定向井技术介绍

定向井技术介绍定向井根底概念定向井根底概念定向井常用工具定向井常用工具3一、定向井常用知识定向井概念：按照一定的要求，沿着预先设计的井眼轨迹钻达目的层位的钻井工艺为什么要钻定向井？1.地面限制：大海，湖泊，建筑物。2.地质条件：断层，增大采油面积，侧钻。3.井下事故 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。6一、定向井常用知识定向井分类：按设计井眼轴线形状分：两维定向井：井眼轴线在某个铅垂平面上变化的定向井，井斜变化，方位不变化。三维定向井：井眼轴线在三维空间变化的定向井，井斜变化，方位变化。按设计最大井斜角分：低斜度定向井：井斜小于15度，钻井时井斜、方位不易控制，钻井难度大。中斜度定向井：井斜在15-45度之间，钻井时井斜、方位易控制，钻井难度相对较小，是使用最多的一种。大斜度定向井：井斜在46-85度之间，其斜度大，水平位移大，增加了钻井难度和本钱。水平井：井斜大于86度，其钻井相对较难。7一、定向井常用知识定向井专业术语：1.井深：指井口通常以转盘面为基准到测点的井眼长度，也有人称之为斜深。国外称之为测深井深是以钻柱或电缆的长度来量测。井深既是测点的根本参数之一，又是说明测点位置的标志。8一、定向井常用知识2.井斜角：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延伸的局部称为井眼方向线。井眼方向线与重力线之间的夹角就是井斜角。显然，井眼方向线与重力线都是有向线段。井斜角表示了井眼轨迹在该测点处倾斜的大小。井斜角常以希腊字母表示，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，以表示。9一、定向井常用知识3.井斜方位角：l某测点处的井眼方向线投影到水平面上，称为井眼方位线，或井斜方位线。以正北方位线为始边，顺时针方向旋转到井眼方位线上所转过的角度，即井眼方位角。注意，正北方位线是指地理子午线沿正北方向延伸的线段。所以正北方位线和井眼方位线也都是有向线段，都可以用矢量表示。10一、定向井常用知识4.全角变化率狗腿严重或井眼曲率：从井眼内的一个点到另一个点，全角变化率狗腿严重或井眼曲率：从井眼内的一个点到另一个点，井眼前进方向变化的角度两点处井眼前进方向线之间的夹角，井眼前进方向变化的角度两点处井眼前进方向线之间的夹角，该角度既反映了井斜角度的变化又反映了方位角度的变化，通常称为该角度既反映了井斜角度的变化又反映了方位角度的变化，通常称为全角变化值。全角变化值。两点间的全角变化值两点间的全角变化值相对与两点间井眼长度相对与两点间井眼长度L变化变化的快慢及为全角变化率。用公式表达如下：的快慢及为全角变化率。用公式表达如下：L)cos(sinsincoscoscos12212111一、定向井常用知识12井眼轨迹控制井眼轨迹控制要求：在实钻过程中，设法使实钻的井眼轨迹尽可能符合设计要求：在实钻过程中，设法使实钻的井眼轨迹尽可能符合设计 的井眼轨迹。的井眼轨迹。2.实质：井眼轨迹控制，的实质，就是不断地控制井眼的前进方实质：井眼轨迹控制，的实质，就是不断地控制井眼的前进方 向。井眼方向由井眼的井斜角和井斜方位角来表示的。向。井眼方向由井眼的井斜角和井斜方位角来表示的。3.井眼方向控制内容：井眼方向控制内容：井斜角的控制：增斜、降斜、稳斜；斜角的控制：增斜、降斜、稳斜；井斜方位角控制：增方位、降方位、稳方位；井斜方位角控制：增方位、降方位、稳方位；131415二、定向井常用工具定向井常用井下工具定向井常用井下工具一、泥浆马达一、泥浆马达PDMPDM二、旋转导向工具二、旋转导向工具三、扶正器三、扶正器STBSTB四、非磁钻铤四、非磁钻铤NMDCNMDC五、悬挂短节五、悬挂短节HOSHOS六、短非磁钻铤六、短非磁钻铤SNMDCSNMDC七、浮阀接头七、浮阀接头F/VF/V八、定向接头八、定向接头O/SO/S16二、定向井常用工具泥浆马达泥浆马达 马达主要组成局部：马达主要组成局部：1)1)旁通阀总成旁通阀总成2)2)马达总成马达总成3)3)万向轴总成万向轴总成 4)4)驱动轴总成驱动轴总成 5)5)防掉总成防掉总成17二、定向井常用工具 泥浆马达的工作原理:马达是一种螺杆钻具SCREW DRILLS，它是以泥浆作为动力的一种井下动力钻具。