定向井和水平井测量技术基础
第26卷第2期1998年6月
石 油 钻 探 技 术
PETROLEU M DRILLING T ECHN IQU ES
VO1.26,No.2
Jun.,1998
钻井技术
定向井和水平井测量技术基础
周华林 田树林 李兆东 王华西
(山东东营 257064)
提要 介绍了地磁场的四个基本特性、地磁场的球谐分析方法(高斯理论)及国际地磁参考场的发布使用情况。分析认为,定向井水平井井迹实测数据(以地磁北极为基准)和计算数据(以高斯-克吕格坐标北极为基准)都必须校正到以地理北极为基准上来。探讨了地磁场参数在定向钻井中的作用、无磁钻铤长度的选择、测量数据的比较等问题。
主题词 高斯定律 大地磁场 坐标系统 电磁干扰 无磁钻铤 测量 测量仪器 定向井 水平井
现代钻井工程中,定向钻井技术的发展相当快,从钻小斜度、小位移的普通定向井发展到能钻大斜度、大位移的高难度定向井,进而发展到钻水平井等特殊工艺井。其测量仪器随着整个工业技术的发展,也在不断地更新,从磁性单、多点照相测斜仪发展到电子多点测斜仪ESS,进而发展到有线随钻测斜仪SST和无线随钻测斜仪M W D。但其测量基准并没有改变,都与大地有关。比如电子类测量仪器的主要传感元件是敏感大地重力场的重力加速度计和敏感大地磁力场的磁通门。可以说,定向井、水平井现场施工技术人员,只有具备了定向井和水平井测量技术基础知识以后,才能钻出高精度的定向井和水平井。那么,关于地球的哪些理论是测量技术基础?另外,哪些因素影响定向井和水平井的测量精度?本文试作介绍和探讨。
一、关于地磁场的理论
1.地磁场的基本特性
由地磁学可知,地磁场的基本特性主要有四点:
(1)地磁场近似于一个置于地心的偶极子磁场。这个偶极子的磁轴与地轴斜交成一个角度,并与按地理位置确定地球表面的地磁南极和北极极性相反。
(2)地磁场是一个弱磁场,在地球表面的平均磁感应强度为0.05mT。
(3)地磁场B由各种不同来源的磁场叠加而成,包括主要起源于地球内部的稳定磁场B1和主要起源于地球外部的变化磁场B2。即B=B1+B2。
变化磁场比稳定磁场弱得多。稳定磁场是地磁场的主要部分,占地磁场强度99%,由地心偶极子磁场和非偶极子磁场和磁异常组成。地磁学将偶极子磁场和非偶极子磁场以及外源稳定磁场的叠加定义为正常地磁场,用来描述地球表面的地磁场分布规律。
(4)地磁场是随时间变化的。长期变化来源于地球内部的物质运动,在其年变化率中显示出来。短期变化来源于地球的外部变化磁场,在其24h周期性变化的地磁特性中体现出来,在钻井工程测量中可以忽略。
因此,地磁场基本上是一个相对稳定(包括长期变化)、磁场强度较弱的偶极子磁场,在这个偶极子磁场上还存在不规则部分和叠加着短期变化磁场。而定向钻井工程测量则以包括长期变化的正常地磁场理论为其技术基础之一。
2.高斯理论和国际地磁参考场
(1)计算地磁场的高斯理论
1839年德国数学家高斯提出了地磁场的球谐分析方法。1885年施密特又发展了这个理论,从数学分析的角度解决了将地磁要素的地面分布表示成地理坐标的函数,并进一步建立了解决地磁场成因问题的理论基础。这个精确的、定量的数学表达方法,被称为地磁场的高斯理论或称高斯—施密特理论。
该理论有两条假设: 地磁场是由地球内部原因引起的。由于外源场是各种短期变化磁场,比内源场小几个级次,故认为外源场的影响小于测量误差
(通化后),这是合理的。 假设地球是一个半径为R 的圆球体,不考虑地球的偏心率。因为偏心率对球谐函数的影响只差几个至几十纳特,也在使用误差范围之内。
(2)通化的概念
由于地磁要素是随时间变化的,因而必须把观测数值都归算到某一特定的日期,这种步骤称之为通化。
(3)国际地磁参考场
为了采用统一的主要场模式和长期变化模式,利用球谐分析方法计算正常地磁场。1968年,国际地磁与超高层大气物理协会(IA GA)在美国华盛顿召开的“地球基本磁场的描述”座谈会上提出了1965年国际地磁参考场(即IGR F1965.0)并确定它作为全世界通用的正常地磁场的标准,以后由该协会每五年通过并发布一次可供全世界使用五年的国际地磁参考场。
60年代以后的世界地磁图都是根据国际地磁参考场提供的高斯系数计算出结果再编绘的。世界地磁图很清晰和形象地显示了地磁场的数值特征。中国1952年第一次发布了1950年中国地磁图,以后每十年发布一次。
二、高斯—克吕格平面直角坐标系
1.关于描述地理位置的坐标系
在地球表面上任何一点的位置和方向都可以采用根据不同目的而设计的坐标系进行不同精度的描述。由于测量工作内容不同、要求精度不同,所以实际采用的坐标系也不尽相同。
(1)地理坐标系
地理坐标系是用经纬度来描述的。它是用来对地球椭球面上任意点定向和定位的常用方法。但由于它是球面坐标系,在实用中有一定的局限性,所以在大地测量中必须将其转换为平面直角坐标系。
(2)常用的测量坐标系
中国于1952年开始采用1940年克拉索夫斯基椭球,并在它的基础上建立了1954年北京坐标系,通过高斯投影形成了全中国大地测量地形图通用的高斯—克吕格平面直角坐标系。在70年代末,为了提高精度,我国又相继建立了1980年、1984年、1995年北京坐标系。我国石油行业仍然采用精度能满足要求的1954年北京坐标系作为其技术基础之一。
2.高斯—克吕格投影
我国测绘的比例尺1:1万～1:50万地形图均采用高斯—克吕格投影。该投影是一种等角横圆柱投影,无角度变形,长度和面积有变形但变形很小,因而,在地形图中广泛应用。
(1)基本概念
1816年德国数学家高斯在总结前人经验的基础上,进一步发展了立体几何学,并于1822年创立了高斯投影。该投影后经克吕格研究改进后形成国际上通用的高斯—克吕格投影。
该投影理论要点:假设有一个椭圆柱面横套在地球椭球体外面,并与某一子午线相切(此子午线被定义为中央子午线,也称中央经线)。根据角度不变的原则,用数学方法将地球椭球体经、纬线转换到这个椭圆柱面上,展开椭圆柱面后即获得平面的经、纬线网图形。为了控制长度变形,中央经线两边不能过宽,一般为左右各经线差3°或1.5°。这样就将全球分为60个6°带,或120个3°带,分别对各带进行投影,每带都有自己的中央经线。
(2)基本特征
赤道和每带的中央经线投影相互垂直。其余各经、纬线的投影为曲线,并且以赤道为轴,南北对称;以中央经线为轴,东西对称。
投影无角度变形。即投影后地球椭圆面上任意两线之夹角大小不变,投影后的经、纬线成正交。
中央经线没有长度变形,其余各经线都增长,离中央经线越远则变形越大。在同一条经线上,长度变形随着纬度的减少而增大。
!由于变形小,投影可以满足测量精度要求。
?各投影带坐标有一致性,计算出某一带的坐标值对其它各带均适用。
#坐标纵线偏角(即真子午线与坐标纵线的夹角,也叫子午线收敛角)很小,最大值不超过3°。
(3)分带的规定
高斯—克吕格投影分带方法有两种。
6°带从起始经线算起,每经差6°为一带,由西向东全球共分为60带。用1,2…,60进行编号。每带中央经线为6°。
3°带是从东经1.5°开始算起,每经差3°为一带。3°带是在6°带的基础上来分的;其中央经线一部分与6°带的中央经线重合,一部分与6°带的边缘重合。
3.高斯—克吕格平面直角坐标系及其它
(1)高斯—克吕格平面直角坐标系
在高斯—克吕格投影带中,中央经线与赤道是
?
29
?
