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第一章定向井（水平井）钻井技术概述第一节定向井、水平井的基本概念1．定向井丛式井发展简史定向井钻井被（英）T ．A．英格利期定义为：“使井筒按特定方向偏斜，钻遇地下预定目标的一门科学和艺术。
”我国学者则定义为，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。
定向井相对与直井而言它具有井斜方位角度而直井是井斜角为零的井，虽然实际所钻的直井它都有一定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享廷滩油田钻成的。
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，在设计和实际钻进让救援井和失控井井眼相交，然后自救援井内注入重泥浆压死失控井。
目前最深的定向井由BP勘探公司钻成，井深达10，654米；水平位移最大的定向井是BP勘探公司于己于1997年在英国北海的Rytch Farm 油田钻成的M11井，水平位移高达1，0114米。
垂深水平位移比最高的是Statoil 公司钻成的的33/9—C2达到了1:3.14；丛式井口数最多，海上平台：96口；人工岛：170口；我国定向井钻井技术发展情况我国定向井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井和磨三井，其中磨三井总井深1685米，垂直井深表遗憾350米，水平位移444.2米，最大井斜92°，水平段长160米；70年代扩大实验，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，使得我国从定向井软件到定向井硬件都有了一个大的发展。
定向井和水平井钻井技术定向钻井就是“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”。
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。
我们根据钻井用到的惯性产品的技术进行总结，分析各个技术中使用惯性陀螺及加速度计的优势，最后给出适合钻井技术的惯性产品。
一、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。
我们根据造斜段所需要的测斜仪进行分析。
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。
因为造斜点较深时，反扭角很难控制，且定向时间较长。
施工过程如下：（l）下入定向造斜钻具至造斜点位置（注意：井下马达必须按厂家要求进行地面试验）。
（2）单点测斜，测量造斜位置的井斜角，方位角，弯接头工具面；（3）在测斜照相的同时，对方钻杆和钻杆进行打印，并把井口钻杆的印痕投到转盘面的外缘上，作为基准点；（4）调整工具面（调整后的工具面是：设计方位角+反扭角）。
锁住转盘、开泵钻进；（5）定向钻进。
每钻进2～4个单根进行一次单点测斜，根据测量的井斜角和方位角及时修正反扭矩的误差，并调整工具面；（6）当井斜角达到8～10度和方位合适时，起钻换增斜钻具，用转盘钻进。
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。
石油钻井工程定向井技术的现状及发展1. 引言1.1 石油钻井工程定向井技术的重要性石油钻井工程定向井技术在石油勘探和开发中具有重要的意义。
随着石油资源日益枯竭，传统的直井已经难以满足需求，定向井技术的应用成为石油工程中不可或缺的部分。
通过定向井技术，可以实现井眼的弯曲和调整，有效地探测和开采石油藏。
定向井技术还可以帮助减少钻井风险，提高钻井效率，节约资源和成本。
定向井技术可以满足不同地质条件下的石油开采需求，例如在复杂地层条件下钻井，实现多井合采等。
通过定向井技术，可以有效地提高油田开发的效率和产量，实现资源的最大化利用。
定向井技术还可以帮助减少环境影响，降低油田开发对环境的破坏。
石油钻井工程定向井技术的重要性不言而喻。
它不仅可以帮助提高石油开采效率，降低风险和成本，还可以促进石油资源的有效开发和利用，为石油工程的发展做出重要贡献。
随着技术的不断进步和应用的不断推广，定向井技术的重要性将会进一步凸显，成为推动石油勘探和开发的关键技术之一。
2. 正文2.1 定向井技术的历史发展定向井技术的历史发展可以追溯到早期的地质学研究和石油勘探活动。
最早的定向钻井可以追溯到19世纪末，当时人们开始意识到在地下进行钻探可能会取得更好的效果。
