定向井水平井钻井技术

定向井水平井钻井技术介绍2005年7月主讲人：王敏生胜利钻井工艺研究院1.定向井钻井技术介绍2.丛式井钻井技术介绍3.水平井钻井技术介绍提纲为什么钻定向井？测点与测段可测参数：测点的井深，用L表示；测点的井斜角，用α；测点的方位角，用φ。一、井眼轨迹的基本概念α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•测点的井眼方向和测段的段长•井眼轨迹的其他参数：–垂深(H)、N坐标(N)、E坐标(E)–水平长度(S)和水平位移(A)–平移方位角(β)和视平移(V)–井眼曲率(K)ENHteeee11111sinsincossincos12LLLβ北东靶点NEβ-方位角设计轨道实际轨迹•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－西磁偏角一、井眼轨迹的基本概念二、井眼曲率的计算1.井眼曲率的概念•井斜角和方位角的大小决定了井眼前进的方向。•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γ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。三、定向井轨迹常规绘图•利用测斜计算结果可以绘出垂直剖面图(H,S)、水平投影图（N,E）、垂直投影图（H,V）•垂直剖面图上井斜是真实的，垂直投影图上方位是真实的HH四、定向井轨迹质量评价1.中靶计算•已知条件：目标点坐标（Dt，Nt，Et）和实钻井眼轨迹数据。•(1)计算中靶点p点的水平坐标：•(2)靶心矩的计算：•(3)中靶精度计算当DJ0时，为脱靶；当DJ=0～0.6时，为合格井；当DJ=0.6～0.85时，为良好井；当DJ≥0.85时，为优质井；%100RJRDJ)(tiiiipDDDNNN)(tiiiipDDDEEE22)()(ptptEENNJ五、定向井轨迹质量评价2.轨迹符合率计算•已知条件：设计轨道数据和实钻井眼轨迹数据。•(1)计算每个测点到设计轨道水平距离：测点井深(Li)L1L2L3……Ln水平距(Ji)J1J2J3……Jn五、定向井轨迹质量评价2.轨迹符合率计算•(2)计算水平距离的加权平均值JJ：•(3)轨迹符合率的计算：111211211)(21)(21)(21LLLLJLLJLLJJJnnnnniiii%100AJJAFJ1.设计条件：•一般要给定的有：目标点垂深、水平位移、设计方位角等；•给定进入目标的要求(例如：目标点或目标段的井斜角)；2.设计内容：•根据设计条件，设计出合适的轨道。3.轨道设计的关键：–造斜点选择，增斜率和降斜率的选择（需要经验）；–轨道关键参数的求得（需要先进的计算公式）。六、轨道设计概述三段式轨道多靶三段式轨道五段式轨道双增式轨道二维常规轨道设计七、造斜工具的定向井眼轨迹控制的实质，就是不断地控制井眼前进的方向，设法使实钻的井眼轨迹尽可能符合设计的井眼轨道。井眼方向的控制可通过调整造斜工具的造斜率和装置角来实现。造斜率的调整目前主要通过更换钻具组合来实现，较先进的方法是可变径稳定器和可调弯角的动力钻具，最先进的旋转导向钻井系统。装置角的调整涉及到各种定向角度的计算和如何定向的问题。•定向就是把造斜工具的工具面摆在预定的位置上。•主要有三大类：地面定向法、井底定向法和随钻定向法。•地面定向法：–在地面将造斜工具的工具面摆到预定的方位线上；–通过定向下钻，始终保持工具面预定方位不变，或者始终知道工具面在井下的实际方位；–下钻完后，如果工具面实际方位与预定方位不符，可在地面上通过转盘将工具面扭到预定的定向方位上。