (15)三、稳斜井段 (16)四、降斜井段 (16)五、扭方位 (17)六、长曲率大斜度井技术 (20)七、救险井旳设计和施工要点 (21)第四节定向井专用工具 (22)一、井下马达 (22)二、弯接头 (27)三、非磁钻铤 (28)四、稳定器 (29)五、键槽破坏器 (29)六、旁通接头、高压循环头 (30)七、导向钻井系统 (30)八、井下可调稳定器〔见表9－19和图9－32〕 (33)第五节测量仪器 (35)一、单点测斜仪 (35)二、电子多点测斜仪〔ESS或ESI〕 (36)三、有线随钻仪 (37)四、无线随钻仪〔MWD〕 (37)五、随钻测井系统〔LWD〕简介 (39)六、地面记录陀螺〔SRO〕 (40)第六节丛式井技术 (42)一、丛式井旳概念 (42)二、丛式井设计应考虑旳问题 (42)三、丛式井旳作业特点 (43)四、丛式井旳施工 (43)五、丛式井防碰与绕障技术 (45)六、钻井平台位置优选 (47)第七节套管开窗工艺技术 (48)一、套管开窗旳用途 (48)二、斜向器开窗工艺 (48)三、段铣套管旳开窗方法 (51)四、侧钻 (54)第八节水平井与径向钻井 (54)一、水平井旳分类 (54)二、水平井旳钻井技术和剖面设计 (55)三、水平井旳钻具、钻井液与套管固井设计 (57)四、水平井旳完井方法 (59)五、水平井旳测井 (59)六、超短半径水平井 (60)第九节定向井常见问题处理 (61)一、造斜率太低 (61)二、方位偏差太大 (62)三、钻出新井眼 (62)第十节定向井井身质量标准 (63)一、井身质量标准 (63)二、资料要求 (63)参考文献 (64)第一节定向井井身参数和测斜计算一、定向井旳剖面类型及其应用定向钻井确实是“使井眼按预定方向偏斜，钻达地下预定目标旳一门科学技术”。

定向井水平井钻井技术目录第一章定向井（水平井）钻井技术概述 (1)第二章定向井、丛式井、水平井设计与计算分析 (20)第三章定向井、水平井井身轨迹控制技术 (35)第四章定向井、水平井测量技术 (62)第五章长、中曲率半径水平井钻井专用工具 (72)第一章定向井（水平井）钻井技术概述第一节定向井、水平井基本概念1、定向井、丛式井、水平井发展介绍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。

定向井相对直井而言它具有一定的井斜角和方位角，而直井是井斜角为零的井，虽然实钻井眼都存在一定井斜度，但它仍然是直井。

定向井首先是从美国发展起来的，在十九世纪后期，美国的旋转钻井代替了顿钻钻井。

当时没有考虑控制井身轨迹的问题，认为钻出来的井必定是铅垂的，但通过后来的井筒测试发现，那些垂直井远非是垂直的。

并由于井斜原因造成了侵犯别人租界而造成被起诉的案例。

最早采用定向井钻井技术是在井下落物无法处理后的侧钻。

早在1895年美国就使用了特殊的工具和技术达到了这一目的。

有记录定向井实例是美国在二十世纪三十年代初在加利福尼亚油田钻成的。

第一口救援井是1934年在东德克萨斯康罗油田钻成的。

救援井是指定向井与失控井具有一定距离，在设计和实际钻井让救援井和失控井眼相交，然后自救援井内注入重泥浆压住失控井。

目前最深的定向井由BP勘探公司钻成，井深达10654米；水平位移最大的定问井是BP勘探公司于己于1997年在英国北海的RPch Farn油田钻成的M11井，水平位移高达10114米。

我国定向钻井技术的发展可以分为三个阶段，50—60年代开始起步，首先在玉门和四川油田钻成定向井及水平井：玉门油田的C2—15井和四川磨三井，其中磨三井总井深168米，垂直井深350米，水平位移444．2米，最大井斜92°，水平段长160米；70年代扩大试验，推广定向井钻井技术；80年代通过进行集团化联合技术攻关，使得我国定向钻井软件到硬件都有了一个大的发展。