随着石油勘探的深入和钻井技术的不断改进，定向钻井技术逐渐得到了发展和应用。
20世纪初，定向井技术开始得到广泛应用，尤其是在那些需要钻井到难以到达地点的情况下。
随着石油需求的增长和对储量更加严格的要求，定向井技术的发展也变得更加重要。
在过去的几十年里，定向井技术经历了巨大的进步，包括各种新型的设备和技术的应用。
现代定向井技术已经成为石油钻井工程中不可或缺的一部分。
通过定向井技术，可以有效地减少钻井时间、提高钻井效率，同时降低成本和风险。
定向井技术也为勘探和生产活动提供了更多的可能性，使得开采石油资源变得更加灵活和高效。
定向井技术的历史发展经历了一系列的改进和创新，不断地适应和满足石油行业的需求。
定向井和水平井钻井技术(2008-11-19 08:53:54)标签：稳斜增斜率钻具钻铤井斜角我国海洋杂谈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。
因为造斜点较深时，反扭角很难控制，且定向时间较长。
施工过程如下：（l）下入定向造斜钻具至造斜点位置（注意：井下马达必须按厂家要求进行地面试验）。
（2）单点测斜，测量造斜位置的井斜角，方位角，弯接头工具面；（3）在测斜照相的同时，对方钻杆和钻杆进行打印，并把井口钻杆的印痕投到转盘面的外缘上，作为基准点；（4）调整工具面（调整后的工具面是：设计方位角十反扭角）。
锁住转盘、开泵钻进；（5）定向钻进。
每钻进2～4个单根进行一次单点测斜，根据测量的井斜角和方位角及时修正反扭矩的误差，并调整工具面；（6）当井斜角达到8～10度和方位合适时，起钻换增斜钻具，用转盘钻进。
在单点定向作业中要注意：①在确定了反扭角和钻压后，要严格控制钻压的变化范围，通常在预定钻压±19.6千牛（2吨）内变化；②每次接单根时，钻杆可能会转动一点，注意转动钻杆的打印位置至预定位置；③如果调整工具面的角度较大（＞90度），调整后应活动钻具2～3次（停泵状态），以便钻杆扭矩迅速传递。
2．地面记录陀螺（SRO）定向在有磁干扰环境的条件下（如套管开窗侧钻井）的定向造斜，需采用SRO定向。
这种仪器可将井下数据通过电缆传至地面处理系统，并显示或用计算机打印出来，直至工具面调整到预定位置，再起出仪器，施工过程如下：（l）选择参照物，参照物应选择易于观察的固定目标，距井40米左右；（2）预热陀螺不少于15分钟，工作正常才可下井；（3）瞄准参照物，并调整陀螺初始读数；（4）接探管，连接陀螺外筒，再瞄准参照物，对探管和计算机初始化；（5）下井测量，按规定作漂移检查；（6）起出仪器坐在井口，再次瞄准参照物记录陀螺读数；（7）校正陀螺漂移，确定测量的精度；（8）定向钻进。
3．有线随钻测斜仪（SST）定向造斜钻具下到井底后，开泵循环半小时左右，然后接旁通头或循环接头。
把测斜仪的井下仪器总成下入钻杆内，使定向鞋的缺口坐在定向键上。
定向造斜时，可从地面仪表直接读出实钻井眼的井斜、方位和工具面，司钻和定向井工程师要始终跟踪预定的工具面方向，保持井眼轨迹按预定方向钻进。
4．随钻测量仪（MWD）定向MWD井下仪器总成安装在下部钻具组合的非磁钻铤内，其下井前要调整好工作模式和传输速度，并准确地测量偏移值，输入计算机。
仪器在井下所测的井眼参数通过钻井液脉冲传至地面，信息经地面处理后，可迅速传到钻台。
MWD不仅可用于定向造斜，也可用于旋转钻进中的连续测量，是一种先进的测量仪器。
5．定向造斜中的注意事项：（1）如果定向作业前的裸眼段较长，应短起下钻一趟，保证井眼畅通。
（2）井下马达下井前应在井口试运转，测量轴承间隙；记录各种参数，工作正常方可下井；（3）MWD等仪器下井前，必须输入磁场强度、磁倾角等参数；（4）定向造斜钻进，要按规定加压，均匀送钻，以保持恒定的工具面。
（5）造斜钻进或起下钻，用旋扣钳或动力水龙头上卸扣，不得用转盘上卸扣；（6）起钻前方位角必须在20～30米井段内保持稳定，且保证预定的提前角。
目前，“一次造斜到位法”也经常在我国海洋定向井中使用，这种方法适用于造斜点较浅，且机械钻速很快的造斜井段，常常配合使用随钻测量仪。
（7）井下马达出井时，按规定程序进行清洗、保养。
二．转盘钻增斜井段常用增斜钻具组合为：钻头十近钻头稳定器十非磁钻铤十钻铤（非磁钻铤和钻铤的总长度为18～30米之间）十稳定器十钻铤（10米）十稳定器十钻铤十随钻震击器十加重钻杆十钻杆（见图9－10，从下至上，增斜效果越来越强。
图中UG是指尺寸不足的扶正器）。
施工注意事项：1．按设计钻井参数钻进，均匀送钻，使井眼曲率变化平缓。
2．每钻进25～50米测量一次，随时作图，掌握井斜、方位的变化趋势。
如果增斜率不能满足设计要求，应及时采取措施：（1）调整钻压改变增斜率。
增加钻压可使增斜率增大，减小钻压，则使增斜率降低。