第26卷第2期 周华林等:定向井和水平井测量技术基础
相互垂直的两条直线,由它们构成每个投影带的平面直角坐标系统,称高斯—克吕格平面直角坐标系。
中央经线为纵轴,用X表示。赤道为横轴,用Y表示。中央经线与赤道的交点为坐标原点,用O 表示。在赤道以北X坐标为正值,在赤道以南X坐标为负值。我国领土位于赤道以北,所以X坐标为正值。中央经线以东Y坐标为正值,中央经线以西Y坐标为负值。为了使用方便,避免Y坐标出现负值,确定将投影带内所有的Y坐标值加上500km,相当于将坐标原点沿赤道向西移动500km。为了判别坐标值属于哪个投影带,特规定Y坐标值前面冠以带号。把这样的Y坐标值称为通用横坐标。
(2)定向钻井工程涉及的坐标系
在定向钻井工程中,关于井斜方位角的测量基准存在着三个北极,即地理北极、地磁北极和高斯—克吕格坐标北极,因而涉及三个相关的坐标系。最终所钻井眼井斜方位角的测量基准是地理北极。但是,井下仪器实测的井斜方位角是以地磁北极为基准的;计算井身轨迹处理数据则以高斯—克吕格坐标北极为基准;这两者都必须校正到以地理北极为基准上来。
坐标校正涉及以下三个参数: 子午线收敛角,即高斯—克吕格平面直角坐标纵线与地理坐标纵线之间的夹角; 磁偏角,即地理坐标纵线与地磁坐标纵线之间的夹角;地质设计的坐标,即地质部门提供的定向井或水平井井口和井底目标点坐标(属于高斯—克吕格平面直角坐标)。
如果将以地磁北极为基准的测量仪器所测磁方位角仅仅进行磁偏角校正,即将井眼轨迹平面位置确定在地质设计规定的高斯—克吕格平面直角坐标系以外的球面地理坐标系中,那就意味着没有和地质设计在同样的坐标系中确定井眼的实际位置。这从理论上讲是不严格的。
当井下仪器测取磁方位角以后,用测量数据计算结果进行井眼轨迹控制必须首先进行子午线收敛角的校正。
(3)全球定位系统(GP S)
GP S具有很高的测量精度,定位时间短,可以在地球上任意地点和时间直接采用四颗卫星的观测数据定位,而不需要选标设三角基准点,不受距离和电离层的干扰,在沙漠和海洋石油勘探开发的定位工作中发挥了积极的作用。
但由于它采用W GS84(世界大地测量系统)地心坐标系,与石油行业现行的坐标系统存在一定的差距。所以,采用其定位数据作为井口定位基准时,一定要注意各个坐标系之间的换算关系,以避免用某一坐标系数值直接套用到另一坐标系中造成的不必要误差。
三、地磁场参数在定向钻井中的作用
1.世界地磁图的作用
用世界地磁图或区域地磁图描述的地磁场参数都揭示着正常地磁场的分布情况,它基本上准确地代表了偶极子磁场和非偶极子磁场在描述范围内的数值特征,所以一般都作为描述范围内的正常地磁场标准值。由于井眼轨迹测量采用的测量仪器以磁性测量仪器为主(陀螺类测量仪器也要以磁场参数为基准参考值),所以,井眼轨迹测量和计算理论都是以国际地磁参考场对世界地磁场的理论描述和计算方法为基础的。
在定向钻井施工中,由于采用世界地磁图或区域地磁图来确定地磁参数的精度较低,而且很不方便,因此,90年代以来国际石油钻井界都根据高斯理论及高斯系数(采用与编绘世界地磁图同样的方法)和相应的现场计算机程序来计算井口坐标位置的各项地磁参数。
2.地磁参数与测量仪器的关系
定向井测量中常用的磁性单、多点照相测斜仪磁罗盘的设计和制造,必须根据实际使用的地理位置来确定其磁性参数。电子类磁性测斜仪(含ESS 型、SST型、M W D型)的磁通门设计和制造,也必须根据实用的地理位置来确定其磁性参数。
3.钻井施工中应注意的两大问题
(1)测量基准和三种北极的相互关系
电子类磁性测量仪器(包括ESS型、SST型、M W D型等)都是以地磁北极为测量基准的。
自寻北式陀螺测斜仪(包括G2型电子陀螺、Seeker型电子陀螺等)按照输入指令的要求,自动地以地理北极或平面坐标北极为基准。
在实际测量工作中,准确选择测量基准,正确处理三种北极之间的相互对应关系,将不同情况下的测量结果校核为需要的结果,这在钻井现场是一项非常重要的基础工作。
(2)磁场参数影响测量精度和井迹计算精度
目前现场使用的较先进的电子类磁性测量仪器,在进行测量前都必须输入当地的磁场强度值和
?
30
?石 油 钻 探 技 术 1998年6月
磁偏角值;电子陀螺测斜仪BO SS也要在测量前输入当地的地理纬度,作为测量结果的计算依据。在井眼轨迹计算中,磁偏角的精度直接影响着计算结果的精度。
4.磁干扰问题及方位角校正
电子类磁性测量仪器在进行测量前都必须人工输入该地点处的理论磁场强度和磁偏角,作为测量参考基准。仪器本身设计参数的允许误差(磁偏角±0.3°,磁场强度±0.3 T)作为检测点是否受地磁异常和钻柱轴向磁干扰影响的依据。
如果超过这个范围的值由地磁异常或邻井套管所造成,则该方位角测量值是不能用的。至于该测量点是否具有地磁异常可用高精度的磁力计数据和邻井资料来证实。
如果这个磁场干扰来自钻柱轴方向,即由于所用无磁钻铤长度不够等原因所造成,则仪器同时显示的校正方位角可作为准确的测量结果使用。
校正方位角是根据磁场校正理论计算出来的井斜方位角。磁干扰主要作用在钻柱轴向B z上,因而采用开始测量前人工输入的地磁场强度和地磁偏角计算出B z理论值代替B z实测值,并与实际测得的B x和B y值一起可计算出井斜方位角。
研究表明,在大斜度井和水平井的井斜方位角测量中,当井眼朝向接近正东或正西的方位钻进而且井斜角较大时,只有采用短无磁钻铤方法(即校正方位角),才能保证测量精度。因为如果此时钻柱轴向的磁干扰为±8 T,原始方位角的误差就会达到±16°。
四、无磁钻铤长度的选择
在定向井、水平井的钻井施工中,无磁钻铤长度的选择非常重要,它直接影响着井眼轨迹数据的测量精度。
1.地区选择
(1)作为定向井工程技术人员和测量技术人员,首先应当明白自己所施工的井处于地理上的什么位置。
(2)根据国际区域地磁图,查看你所施工的井处于哪个区域,是A区、B区或C区。
(3)中华人民共和国境内都按A区处理。
2.测量仪器在无磁钻铤中的位置选择
(1)A、B、C
钻进和动力钻具或满眼钻具钻进的图供查看。
(2)根据施工时的井斜和井斜方位角从专用图中可以查找使用无磁钻铤的长度,并确定测量仪器在无磁钻铤中的位置。
五、测量数据比较
如果要做测量数据比较,必须注意以下问题:
1.测量深度必须一致。一定要在同一深度做多种仪器的比较测量。
2.做比较测量时,可以是同一套仪器;也可以是同一种仪器;还可以针对不同种类的仪器。
3.任何测量仪器都有它自身的系统误差。
4.当井斜低于7°时,其比较效果不太好,测量仪器的测量重合性较差。
5.比较测量必须是在离开套管鞋30m以远。
6.在稳斜井段做比较测量时,测量重合性较好。
7.比较测量应考虑无磁钻铤的长度,分析其测量数据是否受磁干扰。
8.钻具结构不同、井眼条件不同(如大肚子井眼等)、操作人员不同等因素,都可能造成测量数据重合性较差。但是,可以多做几个点的重合性测量。
●1997—10—17收稿
参 考 文 献
[1] 张佐民.地形图测绘入门.西安:陕西科学技术出版
社,1984
[2] 北京大学、中国科技大学地球物理教研室.地磁学教
程.北京:地震出版社,1986
作 者 简 介
周华林,1963年生。1985年毕业于胜利油田职工大学钻井专业。一直从事定向井、水平井钻井工程及测量工作。现任胜利石油管理局钻井工程技术公司定向井公司定向二队指导员,工程师。
田树林,1958年生。1984年毕业于胜利油田职工大学钻井专业。一直从事定向井、水平井工程及测量工作。现任胜利石油管理局钻井工程技术公司定向井公司副经理,工程师。
李兆东,1963年生。1985年毕业于胜利油田职工大学钻井专业。一直从事定向井、水平井钻井工程及测量工作。现任胜利石油管理局钻井工程技术公司定向井公司生产办副主任,工程师。
王华西,1965年生。1986年毕业于胜利油田石油学校钻井专业。一直从事定向井、水平井钻井工程及测量工作。现任胜利石油管理局钻井工程技术公
?
31
?
第26卷第2期 周华林等:定向井和水平井测量技术基础
?110?PET ROLEUM DRILLING TECHNIQUES Jun.,1998
lime,emulsio n,w ell co mpletion,Renqiu Oilfield,R en 456W ell
L iu Shunliang,Zhang Bingshun and Y uan W enhao,as sis tant engineer,senior engineer and assis-tant engineer of the2nd D rilling Co.,H uabei Oil-f ield.
