定向井专业知识培训

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,定向井水平井知识培训,钻井工程研究,2024/9/21,1,前言,1,、 要打好一口定向井水平井，必须掌握定向井水平井基本原理，熟知钻头、动力钻具、,MWD,仪器、各种钻具结构，泥浆、地质、钻井设备等相关内容，下达的钻井指令和制定的钻井参数合理有效，才能随时解决现场中遇到的各种问题，工作中运用自如。,2,、“三人行，必有我师”,2024/9/21,2,定向井定义,井眼轨道,直井：设计井眼轴线为一铅垂线，其井斜角、井底水平位移和全角变化率均在限定范围。,定向井：沿着预先设计的井眼轨道，按既定方向偏离井口垂线一定距离，钻达一定目标的井。,2024/9/21,3,普通定向井：一个井场内仅有,1,口最大井斜角小于,60,的定向井。,斜直井：用斜直钻机或斜井架完成，自井口开始井眼轨道一直是一段斜井段的定向井。,大斜度井：最大井斜角在,60,80,范围内的定向井,水平井：最大井斜角大于或等于,86,，并保持这种井斜角钻完一定长度段的井。,长曲率半径：,6,/30m,中曲率半径：,6,20,/30m,水平井 中短曲率半径：,1,20,/30m,短曲率半径：,1,10,/m,径向水平井：,k=,丛式井：在一个井场内有计划地钻出两口或两口以上的定向井组，其中可含,1,口直井。,多底井（分支井）：一个井口下面有两个或两个以上井底的定向井。,定向井,2024/9/21,4,一、定向井的基本概念,造斜点,稳斜井段,实钻井眼轨迹,设计井眼轨道,靶区,水 平 位 移,垂,深,一口定向井简单示意图,2024/9/21,5,一、定向井的基本概念,1,）井深：指井口（转盘面）至测点的井眼实际长度，人们常称为斜深。,2,）测深：测点的井深，是以测量装置的中点所在井深为准。,3),垂深,:,井眼轴线上任一点，到井口所在水平面的距离，称为该点垂深。,4),井斜角：该测点处的井眼方向线与重力线之间的夹角（见图,1.1,） 。井斜角常以希腊字母,表示，单位为度。,2024/9/21,6,一、定向井的基本概念,5,）方位角：是指以正北方位线为始 边，顺时针旋转至井斜方位线所转过 的角度（见图,1.2,）。井斜方位角常以希腊字母,表示，单位为度。,6),水平位移：井眼轴线上任一点，与井口铅直线的距离，称为该点水平位移，也称该点的闭合距。,7),视位移：水平位移在设计方位线上投影长度，称为视位移。,2024/9/21,7,一、定向井的基本概念,重力线,井眼方向线,A,A,B,井口,正北方向线,井斜方位线,井斜方位角,B,B,图,1.1,井斜角的表示方法,图,1.2,方位角的表示方法,2024/9/21,8,一、定向井的基本概念,7,）磁方位角：磁力测斜仪测得的井斜方位角,是以地球磁北方位线为准的，称磁方位角。,8,）磁偏角：磁北方位线与真北方位线并不重,合，两者之间有一个夹角，这个夹角称为磁偏,角。磁偏角又有东磁偏和西磁偏角之分，当磁,北方位线在正北方位线以东时，称为东偏角；,当磁北方位线在正北方位线以西时称为西偏磁,偏角。进行磁偏角校正时按以下公式计算：,2024/9/21,9,一、定向井的基本概念,磁偏角,真方位与磁方位的换算,真方位角磁方位角东磁偏角,真方位角磁方位角西磁偏角,2024/9/21,10,真北,磁北,真北,磁北,E,W,E,W,如果磁偏角向西，用磁方位角减磁偏角；,如果磁偏角向东，用磁方位角加磁偏角。,磁方位角读数,磁方位角读数,一、定向井的基本概念,2024/9/21,11,一、定向井的基本概念,9,）水平位移,:,称平移，是指测点到井口垂线的距离。在国外又称为闭合距。,10),井斜变化率,:,井斜角对井深的变化率，度,/30,米,11),方位变化率,:,方位角对井深的变化率，度,/30,米,2024/9/21,12,一、定向井的基本概念,12,）井眼曲率,:,从一点到另一点，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），既反映了井斜角的变化，又反映了井斜方位角的变化。人们将此角度称为全角变化值，或称为狗腿角，通常以,表示。井眼曲率也称为全角变化率，又称狗腿严重度,(,简称为狗腿度,),，都是同一个概念，是指单位长度井段内狗腿角的大小。,13),闭合方位角,:,在水平投影图上测点处正北方向与闭合方位线间的夹角，度,.,2024/9/21,13,一、定向井的基本概念,14),水平投影长度：测点与井口之间的井眼长度在水平面的投影长度。,15),造斜率：表示了造斜工,具的,造斜能力。其值等于用该造斜工具所钻出的井段的井眼曲率。,16),目标点：设计规定的，必须钻达的地层位置，称为目标点。通常是以地面井口为坐标原点的空间坐标值来表示。,2024/9/21,14,一、定向井的基本概念,17),靶区及靶区半径（定向井）：在目标点所在的水平面上，以目标点为圆心，以靶区半径为半径的一个圆面积。允许实钻井眼轨迹偏离设计目标点之间的距离，称为靶区半径 。,18),靶心距：在靶区平面上，实钻井眼轨迹与目标点之间的距离，称为靶心距。,19),反扭角：使用井底马达进行定向造斜或扭方位时，动力钻具启动前的工具面与启动后且加压钻进时的工具面之间的夹角，称为反扭角。反扭角总是使工具面逆时针转动。,20),工具面：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，称为工具面。