•井底定向法：–下钻前给工具面做好标记，正常下钻，将造斜工具下到井底；–然后从钻柱内下入仪器，根据工具面的标记，测量工具面在井下的实际方位；如果工具面实际方位与预定方位不符，可用转盘调整。•随钻定向法：直接测量工具面角，并可随钻显示。1.地面定向法(定向下钻法)十字打印法：1)事先在每根要使用的钻杆公母接头上，扁錾打上“十”字钢印；要注意两个钢印必须处在同一条母线上；2)下钻过程中测量每两个单根连接处的钢印偏差角度，上相对于下顺时针为正，逆时针为负，进行详细记录；3)下完钻后，将所有偏差值相加即得到最上面钢印与造斜工具面的偏差角度，若为正说明钢印在工具面的顺时针方向某角度处，若为负说明钢印在工具面的逆时针方向某角度处，。1.地面定向法(定向下钻法)b.十字打印法：钻杆打印及偏转角测量工具1.地面定向法(定向下钻法)单根编号顺时针偏差（+）反时针偏差（－）N-5+××.××0N-4－××.××0N-3+××.××0N-2+××.××0N-1－××.××0N－××.××0N+1+××.××0N+2－××.××0N+3+××.××0N+4－××.××0N+5－××.××0………………总计偏差∑+∑－定向下钻纪录2.井底定向法：工具面的标记定向键标记法：–既可用于用磁性测斜仪测量，也可用于陀螺测斜仪测量；–定向接头内有一个定向键。定向键所在的母线就标志着工具面的方位。–测量仪器的罗盘面上有一个“发线”，在测量仪器的最下面有一个“定向鞋”，定向鞋上有一个“定向槽”，在仪器安装时使“发线”与“定向槽”在同一个母线上对齐。–仪器下到井底时，定向鞋的特殊曲线使定向槽自动卡在定向键上，使罗盘面上的发线方位就标志了工具面的方位。–在照相底片上罗盘的指针标志着磁北方位，发线标志了工具面的方位。所以可求得工具面在井下的实际方位。3.随钻定向法–评价：这是目前最先进的定向方法，但仪器的使用费用高，目前只在一些高难度的井中使用。造斜过程中随时指示出造斜工具的工具面。30'40'50'70'60'90'80'2000'年代斜向器井下马达弯外壳马达旋转导向WLMWDMWDLWD滑动导向革命性进步八、轨迹控制技术LWD仪器系统组成地面系统井下仪器上位机系统软件++泵冲传感器司钻阅读器压力传感器地面接口箱计算机井下仪器串电源系统短节电子控制短节脉冲发生器MWD电子测量短节打印机伽玛接口箱伽玛测量短节电阻率短接电阻率、随钻测量随钻测量井底信息地质参数钻井工程参数轨迹空间位置钻井参数钻压扭矩压力自然伽玛电阻率密度声波倾角井斜方位工具面LWD/FEWDMWDPWT孔隙度1.定向井钻井技术介绍2.丛式井钻井技术介绍3.水平井钻井技术介绍提纲胜利油田河50丛式井组平台（1）丛式井的定义丛式井就是在一个平台上钻多口井。这些井可能是直井、定向井、水平井或其它特殊工艺井。丛式井包括陆地丛式井平台和海上丛式井平台。胜利油田河50丛式井组垂直剖面图和水平投影图（2）丛式井的目的–节省投资，降低开发成本：陆上丛式井可以节约大量的道路建设、井场建设投资，节省地面空间，便于采油集中建站、集中管理，从而降低整个油田的开发成本；海上丛式井可节省新建平台的投资。–开发地面难以建立井场或施工不便的油气藏：在浅海、滩涂或城市繁华地带、居民小区、企业以及地面区域狭窄、环境复杂、施工难度大的场所，采用丛式井技术可节约占地面积、防止对市政建设带来的不良影响、解决施工不便等问题。–有利于保护环境：有些油气藏在环保要求高的地区，若采用丛式井钻井技术，可防止环境的大面积污染，以满足环保要求。（3）丛式井防碰的主要方法优化开钻顺序和井眼位置–除直井首先打外，其他定向井应该先打造斜点高的井，后打造斜点低的井；–位移大的井放在外围，造斜点相对较高；位移小的井放在内部，造斜点相对较低；相邻两口井的造斜点应该上下错开50米；提高井眼轨迹测量精度，减小轨迹误差提高轨迹控制精度使用防碰监测软件，进行邻井距离扫描。