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。

常规定向井井斜角＜55°平延伸段）二．定向井井身参数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：大斜度井井斜角55～85°水平井井斜角＞85°（有水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。

位线所转过的角度，该方向线是指，称磁偏角，磁偏角有东、西之分，称为东 字。

（S ）北（N ）方向向东（E ）西（W ）方向的偏斜表示，时，必须注意磁偏角在各个象限里是“加上”还是“．垂直井深：通过井眼轨迹上某点的水平面到井口的距离。

距离，通常指靶点或井底的位移，而其他测点投影响图上，从正北方向顺时针转至测点与井口连线之间的夹角。

井斜变化率是指单位长度内的井斜角度变化情况，方位变化英尺等）。

测量井眼弯曲程度或变化快慢的参数（以度／100英尺表示）。

可用解析法点叫测点。

两个测点之间的角和井深，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”四个方位角也有以象限表示的，以南如N10°E ，S20°W 。

第八章定向井、水平井钻井技术前言定向井、水平井钻井技术在国内经过多年的研究、发展，目前已经相对成熟。

但是，就应用地域而言，川东北地区应用定向井、水平井技术相对较晚，由于地质条件复杂，钻井施工期间出现的问题较多，有必要对前期定向井施工中的成功经验和负面教训进行总结、分析，为提高今后钻井队伍对该地区定向井、水平井施工的认知程度，推动川东北地区定向井钻井技术的成熟，形成较为完善的川东北水平井钻井技术方案奠定基础。

一、国内外定向井、水平井钻井技术现状（一）定向井钻井技术简而言之，定向井是指按照预先设计的井斜方位和井眼的轴线形状进行钻进的井。

沿着预先设计的井眼轴线钻达目的层位的钻井方法，称为定向钻井。

定向井技术可以增加油藏泄油面积，提高油气产量，还能够克服地表障碍设定井场、节约用地、降低开发成本、提高经济效益。

定向井通常采用的轨道剖面是“直—增—稳”和“直—增—稳—降—稳”或与之相近的剖面结构,在数量上以“直—增—稳”三段制结构占绝大多数。

对于这种剖面，早期的定向井钻井在造斜点以下井段是分三步施工的,即弯接头+直螺杆定向造斜、转盘钻进增斜和转盘钻进稳斜。

该施工步骤相对而言较为复杂，且由于定向井井眼轨迹的井斜变化和方位漂移量受地层岩性、钻具结构、钻进参数等诸多因素影响,如果没有对相应区块的钻井施工经验，判断和量化分析井斜、方位变化规律的存在一定的难度。

随着弯壳体泥浆马达、高效PDC钻头的研制成功和无线随钻测量技术的发展，导向钻井系统逐步发展，并成为定向井技术发展的最重大的成果。

最初是弯壳体动力钻具与MWD组成的滑动导向钻井系统,近年来又出现了旋转导向钻井系统。

导向钻井系统的最大优点是一套工具下入井内后,可以增斜、降斜和稳斜,可以根据需要钻出不同曲率的井眼,从而大大提高了井眼轨迹控制能力。

如英国BP公司1999年7月在英国WytchFarm油田完成的M16SPZ井，完钻井深11278m，垂深1637m，水平位移达10728.4m。

自19世纪末旋转钻井诞生以来，初期都是打直井，人们预想的井眼轨道乃是一条铅垂直线。

并且认为旋转钻的实钻井眼轨迹也和顿钻一样，是一条铅垂直线。

直到大约本世纪20年代末，人们意外地发现一口新钻井把旁边一口老井的套管钻穿了，还发现相邻两口井的井深不同却钻到了同一油层。

于是认识到井是会斜的，需要采取有效措施控制井眼轨迹，才能减小井斜。

于是出现了“直井防斜技术”。

本世纪30年代初，在海边向海里打定向井开采海上油田的尝试成功之后，定向井得到了广泛的应用，其应用领域大体有以下三种情况。

1.地面环境条件的限制：当地面上是高山，湖泊，沼泽，河流，沟壑，海洋，农田或重要的建筑物等，难以安装钻机，进行钻井作业时，或者安装钻机和钻井作业费用很高时，为了勘探和开发它们下面的油田，最好是钻定向井。