,2024/9/21,15,一、定向井的基本概念,21),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，称为井底的“高边方向”。高边方向上的水平投影称为高边方。即井底的方位。,22),定向角,是定向工具面角的简称。在定向造斜或扭方位钻进时，当启动井下马达之后，工具面所处的位置，用工具面角表示，既为定向工具面角。,2024/9/21,16,一、定向井的基本概念,23),工具面角,是表示造斜工具下到井底后，工具面所在位置的参数。工具面角有两种表示方法：一种是以高边为基准的，一种是以磁北为准的，高边基准工具面角，简称高边工具面角。是指高边方向线为始边，顺时针转到工具面与井底圆平面的交线所转过的角度。由于高边方向线在水平面上的投影，即为井底方位线，所以，若以正北方向线为始边，顺时针转到井底方位线上所转过的角度，即为井底方位角。磁北工具面角等高边工具面角加上井底方位角。,2024/9/21,17,一、定向井的基本概念,定向井二维图示法,24,）垂直投影图：,将轨迹数据投影到指定的垂直平面内（通常为设计平面）。,25,）水平投影图：,空间井眼轨迹的俯视图。,2024/9/21,18,2024/9/21,19,一、定向井的基本概念,装置角、动力钻具反扭角、定向方位角。,1,、装置角的概念,OA,线称为“高边方向线”。点是钻头中心，,OC,线称为“装置方向线”。以高边方向线为始边，顺时针旋转到装置方向线上所转过的角度，称为造斜工具的装置角。用,表示。,2024/9/21,20,OA,线称为,“,高边方向线,点是钻头中心,装置角示意图,为装置角：,以高边方向线,oA,为始边，顺时针旋转到装置方向线,oc,上所转过的角度，称为造斜工具的装置角,2024/9/21,21,基本概念,磁北基准工具面角：简称磁北工具面角，现场称磁工具面，等于高边工具面角加上井底方位角。,现场当井斜角小于,8,度用磁工具角为基准定向操作，大于,8,度用重力高边工具面角为基准。,2024/9/21,22,造斜工具装置角的计算,井斜铅垂面,井底井眼方向线所在的铅垂平面。,井底平面,井底与井眼方向线垂直的平面。,造斜工具面,造斜工具的作用方向线与井底井眼方向线构成的平面。,水平面,工具面,井底平面,井斜铅垂面,井斜铅垂面,井底井眼方向线所在的铅垂平面。,造斜工具面,造斜工具的作用方向线与井底井眼方向线构成的平面。,井底平面,井底与井眼方向线垂直的平面。,2024/9/21,23,装置角定义,:,井斜铅垂面顺时针旋至造斜工具面所转过的角度。,（井斜铅垂面与造斜工具面之间的夹角。,),水平面,工具面,井底平面,井斜铅垂面,高边,低边,2024/9/21,24,意义：,装置角的变化直接影响井眼井斜的变化,。,在方位控制中是非常重要的，它决定了新眼是增斜，斜、降斜、增方位、稳方位还是减方位。,例如同样的弯,接,头（钻具组合），,A,增斜、,B,降斜,水平面,井斜铅垂面,A,B,2024/9/21,25,目前井斜方位角,=0,=90,=180,=270,增斜,增方位,降斜,减方位,2024/9/21,26,0,90,：增斜增方位。,90,180,：降斜增方位。,180,27,0,：降斜减方位。,270,360,：增斜减方位。,：装置角,2024/9/21,27,井底动力钻具反扭矩对装置角,的影响,反扭角,-,在反扭矩作用下紧靠动力钻具处钻柱截面的扭转角。,n,水平面,工具面,井底平面,井斜铅垂面,2024/9/21,28,反扭角示意图,造斜工具定向方位线,造斜工具装置方位线,现井斜方位线,S,W,1,n,N,E,装置角,反扭角,方位角,2024/9/21,29,二、基本要求,1),了解和掌握有线随钻仪器与无线,(MWD),的工作原理和操作规程。,2),会利用定向井软件应用及计算，尤其是中靶预测、井斜和方位余量的计算等。,3),灵活应用各种钻具结构和制定合理的钻井参数及措施，掌握定向井轨迹控制技术。,4),熟读,钻井事故与复杂问题,一书。,2024/9/21,30,三、定向井井身剖面设计,直井段,:,井斜角为,0,造斜点,：开始定向造斜的位置,增斜段,：,井斜角随井深增加的井段,定向造斜段,：,造斜点以下的增斜段,稳斜段,：井斜不变的井段,降斜段,：井斜角随井深增加而减小的井段,一、名词解释,O,A,C,D,E,B,2024/9/21,31,三、定向井井身剖面设计,1,、,直、增、稳三段制剖面,最常用和最简单的井身剖面,。,掌握两种最常用的剖面设计,O,A,B,2024/9/21,32,三、定向井井身剖面设计,2,直、增、稳、降、稳五段制剖面,应用范围：,常用于靶点较深，水平位移较小的定向井、多目标井等。,特点,：,难度较三段制剖面大，主要原因是有降斜段。降斜段会增大扭矩、摩阻（如小水平位移深定向井采用三段制剖面轨迹难控制）。,O,A,B,C,D,2024/9/21,33,三、定向井井身剖面设计,会使用我公司的定向井软件设计常用的定向井剖面,详细的定向井剖面设计略,2024/9/21,34,四、定向井施工简单步骤,最常用的造斜钻具组合是采用弯接头,+,直动力钻具组合或着是直接头,+,弯动力钻具组合进行定向造斜或扭方位施工。,根据施工难度、所用测量仪器和施工井型的不同，又分为：,有线随钻定向和无线随钻定向二种方法。,原理：是利用弯接头或弯马达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，达到定向和扭方位的目的。