H u Fengj in,engineer of D r illing T echnology Resear ch I nstitute,H uabei O ilf ield.
Foundations of Directional and Horizental Well Trajectory Measuring Techniques Abstract:T he f our basic char acteristics and t he spher ic har monic analyses(Gauss theor em)of g eo-magnetic field,as w ell as the wo rld g eom anet ic ref-erence field distr ibutio n w er e pr esented.T he analy-ses sho w t hat the actual mea sur e data(geo magnetic nor th po le as base)of directional and hor izontal well tr ajecto ry and computing data(Gauss-K riging coo r-dinat e no rt h po le as base)must be cor rected to g eo-gr aphical nor th po le as base.T he effects o f g eom ag-na tic field pa rameter s in directional dr illing,selectio n of non-mag netic co llar leng th and co mpa riso n of measuring dat a wer e discussed.
Keys:Gauss L aw,geo magnetic field,co or dinate system,elect ro magnetic int erfer ence,no n-magnetic collar,measur ing,measur ing instr ument,directional w ell,hor izontal well
Zhou H ualin,T ian S hulin,L i Zhaoding and W ang H uax i,engineer,engineer,engineer and assis-tant eng ineer of D irectional W ell S ection of Dr illing Engineer ing&T echnology Co.,S hengli Oilf ield.
Optimum Design and Analyses of Bit Hy-draulic Parameters in Slimhole
Abstract:Based o n co nsider ing the chara cter is-tics o f slimho le dr illing complet ely and deter mining the circular pr essur e loss reasonably,the optimum hydraulic par ameter s desig n models in tw o w or k conditio ns w er e fo unded,w hich co mbined the jet theor y w ith ro ck car ry ing r equir ement.In the mean-time,the applied so ftwa re w as also developed.T he impor tance o f adopting max imum hydraulic ho rse-po w er w or k co ndit ion in optimum design of slim ho le hydraulic paramet er s w as emphasized.T he influence of dr illing str ing decentering,r otat ing and drillpipe sub t o cir cular pressure loss fo r hy dr aulic designing in big hole sho uld be co nsider ed.
Keys:slimho le,hy dr aulics design,o ptimizing design,jet drilling,drilling fluid hydraulics,annulus,dr ill stem,pressure dr op,impact lo ad,bit hydr aulic ho rsepow er,tur bulent flow,ex ample,Ba li Basin X ie Guomin,wor ks at D rilling T echnology Re-sear ch I nstitute,J ianghan Oilf ield.
Fan H onghai,associate p r of essor of Petr oleum Engineering D ep artment of U niver sity of Petroleum (Beij ing).
X u H ui,senior eng ineer of Plan Section of Qinghai P etr oleum A dministr ation.
Status and Advances of Drilling Fluid Lubri-cants
Abstract:T her e are15ty pes ov er100v arieties of dr illing fluid lubr icants in ov er seas,and10ty pes over40v ar ieties in o ur countr y.T hey ar e mainly co mposed of refine chemicals such as miner al o il, plant o il and modified pr oduct o f it s tailing s,the mix ture of surfactant and or ganic,sy nthetic ester, and so lid lubr icants.When select ing and preparing lubricants,we sho uld co nsider not only direct cost but also env ir onmental pr otection pr o blems and oil and gas for matio ns pro tectio n.I t is the dev elo ping tendency of the dr illing fluid lubrica nts to make syn-t hesize o f refine chemicals by the w aste mat eria ls in gr easy indust ry.I n the r espect of ev aluating the pr opert ies o f lubricant s,the test o f non-lubricat ion is paid incr easingly at tentio n t o.How ever,t here is no standar d fo r t he t est of lubr ication now.
Keys:drilling fluid,lubr icant,veg etable o il, modify,synthetic,lubrica tio n,tox icity,test ing,eval-uation
Li D ej iang,engineer of T echnology Center of H uay ang D r illing Co.,CN SP C.
Use of a Weighted Kill Fluid for an Emer-gency in Sha15Well