马达工作原理：泥浆泵产生的高压泥浆流，经旁通阀进入马达时，转子在压力泥浆的驱动下，绕定子的轴线旋转，马达产生的扭矩和转速，通过万向轴和传动轴传递给钻头，来实现钻井作业。旁通阀结构及工作原理：旁通阀有旁通和关闭两个位置，在起下钻时位于旁通位置，下钻时允许环空的泥浆由旁通阀阀体侧面的阀口孔流向钻杆(钻具)内孔，起钻时使钻杆内孔的泥浆从阀体侧面的阀口流入环空，减少井台溢出泥浆，当泥浆流量及压力到达一定值时，旁通阀关闭，泥浆流经马达，将泥浆能量转换为机械能。18二、定向井常用工具马达总成的结构及工作原理：马达总成由转子和定子两局部组成马达总成的结构及工作原理：马达总成由转子和定子两局部组成,定子定子是在钢管内壁上压注橡胶衬套而成。转子与定子相互啮合，是用两是在钢管内壁上压注橡胶衬套而成。转子与定子相互啮合，是用两者的导程差而形成的螺旋密封线，同时形成密封腔定子与转子之间者的导程差而形成的螺旋密封线，同时形成密封腔定子与转子之间形成假设干个密封腔。转子在泥浆动力作用下，绕定子的轴线旋转，形成假设干个密封腔。转子在泥浆动力作用下，绕定子的轴线旋转，密封腔不断的形成与消失，完成能量交换从而推动转子在定子中旋密封腔不断的形成与消失，完成能量交换从而推动转子在定子中旋转。马达可形成几个密封腔就称几级马达。转。马达可形成几个密封腔就称几级马达。19二、定向井常用工具万向轴总成的工作原理：万向轴总成的工作原理：万向轴总成位于转子下端，其作用是把马达产生的扭矩和转速传递到传动轴上。由于转子作的是偏心运动，因此要求万向轴具有较好的挠性功能，能将偏心运动转换成传动轴的定轴转动。20二、定向井常用工具传动轴总成的工作原理：传动轴总成传动轴总成的工作原理：传动轴总成(drive shaft assembly)(drive shaft assembly)，它的，它的作用是将马达的旋转动力扭矩和转速传递给钻头，同时承受钻作用是将马达的旋转动力扭矩和转速传递给钻头，同时承受钻压所产生的轴向和径向负荷。压所产生的轴向和径向负荷。21二、定向井常用工具22二、定向井常用工具扶正器扶正器23二、定向井常用工具扶正器作用扶正器作用在增斜钻具组合和降斜钻具组合中，稳定器起支点作用，在增斜钻具组合和降斜钻具组合中，稳定器起支点作用，通过改变稳定器在下部钻具组合中的位置，可改变下通过改变稳定器在下部钻具组合中的位置，可改变下部钻具组合的受力状态，到达控制井眼轨迹的目的；部钻具组合的受力状态，到达控制井眼轨迹的目的；增加下部钻具组合的刚性到达稳定井斜和方位的目的。稳增加下部钻具组合的刚性到达稳定井斜和方位的目的。稳斜钻具组合，是减小钻头与稳定器之间，以及稳定器斜钻具组合，是减小钻头与稳定器之间，以及稳定器与稳定器之间的相对距离，增强下部钻具的刚性，以与稳定器之间的相对距离，增强下部钻具的刚性，以限制下部钻具受压变形，到达稳斜效果；限制下部钻具受压变形，到达稳斜效果；修整井壁，平滑井眼。修整井壁，平滑井眼。24二、定向井常用工具非磁钻铤ID非磁钻铤 Non-magnetic Drilling Collar S/N非磁钻铤非磁钻铤结构结构 9“非磁钻铤：非磁钻铤：扣型：扣型：731*730 外径：外径：9 内径：内径：2-13/16 8“非磁钻铤：非磁钻铤：扣型：扣型：631*630 外径：外径：8 内径：内径：2-13/16 3“3-1/4 6-1/2 非磁钻铤：扣型：非磁钻铤：扣型：411*410 外径：外径：6-1/2 (165.1mm)内径：内径：3-1/4“或或 2-13/16 4-3/4非磁钻铤：非磁钻铤：扣型：扣型：311*310 外径：外径：4-3/4 (120.65mm)内径：内径：2-1/4 25二、定向井常用工具非磁钻铤非磁钻铤组份：l蒙乃尔钢，含30铜和65镍的合金；l铬镍钢，含约18铬和13以上镍的合金；l奥氏体钢，锰含量大于18的含铬合金；l铬铁铜合金。