,2024/9/21,35,四、定向井施工简单步骤,1,、有线随钻定向,1),、弯接头,+,直马达,1.1,钻具组合：钻头,+,直马达,+,弯接头,+,无磁钻铤,+,钻杆,1.2,定向方法：,直接定向时：磁工具面摆在：校正方位,+,反扭角,加压后：磁工具面摆在：校正方位,调方位时,:,磁工具面摆在,:,反扭角,+,井底方位,+,装置角,加压后：磁工具面摆在：井底方位,+,装置角,用高边时：高边摆在： 反扭角,+,装置角,加压后：高边摆在： 装置角,2024/9/21,36,四、定向井施工简单步骤,2),直接头,+,弯马达,2.1,钻具组合：钻头,+,弯马达,+,直接头,+,无磁钻铤,+,钻杆,1.2,定向方法：,直接定向时：磁工具面摆在：校正方位,+,反扭角,加压后,:,磁工具面摆在：校正方位,调方位时,:,磁工具面摆在：井底方位,+,反扭角,+,装置角,加压后,:,磁工具面摆在：井底方位,+,装置角,用高边时：高边工具面摆在： 反扭角,+,装置角,加压后：高边工具面摆在： 装置角,2024/9/21,37,四、定向井施工简单步骤,2,、无线随钻定向,1),、直接头,+,弯马达,1.1,钻具组合：钻头,+,弯马达,+,直接头,+,无磁钻铤,+,加重钻杆,1.2,定向方法：,直接定向时：磁工具面摆在：校正方位,+,反扭角,加压后： 磁工具面摆在：校正方位,调方位时：磁工具面摆在：校正方位,+,反扭角,+,装置角,加压后：磁工具面摆在：校正方位,+,装置角,用高边时： 高边摆在： 反扭角,+,装置角,加压后：高边摆在： 装置角,2024/9/21,38,四、定向井施工简单步骤,角差的测量,键,迪纳,迪纳,键,注意：用,MWD,时，仪器误差角要在工作前确认准确无误后输入计算机,以迪纳为始边， 为,-(DN,超前,),，,为,+,(DN,落后,),为角差,2024/9/21,39,五、施工注意事项,螺杆钻具使用的注意事项,排量、钻压要按照使用手册的推荐范围使用；如需要大排量时，可使用中空马达,;,为了防止螺杆发生偏磨应尽量提高泥浆润滑性,;,必须严格使用固控设备，固相含量不高于,13%,，含沙量不高于,0.5%;,下井之前要做井口试验，记下马达压降,;,2024/9/21,40,五、螺杆施工注意事项,下钻时应注意下放速度，避免下放过快在通过防喷器、井口装置、分级注水泥接箍、套管、封隔器、尾管悬挂器、井眼的狗腿大时损坏螺杆。尢其大角度的螺杆更要注意,;,螺杆要到井底时，开泵循环清理井底沉沙。防止沉沙进入螺杆造成沙卡,;,最初加压要缓慢，使钻头慢慢的磨合，直到建立起钻井模式,;,2024/9/21,41,五、螺杆施工注意事项,钻井时，应尽可能保持恒定的立柱压力，使螺杆输出扭矩稳定,;,加钻压时小心控制，避免马达憋死，造成螺杆提前损坏,;,在进行复合钻进时，应严格控制钻盘（顶驱）转速，一般使用,60,70,转,/,分，如转速过快，会使马达和传动轴机构的离心力增大，使寿命缩短。螺杆外壳体的高速转动还容易造成壳体断裂。,2024/9/21,42,六、施工中常遇到的问题,（,1,）,PDC,钻头的特点是什么,?,1,、无活动零部件，,2,、具有高效切削作用，,3,、钻头寿命长,4,、同其它钻头比，扭距大，钻压小，有较高的机械钻速，抗冲击性能差。,2024/9/21,43,六、施工中常遇到的问题,（,2,）如何准确判断牙轮钻头的工作情况,?,判断方法：,1,、正常工作,当地层岩性无变化时，正常钻压下，转盘转动均匀，转盘链条无上下跳动；钻压正常无明显变化；指重表、泵压表、扭距表显示平稳；刹把无异常感觉。,2,、轴承损坏,转盘出现周期蹩跳，钻压小蹩跳小轻，钻压大则重；钻速下降，泵压正常，而指重表指针有摆动。,3,、牙轮卡死,转盘负荷增大，转盘链条跳动，方钻杆有蹩劲，停转盘打倒车；钻速下降，指重表指针摆动严重。,2024/9/21,44,六、施工中常遇到的问题,4,、掉牙轮,转盘负荷增大，转盘链条严重跳动，停转盘打倒车；蹩钻严重，指重表指针来回摆动；钻速明显下降或无进尺；上提钻具变换方向下探方入有变化，高差约为一牙轮高度（牙轮掉一个）。,5,、牙轮磨（脱）光,转盘负荷减轻，方钻杆无蹩跳；钻速明显下降或无进尺，指重表指示平稳无摆动；泵压正常。,6,、钻头泥包,转盘负荷增大，有跳钻现象，钻速下降，上提钻具有不同程度的挂卡，泵压上升，严重时蹩泵。,2024/9/21,45,六、施工中常遇到的问题,(3),、常见故障处理：,1,泵压突然升高：,原因及处理方法,钻压过大，动力钻具转不动及时提离井底，泵压恢复正常后轻压钻进；,动力钻具脱胶立即起钻更换动力钻具。,2024/9/21,46,六、施工中常遇到的问题,2,泵压逐渐升高：,原因及处理方法：,钻头被堵塞提离井底检查压力，如果压差高于起始 压差可试用改变排量和上提办法清洗钻头，若无效则起钻。,钻头磨损,;,如果钻速下降则起钻换钻头。,地层改变,;,提离井底检查压力，如果压差与起始压力相同则继续钻进 。,2024/9/21,47,六、施工中常遇到的问题,3,泵压逐渐下降：,原因及处理方法,发生井漏及时检查钻井液量，起钻堵漏,钻柱刺漏应立即起钻检查,（,4,）无机械进尺：,原因及处理方法,地层改变可改变钻压和排量等钻井参数。,动力钻具不转提离井底检查压力，然后轻压钻进或起钻换动力钻具。,钻头磨损起钻换钻头。,2024/9/21,48,六、施工中常遇到的问题,（,4,）关于怎样侧钻,?,1),首先要选好侧钻点,保证侧钻成功；其次要保证控制好井眼轨迹，提高机械钻速。,侧钻点的选择原则,:,1,、尽量减少返工进尺,缩短钻井周期,降低成本。