Abstract:T he com po unding and using o f the calcium chlo ride&bar it e kill fluid fo r an emer gency in Sha15W ell wa s intr oduced.T he kill fluid densit y was up to2.0g/cm3.T he cause of successful kill was also discussed.L ab tests and field applica tio ns sho w that the kill fluid system ar e suitable to high pr essur e oil and g as w ell w or ko ver s.
Keys:high pr essur e,killing well,killing fluid, bar ite,high densit y,Sha15Well,T ar im Basin W ang Y uej ian,engineer of Eng ineer ing Dep ar t-ment
定向井、水平井测量技术
第四章定向井、水平井测量技术 第一节定向井、水平井测量的性质和特点 一. 钻井过程中测量的方法、媒介和基准 石油钻井过程中的测量属于工程测量的一种类型。从物理意义上讲, 测量井下钻 具的工具面角, 即为井下钻具定向或测量井眼的轨迹均属于空间姿态的测量。由于石 油钻井工程的特殊性使得这一测量过程必须借助专门的工具和仪器, 采取间接测量的 方法来完成。 目前, 石油钻井过程中的测量需要借助三种媒介, 即大地的重力场、大地磁场和 天体坐标系, 由此产生了与这三种测量媒介有关的测量仪器。 1. 借助于重力场测量井斜角或高边工具面, 采用的测量元件为测角器、罗盘重锤或重力加速度计等。这类仪器的测量基准是测点与地心的连线, 即铅垂线。 2. 借助于地磁场测量方位角或磁性工具面, 采用的测量元件为罗盘或磁通门等。这类仪器的测量基准是磁性北极, 所以磁性仪器测量的方位角数据必须根据当地的磁 偏角修正成真北极, 即地理北极的数据。 3. 借助于天体坐标系测量方位角或磁性工具面, 采用的测量元件为陀螺仪。陀螺仪为惯性测量仪器, 不以地球上任何一为基准, 这类仪器下井测量之前必须对陀螺仪 的自转轴进行地理北极的方位标定。 二. 钻井过程中测量的特点 1. 钻井过程中的测量是间接测量, 必须借助专用工具和仪器完成。而且根据测量仪器的数据记录和传输方式的不同, 钻井测量分为实时测量和事后测量。 2. 测量仪器的尺寸受到井眼和钻井工具的限制, 特别是下井仪器的径向尺寸必须能够下入套管和钻具内, 而且不会因仪器的下入而影响泥浆的流动或产生过大的泥浆 压降。 3. 下井仪器受到地层和泥浆的高压, 仪器的保护筒和密封件必须能够承受这种高压, 而且还应具备一定的安全系数。 4. 由于地层的温度随着井深变化, 下井仪器是在高于地面温度的环境里工作, 要求下井仪器具有良好的抗高温性能, 一般称耐温 125℃以下的仪器为常温或常规仪器, 称耐温 182℃以下的仪器为高温仪器。 5. 某些仪器在使用过程中要承受冲击 (如单多点测斜仪的投测)、钻具转动 (如 转盘钻具中的 MWD 仪器)、钻头和钻具在钻进过程中的振动 (如 MWD 和有线随钻测斜仪) 等。 二. 测量仪器技术发展情况 第二节测量仪器分类和应用范围 一. 测量仪器分类 (图片: 测量仪器分类)
定向井技术(入门基本概念)
定向井技术(入门基本概念)
定向井技术（部分） 编制：李光远 编制日期：2002年9月9日 注：内部资料为企业秘密，任何人不得相互传阅或外借泄露！！！
一、定向井基本术语解释 1）井眼曲率：指在单位井段内井眼前进的方向在三维空间内的角度变化。它既包含了井斜角的变化又包含着方位角的变化，与“全角变化率”、“狗腿度严重度”都是相同含义。 K= v a SIN l l a 2*22 ?? ? ????Φ+??? ???? 式中： 均值 相邻两点间井斜角的平际长度 相邻两测点间井段的实的增量相邻两测点的增量相邻两测点----?--?Φ--?v a l a 方位角井斜角 2）井斜角、方位角和井深称为定向井的基本要素，合称“三要素”。 3）αA ：A 点的井斜角，即A 点的重力线与该点的井眼前进方向线的夹角。单位为“度”； 4）ΦA ：A 点的井斜方位角，亦简称“方位角”，即从正北方向线开始，顺时针旋转到该点井眼前进方向线的夹角。单位为“度”； 5）S B ’：B ’点的水平位移，即井口到B ’点在水平投影上的直线距离，也称“闭合距”。单位为“米”； 6）ΦS ：闭合距的方位角，也称“闭合方位角”。单位为“度”； 7）L A ：A 点的井深，也称“斜深”或“测深”，即从井口到A 点实际长度。单位为“米”； 8）H A ：A 点的垂深，即L A 在H 轴上的投影。 H A 也是A 点的H 坐标值。同样，A 点在NS 轴和EW 轴上的投影，也可得到A 点的N 和E 坐标值。 9）磁偏角：某地区的磁北极与地球磁北极读数的差异； 10）造斜点：在定向钻井中，开始定向造斜的位置叫造斜点、通常以开始定向造斜的井深来表示； 11）目标点：设计规定的、必须钻达的地层位置，称为目标点； 12）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，称为井底高边方向。高边方向上水平投影的方位称高边方位，即井底方位； 13）工具面：造斜工具面的简称。即在造斜钻具组合中，由弯曲工具的两个轴线所决定的 那个平面； 14）工具面角：工具面角有两种表示方法： A 、高边基准工具面角，简称高边工具角，即高边方向线为始边，顺时针转到工具
定向井水平井教材
第一章定向井（水平井）钻井技术概述 第一节定向井、水平井的基本概念 1．定向井丛式井发展简史 定向井钻井被（英）T ．A．英格利期定义为：“使井筒按特定方向偏斜，钻遇地下预定目标的一门科学和艺术。”我国学者则定义为，定向井是按照预先设计的井斜角、方位角和井眼轴线形状进行钻进的井。定向井相对与直井而言它具有井斜方位角度而直井是井斜角为零的井，虽然实际所钻的直井它都有一定斜度但它仍然是直井。 定向井首先是从美国发展起来的，在十九世纪后期，美国的旋转钻井代替了顿钻钻井。当时没有考虑控制井身轨迹的问题，认为钻出来的井必定是铅垂的，但通过后来的井筒测试发现，那些垂直井远非是垂直的。并由于井斜原因造成了侵犯别人租界而造成被起诉的案例。最早采用定向井钻井技术是在井下落物无法处理后的侧钻。早在1895年美国就使用了特殊的工具和技术达到了这一目的。有记录定向井实例是美国在二十世纪三十年代初在加利福尼亚享廷滩油田钻成的。 第一口救援井是1934年在东德克萨斯康罗油田钻成的。救援井是指定向井与失控井具有一定距离，在设计和实际钻进让救援井和失控井井眼相交，然后自救援井内注入重泥浆压死失控井。 目前最深的定向井由BP勘探公司钻成，井深达10，654米； 水平位移最大的定向井是BP勘探公司于己于1997年在英国北海的Rytch Farm 油田钻成的M11井，水平位移高达1，0114米。 垂深水平位移比最高的是Statoil 公司钻成的的33/9—C2达到了1:3.14； 丛式井口数最多，海上平台：96口；人工岛：170口； 我国定向井钻井技术发展情况 我国定向井钻井技术的发展可以分为三个阶段，50—60年代开始起步，首先在玉门和四川油田钻成定向井及水平井:玉门油田的C2—15井和磨三井，其中磨三井总井深1685米，垂直井深表遗憾350米，水平位移444.2米，最大井斜92°，水平段长160米；70年代扩大实验，推广定向井钻井技术；80年代通过进行集团化联合技术攻关，使得我国从定向井软件到定向井硬件都有了一个大的发展。 我国目前最深的水平井是胜利定向井公司完成的DH1-H1井，完钻井深达到：6452.00米。水平位移最大的大位移井是胜利定向井公司完成的埕北21-平1井，水平位移达到3167.34米，最大的丛式井组是胜利石油管理局的河50丛式井组，该丛式井组长384米，宽115米，该丛式井平台共有钻定向井42口。 2．定向井的分类 按定向井的用途分类可以分为以下几种类型： 普通定向井 多目标定向井 定向井丛式定向井 救援定向井 水平井 多分枝井（多底井）
短半径水平井新技术特点和现状