（4）邻井距离扫描图的绘制定义–相邻两口定向井，我们只能看见地面上两口井的位置，看不见地面以下两井的相互位置。通过计算机软件，我们可以将地下两口井之间的相互位置用图形表达出来，称为“邻井距离扫描图”；做法–一口井作为基准井（参考井），另一口井作为被扫描井（比较井）。自上而下计算参考井轴线上每一点距离与比较井的最近距离，然后进行绘图。参考井所有点都集中在图形的中心，比较井的最近距离点联成一条曲线。（4）邻井距离扫描图的绘制原理：1)寻找最近测点•两口井都要有测斜资料。•从基准井出发，寻找基准井上每一个测点与被扫描井距离最近的测点。•由于每个测点在空间的坐标位置是已知的，所以可以计算基准井上某一点（M）到被扫描井上每一点的距离，然后进行比较，找出最近测点。•改变基准井上的基准点，可以得到另一基准点距离被扫描井的最近测点。•从所有基准点距离被扫描井的最近测点进行比较可得到全井的最近测点。（4）邻井距离扫描图的绘制原理：2)寻找最近距离•最近测点并不是最近距离。•最近距离应该处在最近测点的附近。•在最近测点的相邻两个测段内进行插入计算，进行比较，最终可找出最近距离来。•图中所示：进行了四次插入，一次比一次计算的最近距离更精确（4）邻井距离扫描图的绘制原理：3)扫描径的计算•扫描径是从基准点到扫描点的一条空间线段。•如图所示，M点是基准点，B点是比较点。•扫描径计算公式如下：222)()()(BMBMBMMBHHEENNJ（4）邻井距离扫描图的绘制原理：4)扫描角的计算–扫描角是以正北方位线为始边，顺时针转到基准点与被扫描点连线在水平面上的投影线上所转过的角度，以φ表示。–扫描角计算公式如下：MBMBMBMBMBMBNNNNEENNNNEEarctanarctan（4）邻井距离扫描图的绘制原理：5)插入点的计算——圆柱螺线法ccccccccccLLEELLNNLLHHLLLcoscoscoscossinsincoscossinsincoscos)cos(cos2/(2/)(112211212111221121211121212111212121）（）（4）邻井距离扫描图的绘制原理：5)插入点的计算——斜面圆弧法cccccccccccccccccccLLEELLNNLLHHLLLsinsinsinsintan/cossincossintan/coscostan/sinsincoscoscosarccoscos2coscosarccos2/;2/)(1112111121112111121211.定向井钻井技术介绍2.丛式井钻井技术介绍3.水平井钻井技术介绍提纲水平井技术（1）水平井的定义–我国在“八五”期间进行水平井攻关时，给水平井作了定义：“井斜角超过850（不小于830）之后，并在产层中延伸不小于其厚度的6倍的定向井。”•小于830，只能算大斜度定向井；•在产层内延伸超过产层厚度6倍，才可能超过直井的效益；靶前位移水平段垂深水平位移世界水平井记录卡塔尔海上油田钻成的ALS-8B井，水平段长5004m（sperry-sun）,是目前水平段长最长的水平井。M14井，井深9557m，水平位移8938m，钻井周期81.7d,是目前同类水平井速度最快的一口。加拿大阿尔伯特一油田的H1、H2、H3丛式水平井、平均井深597m，平均垂深仅162m，是世界上最浅的水平井。短半径水平井段达到600m分支水平井贝克休斯创造了2分支水平段长4500m，3分支水平段长8319m。英国Bp公司在WytchFarm油田钻的M11井，水平位移10141m，是目前世界上延伸距离最大的水平井。意大利米兰市西部油田钻成垂深5994m，井深6330m的水平井（Anadnil），是目前世界上垂深最深的水平井。（2）