,2,、井径比较规则的井段,.,3,、保证水泥塞强度应能承受下部侧钻施工,.,4,、选择钻时相对较快的井段。,2024/9/21,49,六、施工中常遇到的问题,2),采取的技术措施是：,1,、侧钻前要扫水泥塞到预定位置，静压试水泥塞胶结强度和承压能力。,2,、尽量用牙轮而不是,PDC,钻头。,3,、摆好工具面，接近“零钻压”控制好钻时钻进。,4,、钻进中途避免活动钻具，接单根后将钻头放到井底后，才能开泵钻进。,5,、每,2h,捞取一次砂样，判断侧钻井眼的形成情况，在完全进入新地层后，逐步加至正常钻压钻进。,2024/9/21,50,七、水平井施工的工作步骤,打好一口水平井，大致分为以下五个步骤,1,、上井前的准备工作,2,、直井段施工,3,、斜井段施工,4,、,水平段施工,5,、,完井资料的收集、整理、上交工作,2024/9/21,51,七、水平井施工的工作步骤,1,、上井前的准备工作,1),工程设计,首先了解该井的设计情况，主要包括井身结构、地质,分层,，剖面设计（ 井口及靶点坐标、造斜点位置、造斜率的大小，及对靶盒的要求），对于该井的特别提示和要求等。,2),动力钻具和接头,2024/9/21,52,七、水平井施工的工作步骤,对于,8 1/2,井眼：,准备： 用于,8 1/2 “,井眼：扶正块外径,212mm,本体尺寸,165mm,或,172mm,的动力钻具扣型,430430,，因此准备配合接头两种：扣型分别为,: 431410,4314A10,对于,12 1/4 “,井眼,准备： 本体尺寸,:197mm,扶正块外径,308mm,的动力钻具；而目前公司，用于,12 1/4 ,井眼本体尺寸,197mm,的动力钻具有三种扣型：分别为,630630,，因此准备配合接头有三种：扣型分别为,2024/9/21,53,七、水平井施工的工作步骤,3),特种钻具和仪器的准备,5“,无磁承压钻杆：,1,或,2,根,5“,加重钻杆：,30,根或更多,5,斜坡钻杆：,MWD,仪器和,411410,短节,4),制定施工方案和技术保障措施并进行技术交底,2024/9/21,54,七、水平井施工的工作步骤,2,、直井段施工,1),一开直井段,一开（要接上无磁放好挡板），采用塔式或钟摆钻具组合，吊打钻进，确保钻直，起钻投多点。,2),二开直井段,二开（要接上无磁放好挡板），采用塔式或钟摆钻具组合，出表层,100m,吊打钻进，钻进期间吊测监控，至离设计造斜点,10-20m,，循环处理泥浆短起下，起钻投多点，为下步顺利施工创造有利条件,2024/9/21,55,七、水平井施工的工作步骤,3,、斜井段施工,1),钻具组合,钻头,+,动力钻具,+,接头,+,无磁钻铤,1,根,+MWD,短节,+5 ,加重钻杆,15,根,+5 ,斜坡钻杆,注意：,1,、入井前的动力钻具、接头、无磁钻铤等必须仔细检查，画好草图；掌握下井钻头的工作特性、使用寿命和水眼直径等。,2,、下入较大度数的单弯（,1.25,1.5,）动力钻具。,坚持造斜率,:,就高不就低的原则,3,、量好角差，并把角差和方位修正角输入计算机。,2024/9/21,56,七、水平井施工的工作步骤,2),施工技术,下钻到井底后，接上方钻杆离开井底开泵循环，待返出泥浆排量正常后， 摆工具面到预定位置，开始时用磁工具面定向钻进，小钻压钻进,1,2,单根，待工具面比较稳定后适当调整钻进参数；井斜超过,8MWD,自动显示高边工具面，全力增井斜；当井斜达到一定要求后，采用滑动钻进与复合钻进相结合的方式随时校正井眼轨迹。,井斜超过,45,后，采取短起下钻和钻具倒装，之前泥浆混足原油和其它润滑剂，并采取大排量定期或清洗井眼等措施，防止粘卡和消除岩屑床的形成，确保井眼畅通和稳定。,2024/9/21,57,七、水平井施工的工作步骤,4,、水平段施工,1),钻具组合,(,倒装,),钻头,+,动力钻具,+,接头,+5“,无磁承压钻杆,1,根,+MWD,短节,+ 5“,斜坡钻杆,？根,(,根据现场定,)+5”,加重钻杆,45,根,+5“,斜坡钻杆。,倒装钻具组合 ：在钻大斜度井段和水平段时，为了给钻头加压，将部分重量较轻的钻具放至钻具组合下部，把钻铤、加重钻杆等较重的钻具放至直井段或较小井斜的井段的钻具组合。,2024/9/21,58,七、水平井施工的工作步骤,2),施工技术,(,坚持少滑多转,少调勤调的原则,),采用复合钻进时，钻时较快，要求井队除接单根速度快外，还要做到早开泵，晚停泵，尽量缩短泥浆静止时间，防止砂子沉降速度快堵水眼和岩屑堆圾造成再次开泵困难等复杂情况；,尽量不要在水平段变更设计和大幅度调整井斜，滑动钻进时摩阻比原来显著增大，进尺变慢，要定时上提大幅度活动钻具。尽量缩短,MWD,测量时间，对于薄油层水平井要增加,MWD,测量次数，及时处理测量数据，并对井底及待钻井眼轨迹位置进行正确预测。,加强录井检测和观察，并根据录井结果和地质要求及,MWD,测量情况，随时微调井斜和变更设计，满足甲方需要。,2024/9/21,59,七、水平井施工的工作步骤,5,、 完井资料的收集、整理、上交工作,注意,:,交给甲方的资料数据必须准确，上交的资料必须齐全完整，同一口井不允许有不同的数据资料存在。,2024/9/21,60,八、定向井操作实例,例,1,：临,41-,斜,253,井,设计：垂深,2550m,，井底闭合距,372.5,米，闭合方位,:272.67,，造斜点,2030,米。,靶垂深,:2470,米,闭合距,289.26,米,半径,20,米。