短半径水平井新技术特点和现状 短半径水平井是在中长半径水平井技术基础上发展起来的一项钻井新技术，该技术能成倍的提高油井产量和提高采收率，改善井网布置，合理有效的开发各类油藏，不但可以节约钻井及油田开发综合成本，尤其是对难以开发的薄油气层，极大地提高了采收率和经济效益。 一、短半径水平井的特点 短半径水平井的定义一般是指造斜井段的造斜率大于1°/m的水平井，即曲率半径小于57.3m，又称大曲率水平井。 短半径水平井具有井眼小、造斜率高、曲率半径和靶前位移短等特点。短半径水平井的主要特点和优缺点见表1。 二、短半径水平井的发展现状 短半径水平井在国外各大公司中，美国贝克?修斯是具有代表性的一家公司。七十年代中期，美国的Eastman Whipstock公司通过八年的研究试验，研制出了短半径造斜钻井系统，经改进完善，在美国南部一些油田和加拿大北坡的Knparnk油田广泛应用提高产量4倍以上。1983年以来设在西德的Eastman Christenden公司又作了进一步改进并完型生产，九十年代初期经过一次较大的兼并，将与钻井技术有关的数家服务公司从资金、人才和技术方面进步了择优调整，组建了能从事钻井“一条龙”服务的Baker Hughes Intep公司，在技术研究和工具仪器方面都有很强的竞争能力，近年来已侧钻段半径水平井300余口。 Sperrg-Sum公司在以发展仪器为主的基础上，已能为提供定向井与水平井钻井的全面服务。该公司短半径水平井技术也处于领先地位，它的无线随钻MWD和ESS电子多点采用了柔性连接方式，广泛用于短半径侧钻水平井。目前，短半径水平井的最大水平位移和最长水平段已分别达到953m和600m；开窗侧钻点最大井深已达到7751m。水平段最长的短半径水平井是美国的Mobil Erdgas-Erdoel Gmbh公司在德国钻成的Reitbrook 308井（120.7mm井眼），水平段长600m，水平位移953m。
大斜度定向井技术必备
１、随井斜角的增加，岩屑在环空中的运移状态和规律与直井有何差别？ 答：在直井中，岩屑下滑速度（Vs）与岩屑受重力作用方向一致，不存在指向下井壁的径向分量（Vsr）与指向井底的轴向分量（Vsa）；但随井斜角的增加，下滑速度(Vs)亦随之增加，当井斜角为90°时径向分量（Vsr）增为最大值；而轴向分量（Vsa）则随井斜角的增加而降低，当井斜角为90°时轴向分量（Vsa）降为零。 ２、根据Tomren等人的研究成果，岩屑运移规律按井斜角可分为几种类型？ 答：①井斜角0～θα之间井段 岩屑在环空中受重力作用而下滑的方向是垂直于水平面，岩屑在井眼中，当钻井液上返速度稍微大于岩屑在钻井液中的下滑速度时，只要不停止循环，岩屑总会慢慢地被带出井简，不存在岩屑床。 ②井斜角在θα～θβ之间井段 当井斜角增大至θα时，径向分量（Vsr）增大至足以使岩屑脱离钻井液流，滞留井眼底侧并滑向液流的反向而形成岩屑床，而且当钻井液停止循环时，岩屑床受重力作用而存在下滑趋势。 ③井斜角在θβ～90°之间井段 井斜角超过θβ，轴向分量（Vsa）将逐渐降至零，岩屑沉淀并聚集在钻杆周围的井眼底侧，即使钻井液停止循坏，岩屑床也不再向下滑动。这里θα、θβ称为临界井斜角。 ３、大斜度大位移定向井的井斜角一般在多少度左右？ 答：大斜度大位移定向井的井斜角一般都大于45°，在70°左右。 ４、岩屑上返最困难的井段一般处于井斜角的多少度的井段中？为什么？ 答：岩屑上返最困难的井段一般处于井斜角在30°～65°之间的井段，因为在这一段，不仅岩屑床容易形成，而且岩屑床存在下滑趋势，使岩屑床的厚度不断增加。 ５、在大斜度大位移定向井中影响岩屑正常上返的因素主要有以下几点？ 答：①井筒中钻井液的上返速度 环空返速越大，岩屑越容易上返，井筒中越不易形成岩屑床；然而，若环空返速过大，会冲蚀井壁，使井壁坍塌，也会造成岩屑混杂，影响岩屑录井质量。大量实验表明，在30o一90o井斜角范围内，环空岩屑成床的临界返速为0.8—1.0m/s。 ②钻井液的流变参数 钻井液流变性能是影响岩屑上返能力的极为重要的因素。 层流状态下，钻井液流速较低时，提高钻井液的动切力和动塑比，可获得较好的携岩效果；井斜角较小时，动切力的作用是明显的；但随着井斜角增大，动切力的作用减弱，在大斜度和水平井段，动切力的作用变小甚至可以忽略，但动塑比对携岩的影响仍较大。
647.2-2013_页岩气水平井钻井作业技术规范_第_2_部分：钻井作业(出版稿)
Q/SYCQZ 川庆钻探工程有限公司企业标准 Q/SYCQZ 647.2—2013 页岩气水平井钻井作业技术规范 第2部分：钻井作业 2013-12-22发布2014-01-22实施
目次 前言................................................................................. II 1 范围 (1) 2 规范性引用文件 (1) 3 钻井工程设计 (1) 4 井眼轨迹控制 (2) 5 防碰作业 (3) 6 水平段安全钻井 (3)
前言 《页岩气水平井钻井作业技术规范》分为五个部分： ——第 1 部分：丛式井组井场布置； ——第 2 部分：钻井作业； ——第 3 部分：油基钻井液； ——第 4 部分：水平段油基钻井液固井； ——第 5 部分：井控。 本部分为第 2 部分。 本标准按 GB/T 1.1-2009《标准化工作导则第 1 部分：标准的结构和编写规则》进行编写和表述。 本标准由川庆钻探工程有限公司提出。 本标准由川庆钻探工程有限公司钻井专业标准化技术委员会归口。 本标准起草单位：川庆钻探工程有限公司钻采工程技术研究院、川庆钻探工程有限公司川东钻探公司、川庆钻探工程有限公司川西钻探公司 本标准主要起草人：张德军、赵晗、卓云、叶长文。
页岩气水平井钻井作业技术规范第2部分：钻井作业 1 范围 本标准规定了页岩气丛式井组钻井工程设计、井眼轨迹控制、防碰作业、水平段安全钻井等内容和要求。 本标准适用于川渝地区页岩气井的钻井作业。 2 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。 SY／T 1296 密集丛式井上部井段防碰设计与施工技术规范 SY／T 5088-2008 钻井井身质量控制规范 SY／T 5416 定向井测量仪器测量及检验 SY／T 5435-2003 定向井井眼轨迹设计与轨迹计算 SY／T 5547 螺杆钻具使用、维修和管理 SY／T 5619 定向井下部钻具组合设计方法 SY／T 6332-2004 定向井轨迹控制 SY／T 6396 钻井井眼防碰技术要求 Q／SYCQZ 001 钻井技术操作规程 Q／SYCQZ 372-2011 丛式井井眼防碰技术规程 3 钻井工程设计 3.1 井身结构 3.1.1 表层套管应封隔地表漏层和垮塌层，相邻两井表层套管下深错开20 m以上。 3.1.2 水平井技术套管下入位置井斜应不低于60°，若井下出现严重垮塌、钻遇高压油气，可提前下入技术套管。 3.1.3 油层套管尺寸不小于 11 4.3 mm，抗内压强度与增产改造施工压力之比＞1.25。 3.1.4 水平段长度宜控制在800 m ～ 1400 m。 3.2 靶区 3.2.1 靶区半径设计符合SY／T 5088-2008的规定，且满足井眼轨迹控制要求。 3.2.2 水平段井眼方向与地层最小主应力方向的夹角不小于 15°。 3.3 井眼轨道 3.3.1 每口井地下靶心与井口位置连线相互之间不宜空间交叉。
定向井常规控制理论
定向井常规控制理论 一、川东地区定向井概况 四川石油管理局川东钻探公司是全国大型专业化钻井公司，地处四川盆地东部。公司在川东地区高陡构造上面临井深(平均4500～5000米；最深达6016米)、地层倾角大(一般30～60°，最大达80°)、断层多、地层硬及高温、高压、高含硫、地质靶区狭窄等一系列恶劣的地层条件，实施钻井勘探作业已四十载。经过多年的探索，研究，使公司形成了独具特色的深井工艺技术，能承担各类深井、复杂井、工艺井技术作业。 定向井公司是川东钻探公司所属的专门从事定向井、特殊工艺井技术开发研究及技术服务、钻井工程设计的技术服务公司，我公司拥有业务熟练、工作态度踏实、任劳任怨、纪律性强的钻井专业技术人员和先进的工具仪器装备。目前已完成定向井、中靶工艺井及套管开窗侧钻井170余口，均准确中靶，为我局的油气勘探做出了突出贡献。所钻定向井中水平位移最大达1231.1米(茨竹1井)，最大井斜角56.3°(塔中59井)，完钻井井深最深5810米(云安7-1井)，造斜点最深4539米(龙会2井)，高精度双靶定向井，实钻靶心距仅1.54 m(下25井)。近年来分别到贵州、新疆、湖北、青海、河南及新星公司等油田进行了定向井技术服务，所承包的项目技术指标均达到甲方的要求。 （一）发展历史 第一阶段（1988年以前），为培训专业技术人才和专业工具配套准备阶段。在此期间，主要采用井下定向或地面定向的方法，成功地完成了数十口难度较大的定向侧钻井，其中有大井眼硬地层的定向侧钻井，如池2、罐8井等，也有小井眼深井段逆地层自然造斜方向的定向侧钻井，如卧90、板东14等井。这些井主要是井下事故难以处理及井斜超标，难以钻达地质目标而实施的定向侧钻井。该阶段主要成果是：成功地自行设计和指导完成川东钻探公司成立以来第一口定向井——天2井。 第二阶段（1989～1999年），为公司全面开展高陡构造定向钻井研究和实践阶段，以
定向井钻井工程师技术等级晋升标准