（2）更换钻具组合，改变近钻头稳定器与相邻稳定器之间的距离。
改变的范围为10～30米，距离越短，增斜率越低，距离越长，增斜率越高；（3）改变近钻头稳定器与相邻稳定器之间的钻铤刚性，刚性越高，增斜率越低；刚性越低，增斜度越高。
（4）钻头底部距近钻头稳定器翼片中部的距离为0.7～1.2米。
3．如果增斜率比设计值稍低（5°／100米以内），可采用强行增斜法。
（l）接单根后，开泵至设计排量，慢慢加压至设计钻压的75％左右；（2）转动转盘至设计转速，同时逐步增加钻压至允许的最大钻压；（3）钻完一个单根时，马上停转盘，钻压不回零，上提钻具。
（4）划眼时，井底的最后2米左右不划眼。
采用强行增斜法要注意：一是当前钻进的转盘扭矩不应过大；二是启动转盘时，要保持钻压达到预定的数值；三是整个井下钻具各组件质量应合格；四是采用这种特殊方法只能达到微增效果（增斜率可提高4°／100米左右——经验数据）。
三．稳斜井段常用的稳斜钻具组合（见图9－11，从下至上，稳斜效果越来越强。
图中UG是指尺寸不足的扶正器）。
钻头十近钻头稳定器十短钻铤（3～6米）十稳定器十非磁钻铤十稳定器十钻铤十键槽破坏器十挠性接头十震击器十加重钻杆。
施工措施：l．造斜或增斜结束后，下入第一趟稳斜钻具时，从造斜点开始要慢慢下钻。
尤其是在软地层、高造斜率的情况下，容易遇阻，并可能产生新井眼，必须注意：（1）下钻遇阻时，活动钻具3～5次，切勿“压死”钻具；（2）开泵，慢慢下放2～3次。
（3）在遇阻点以上1.5米左右，中高速转动转盘（80～90转／分），快速下放，钻压不超过98千牛（10吨）；（4）通过遇阻点以后，上、下活动钻具l～2次，继续下钻。
注意：在硬地层时，稳斜钻具在造斜段遇阻，仍可采用前述（l）、（2）步骤，只是活动钻具的次数适当减少，仍然遇阻时，同样要转动转盘，只是转速适当地低一些，且控制钻压，慢慢下放，切勿“压死”钻具。
2．在方位右漂严重的地层中钻进，可采用“超长翼”的稳定器（钻具组合相同），以稳定方位角。
也可采用PDC钻头（如R426型），以利用PDC钻头具有方位左漂趋势的特性。
3．总结同一地层的自然增斜或降斜特性，合理地选择稳斜钻具组合。
4．测斜，最大测斜间距不超过100米，特殊井的关键井段测斜间距应为30米左右，并及时绘制垂直剖面图和水平投影图，随时掌握实钻井眼轨迹情况。
四．降斜井段常用降斜钻具组合（见图9一12，从下至上，降斜效果越来越强）。
钻头十短钻铤（3～8米）十稳定器十非磁钻铤十稳定器十钻铤十键槽破坏器十挠性接头十震击器十加重钻杆十钻杆。
注意。
1．定向井的降斜钻具组合不宜采用大钟摆式，否则降斜率过高，起下钻困难。
2．降斜段一般接近完井井段，井下扭矩和摩擦阻力较大，在满足中靶的前提下，应尽量简化钻具组合，使用加重钻杆加压。
五．扭方位一般地说，井斜的控制要比方位控制容易一些，如何实现方位的自由控制，也是定向井钻井的一大难题。
影响方位的因素很多，除地层这一不可改变的因素之外，钻井参数和钻具组合也对方位产生一定的影响。
其影响规律如下：在钻具组合方面，一般认为，对方位漂移产生主要的影响是前30～60米的钻具组件。
稳定器能起到稳定方位漂移的作用，稳定器越多，方位漂移总趋势的变化不会太大。
也就是说，对稳斜钻具组合，由于稳定器较多，方位的漂移趋势变化不大，而对于增斜和降斜钻具组合，方位的漂移趋势可能变化。
在钻井参数方面，钻压和转速也对方位产生影响。
一般地认为，适当的高转速（为90～110转／分）和中等钻压98～147千牛（10～15吨），抑制方位向右漂移的效果较好。
由于影响方位漂移的因素很多，地层的变化也很难掌握，因此方位控制的确较困难。
但是，要尽量少扭方位，一口井最多扭两次方位，还是可以接受的。
当实钻井眼轨迹严重偏离靶区范围，且根据当前的方位漂移趋势无望进入靶区时，应下入造斜钻具组合扭方位。
1．施工要点：（1）扭方位钻具组合及其采用的钻井参数和定向造斜施工基本上相同（建议尽量少下钻铤，防止压差卡钻）；（2）选择可钻性和稳定性较好的地层（尤其是大段砂层），实施扭方位作业；（3）深井扭方位，由于反扭角较大，一般采用随钻测斜仪扭方位；（4）井斜角较大井段（40°以上）扭方位，容易降斜。
扭方位前一趟钻，可以事先增加2～3°井斜，以弥补扭方位时的降斜效果。
当然，采用先扭完方位，井斜自然降低以后，再适当地增斜，也能保证较好的井眼轨迹；（5）依据实钻的垂直剖面图，确定采用何种扭方位的工具面角度（增、降或稳斜）。
2．方位扭转角的计算方位扭转角的计算，可按如下步骤进行：（l）进行测斜计算，算出目前的井底坐标位置。
如图9－13所示，OT为设计的井斜方位线，ode为实钻井眼轴线的水平投影，e为目前的井底。