磁偏角：,-5.28,仪器误差为,0,、螺杆误差为的情况：,仪器下入井底时测量井斜：,1.5,，方位,140,，磁性工具面,170,。,2024/9/21,61,八、定向井操作实例,=f+,即：,=272.67+5.28=277.95,:,对准工具面,f:,设计方位,(,现场施工是校正方位）,：磁偏角,=+,:,加压前工具面,：装置角（此时为,0,）,：反扭角,例,1,：临,41-,斜,253,井,2024/9/21,62,八、定向井操作实例,注意：反扭角是根据螺杆在现场施工中不同的钻压而定,如：牙轮钻头,6,吨钻压时，反扭角,80,=277.95+0+80=357.95,此时指需把,140,工具面转到,357.95,就可以加,6,吨钻压施工,2024/9/21,63,八、定向井操作实例,设计：垂深,2420m,，井底闭合距,348.18,米，闭合方位,:168.58,，造斜点,1950,米。,靶垂深,:2270,米,闭合距,211.12,米,半径,25,米。磁偏角：,-5.46 ,仪器误差为,0,、螺杆误差为的情况：,仪器下入井底时测量井斜：,6.5,，方位,40,，磁性工具面,330 ,。,例,2,：商,56-,斜,127,2024/9/21,64,八、定向井操作实例,如现场施工中采用将井降到,0,再全力增斜定向。,磁性工具面全力降斜：,=,+180,=40,+180,=220,=+,即：,=220,+ 5.46,=225.46,:,对准工具面,:,井底方位的反方位,：井底测量方位,：磁偏角,2024/9/21,65,八、定向井操作实例,=+,:,加压前工具面,：装置角（此时为,0,）,：反扭角,注意：反扭角是根据螺杆在现场施工中不同的钻压而定。,例,2,：商,56-,斜,127,2024/9/21,66,八、定向井操作实例,例,2,：商,56-,斜,127,如：牙轮钻头,6,吨钻压时，反扭角,80,=225.46+0+80=325.46,此时指需把,30,工具面转到,325.46,就可以加,6,吨钻压施工。,将井底井斜降至,0,时再按例,1,方案施工即可。,2024/9/21,67,八、定向井操作实例,设计：垂深,2600,米，井底闭合距,72.7,米，闭合方位,:201.01,，造斜点,2340,米。,靶垂深,:2515,米,闭合距,40.2,米,半径,20,米。磁偏角：,-5.49,仪器误差为,0,、螺杆误差为的情况：,仪器下入井底时测量井斜：,7.5,，方位,168,，磁性工具面,30,重力高边工具面,222,。,例,3,：商,13-,斜,281,2024/9/21,68,八、定向井操作实例,现场施工采用重力工具面全力扭方位。,= ,即：,=90,:,对准工具面,=+,:,加压前工具面,：装置角（此时为,90,）,：反扭角,2024/9/21,69,八、定向井操作实例,如：牙轮钻头,6,吨钻压时，反扭角,80,=90,+80,=170,此时指需把,222,工具面转到,170,就可以加,6,吨钻压施工。,备注：此时施工属于全力增方位。,将井底井方位扭至设计方位,201,再将装置角按,0,计算进行施工即可（即：全力增斜）。,2024/9/21,70,八、定向井操作实例,注意分析：当重力工具面转到,170,时，磁性工具面应当在,340,左右。随着已测量扭方位井深的增加，磁性工具面而增大（或减小）。,随井斜的增大而磁性工具面的精度而降低。,2024/9/21,71,八、定向井操作实例,设计：垂深,2720,米，井底闭合距,202.48,米，闭合方位,:236.4,，造斜点,2250,米。,靶垂深,:2635,米,闭合距,156.34,米,半径,25,米。磁偏角：,-5.47,仪器误差为,94,、角差为,-133,的情况：,仪器下入井底时测量井斜：,.35,，方位,16,，磁性工具面,340,。,例,4,：商,56-,斜,210,2024/9/21,72,八、定向井操作实例,现场施工所有误差不可校正时施工情况。,=f+,+,即：,=236.4,+5.47,+94,+(-133,)=202.87,:,对准工具面,f:,设计方位,(,现场施工是校正方位）,：磁偏角,:,仪器误差,：角差,例,4,：商,56-,斜,210,2024/9/21,73,八、定向井操作实例,=+,:,加压前工具面,：装置角（此时为,0,）,：反扭角,如：牙轮钻头,6,吨钻压时，反扭角,80,=202,+80,=282,此时指需把,340,工具面转到,282,就可以加,6,吨钻压施工。（即：全力增斜）。,2024/9/21,74,九、常用钻具组合及钻井参数,215.9,钻头,+ 214,稳定器,+,挡板,+ 159,无磁钻铤,*,9,米,+ 159,钻铤,*,9,米,+ 214,稳定器,+159,钻铤,*,9,米,+ 214,稳定器,+ 159,钻铤,*,3,柱,+159,钻铤,*,9,米,+ 127,加重钻杆,*,5,柱,+ 127,钻杆,增斜率,: 7-9,度,/100,米,215.9,钻头,+ 214,稳定器,+,挡板,+ 159,无磁钻铤,*,9,米,+ 159,钻铤,*,6,米,+ 214,稳定器,+159,钻铤,*,9,米,+ 214,稳定器,+ 159,钻铤,*,3,柱,+159,钻铤,*,9,米,+ 127,加重钻杆,*,5,柱,+ 127,钻杆,增斜率,: 