定向井钻井工程师技术等级晋升标准 四级工程师 1专业理论知识 1.1了解钻井工艺的主要环节（如钻进、下套管、注水泥、电测等）及其实现方法； 1.2能看懂定向井工程设计书内容； 1.3熟知各种常规钻具和套管的技术规范和机型； 1.4了解钻井设计的基本原则、设计程序、设计内容； 1.5掌握井眼轨迹计算参数和计算方法； 1.6掌握定向井专用工具的工作原理及其技术规范； 1.7掌握单点、电子多点、地面记录陀螺的工作原理和技术规范； 1.8掌握井下动力钻具的工作原理、内部结构和技术规范； 1.9了解海洋钻井平台主要设备及其技术性能规范； 1.10了解海洋钻井平台主要仪器、仪表的用途及其技术性能； 1.11掌握海洋常用的钻井工具及其技术规范； 1.12了解钻井取芯基本原理； 1.13了解海洋钻井作业的基本安全常识。 2操作知识 2.1掌握单点、电子多点和地面记录陀螺操作技能，能独立地进行井眼轨迹参数测量和计算； 2.2会正确选用定向井专用工具，并能正确组合； 2.3会正确选用动力钻具，掌握其正确操作要领； 2.4能正确判断钻井指重表、泵压表、扭矩表、流量表，并根据以上仪表读数判断井下情况（如钻压、遇卡、遇阻等）； 2.5会正确选用配合接头及其上扣扭矩； 2.6能正确选用各种钻井工具，并掌握其操作要领； 2.7会看懂较复杂的钻井工具装配图，并能绘制简单零配件的机加工图； 2.8会记录钻井班报表、日报表以及定向井测量数据记录； 2.9能进行日常定向井专业英语交流； 2.10能识别各种型号取芯工具、取芯钻头基本类型和应用范围、性能参数，以及组装、保
养取芯工具的技能。 2.11油田常用单位（英制）和公制单位熟练换算； 2.12能用英语进行作业技术交流。
定向井技术管理细则
定向井技术管理细则 1、直井段的位移控制 1.1 采用钟摆、塔式或满眼钻具结合，合理的钻压，把井斜角控制在2。以内，多目标定向井严格控制偏离设计线位移。 1.2 直井段较长的井，尽量采用单弯螺杆（PDC钻头）加钻盘的复合钻进，或者钟摆钻具加PDC钻头钻进。 1.3 井深超过800m后用单点测斜仪跟踪测斜，1500m以前每100m测斜一次，1500m以后每50m测斜一次，发现井斜超过2。，应及时采取纠斜措施。 2、定向及扭方位 2.1定向前要根据直井轨迹和设计轨迹重新确定定向井方位角及最大井斜角。 2.2认真检查入井弯接头。 2.2.1 检查弯接头实际弯度与名义弯度是否相符。 2.2.2 检查弯接头键是否偏离中心线。 2.2.3用定向杆反复试验，检查弯接头是否卡键。 2.3 认真检查螺杆，并试运转。 2.3.1螺杆（或涡轮）入井前必须认真检查旁通阀是否有堵塞现象，间隙是否符合要求。 2.3.2 螺杆入井前要用清水冲洗干净。
2.3.3 螺杆入井前要试运转，注意观察旁通阀出泥浆是否正常，螺杆动率是否符合要求。 2.4 动力钻具入井（螺杆、涡轮）必须保证井眼畅通无阻，严禁用动力钻具划眼。 2.5一般情况下，定向及扭方位推荐入下钻具组合： 钻头+动力钻具+弯接头+无磁钻铤+钻铤（2柱）+加重钻杆（100~200m）+普通钻杆，特殊情况的钻具组合以设计为准。 2.6 定向及扭方位施工 2.6.1 定向（扭方位）时，井斜角小于10°时用磁性工具面施工，井斜角大于10°时用高边工具面施工。 2.6.2 在无磁干扰情况下使用随钻测斜仪定向，在有磁干扰的情况下使用陀螺仪定向。 2.6.3 定向装置角的计算，采用沙尼金图解法或计算法。 2.6.4 采用平均角法进行数据处理，方位必须校正磁偏角。 2.6.5 定向及扭方位过程中，要及时跟踪计算“狗腿度”，发现“狗腿度”超标或增斜效果达不到设计要求，及时根据现场情况更换弯接头。 2.6.6 定向、扭方位过程中，如出现效果差甚至出现反向效果，应立即停止施工，起出随钻仪器并重新坐键，如坐键没问题应起钻检查弯接头。 2.6.7 定向、扭方位时，井斜角达到15°或扭方位施工50m 以上，必须用单点测斜仪校验随钻仪显示数据，定向、扭方位施
定向井轨迹测量仪器及测量原理
第四章定向井轨迹测量仪器及测量原理 4.1 定向井轨迹测量仪器的种类 定向井轨迹轨迹测量仪器包括： .MWD无缆随钻测量仪 .SST 有缆随钻测量仪 .ESI电子多点 .BOSS电子陀螺仪 .SRO电子陀螺仪 .Single-Shot单点测斜仪 4.2 定向井轨迹测量仪器的基本原理 下面分别介绍各主要测斜仪器的基本结构和原理 4.2.1 Measurement-While-Drilling(MWD) MWD(Measurement While Drilling)无缆随钻测斜仪作为当今钻井作业中的五大高新技术之一，于八十年代后期在国际上广泛应用于定向井作业中。 以Sperry-Sun MWDO 为例，其基本原理是：利用重力加速度计做倾角传感器，用磁通门做方位参数传感器，用集成电路温度传感器提供井下温度参数。MWD测量仪器井下部分，在入井之前，预先按定向井工程师对所采集测量数据的要求，进行特定的模式设置，然后将其随钻具组合一并下入井内，由泥浆流动作其动力源，测量信号的输出由泥浆的脉冲波动来完成。在地面井口处安装脉冲信号接收装置--压电感应器，压力感应器将泥浆脉冲信号输进地面计算机，再由计算机对此信号进行处理，并将处理过的信息送至钻台上的司钻读数器及操作间内的操作终端，加以显示、输出，其所输出的测量结果是定向工程师可直接采用的倾角、方位、工具面值，到此完成整个测量过程。能保证此套仪器工作所需的泥浆排量为220-1200GPM，完成一组数据的传送时间为：长测量模式下：4.2分钟，短测量模式下：2.3分钟，工具面：18秒钟。 MWD的最大特点是，信号传输以泥浆脉冲形式，不需要电缆。无论井下马达钻进还是转盘钻进，都可以随钻测量。 MWD的主要技术性能： 测量精度：方位±1.5°(0-360°) 井斜±0.2°(-=189°) 工具面±2.5°(0-360°) 温度±3° 最高工作温度： 257°F(125℃) 最大压力： 15000PSI 4.2.2 SST(Survey Steering Tool) SST的工作原理大致为：钻具组合中，弯接头上部接定向接头，弯接头与定向接头连接完毕后在定向接头内坐入斜口管鞋，并调整对准斜口管鞋键与弯接头刻线方向，到此井下部分准备完毕，下钻到测量点。地面设备在调整、连接完毕后，由电缆绞车通过悬挂在钻台上的天、地两滑轮将仪器探管通过循环头或旁通头(电缆入井的两种送入方式)送入井下，地面仪器监测定向键是否坐入斜口管鞋键内，坐入后，仪器便开始正常工作，提供工具面，倾角、方位等测量值，直至完成整个测量工作。
定向井、水平井井身轨迹控制
第三章定向井、水平井井身轨迹控制技术 第一节定向井、水平井井眼轨迹控制理论 无论是定向井，还是水平井，控制井眼轨迹的最终目的都是要按设计要求中靶。但因水平井的井身剖面特点、目的层靶区的要求等与普通定向井和多目标井不同，在井眼轨迹控制方面具有许多与定向井、多目标井不同的新概念，需要建立一套新的概念和理论体系来作为水平井井眼轨迹控制的理论依据和指导思想。 我们在长、中半径水平井的井眼轨迹控制模式的形成和验证过程中，针对不断出现的轨迹控制问题，建立了适应于水平井轨迹控制特点的几个新概念。 一、水平井的中靶概念 地质给出的水平井靶区通常是一个在目的层内以设计的水平井眼轨道为轴线的柱状靶，其横截面多为矩形或圆。我们可以把这个柱状靶看成是由无数个相互平行的法面平面组成，因此，控制水平井井眼轨迹中靶，与普通定向井、多目标井是个截然不同的新概念，主要体现是: 井眼轨迹中靶时进入的平面是一个法平面（也称目标窗口），但中靶的靶区不是一个平面，而是一个柱状体，因此，不仅要求实钻轨迹点在窗口平面的设计范围内，而且要求点的矢量方向符合设计，使实钻轨迹点在进入目标窗口平面后的每一个点都处于靶柱所限制的范围内。也就是说，控制水平井井眼轨迹中靶的要素是实钻轨迹在靶柱内的每一点的位置要到位（即入靶点的井斜角、方位角、垂深和位移在设计要求的范围内），也就是我们所讲的矢量中靶。 二、水平井增斜井段井眼轨迹控制的特点及影响因素 对一口实钻水平井，从造斜点到目的层入靶点的设计垂深增量和水平位移增量是一定的，如果实钻轨迹点的位置和矢量方向偏离设计轨道，势必改变待钻井眼的垂深增量和位移增量的关系，也直接影响到待钻井眼轨迹的中靶精度。 水平井钻井工程设计中所给定的钻具组合是在一定的理论计算和实践经验的基础上得出的，随着理性认识的深化和实践经验总结，设计的钻具组合钻出实际井眼轨迹与设计轨道曲线的符合程度会不断提高。但是，由于井下条件的复杂性和多变性，这个符合程度总是相对的。实钻井眼轨迹点的位置相对于设计轨道曲线总是会提前、或适中、或滞后，点的井斜角大小也可能是超前、适中、或滞后。 实钻轨迹点的位置和点的井斜角大小对待钻井眼轨迹中靶的影响规律是： ①实钻轨迹点的位置超前，?相当于缩短了靶前位移。此时若井斜角偏大，会使稳斜钻至目的层所产生的位移接近甚至超过目标窗口平面的位置，必将延迟入靶，且往往在窗口处脱靶。 ②轨迹点位置适中，?若此时井斜角大小也适中，是实钻轨迹与设计轨道符合的理想状态。但若井斜角大小超前过多，往往需要加长稳斜段，可能造成延迟入靶，或在窗口处脱靶。 ③轨迹点的位置滞后，?相当于加长靶前位移。此时若井斜角偏低，就需要提高造斜率以改变待钻井眼垂深和位移增量之间的关系，往往要采用较高的造斜率而提前入靶。 实践表明，控制轨迹点的位置接近或少量滞后于设计轨道，并保持合适的井斜角，有利于井眼轨迹的控制。点的井斜角偏大可能导致脱靶或入靶前所需要的造斜率偏高。实际上，水平井造斜段井眼轨迹控制也是轨迹点的位置和矢量方向的综合控制，这对于没有设计稳斜调整段的井身剖面更是如此。 在实际井眼轨迹控制过程中，我们根据造斜段井眼轨迹控制的新概念和实钻轨迹点的位置、点的井斜角大小对待钻井眼轨迹中靶的影响规律，将造斜井段井眼轨迹的控制程度限定在有利于入靶点矢量中靶的范围内。也就是说，在轨迹预测计算结果表明有余地、并有后备工具条件时，应当充分发挥动力钻具的一次造斜能力，以提高工作效率，减少起下钻次数。 三、井身剖面的特点及广义调整井段的概念
