定向钻井理论与技术课件.ppt

1、定向钻井理论与技术定向钻井理论与技术p学习目的学习目的：掌握定向井设计和计算的基本理论和方法，初步具备分掌握定向井设计和计算的基本理论和方法，初步具备分析和解决定向钻井过程中具体问题的能力，并对当前的定向井新技析和解决定向钻井过程中具体问题的能力，并对当前的定向井新技术有最基本的了解，为以后从事定向井工作打下较好的基础。术有最基本的了解，为以后从事定向井工作打下较好的基础。p主要内容主要内容：井眼轨迹计算；井眼轨道设计；井眼轨迹预测；钻柱摩井眼轨迹计算；井眼轨道设计；井眼轨迹预测；钻柱摩阻扭矩计算；定向井测量技术；定向井专用井下工具；井眼轨迹控阻扭矩计算；定向井测量技术；定向井专用井下工具；井

2、眼轨迹控制技术；定向井新技术专题介绍等。制技术；定向井新技术专题介绍等。p教材教材：定向钻井设计与计算：定向钻井设计与计算(韩志勇韩志勇 编著编著).中国石油大学出版社，中国石油大学出版社，2007.11p主要参考文献主要参考文献：有关定向井的行业标准、科技论文。：有关定向井的行业标准、科技论文。第第1章章 定向钻井技术概述定向钻井技术概述（1学时）学时）1-1 定向井的用途定向井的用途1-2 井眼轨迹的基本概念井眼轨迹的基本概念第第2章章 井眼轨迹计算与评价井眼轨迹计算与评价（56学时）学时）2-1 井眼曲率计算方法井眼曲率计算方法2-2 测斜计算方法测斜计算方法2-3 井眼轨迹质量评价方法

3、井眼轨迹质量评价方法2-4 井眼轨迹的内插方法井眼轨迹的内插方法第第3章章 井眼轨道设计井眼轨道设计（6学时）学时）3-1 井眼轨道设计概述井眼轨道设计概述3-2 二维常规轨道设计二维常规轨道设计3-3 微曲稳斜轨道设计微曲稳斜轨道设计3-4 待钻井眼轨道设计待钻井眼轨道设计3-5 坐标系统及转换坐标系统及转换*第第4章章 井眼轨迹预测方法井眼轨迹预测方法（4学时）学时）4-1 井眼轨迹预测的外推法井眼轨迹预测的外推法4-2 给定造斜率的井眼轨迹预测方法给定造斜率的井眼轨迹预测方法4-3 工具的造斜率预测方法工具的造斜率预测方法*4-4 钻头与地层相互作用模型简介钻头与地层相互作用模型简介*第

4、第5章章 管柱摩阻扭矩计算管柱摩阻扭矩计算*（1学时）学时）第第6章章 定向井专用井下工具定向井专用井下工具（4学时）学时）6-1 无磁钻铤无磁钻铤6-2 螺杆钻具螺杆钻具6-3 其它井下工具其它井下工具第第7章章 定向井测量技术定向井测量技术（2学时）学时）7-1 电磁测斜仪电磁测斜仪7-3 无线随钻测斜仪无线随钻测斜仪7-4 陀螺测斜仪陀螺测斜仪第第8章章 水平井钻井技术水平井钻井技术（56学时）学时）8-1 水平井轨道设计方法水平井轨道设计方法8-2 水平井轨迹控制技术水平井轨迹控制技术第第10章章 旋转导向钻井技术旋转导向钻井技术*（2学时）学时）第第9章章 丛式井技术丛式井技术*（2

5、学时）学时）9-1 丛式井技术难点及对策丛式井技术难点及对策9-2 井眼轨迹扫描与防碰技术井眼轨迹扫描与防碰技术1-1 定向井的用途定向井的用途1-2 井眼轨迹的基本概念井眼轨迹的基本概念1-3 井眼轨迹的图示法井眼轨迹的图示法p定向井定向井(directional well)：按照事先设计的具有井斜和方位按照事先设计的具有井斜和方位变化的轨道钻进的井。变化的轨道钻进的井。l直井打斜了，也具有井斜角和方位角的变化，但那不是定向井。直井打斜了，也具有井斜角和方位角的变化，但那不是定向井。p定向钻井定向钻井(directional drilling)：使井身沿着预先设计的方向使井身沿着预先设计的方