5-8,度,/100,米,2024/9/21,75,215.9,钻头,+,214,稳定器,+,挡板,+,159,无磁钻铤,*,9,米,+,159,钻铤,*,3,米,+,214,稳定器,+,159,钻铤,*,9,米,+,214,稳定器,+,159,钻铤,*,3,柱,+159,钻铤,*,9,米,+,127,加重钻杆,*,5,柱,+,127,钻杆,增斜率,: 4-6,度,/100,米,微增组合,:,215.9,钻头,+,159,钻铤,*,1,米,+,214,稳定器,+,挡板,+,159,无磁钻铤,*,9,米,+,214,稳定器,+,159,钻铤,*,9,米,+,214,稳定器,+,159,钻铤,*,3,柱,+159,钻铤,*,9,米,+,127,加重钻杆,*,5,柱,+,127,钻杆,增斜率,: 2-3,度,/100,米,215.9,钻头,+,159,钻铤,*,1.5,米,+,214,稳定器,+,挡板,+,159,无磁钻铤,*,9,米,+,214,稳定器,+,159,钻铤,*,9,米,+,214,稳定器,+,159,钻铤,*,3,柱,+159,钻铤,*,9,米,+,127,加重,2024/9/21,76,钻杆,*,5,柱,+,127,钻杆,增斜率,: 1-3,度,/100,米,215.9,钻头,+,159,钻铤,*,2,米,+,214,稳定器,+,挡板,+,159,无磁钻铤,*,9,米,+,214,稳定器,+,159,钻铤,*,9,米,+,214,稳定器,+,159,钻铤,*,3,柱,+159,钻铤,*,9,米,+,127,加重钻杆,*,5,柱,+,127,钻杆,增斜率,: 0-2,度,/100,米,稳斜组合,:,215.9,钻头,+ 214,稳定器,+,挡板,+ 159,无磁钻铤*,9,米,+ 214,稳定器,+159,钻铤*,9,米,+ 214,稳定器,+ 159,钻铤*,3,柱,+159,钻铤*,9,米,+ 127,加重钻杆*,5,柱,+ 127,钻杆,2024/9/21,77,增斜率,: 0-3,度,/100,米,215.9,钻头,+,159,钻铤,*,1.5,米,+,214,稳定器,+,挡板,+,159,钻铤,*,7.5,米,+,214,稳定器,+,159,无磁钻铤,*,9,米,+,214,稳定器,+,159,钻铤,*,3,柱,+159,钻铤,*,9,米,+,127,加重钻杆,*,5,柱,+,127,钻杆,增斜率,: -1-2,度,/100,米,215.9,钻头,+,159,钻铤,*,1.5,米,+,214,稳定器,+,挡板,+,159,钻铤,*,6,米,+,214,稳定器,+,159,无磁钻铤,*,9,米,+,214,稳定器,+,159,钻铤,*,3,柱,+159,钻铤,*,9,米,+,127,加重钻杆,*,5,柱,+,127,钻杆,增斜率,: -2-1,度,/100,米,2024/9/21,78,降斜组合,:,215.9,钻头,+,159,钻铤,*,18,米,+,214,稳定器,+,挡板,+,159,无磁钻铤,*,9,米,+,214,稳定器,+,159,钻铤,*,9,米,+,214,稳定器,+,159,钻铤,*,3,柱,+159,钻铤,*,9,米,+,127,加重钻杆,*,5,柱,+,127,钻杆,增斜率,: - 8,至,-20,度,/100,米,215.9,钻头,+,159,钻铤,*,9,米,+,214,稳定器,+,挡板,+,159,无磁钻铤,*,9,米,+,214,稳定器,+,159,钻铤,*,9,米,+,214,稳定器,+,159,钻铤,*,3,柱,+159,钻铤,*,9,米,+,127,加重钻杆,*,5,柱,+,127,钻杆,增斜率,: - 6,至,-12,度,/100,米,2024/9/21,79,215.9,钻头,+,159,钻铤,*,6,米,+,214,稳定器,+,挡板,+,159,无磁钻铤,*,9,米,+,214,稳定器,+,159,钻铤,*,9,米,+,214,稳定器,+,159,钻铤,*,3,柱,+159,钻铤,*,9,米,+,127,加重钻杆,*,5,柱,+,127,钻杆,增斜率,: - 4,至,-10,度,/100,米,215.9,钻头,+,159,钻铤,*,3,米,+,214,稳定器,+,挡板,+,159,无磁钻铤,*,9,米,+,214,稳定器,+,159,钻铤,*,9,米,+,214,稳定器,+,159,钻铤,*,3,柱,+159,钻铤,*,9,米,+,127,加重钻杆,*,5,柱,+,127,钻杆,增斜率,: - 4,至,-0,度,/100,米,2024/9/21,80,215.9,钻头,+,159,钻铤,*,2.5,米,+,214,稳定器,+,挡板,+,159,无磁钻铤,*,9,米,+,214,稳定器,+,159,钻铤,*,9,米,+,214,稳定器,+,159,钻铤,*,3,柱,+159,钻铤,*,9,米,+,127,加重钻杆,*,5,柱,+,127,钻杆,增斜率,: - 3,至,1,度,/100,米,备注,:,以上组合增斜率是指地层正常情况下,以牙轮钻头给的组合。,2024/9/21,81,十、螺杆钻具,螺杆钻具是以泥浆为动力的一种井下工具，其由传动轴总成、马达总成、万向轴总成、防掉总成和旁通阀总成五大部分组成,.,泥浆泵输出的泥浆，流经旁通阀进入马达,.,在马达进出口形成一定压差推动马达的转子旋转,并将扭矩和转速通过万向轴和传动轴传递给钻头。螺杆钻具的性能主要取决于马达总成。,2024/9/21,82,十、螺杆钻具,旁通阀总成,马达总成,万向轴总成,传动轴总成,防掉总成,2024/9/21,83,十、螺杆钻具,旁通阀总成：,它有旁通和关闭两个位置，在起下钻作业过程中处于旁通位置，使钻柱中泥浆循环绕过不经过马达进入环空，这样起下钻时泥浆不溢于井台上。