国内水平井技术现状
国内水平井技术现状 最近几年，水平井技术在石油工业，特别是在油气藏开发中已经成为一个主要的手段，这是因为水平井的单井产能常常高于直井。 据报道这项技术在上个世纪30年代在国外就已经用于油藏，但是直到1978年加拿大ESSO能源公司在冷湖油田钻成第一口水平井时，它才得到目前广泛的应用。在国内四川油田60年代用常规方法钻成了第一口水平井，当时国内对于水平井用于油藏开发的认识不足。直到80年代末随着MWD无线随钻测量仪器的引进和井下工具的成熟，水平井技术的研究才列入国家85科技攻关项目，由国家投资采取油田和石油院校联合攻关方式，在1988和1989年胜利油田、大港油田先后完成了6口大、中、短半径水平井。 水平井的快速发展以促使国内各定向井公司进行深入细致的研究和开发工作并且取得了长足的进步。 1．超深短半径水平井 所谓的短半径水平井是指造斜率在1°/1米以上形成井眼曲率的水平井，该类型水平井能够用常规的井下工具和仪器完成，并且钻具在井下可以旋转钻进，该项技术在国内非常成熟，每年施工的井数在几十口以上各项指标在国际上也是非常先进的，其中大部分指标是我们公司创建的。 短半径水平井有如下特点：
一是应用常规单弯螺杆钻具实现造斜率1°/1米以上。二是深井水平井作业形成了一整套完整的钻井技术。三是完井作业不需特株工艺。四是引进和国内自行开发的仪器工具基本上能够满足作业要求。 2．小井眼超短半径水平井 随着老油田的勘探和开发油藏的开采以进入中后期，报废老井增多，产能递减非常突出，通过套管开窗侧钻钻短半径水平井恢复报废井生产是解决老油田产量递减的一种手段。但对于大多数油田水平井钻井成本难以接受，特别是东部油田。因此，小井眼超短半径套管开窗侧钻水平井是恢复报废井生产的另一种手段。即：利用老井套管开窗侧钻，使用专用的造斜工具在30米左右的井段内井斜角增至90°，水平段长度不大于100米。 小井眼超短半径水平井有如下特点： 一是造斜井段短节约钻井时间和成本。二是可以在产层顶部开窗减少钻井复杂情况发生。三是潜泵可以下入井中更低的位置。 该项技术目前在国内还没有实施的先例，但大多定向井公司均在研究，关键技术在造斜工具。经了解大港钻采院已经研制成功了高造斜的专用工具。 3．分支水平井井 在水平井方面关键技术之一是分支井。即：同一垂直井
定向井轨道设计基础
轨 道 设 计 一． 井身轨道设计方法 (一) 定向井/水平井两维剖面设计方法和设计类型选择 1．前言： 常规定向井/水平井剖面类型有十一种，每一种类型的设计方法又很多。过去大多数文献介绍的剖面类型不全面、设计方法也很单一，公式复杂，不利于编制计算机程序和实际设计工作。本章介绍了各种剖面类型和各种设计方法的统一的数学模型，具有系统性、全面性，简洁、明了，对于研究定向井/水平井的剖面设计和实际编程应用都具有积极的指导意义和实际价值。 2．剖面设计方法： 把最具有一般性的无段制剖面作为基本剖面，在此基础上，选择和改变一些参数，可变成多种剖面类型。下面就介绍各种剖面的选择和设计方法。 如图（2）在地质给定的靶点坐标和井口坐标，确定和计算如下基本剖面参数： H 1---第一靶点垂深，m V 1---第一靶点水平位移，m H 2---第二靶点垂深，m V 2---第二靶点水平位移，m H e ---降斜终点垂深，m （一般选择在第一靶点上30~50m ） L---稳斜段长度，m R 1---第一增斜段曲率半径，m R 2---第二增斜段曲率半径，m H z --造斜点垂深，m α1---第一增斜段终点井斜角，° 最终井斜角α2 ，单位° 降斜终点位移V e 规定：当H 2=H 1时，H e =H 1，V e =V 1，H e -H z =ΔH 2 122121 22)()(V V H H H H -+--=α1 21211) )((H H V V H H V V e e ----=2 1R R R +=
(1) 选择H z 、R 1、R 2，求α1、L 令： 解剖面方程得： （2）选择R 1、R 2、α1，求：H z 、L 解剖面方程得： （3）选择R 1、R 2、L ，求：H z 、α1 解剖面方程得： 令： 则： 2 21cos αR R V A e --=A R R A B B arctg --+-=2 2212α2 2sin αR H B +?=1 1cos sin ααB A L +=1 2121112211)cos (cos )cos 1() sin (sin sin αααααααtg R R V R R H H e e z -+----+-=1 12211sin )cos (cos )cos 1(αααα----=R R V L e 2 21cos αR R V C e --=2 2cos αR H D e +=
最新定向井基本知识98024
定向井基本知识 98024
第九章定向井和水平井钻井技术 第一节定向井井身参数和测斜计算 一．定向井的剖面类型及其应用 定向钻井就是“使井眼按预定方向偏斜，钻达地下预定目标的一门科学技术”。定向钻井的应用范围很广，可归纳如图9－l所示。 定向井的剖面类型共有十多种，但是，大多数常规定向井的剖面是三种基本剖面类型，见图9－2，称为“J”型、“S”型和连续增斜型。按井斜角的大小范围定向井又可分为：
常规定向井井斜角＜55° 大斜度井井斜角55～85° 水平井井斜角＞85°（有水平延伸段） 二．定向井井身参数 实际钻井的定向井井眼轴线是一条空间曲线。钻进一定的井段后，要进行测斜，被测的点叫测点。两个测点之间的距离称为测段长度。每个测点的基本参数有三项：井斜角、方位角和井深，这三项称为井身基本参数，也叫井身三要素。 1．测量井深：指井口至测点间的井眼实际长度。 2．井斜角：测点处的井眼方向线与重力线之间的夹角。 3．方位角：以正北方向线为始边，顺时针旋转至方位线所转过的角度，该方向线是指在水平面上，方位角可在0—360°之间变化。
目前，广泛使用的各种磁力测斜仪测得的方位值是以地球磁北方位线为准的，称为磁方位角。磁北方向线与正北方向线之间有一个夹角，称磁偏角，磁偏角有东、西之分，称为东或西磁偏角，真方位的计算式如下：真方位＝磁方位角十东磁偏角 或真方位＝磁方位角一西磁偏角 公式可概括为“东加西减”四个字。 方位角也有以象限表示的，以南（S）北（N）方向向东（E）西（W）方向的偏斜表示，如N10°E，S20°W。在进行磁方位校正时，必须注意磁偏角在各个象限里是“加上”还是“减去”，如图 9－3所示。 4．造斜点：从垂直井段开始倾斜的起点。 5．垂直井深：通过井眼轨迹上某点的水平面到井口的距离。 6．闭合距和闭合方位 （l）闭合距：指水平投影面上测点到井口的距离，通常指靶点或井底的位移，而其他测点的闭合距离可称为水平位移。 （2）闭合方位：指水平投影响图上，从正北方向顺时针转至测点与井口连线之间的夹角。
定向井基本知识
定向井和水平井钻井技术 第一节 定向井井身参数和测斜计算 一．定向井的剖面类型及其应用 定向钻井就是“使井眼按预定方向偏斜，钻达地下预定目标的一门科学技术”。定向钻井的应用范围很广，可归纳如图9－l 所示。 定向井的剖面类型共有十多种，但是，大多数常规定向井的剖面是三种基本剖面类型，见图9－2，称为“J ”型、“S ”型和连续增斜型。按井斜角的大小范围定向井又可分为： 一、专业名词 1．定向井（Directional Well ） 一口井的设计目标点，按照人为的需要，在一个既定的方向上与井口垂线偏离一定的距离的井，称为定向井。 2．井深（Measure Depth ） 井眼轴线上任一点，到井口的井眼长度，称为该点的井深，也称为该点的测量井深，或斜深。单位为“m ”。 3．垂深（Vertical Depth or True Vertical Depth ） 井眼轴线上任一点，到井口所在水平面的距离，称为该点的垂深。通常以“m ”为单位。 4．水平位移（Displacement or Closure Distance ） 井眼轨迹上任一点，与井口铅直线的距离，谓之该点的“水平位移”。也称该点的闭合距。其计量单位为“m ”。 5．视平移（Vertical section ） 水平位移在设计方位线上的投影长度，称为视平移。如图10—1所示，为设计方位 线，T O 曲线为实钻井眼轴线在水平面上的投影，其上任一点P 的水平位移为OP ，以 A P 表示。P 点的视平移为OK ，其长度以V P 表示。当OK 与OQ 同向时V P 为正值，反向时为负值。视平移是绘制垂直投影图的重要参数。单位为m 。 6．井斜角（Hole Inclination or Hole Angle ）