6、向和轨迹钻达目的层的钻井工艺方法。和轨迹钻达目的层的钻井工艺方法。p井眼轨道井眼轨道(well trajectory)：钻进之前人们预想的该井井眼轴钻进之前人们预想的该井井眼轴线形状。线形状。p井眼轨迹井眼轨迹(well path)：实际钻出来的井眼轴线形状。实际钻出来的井眼轴线形状。1、地面环境条件的限制、地面环境条件的限制2、地下地质条件的要求、地下地质条件的要求3、处理井下事故的需要、处理井下事故的需要4、提高油藏采收率的手段、提高油藏采收率的手段p当地面上是高山，湖泊，沼泽，河流，沟壑，海洋，农田或重当地面上是高山，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

7、井作业时，或者安装钻机要的建筑物等，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。和钻井作业费用很高时。胜利油田河胜利油田河50井组井组p断层遮挡油藏断层遮挡油藏：定向井比直井可发现和钻穿更多的油层；：定向井比直井可发现和钻穿更多的油层；p薄油层薄油层：定向井和水平井比直井的油层裸露面积要大得多；：定向井和水平井比直井的油层裸露面积要大得多；p垂直裂缝的构造带垂直裂缝的构造带：打直井很难钻遇裂缝，若钻定向井或水：打直井很难钻遇裂缝，若钻定向井或水平井，则钻遇裂缝的机会就大得多。平井，则钻遇裂缝的机会就大得多。p井下落物或断钻事故井下落物或断钻事故最终无法捞出时，从上部井段侧钻打

8、定向井；最终无法捞出时，从上部井段侧钻打定向井；p井喷着火井喷着火常规方法难以处理时，在事故井附近打定向井常规方法难以处理时，在事故井附近打定向井(称作救称作救援井援井)，与事故井贯通，进行引流或压井，可处理井喷着火事故。，与事故井贯通，进行引流或压井，可处理井喷着火事故。p高陡构造地层高陡构造地层，打直井很困难，若打定向井，则更容易。，打直井很困难，若打定向井，则更容易。钻穿多套油气层、老井侧钻、钻穿多套油气层、老井侧钻、等。等。扩大泄油面积扩大泄油面积增加控制储量增加控制储量提高油井产能提高油井产能0.6万吨直井的5倍以上（L=300m）水平井技术适合于薄层的开采水平井技术适合于薄层的开采

9、l 水平井水平井horizontal well）：井眼轨迹达到水平（：井眼轨迹达到水平（井斜角井斜角90左右左右）以后，井眼继续延伸一定长度（）以后，井眼继续延伸一定长度（延伸长度与油层厚度之延伸长度与油层厚度之比不小于比不小于6倍倍）的定向井。）的定向井。l 大位移井大位移井（延伸井，（延伸井，extended reach well）：）：水平位移与垂水平位移与垂深之比（深之比（位垂比位垂比）不小于）不小于2的定向井。的定向井。l 丛式井丛式井（cluster well）：在同一个井场上或一个钻井平台上，在同一个井场上或一个钻井平台上，有计划地钻出两口或两口以上的定向井，可含一口直井。有计划

10、地钻出两口或两口以上的定向井，可含一口直井。l 分支井分支井（multi-lateral well）：）：也称为也称为多底井多底井，是指一个井口，是指一个井口下面有两个或两个以上井底的定向井。下面有两个或两个以上井底的定向井。稠油开采稠油开采用水平井连通有高低差的两孤立油藏用水平井连通有高低差的两孤立油藏阶梯水平井阶梯水平井海油陆探、海油陆采海油陆探、海油陆采西江西江24-1边际油田边际油田鱼骨井也称为羽状井1、井眼轨迹的基本参数（测斜参数）、井眼轨迹的基本参数（测斜参数）(1)(1)井深（井深（L L，DmDm）：）：井口井口(通常以转盘面为基准通常以转盘面为基准)至测点的井眼长至测点的井眼

11、长度，也称为斜深、测深度，也称为斜深、测深（measure depth,MDmeasure depth,MD）。）。井深增量（井深增量（LL）：下测点井深与上测点井深之差。：下测点井深与上测点井深之差。LLBLA 测量方法：非连续测量测量方法：非连续测量；“测段测段”；“测点测点”。三个基本参数：三个基本参数：井深、井斜角、井斜方位角（方位角）井深、井斜角、井斜方位角（方位角）(2)井斜角井斜角()：过井眼轴线上某测点作井过井眼轴线上某测点作井眼轴线的切线，该切线向井眼前进方向眼轴线的切线，该切线向井眼前进方向延伸的部分称为延伸的部分称为井眼方向线井眼方向线；井眼方向；井眼方向线与重力线之间的