,当泥浆流量和压力达到标准设定值时，阀芯下移，关闭旁通阀孔，此时泥浆流经马达，使其转变成机械能。,2024/9/21,84,十、螺杆钻具,当泥浆流量值过小或停泵时，所产生的压力不足以克服弹簧力和静摩擦力时，弹簧把阀芯顶起，旁通阀孔又处于开启位置。,泥浆,泥浆,泥浆,泥浆,泥浆,2024/9/21,85,十、螺杆钻具,防掉总成的组成,：,防掉接头,防掉锁母,防掉连杆,2024/9/21,86,十、螺杆钻具,防掉总成：,它的作用是由于异常原因造成壳体断裂或脱扣时防止落井并同时使泵压升高使地面及时发现问题避免造成事故。,防掉接头,防掉锁母,防掉连杆,泥浆,泥浆,2024/9/21,87,十、螺杆钻具,马达总成,：,它由定子和转子组成。定子是在钢管内壁上压注橡胶衬套而成。橡胶内孔是具有一定几何参数的螺旋。转子是一根有镀铬硬层的螺杆,定子,转子,橡胶衬套,定子壳体,2024/9/21,88,十、螺杆钻具,马达总成：,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。随着转子在定子中的转动，密封腔沿着轴向移动，不断的生成与消失，完成其能量转换，这就是螺杆马达的基本工作原理。,定子,转子,密封舱,2024/9/21,89,十、螺杆钻具,马达转子的螺旋线有单头和多头之分（定子的螺旋线头数比转子多,1,）。转子的头数越少，转速越高，扭矩越小,;,头数越多，转速越低，扭矩越大。一般来说转子头数与定子头数比为,1,：,2,、,3,：,4,、,5,：,6,、,7,：,8,、,9,：,10,的马达，下图是几种典型马达配合的截面轮廊：,2024/9/21,90,十、螺杆钻具,1:2,3:4,5:6,7:8,9:10,2024/9/21,91,十、螺杆钻具,中空转子马达 ：,为了增加钻头的水马力和泥浆的上返速度，将转子加工成为带喷嘴的中空转子。,此马达的总流量应等于流经马达密封腔流量和流经转子喷嘴流量的总和，每种规格的马达都有其推荐的最大和最小流量值。如果流量过大，转子会超速运转，定子和转子会出现提前损坏，如果流量过小，马达将停止转动。因此在选择转子喷嘴尺寸时，应确保马达密封腔流量始终保持或高于最小推荐流量值，这样才能使马达正常运转。,2024/9/21,92,十、螺杆钻具,在泥浆密度、 喷嘴尺寸和马达流量为定量时，流经转子喷嘴的流量和流经马达密封腔的流量总是随负载变化而变化的。钻头离开井底，马达负载近似为零，此时流经转子喷嘴流量最小，而流经马达密封腔的流量最大。钻头钻进，使马达压差不断增加，使流经转子喷嘴流量增加，而此时流经马达密封腔流量减少。,2024/9/21,93,十、螺杆钻具,中空转子,2024/9/21,94,十、螺杆钻具,万向轴总成 ：,万向轴的作用是将马达的运动转变为传动轴的定轴转动，将马达产生的扭矩及转速传递给传动轴至钻头。万向轴大多采用瓣形，也有采用挠轴形式的。,2024/9/21,95,十、螺杆钻具,橡胶套密封钢球运动部分，隔离含磨砺性钻井液，球传动万向轴工作面均进行特殊表面处理，使其表面硬度、抗高温性相对提高；因此耐磨性、可靠性得到进一步提高，工作寿命相应延长。,花瓣型万向轴总成,球传动万向轴总成,2024/9/21,96,十、螺杆钻具,球传动万向轴总成的组成：,传动球,承压球,球座,锁紧套,连杆,活绞,密封套,2024/9/21,97,十、螺杆钻具,传动轴总成,：,传动轴的作用是将马达的旋转动力传递给钻头，同时承受钻压所产生的轴向和径向负荷。,2024/9/21,98,十、螺杆钻具,壳体,下,TC,动套,下,TC,静套,锁母,上,TC,静套,上,TC,动套,串轴承,隔套,水帽,传动轴,键,传动轴总成的组成,2024/9/21,99,传动轴总成的组装 ：,2024/9/21,100,十、螺杆钻具,为了适应钻井的需要,螺杆钻具的传动轴总成的外壳上配有不同种类的稳定器有固定式的和可换套式的,稳定器的扶正条形式多种多样，用户可根据钻井工艺的需要选择使用。 （见下图）,2024/9/21,101,十、螺杆钻具,直棱稳定器,三瓣偏心稳定器,三瓣、五瓣螺旋稳定器,三瓣、五瓣球型稳定器,2024/9/21,102,十、螺杆钻具,螺杆钻具型号说明,例：,5LZ1657.0 L,表示为转子头数与定子头数比为,56,的、外径为,165mm,螺杆钻具，钻头水眼压降为,7.0Mpa,。,2024/9/21,103,十一、防斜打快技术,1,、,防斜研究的历史回顾,随着油田勘探开发工作的不断深入，所钻遇的地层构造越来越复杂，对地质中靶的要求也越来越高，特别是高陡构造的防斜打快问题更是钻井技术中的难点和重点。,直井防斜技术已有数十年的历史，对防斜打直起到了重要作用。但是，传统的防斜和纠斜技术多采用,“,轻压吊打,”,，往往是以牺牲钻井速度为代价。,2024/9/21,104,十一、防斜打快技术,1,防斜研究的历史回顾,现代防斜打直技术的核心是解决提高井身质量和钻井速度之间的矛盾，必须突破“轻压吊打”旧观念的束缚，积极探讨新的防斜技术。这些新防斜技术的特征在于实现优质与高效的统一，即不仅是“防斜打直”，而且要“防斜打快”。,2024/9/21,105,十一、防斜打快技术,井斜的主要危害,开发井，井斜使井眼偏离设计井位，打乱开发布井方案。,探井，井斜使地质资料失真，甚至错失油气层。,引发钻井工程事故,(,钻柱、套管磨损，破裂折断，卡钻,),2024/9/21,106,十一、防斜打快技术,防斜研究的历史回顾,1,）,20,年代,人们已开始认识到“井斜”问题并探索井斜产生的原因，并研究利用“重力效应”来降低井斜。