非磁钻铤作用非磁钻铤作用 在使用磁性测量仪器如在使用磁性测量仪器如MWD、磁性单、多点测斜仪或、磁性单、多点测斜仪或者电子多点测斜仪等仪器时，在钻具组合中使用非磁钻者电子多点测斜仪等仪器时，在钻具组合中使用非磁钻铤可以有效防止由于钻具本身所带来的磁干扰，使测量结铤可以有效防止由于钻具本身所带来的磁干扰，使测量结果准确有效。果准确有效。26二、定向井常用工具 浮阀的浮阀的作用：作用：主要作用是防止泥浆倒流损害井下测量工具，以及防止钻头水眼被堵。IDID浮阀接头 Float Valve浮阀27二、定向井常用工具l根本结构：包括壳体、定向套、定向键和定位螺钉根本结构：包括壳体、定向套、定向键和定位螺钉l主要作用：是为定向仪器磁性单多点或陀螺等主要作用：是为定向仪器磁性单多点或陀螺等提供一个稳定的座封环境，便于准确地知道马达等提供一个稳定的座封环境，便于准确地知道马达等井下工具的方向，保障下部作业顺利进行。井下工具的方向，保障下部作业顺利进行。定向接头 某井设计从530米开始造斜，以3/30m的造斜率方位在171.64钻进至米后，稳斜稳方位中完第一靶，再从米降斜扭方位中完第二靶后，稳斜稳方位至米结束。马达案例分析马达案例分析靶点1:1761m靶点2:2320mT60T50T72T80T82T83TD：2040ms 2700m次要目的层：涠三段次要目的层：涠三段主要目的层：流一段上、下层序主要目的层：流一段上、下层序地层倾角12-15度地层倾向NW345-357 施工过程：12-1/4井段一共使用两趟钻，第一趟钻从初始造斜到造斜结束，PDC钻头+马达滑动钻进工具面比较稳定，轨迹控制正常，但是钻到938米时，马达转子和传动总成落井，起钻成功打捞落鱼，更换马达继续钻进，第二趟钻，滑动调整也比较正常，工具面较稳定，轨迹控制良好，钻进到1770米结束12-1/4井段作业。12-1/4井段钻具组合：12-1/4PDC 钻头6刀翼+9-5/8马达度+12扶正器+8浮阀接头+8非磁钻铤+8悬挂短节MWD)+8短非磁钻铤+8钻铤*3+7-3/4震击器+8配合接头+5加重钻杆*14+5钻杆 二、马达落井前现象描述正常钻井参数：滑动参数 WOB:2-10 klbs FLOW:2500-3100 lpm旋转参数 WOB:2-10 klbs FLOW:2900-3200 lpm RPM：40 rpm TORQUE:923-5216 ft*lbs 二、马达落井前现象描述落井前一柱正常钻井参数：WOB:5-8 klbs；FLOW:3212 lpm；RPM：40 rpmTORQUE:3762-5216 ft*lbs异常现象：钻进至930米左右，打稠浆后泵压由正常的1800psi左右增加到3100psi。提起钻具循环检查泵压下降了约200psi至2900psi左右，但仍比正常打钻泵压高1000psi左右，现场分析认为可能是打稠浆后将大量岩屑带出堵住循环通道导致泵压升高，下放钻具继续钻进的参数 WOB:11 klbs；FLOW:3175 lpm；RPM：40 rpm TORQUE:4670-5216 klbs*f 除泵压仍偏高外其余参数正常 二、马达落井前现象描述滑动异常现象：钻进至米后接立柱后准备滑动，排量3147L/Min,循环泵压2929psi，接触井底无压差，钻压15klbs左右无进尺。旋转放至井底异常现象 接触井底后，突然钻压增加至40klbs，蹩扭矩至18000 ft*lbs左右，钻具反转，泵压突然下降至1850psi左右，悬重也下降；及时提起钻具，尝试限扭20000 ft*lbs转动顶驱并上提钻具，钻具旋转但扭矩很高。提离井底后的异常现象 钻具提离井底3米左右后无法下放，将上立柱甩掉开顶驱划眼，排量3174 L/Min，泵压1256psi，扭矩1762 ft*lbs，悬重，但下放到遇阻。马达出井检查马达出井检查检查结果：出井后检查发现马达转子、万向轴、传动轴总成含扶正套及钻头落井。图片见下页：出井马达照片脱扣位置脱扣位置脱扣位置丝扣正常未损坏马达转子及传动总成落井原因分析：扶正器遇阻卡死。定子壳体上会产生很大的反扭矩，在钻压很高或泵压很高时，如果扶正器遇阻卡死，该反扭矩得不到释放，定子就会反转从而使得螺纹脱开；入井马达转子上没有装防掉装置；在打完稠浆后，现场工程师对泵压升高1000psi以上情况判断不准，经验缺乏，误认为是上一柱泵入稠浆导致的泵压升高，从而决定继续钻进。谢谢！