定向井钻井技术

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1、定向井剖面设计定向井设计首先要保证实现钻井目的，这是定向井设计的基本原则。设计人员应根据不同的钻探 目的对设计井的井身剖面类型、井身结构、钻井液类型、完井方法等进行合理设计，以利于安全、优质、 快速钻井。1 .如救险井的钻井目的是制服井喷和灭火，保护油、气资源。因此，救险井的设计应充分体现其 目的：一是靶点的层位选择合理。二是靶区半径小（小于10米），中靶要求高；三是尽可能选择简单的剖 面类型，以减小井眼轨迹控制和施工难度，加快钻井速度。四是井身结构、井控措施等应满足要求。2. 尽可能利用方位的自然漂移规律在使用牙轮钻头钻进时，方位角的变化往往有向右增加的趋势， 称为右手漂移规律。如图9 9所

2、示，靶点为T，设计方位角为j。若按j定向钻进，则会钻达T点，只有 按照j角方向钻进，才会钻达目标点T。Aj角称为提前角，提前角的大小，要根据地区的实钻资料，统计 出方位漂移率来确定，我国海上开发井一般取27度。目前流行的PDC钻头（如RC426型等），对方位右漂具有较好的抑制效果。在地层倾角小、岩性稳定时，PDC钻头具有方位左漂的趋势，这主要是由于PDC钻头的切削方式造成的。 因此，要使用PDC钻头钻进的定向井，提前角要适当地小一点。3. 根据油田的构造特征，有利于提高油气产量，提高投资效益。4. 有利于安全、优质和快速钻井，满足采油和修井的作业要求。三.剖面设计中应考虑的问题1 .选择合适的

3、井眼曲率井眼曲率不宜过小，这是因为井眼曲率限制太小会增加动力钻具造斜井段、扭方位井段和增（降） 斜井段的井眼长度，从而增大了井眼轨迹控制的工作量，影响钻井速度。井眼曲率也不宜过大，否则钻具偏磨严重、摩阻力增大和起下钻困难，也容易造成键槽卡钻，还 会给其他作业（如电测、固井以及采油和修井等）造成困难。因此，在定向井中应控制井眼曲率的最大值， 我国海上定向井一般取716/100米，最大不超过20/100米。不同的井段要选用不同的井眼曲率，为了保证起下钻顺利和套管安全，必须对设计剖面的井眼曲率进行校核，以限制最大井眼曲率的数 值。井下动力钻具造斜和扭方位井段的井眼曲率Km应满足下式：Dc一一套管外径

4、，厘米。2.井眼尺寸目前常规的定向井工具能满足152445毫米（6171/2英寸）井眼的定向钻井要求，一般地说， 大尺寸井眼比较容易控制轨迹，但由于钻铤的尺寸也较大，形成弯曲所需的钻压较大，小井眼要使用更小、 更柔的钻具，而且地层因素对轨迹的影响也较大。因此小井眼的轨迹控制更困难一些。在常规的井眼尺寸中，大多数定向井可采用直井的套管程序。如果实钻井眼轨迹较光滑，没有较 大的狗腿，那么即使在大井斜井段，也能较顺利地进行下套管作业。当然，在斜井段，应在套管上加扶正 器以支撑套管，避免在下套管过程中发生压差卡钻，同时提高固井质量。另外，在大斜度井段，可根据井 段长度和作业时间，决定是否使用厚壁套管。

5、3 .造斜点的选择造斜点的选择要适当浅些，但是在极浅的地层中造斜时，容易形成大井眼。同时，由于地层很软， 造斜完成后下入稳斜钻具时，要特别小心，以免出现新井眼，尤其是在稳斜钻具刚度大或造斜率较高时。 通常地说，浅层造斜比深层造斜容易一些，因为深层地层往往胶结良好，机械钻速低，需花费较长的造斜 时间。另外，造斜点通常选在前一层套管鞋以下3050米处，以免损坏套管鞋，同时减少水泥掉块产 生卡钻的可能性。在深层地层造斜时，应尽量在大段砂层中造斜，因为砂层的井眼稳定，钻速较快，而页岩段较易 受到冲蚀，钻速较低，而且在以后长时间钻井作业，容易在造斜段形成键槽而可能导致卡钻。4 .造斜率和降斜率选择常规定

6、向井的造斜率为714/100米，如果需要在浅层造斜并获得较大的水平位移，造斜率可 提高到1416/100米。但是，浅层的高造斜率容易出现新井眼，也容易对套管产生较大的磨损。因此， 浅层造斜通常选择较低的造斜率，而深层造斜（1000米2000米）可选择较高的造斜率。对于“S型井眼，通常把降斜率选在38/100米，如果降斜后仍然要钻较长的井段，则必须采 用较小的降斜率平缓降斜，以避免键槽卡钻，同时，可降低钻进时的摩阻力。5. 最大井斜角常规定向井的最大井斜角，一般在1545，如果井斜太小，则井眼的井斜和方位都较难控制。 井斜大于60时，钻具的摩阻力将大大增加。6. 井身剖面类型在满足设计和工艺要求

7、的前提下，尽可能缩短井段长度，因为井段短则钻井时间短。在设计井身 剖面形状时，要考虑井身结构，造斜点一般选在套管鞋以下3050米处。目前，我国海上定向井的井身 剖面通常由作业者决定，往往选择“J”型剖面。1.二维定向井设计（解析法）解析法是根据给出的设计条件，应用解析公式计算出剖面上各井段的所有井身参数的井身设计方法。 在使用计算机的条件下，还可同时给出设计井身的垂直投影图和水平投影图。井身剖面设计计算结果应整理列表，并校核井身长度和各井段井身参数是否符合设计要求，还应该 校核井上曲率，井身剖面最大曲率应小于动力钻具和下井套管抗弯曲强度允许的最大曲率。目前，应用计算机程序进行井身剖面设计时，设

8、计结果列表和均可由打印机和绘图仪自动完成。2 .设计方法举例例 某定向井设计全井垂深H=2-000米（靶点），上部地层300米至350米是流砂层，1000米 至1050米有一高压水层，作出井身剖面设计。（1）根据提供的地质资料，在进行剖面设计时，应设法使动力钻具造斜的井段和增斜的井段避开 流砂层和高压水层。（2）对于钻井工艺及其它限制条件，在满足（1）项条件的前提下，应选择较简单的剖面类型。（3）剖面类型选用“直一增一稳”三段制井身剖面。此种剖面简单，地面井口至目标点的井身长度短， 有利于加快钻井速度。（4）选择造斜点。根据垂直井深和水平位移的关系，造斜点应选在350米至600米间。如选在1050米以下，会使井斜角太大，是不合理的。