,1924,年，,华盛顿邮报,“,井为什么会斜？,”,1928,年，首例使用稳定器,.,1929,年，,H. H. Jone,文章,“,如何钻直油井或利用重力钻直油井？,”,(OGJ. May, 1929),，首先提出利用钻铤重量来减小井斜角,2024/9/21,107,十一、防斜打快技术,2) 30,40,年代,人们开始深入地从钻具组合的受力变形上去分析产生井斜的原因，并探讨控制井斜的方法。,1930,年， “在钻进中井眼为什么会弯曲？”，用梁的弹性弯曲研究井斜问题；,1936,年， “直井和定向井技术的理论研究”，指出只有使用稳定器才能收到可靠的稳定效果；,1941,年， “重力杆件的纵力弯曲”，其基本思想接近直井钻柱模型。,2024/9/21,108,十一、防斜打快技术,3,）,50,年代,这是井斜控制与,BHA,受力变形研究最活跃的时期，仅美国发表的有关文章,54,篇之多，研究结果被制成图表在生产中应用。,1950,年，“旋转钻柱的屈曲研究”一文，比较全面、系统地研究了直井中钻柱的受力变形和多次弯曲问题，得出一个三阶微分方程和七方面应用，指出钻头偏转角是影响井斜的主要原因，指出钻压不应加在,12,次弯曲临界值之间的结论。,2024/9/21,109,十一、防斜打快技术,4) 60,80,年代,人们开始较多地从地层因素方面寻找井斜原因。,小型造斜器理论,(H.M.Rollins),地层可钻性理论,(Sultanov,，,Shandalov),钻柱力矩理论,扩眼作用与钻头偏移理论,优先碎屑地层理论,Mclamore-Bradley,偏斜力理论,各向异性塑性理论,Lubinski,，,Woods,各向异性地层理论,国内，自,19771988,年间也开展了大量的研究工作。请参考,井斜控制理论与实践,(,白家祉，苏义脑著，,1990),一书。,2024/9/21,110,十一、防斜打快技术,2,、防斜与纠斜原理,1),影响井斜的主要因素,2024/9/21,111,十一、防斜打快技术,2),井斜控制参数,井眼轨道的形成是钻头与地层相互作用的结果，井斜是由钻头侧向力和钻头倾角的联合作用产生的。一般情况下，钻头侧向力是引发井斜的主要因素。,2024/9/21,112,十一、防斜打快技术, BHA,确定后，,实际控制参数一般只有钻压,P,B,。,井斜控制实质上是对,R,B,(,钻头侧向力,),和,A,t,(,钻头倾角,),的综合控制,2024/9/21,113,(1),计算公式,式中：,P,B,钻压；,e,1,第一稳定器与井眼直径差值之半，,w,1,钻铤线重量；,井斜角；,M,1,第一稳定器处内弯矩；,L,1,第一稳定器以下的钻柱长度,q,1,下部钻铤的横向载荷集度，,E,钢材弹性模量；,EI,1,钻铤抗弯刚度,X,(,u,1,),、,Z,(,u,1,),第一跨梁柱放大因子,3,钻头侧向力,十一、防斜打快技术,2024/9/21,114,(3),影响因素分析,P,B,P,要降斜，必须减少,P,，即减小钻压,P,B,，吊打。,w,1,P,，即重钻铤可利于降斜。,P,，即井斜角大时，降斜效果好。,钟摆钻具的,A,t,0,，它引发增斜作用，使总的降斜效果又有减弱,以钟摆钻具为例,十一、防斜打快技术,2024/9/21,115,十一、防斜打快技术,4,、常规防斜纠斜技术,1,） 满眼组合防斜技术,2,）钟摆组合降斜技术,3,） 其它的防斜技术,2024/9/21,116,十一、防斜打快技术,1,） 满眼组合防斜技术,(1),结构特征,这种钻具组合一般要装三个稳定器，下稳定器靠近钻头，多为螺旋稳定器，依次向上是短钻铤,(3m,左右,),、中间稳定器、钻铤,(1,根,),和上稳定器。,2024/9/21,117,十 一 、防斜打快技术,(2),防斜机理,这种钻具组合有“满眼”、“刚性”的结构特点。即其稳定器外径接近井眼尺寸，钻铤外径较大，具有较强的抗弯能力，故能承受较高钻压而变形较小，使钻具组合在井眼内基本居中。下稳定器具有抵抗地层造斜力的能力。这种钻具组合的钻头侧向力,P,一般较小，且在钻压大幅度变化时基本保持常量，因此能在钻压作用下实现快速钻进，基本维持井斜角不变，使井身具有较小的井斜变化率。,2024/9/21,118,十一、防斜打快技术,(3),力学特性,钻具组合为：,216(mm),钻头,+,216,近钻头稳定器,S,1,+,178,短钻铤,+,126,稳定器,S,2,+,178,钻铤,+,216,稳定器,S,3,+,178,钻铤。,2024/9/21,119,十一、防斜打快技术,(4),设计依据,第一稳定器直径减小,(,间隙加大,),，使钻具力,P,明显下降；该稳定器越靠近钻头，这种影响作用愈强；在研磨性地层中考虑这一点十分重要。第二稳定器的磨损可加大钻具组合的增斜倾向。,第一跨长度,(,即第一稳定器中点至钻头底面的距离,),增加，可增大钻头上的降斜力。,2024/9/21,120,十一、防斜打快技术,加长第二跨长度，可使钻头上的增斜力增加；即加长短钻铤，可增加钻具的增斜倾向。,在三个稳定器组合的基础上，加装第四个稳定器，可产生较小的负侧向力,(,降斜趋势,),，井斜角愈大，则此降斜趋势越大。加装第五个稳定器后所产生的变化甚微。,2024/9/21,121,十一、防斜打快技术,钻压变化对刚性满眼钻具的侧向力影响很小，但对地层力影响甚大。在自然造斜作用很小的地区可加大钻压，以利