12、夹角称为线与重力线之间的夹角称为井斜角井斜角。l井斜角增量井斜角增量()：下测点井斜：下测点井斜角与上测点井斜角之差。角与上测点井斜角之差。BA(3)井斜方位角井斜方位角（）：某测点处的井眼方向线在水平面上的投影称）：某测点处的井眼方向线在水平面上的投影称为为井眼方位线（井斜方位线）；井眼方位线（井斜方位线）；以正北方位线为始边，顺时针方向以正北方位线为始边，顺时针方向旋转到井眼方位线上所转过的角度。也称为旋转到井眼方位线上所转过的角度。也称为井眼方位角、方位角井眼方位角、方位角。井斜方位角的变化范围：井斜方位角的变化范围：0360。l井斜方位角增量井斜方位角增量（）：上下测点的井斜方位角之差

13、。上下测点的井斜方位角之差。B A l象限角象限角：井斜方位线与正北方位线或与正南方位线之间的夹角。：井斜方位线与正北方位线或与正南方位线之间的夹角。l象限角的变化范围象限角的变化范围：090之间。之间。井斜方位角的象限角表示方法井斜方位角的象限角表示方法图中：图中：N30E=30N67.5W=292.5S60E=120S45W=225规定：东磁偏角为规定：东磁偏角为“”，西磁偏角为，西磁偏角为“”；则：则：真方位角真方位角磁方位角磁偏角磁方位角磁偏角l磁偏角磁偏角：磁方位与真方位之间的夹角。磁方位与真方位之间的夹角。井斜方位角的修正井斜方位角的修正 东磁偏角：东磁偏角：磁北方位线在正北方位线

14、的东面。如：磁北方位线在正北方位线的东面。如：我国西部地区我国西部地区。西磁偏角：西磁偏角：磁北方位线在正北方位线的西面。如：磁北方位线在正北方位线的西面。如：我国东部地区我国东部地区。l 真方位与磁方位的换算关系：真方位与磁方位的换算关系：真方位角真方位角磁方位角东磁偏角磁方位角东磁偏角真方位角真方位角磁方位角西磁偏角磁方位角西磁偏角中国大陆磁偏角变化情况中国大陆磁偏角变化情况下面说法哪些是正确的？下面说法哪些是正确的？1.某点的井眼方向线就是该点的切线方向。某点的井眼方向线就是该点的切线方向。2.井斜角就是井眼方向线与重力线之间的夹角。井斜角就是井眼方向线与重力线之间的夹角。3.井眼轴线上

15、某点处的井眼方向线投影到水平面上，即为该点井眼轴线上某点处的井眼方向线投影到水平面上，即为该点的井斜方位线。的井斜方位线。4.方位角就是井斜方位线与正北方向的夹角。方位角就是井斜方位线与正北方向的夹角。5.井斜方位角就是方位角。井斜方位角就是方位角。6.井眼轴线投影到水平面上以后，过其上某一点作投影线的切井眼轴线投影到水平面上以后，过其上某一点作投影线的切线，该切线向井眼前进方向延伸部分即为该点的井斜方位线。线，该切线向井眼前进方向延伸部分即为该点的井斜方位线。1-2 井眼轨迹的基本概念井眼轨迹的基本概念2、井眼轨迹的计算参数：、井眼轨迹的计算参数：由基本参数计算得到的参数由基本参数计算得到的

16、参数(1)垂直深度垂直深度（，H）：）：轨迹上某点至井口所在水平面的距离，轨迹上某点至井口所在水平面的距离，简称简称“垂深垂深”(vertical depth,VD）。l 垂深增量垂深增量（）：下测点垂深与上测点垂深之差，简称）：下测点垂深与上测点垂深之差，简称“垂垂增增”。DDBDA l 直角坐标（直角坐标（5个）：个）：垂深垂深(D，H)、N坐标坐标(N)、E坐标坐标(E)；水平长度水平长度(Lp)、视平移、视平移(V)；l 极坐标（极坐标（2个）：个）：水平位移水平位移(S)、平移方位角、平移方位角()；l 井眼曲率井眼曲率(K)。(2)水平投影长度水平投影长度（Lp）：）：井眼轨迹上某

17、点至井口的长度在水平井眼轨迹上某点至井口的长度在水平面上的投影，即井深在水平面上的投影长度。面上的投影，即井深在水平面上的投影长度。也称为也称为“水平长度水平长度”，简称简称“平长平长”。2、井眼轨迹的计算参数、井眼轨迹的计算参数l平增平增（Lp）：水平投影长）：水平投影长度的增量。度的增量。LpLpBLpA(3)水平位移（）：水平位移（）：轨迹上某点至井口所在铅垂线的距离，简称轨迹上某点至井口所在铅垂线的距离，简称“平平移移”。（或：在水平投影面上，轨迹上某点至井口的距离）。（或：在水平投影面上，轨迹上某点至井口的距离）。2、井眼轨迹的计算参数、井眼轨迹的计算参数l 国外，将水平位移称作国外