第一章 定向井(水平井)钻井技术概述
第一章定向井（水平井)钻井技术概述 定向井、水平井的基本概念 定向井丛式井发展简史 定向井钻井被（英）Ｔ．A．英格利期定义为:“使井筒按特定方向偏斜,钻遇地下预定目标的一门科学和艺术。”我国学者则定义为，定向井是按照预先设计的井斜角、方位角和井眼轴线形状进行钻进的井。定向井相对与直井而言它具有井斜方位角度而直井是井斜角为零的井,虽然实际所钻的直井它都有一定斜度但它仍然是直井。 定向井首先是从美国发展起来的，在十九世纪后期,美国的旋转钻井代替了顿钻钻井。当时没有考虑控制井身轨迹的问题，认为钻出来的井必定是铅垂的,但通过后来的井筒测试发现，那些垂直井远非是垂直的。并由于井斜原因造成了侵犯别人租界而造成被起诉的案例。最早采用定向井钻井技术是在井下落物无法处理后的侧钻。早在1895年美国就使用了特殊的工具和技术达到了这一目的。有记录定向井实例是美国在二十世纪三十年代初在加利福尼亚享廷滩油田钻成的。 第一口救援井是1９34年在东德克萨斯康罗油田钻成的。救援井是指定向井与失控井具有一定距离，在设计和实际钻进让救援井和失控井井眼相交,然后自救援井内注入重泥浆压死失控井。 目前最深的定向井由ＢP勘探公司钻成,井深达10,65４米； 水平位移最大的定向井是BP勘探公司于己于１99７年在英国北海的ＲyｔｃｈＦarm 油田钻成的M11井,水平位移高达1，0１１4米。 垂深水平位移比最高的是Statoｉl公司钻成的的33/９—C２达到了１:3．14； 丛式井口数最多，海上平台:９6口；人工岛:17０口; 我国定向井钻井技术发展情况 我国定向井钻井技术的发展可以分为三个阶段，50—60年代开始起步,首先在玉门和四川油田钻成定向井及水平井:玉门油田的C2—１5井和磨三井,其中磨三井总井深1685米,垂直井深表遗憾３5０米，水平位移444.2米,最大井斜92°，水平段长160米；70年代扩大实验，推广定向井钻井技术;80年代通过进行集团化联合技术攻关，使得我国从定向井软件到定向井硬件都有了一个大的发展。 我国目前最深的水平井是胜利定向井公司完成的JF１28井，井深达到7000米，垂深位移比最大的大位移井是胜利定向井公司完成的郭斜井，水平
定向井和水平井测量技术基础
第26卷第2期1998年6月 石 油 钻 探 技 术 PETROLEU M DRILLING T ECHN IQU ES VO1.26,No.2 Jun.,1998 钻井技术 定向井和水平井测量技术基础 周华林 田树林 李兆东 王华西 (山东东营 257064) 提要 介绍了地磁场的四个基本特性、地磁场的球谐分析方法(高斯理论)及国际地磁参考场的发布使用情况。分析认为,定向井水平井井迹实测数据(以地磁北极为基准)和计算数据(以高斯-克吕格坐标北极为基准)都必须校正到以地理北极为基准上来。探讨了地磁场参数在定向钻井中的作用、无磁钻铤长度的选择、测量数据的比较等问题。 主题词 高斯定律 大地磁场 坐标系统 电磁干扰 无磁钻铤 测量 测量仪器 定向井 水平井 现代钻井工程中,定向钻井技术的发展相当快,从钻小斜度、小位移的普通定向井发展到能钻大斜度、大位移的高难度定向井,进而发展到钻水平井等特殊工艺井。其测量仪器随着整个工业技术的发展,也在不断地更新,从磁性单、多点照相测斜仪发展到电子多点测斜仪ESS,进而发展到有线随钻测斜仪SST和无线随钻测斜仪M W D。但其测量基准并没有改变,都与大地有关。比如电子类测量仪器的主要传感元件是敏感大地重力场的重力加速度计和敏感大地磁力场的磁通门。可以说,定向井、水平井现场施工技术人员,只有具备了定向井和水平井测量技术基础知识以后,才能钻出高精度的定向井和水平井。那么,关于地球的哪些理论是测量技术基础?另外,哪些因素影响定向井和水平井的测量精度?本文试作介绍和探讨。 一、关于地磁场的理论 1.地磁场的基本特性 由地磁学可知,地磁场的基本特性主要有四点: (1)地磁场近似于一个置于地心的偶极子磁场。这个偶极子的磁轴与地轴斜交成一个角度,并与按地理位置确定地球表面的地磁南极和北极极性相反。 (2)地磁场是一个弱磁场,在地球表面的平均磁感应强度为0.05mT。 (3)地磁场B由各种不同来源的磁场叠加而成,包括主要起源于地球内部的稳定磁场B1和主要起源于地球外部的变化磁场B2。即B=B1+B2。 变化磁场比稳定磁场弱得多。稳定磁场是地磁场的主要部分,占地磁场强度99%,由地心偶极子磁场和非偶极子磁场和磁异常组成。地磁学将偶极子磁场和非偶极子磁场以及外源稳定磁场的叠加定义为正常地磁场,用来描述地球表面的地磁场分布规律。 (4)地磁场是随时间变化的。长期变化来源于地球内部的物质运动,在其年变化率中显示出来。短期变化来源于地球的外部变化磁场,在其24h周期性变化的地磁特性中体现出来,在钻井工程测量中可以忽略。 因此,地磁场基本上是一个相对稳定(包括长期变化)、磁场强度较弱的偶极子磁场,在这个偶极子磁场上还存在不规则部分和叠加着短期变化磁场。而定向钻井工程测量则以包括长期变化的正常地磁场理论为其技术基础之一。 2.高斯理论和国际地磁参考场 (1)计算地磁场的高斯理论 1839年德国数学家高斯提出了地磁场的球谐分析方法。1885年施密特又发展了这个理论,从数学分析的角度解决了将地磁要素的地面分布表示成地理坐标的函数,并进一步建立了解决地磁场成因问题的理论基础。这个精确的、定量的数学表达方法,被称为地磁场的高斯理论或称高斯—施密特理论。 该理论有两条假设: 地磁场是由地球内部原因引起的。由于外源场是各种短期变化磁场,比内源场小几个级次,故认为外源场的影响小于测量误差
《钻井工程理论与技术》试题
《钻井工程》综合复习资料 一、判断题 1．钻速方程中的门限钻压是钻进中限制的最大钻压。（ F ）2．水力参数优选的观点认为，所采用的泥浆排量越大，越有利于井底清洗。（ F ）3．用磁性测斜仪测得某点方位角为349.5°，已知该地区为西磁偏角，大小为10. 5°，则该点的真方位角为339°。（ T ）4．定向井垂直剖面图上的纵坐标是垂深，横坐标是水平长度。（ T ）5．气侵关井后，井口压力不断上升,说明地层孔隙压力在不断升高。（ F ）6．压差卡钻的特点是钻具无法活动但开泵循环正常。（ T ）7．钻遇异常高压地层时，声波时差值增大，dc指数值也增大。（ F ）8．正常压力地层，声波时差随井深的增加而增加。（ F ）9．在深海区域，沉积岩的平均上覆岩层压力梯度值远小于0.0227MPa/m。（ T ）10．按照受力性质不同岩石的强度分为抗压、抗剪、抗弯和抗拉强度，其中抗剪强度最小。（ F ）11．试验测得某岩石的塑性系数为K=1，则该岩石属于塑脆性岩石。（ F ）12．PDC钻头属于金刚石钻头，但是一种切削型钻头。（ T ）13．某牙轮钻头的轴承结构分为滚动轴承结构和滑动轴承结构，其中滚动轴承结构的承受载荷较大。（ F ）14．施加在钻头的钻压是依靠全部钻铤的重量。（ F ）15．正常压力地层，地层压力梯度随井深的增加而增加。（ F ）16．一般地讲，岩石随着埋藏深度的增大，其强度增大，塑性减小。（ F ）17．试验测得某岩石的塑性系数为K=1，则该岩石属于脆性岩石。（ T ）18．PDC钻头布齿密度越高，平均钻头寿命越长，但平均钻进速度越低。（ T ）19．钻头压降主要用来克服喷嘴与钻井液之间的流动阻力。（ F ）20．增大钻杆柱内径是提高钻头水功率的有效途径之一。（ T ）21．测段的井斜角越大，其井眼曲率也就越大。（ F ）22．在正常压力层段，声波时差随井深的增加呈逐渐减小的趋势。（ T ）23．在二维定向井设计轨道上，某点的水平位移和水平投影长度是相等的。（ T ）24．井斜角越大，井眼曲率也就越大。（ F ）25．在轴向拉力的作用下，套管的抗挤强度增大。（ F ）26．射孔完井是使用最多的完井方式。（ T ）27．控制钻井液滤失量的最好方法是减小压差。（ T ）28．随着围压的增加，地层的强度增加、脆性也增加。（ F ） 二、名词解释 1、上覆岩层压力：覆盖在该层以上的岩石基质和孔隙内流体的总重力所造成的压力。 2、地层压力：地层孔隙内流体所具有的压力，也称为地层孔隙压力。 3．窜槽：由于各种原因造成注水泥井段的钻井液没有被完全替净，造成该段有未被水泥封固的现象。 4、固井：在已经打好的井眼内下入套管，并在套管与井壁之间注水泥进行封固的工作。