2.地下地质条件的要求：对于断层遮挡油藏，定向井比直井可发现和钻穿更多的油层；对于薄油层，定向井和水平井比直井的油层裸露面积要大得多。

另外，侧钻井，多底井，分支井，大位移井，侧钻水平井，径向水平井，等等定向井的新种类，显著地扩大了勘探效果，增加了原油产量，提高了油藏的采收率。

3.处理井下事故的特殊手段：当井下落物或断钻事故最终无法捞出时，可从上部井段侧钻打定向井；特别是遇到井喷着火常规方法难以处理时，在事故井附近打定向井(•称作救援井)，与事故井贯通，进行引流或压井，从而可处理井喷着火事故。

目前，定向钻井已成为油田勘探开发的极为重要的手段，井眼轨道设计和井眼轨迹控制乃是定向钻井技术的基本内容。

事实上，直井可以看作是定向井的特例，其设计的轨道为一条铅垂线。

直井防斜和定向井井眼轨迹控制，在技术原理上是一致的，只是应用方向不同而已。

井眼轨迹控制技术经历了从经验到科学，从定性到定量的发展过程。

现在正处在向井眼轨迹自动控制阶段发展。

三．定向井轨迹控制的基本方法二维定向井的设计轨迹一般是由四种井段组成：垂直井段，增斜井段，稳斜井段和降斜井段。

定向井和水平井钻井技术第三节井眼轨迹控制技术井眼轨迹控制的内容包括：优化钻具组合、优选钻井参数、采用先进的井下工具和仪器、利用计算机进行井眼轨迹的检测预测、利用地层的方位漂移规律、避免井下复杂情况等等。

轨迹控制贯穿钻井作业的全过程，它是使实钻井眼沿着设计轨道钻达靶区的综合性技术，也是定向井施工中的关键技术之一。

井眼轨迹控制技术按照定向井的工艺过程，可分为直井段、造斜段、增斜段、稳斜段、降斜段和扭方位井段等控制技术，其中直井段的控制技术见第七章第四节。

一．定向选斜井段初始造斜方法有五类，即井下马达和弯接头定向、喷射法、造斜器法、弯曲导管定向、倾斜钻机定向。

目前，我国海洋定向井一般采用第一种方式，常用造斜钻具组合为：钻头十井下马达十弯接头十非磁钻铤十普通钻铤（ 0～30米）十挠性接头十震击器十加重钻杆。

这种造斜钻具组合是利用弯接头使下部钻具产生一个弹性力矩，迫使井下动力钻具驱动钻头侧向切削，使钻出的新井眼偏离原井眼轴线，达到定向造斜或扭方位的目的。

造斜钻具的造斜能力主要与弯接头的弯角和动力钻具的长度有关。

弯接头的弯角越大，动力钻具长度越短，造斜率也越高。

弯接头的弯角应根据井眼大小、井下动力钻具的规格和要求造斜率的大小选择。

现场常用弯接头的弯角为1.5～2.25度，一般不大于2.5度。

弯接头在不同条件下的造斜率见第四节。

造斜钻具组合使用的井下动力钻具型号应根据造斜井段或扭方位井段的井深选择。

使用井段在2000米以内，一般采用涡轮钻具或普通螺杆钻具，深层走向造斜或扭方位应使用耐高温的多头螺杆钻具。

造斜钻具组合、钻井参数和钻头水眼应根据厂家推荐的钻井参数设计。

由于井下动力钻具的转速高，要求的钻压小［一般为29.4～78.4千牛（3～8吨）］，因此，使用的钻头不宜采用密封轴承钻头，尤其是在浅层，可钻性好的软地层应使用铣齿滚动轴承钻头或合适的PDC 钻头。

根据测斜仪器的种类不同，分为四种定向方式：1．单点定向此方法只适用造斜点较浅的情况，通常井深小于1000米。