18、，将水平位移称作闭合距闭合距。l 国内，将完钻时的水平位移称为国内，将完钻时的水平位移称为闭合距闭合距。(4)平移方位角（平移方位角（）：水平投影面上，水平投影面上，井口至轨迹上某点的连线称为井口至轨迹上某点的连线称为平移方平移方位线位线；平移方位线所在的方位角称为平移方位线所在的方位角称为平移方位角平移方位角。l国外，将平移方位角称作国外，将平移方位角称作闭合方位角闭合方位角。l国内，指完钻时的平移方位角为国内，指完钻时的平移方位角为闭合方位角闭合方位角。(5)坐标和坐标坐标和坐标：井眼轨迹上某点在以井口为原点的水平面坐标系井眼轨迹上某点在以井口为原点的水平面坐标系里的坐标值。里的坐标值。2

19、、井眼轨迹的计算参数、井眼轨迹的计算参数(6)视平移（）：视平移（）：水平位移在设计水平位移在设计方位线上的投影长度。方位线上的投影长度。l南北坐标轴，以正北方向为正；南北坐标轴，以正北方向为正；l东西坐标轴，以正东方向为正。东西坐标轴，以正东方向为正。(7)井眼曲率井眼曲率（）：指井眼轨迹曲线的曲率（）：指井眼轨迹曲线的曲率（平均曲率）平均曲率），也称为也称为“狗腿严重度狗腿严重度”、“全角变化率全角变化率”。2、井眼轨迹的计算参数、井眼轨迹的计算参数l狗狗腿腿角角（），或称为），或称为“全角变全角变化化”：上、下二测点的两条井眼方：上、下二测点的两条井眼方向线之间的夹角（空间夹角）。向线之

20、间的夹角（空间夹角）。狗狗腿角既反映了井斜角的变化，又反腿角既反映了井斜角的变化，又反映了井斜方位角的变化。映了井斜方位角的变化。1、三种基本图形、三种基本图形1-3 井眼轨迹的图示法井眼轨迹的图示法（1）水平投影图水平投影图：相当于机械制图的：相当于机械制图的“俯视图俯视图”p投影面：水平面投影面：水平面p坐标系：以井口为原点，纵轴为坐标系：以井口为原点，纵轴为N坐标，横轴为坐标，横轴为E坐标。坐标。p表达的参数：表达的参数：坐标、坐标、水平位移坐标、坐标、水平位移S、平移方位角、平移方位角、井斜方位角井斜方位角、水平长度、水平长度Lp、闭合距、闭合方位角闭合距、闭合方位角。在水平投影图上，

21、方位角是真实的在水平投影图上，方位角是真实的。1、三种基本图形、三种基本图形1-3 井眼轨迹的图示法井眼轨迹的图示法（2）垂直投影图垂直投影图：相当于机械制图的：相当于机械制图的“侧视图侧视图”p投影面：过设计方位线的铅垂面，即井口和目标点所在的铅垂面。投影面：过设计方位线的铅垂面，即井口和目标点所在的铅垂面。p坐标系：原点（井口）、纵轴为垂深坐标系：原点（井口）、纵轴为垂深D，横轴为视平移，横轴为视平移V。p表达的参数：垂深表达的参数：垂深D、视平移、视平移V、井斜的增减趋势。、井斜的增减趋势。1、三种基本图形三种基本图形1-3 井眼轨迹的图示法井眼轨迹的图示法（3）垂直剖面图垂直剖面图：过

22、井眼轴线上各点垂线组成的过井眼轴线上各点垂线组成的柱面展开图柱面展开图。p坐标系：以井口为原点，纵轴为垂深坐标系：以井口为原点，纵轴为垂深D，横轴为平长，横轴为平长Lp。l表达的参数：垂深表达的参数：垂深 D、水平长度、水平长度 Lp、井深、井深 L、井斜角、井斜角。在垂直剖面图上，井斜角是真实的在垂直剖面图上，井斜角是真实的。垂直剖面图原理垂直剖面图原理2 2、两种图示方法、两种图示方法1-3 井眼轨迹的图示法井眼轨迹的图示法（1 1）垂直剖面图水平投影图）垂直剖面图水平投影图可以看出实钻井眼轨迹与设计可以看出实钻井眼轨迹与设计井眼轨迹的差别，便于指导施井眼轨迹的差别，便于指导施工中轨迹控制。工中轨迹控制。