定向井基本知识及防碰知识

定向井基本知识及防碰知识钻井工程技术公司２００５年１１月定向井的基本概念•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．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．定向井长曲率半径：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．井眼轨道示意图NOΨhShEΨDmDαDw井底闭合方位角Ψh:从正北方向顺时针转至井口与井底的水平投影连线的夹角.井底水平位移Ｓh：井口与井底两点在水平投影面上的直线距离．方位角Ψ：正北顺时针转至轴线上某点切线在水平面的投影的夹角．井眼曲率：单位长度井段井眼轴线的切线所转过的角度．井斜变化率：单位长度井段井斜角变化值．方位变化率：单位长度井段方位角变化值．测深Dm：某测点到转盘补心的井眼轴线实际长度．井深Dw：转盘补心到井的深度．井斜角α：轴线切向方向与垂线的夹角．垂深Ｄ：井眼轴线上某测点至井口转盘所在平面的垂直距离．２、井身剖面.水平位移２、井身剖面1)直井斜:设计井斜角为零度的井段.2)造斜点:开始定向造斜的位置称造斜点.通常以该点的井深来表示.3)造斜率:造斜工具的造斜能力,即该造斜工具所钻出的井段的井眼曲率.4)造斜段:井斜角随井深增加的井段.直井段造斜点增斜段稳斜段最大井斜降斜段目标点５）稳斜段：井斜角保持不变的井段．６）降斜段：井斜角随着井深的增加而减小的井段．７）目标点：设计规定的、必须钻达的地层位置，通常以地面井口为坐标原点的空间坐标系的坐标值来表示。８）靶区及靶区半径（Ｒ）：包含目标点在内的一个区域称为靶区．在大斜度井和水平井中，靶区为包含设计井眼轨道的一个柱状体．９）靶心距（Ｓ）：在靶区平面上，实钻井眼轴线与目标之间的距离．井眼方位角、安置角、工具面角示意图1)工具弯角（θb):在造斜钻具组合中，拐弯处上下两段的轴线间的夹角．２）工具面：在造斜钻肯组合中，由弯曲工具的两个轴线所决定的平面．３）反扭角（βr):在使用井下动力钻具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．反扭角总是使工具面逆时针转动．CEBANOβrψββ1βs４）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高边方向；从正北方向在水平面上的投影所转过的角度称为高边方位角．HighSide0°TFOHighSide0°TFO90°LowSide180°TFO5)工具面角：造斜工具下到井底以后，工具面所在的角度．一般井斜＞６度就要读取高边工具面，为便于现场区分，高边工具面记作：Rxx°或Lxx°.XWNEHighSideMagnetucTFOTFO高边工具面角是以高边方向线为始边，顺时针转到工具面与井底平面的交线所转过的角度．磁工具面角为以正北方向线为始边，顺时针转到工具面与井底圆平面的交线在水平面上的投影线所转过的角度．测斜前,打钻杆接箍印记,要与转盘0°对齐.下面用油漆做标记,以免与旧印记混淆.方钻杆需要转动相对角度俗称”定”角.用吊线的办法把方钻杆标记棱延长至保护接头公扣段做标记,每次换接头都要重新标记.为便于找到方钻杆标民棱,在滚子主补心对应的位置用油漆作标记.接单根后,量取该标记与钻杆印记间的夹角,俗称”方”角.谨记:以下量上顺正逆负+90°±180°-90°0°转角方钻杆标记棱转到的绝对角度(转盘刻度),俗称”转”角.定+方=转使用单螺杆定向(扭方位)时,应注意入井前量取螺杆弯曲方向与定向直接头间的夹角,称为”弯差角”.弯差角的量取原则同样是”以下量上,顺正逆负”.计算实际工具面面的公式为:实际工具面=所测工具面-弯差角如图中,弯差角应为-90°.如某次测得工具面为240°,则实际工具面=240°-(-90°)=330°如果测得工具面为L40°,则:实际工具面L40°-(-90°)=R50°定向(扭方位)注意事项•井口印迹要清晰,测量夹角要注意判明方向•要根据当前井斜方位和施工工具面,准确估计井底的井斜方位,保证造斜(扭方位)达到预期效果.定向时注意问题•根据已钻井确定合适的超前角.•井斜小时工具面保证到位,避免井斜大时方位相差较多而扭方位,增加定向工作量.•根据井的深浅反扭角推荐取10-40度.定向(扭方位)的计算公式•预定(目标)工具面:定向扭方位前,一定要通过预算轨迹,首先得出一个预定要把螺杆摆到的工具面,称之为目标工具面,记作Ф预.例如,某井高计方位130°,井斜1.5°,磁偏角-1.633°(或称西偏1.633°).但根据直井段的井斜主位形成的闰移影响,结合本区块的地层规律和控制经验,考虑定向后的超前(或滞后),定向到135°比较合适.这个定向的Ф预=135°.再如,某井井斜25°,需要稳斜降方位,则Ф预=L90°,注意:井斜6°,用磁工具面定向,工具面直接摆到预定方位.井斜6°,用重力工具面,尽量使用扭方位施工,按照井斜和方位情况确定工具面的左右偏角度.稳斜降方位L90°稳斜增方位R90°全力增斜0°全力降斜180°定向(扭方位)的计算公式•工具面:经测量或校正后的实际螺杆弯曲位置,记作Ф工•反扭角:按照井深、井斜等因素，估计的螺杆反扭角，实际就是螺杆测量位置和实际工作位置的差值。反扭角可以根据后续的实际测量结果修正。•定=Ф预-Ф工+Ф反扭（钻具要相对扭转的角度）•转=定+方（方钻杆标记棱要扭到的绝对刻度）举例•例如:某次扭方位井深1200m,井斜18°,方位100°,需要增斜降方位,预定工具面L60°,测得工具面L40°,弯差角-90°,估计反扭角35°,则:定=Ф预-Ф工+Ф反扭=L60°-R50°+35°=-75°举例•例如：某次定向井深８００m，井斜１°，方位１００°，预定施工到２００°，测得工具面２４０°，弯差角－９０°，估计反扭角２０°，则：定=Ф预-Ф工+Ф反扭＝２００°－３3０°＋２０°＝－１１０°或２５０°注意：拉转转盘应正转，倒转只能采取开泵加压自然倒转的办法．反查工具面•如果第二根测得的工具面，与预定工具面相差甚远，首先复查胶片，确认有无把工具面读反．•然后上提钻具，钻杆印记对应的转盘刻度应该恰好等于定角，否则就是方角量反，或者钻具发生转动．定向施工举例Ф转１Ф方方钻杆刻度线转盘刻度线钻杆（铤）刻度线假设设计方位为１２０度，预计取方位超前角１５度．则目标设计方位＋超前角＝１２０＋１５＝１３５度丈量Ф转１、Ф方位以下刻度为基准，顺时针为正，逆时针为负，图例Ф转１为正，假设为３０度；Ф方为负值，假设为－７５度。实测工具面假设为６０度（磁工具面）则定＝目标－工＋转１＋反扭＝１３５－６０＋３０＋２０＝１２５度转＝定＋方＝１２５＋（－７５）＝５０度（反扭角假设取２０度）（钻杆钢印与转盘０刻度重合则Ф转１为０）扭方位施工举例重力工具面效果图方钻杆刻度线转盘刻度线钻杆（铤）刻度线Ф方Ф转１假设当前井斜为３０度，方位为１２０度需要稳（微增）井斜、全力增方位丈量Ф转１Ф方均以下刻度为基准，图例Ф转１为负，假设为－３０度；Ф方为负值，假设为－４０度。实测工具面假设为左偏６０度则定＝目标－工＋转１＝８０－（－６０）＋（－３０）＝１１０度转＝定＋方＋反扭＝１１０＋（－４０）＋６０＝１３０度（假设欲取反扭角为６０度）（钻杆钢印与转盘０刻度重合则Ф转１为０）扭方位时注意事项•扭方位时反扭角受井深、井眼轨迹（井斜）、钻铤数量、钻压等因素影响。•为减少扭方位的难度，一般要求在井斜小于３０度的情况下调整方位。•下钻时以下２－３柱钻铤为佳，可以达到减少反扭的目的。•为保证工具面到位，可以在钻进２－３米后复测工具面。扭方位时注意事项•扭方位拉工具面是拉一个范围，（例如右偏３０度与右偏４０度区别不大），所以第一个单根拉到这个范围就是成功。通过第一根单根可以反算出反扭。•产生反扭后可以通过上下活动钻具来保证工具面到位。定向井钻具组合的选择•遵循先繁后简、先大后小的原则。•第一增斜段要求下入较大尺寸的扶正器，以利下部井段钻具组合有较多的选择。•无论是双扶增斜、双扶稳斜钻具组合，第一扶正器尺寸足够才能达到较好的效果。•双扶稳斜时，无磁钻铤外径偏小可倒一根较粗钻铤，达到良好的稳斜稳方位效果。丛式定向井井组整体设计注意问题•避免井组中各井眼轨迹在空间交叉。•井组中各井的水平位移应综合考虑，长短结合，相邻两井造斜点错开５０米。•井口间距不小于６米。（提示：严格执行钻井工程设计。）造斜点选择考虑因素•直井段已发生的轨迹偏移。•有利于防碰。•下部计划实施的增斜方式及其增斜率。•尽量利用钻头寿命。•造斜点应选择比较稳定、可钻性较好的地层。•垂深大、水平位移小的井，造斜点应深，以简化井身结构、加快钻速。•垂深小、水平位移大的井，造斜点应浅，以减少定向施工的工作量。小位移井施工注意要领•小位移井一般指设计位移小于２００米的定向井。•小位移井施工造斜点较深，以简化井身结构、加快钻速。•剖面以直增（稳）为主。稳斜段通常设计为１００米以内以调节井斜方位。•直增剖面的前提是对钻具组合的增斜性能把握较好，避免欠井斜。中位移井施工注意要领•中位移井一般指设计位移介于２００－５００米的定向井。•在设计时一般结合位移大小稳斜段控制在２００－３００米，以调整井斜方位。•中位移井在具体施工中，个别技术员对井斜重视不够，极易导致井眼轨迹失控。这几所发生的填井测井多为中位移井。大位移井施工注意要领•水平位移大的井，造斜点应浅，以减少定向施工的工作量。•大位移井设计应考虑控制最大井斜，井斜太大井壁磨阻大，易发生粘卡及增加完井作业难度。•大位移井施工最大井斜尽可能控制在４０度以内。防碰技术措施•防碰工作是丛式定向井生产的重中之重。必须树立全员防碰意识，安全距离必须大于４米。•严格遵守３０米一点的测斜间距规定。•严格执行直井段井身质量标准，控制最大井斜。•认真、逐点并预算三点作好防碰图。防碰技术措施•落实好防碰技术措施和防碰岗位责任制。•同一井组直井段使用同一类型的钻具结构、同一种钻井参数、同一个罗盘。•直井段趋势在前大门左右３０度内，直井段井斜大于２度必须下螺杆纠斜。•两个技术员井间交接时所有数据要交清。•测斜数据必须每天及时汇报，扩碰距离小于１５米每天必须汇报扩碰距离，扩碰距离小于４米必须停钻汇报技术公司。