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造斜率和降斜率选择     

滨州地热井、回灌井钻井队。常规定向井的造斜率为7～14°／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14～16°／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3～8°／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。    

zui大井斜角     

常规定向井的zui大井斜角，一般在15～45°，如果井斜太小，则井眼的井斜和方位都

允许的方位偏移与极限剖面设计    

1．设计步骤：     

（l）选择剖面类型；     

（2）确定增斜率和降斜率，选择造斜点；     

（3）计算剖面上的未知参数，主要是zui大井斜角； 

（4）进行井身计算，包括各井段的井斜角、水平位移、垂深和斜深；

（5）绘制垂直剖面图和水平投影图。     

井身剖面的设计方法有试算法、作图法、查图法和解析法四种。我国海洋定向井通常采用解析法，并使用计算机完成。剖面设计完成以后，应向作业者提供下列资料：    

（1）总体定向钻井方案和技术措施。 

（2）剖面设计结果，包括设计条件、计算结果、垂直剖面图和水平投影图。

（3）测斜仪器类型和该地区的磁偏角，以及测斜计算方法；    

（4）设备和工具计划。     

二维定向井设计（解析法） 

滨州地热井、回灌井钻井队。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。    

解析法进行井身剖面设计所用公式如下（用于三段制J型、五段制S型和连续增斜型剖面）三维定向井     

设计的井眼轴线，既有井斜角的变化，又有方位角的变化，这类井段为三维定向井，实际作业中，有时会碰到三维定向井的问题，大体上分为三种情况。     

*种情况  原设计为两维定向井，在实钻中偏离了目标方位，如果偏得不多，只要调整钻具组合或扭一次方位就可以了。严格地说，实钻的定向井轨迹，都有井斜角的变化和方位角的变化，这种三维定向井可以简化为二维的。    

第二种情况  在地面井位和目标点确定的情况下，在这两点的铅垂平面内，存在着不允许通过或难以穿过的障碍物，不能在铅垂平面上设计轨道，需要绕过障碍，设计绕障三维定向井。在海上丛式井经常碰到这类井。     

第三种情况在地面井位确定的情况下，要钻多目标井。地面井位和多目标点不在同一铅垂平面内，只有井斜角和方位角都变化，才能钻达设计的多个目标点。 

三维定向井的轨迹设计和测斜计算很复杂，通常使用计算机软件完成这些工作。井眼轨迹控制技术     

。井眼轨迹控制的内容包括：优化钻具组合、优选钻井参数、采用*的井下工具和仪器、利用计算机进行井眼轨迹的检测预测、利用地层的方位漂移规律、避免井下复杂情况等等。    

轨迹控制贯穿钻井作业的全过程，它是使实钻井眼沿着设计轨道钻达靶区的综合性技术，也是定向井施工中的关键技术之一。     

井眼轨迹控制技术按照定向井的工艺过程，可分为直井段、造斜段、增斜段、稳斜段、降斜段和扭方位井段等控制技术，其中直井段的控制技术见第七章第四节。    

一．定向选斜井段     

初始造斜方法有五类，即井下马达和弯接头定向、喷射法、造斜器法、弯曲导管定向、倾斜钻机定向。目前，我国海洋定向井一般采用*种方式，常用造斜钻具组合为：钻头十井下马达十弯接头十非磁钻铤十普通钻铤（ 0～30米）十挠性接头十震击器十加重钻杆。    

这种造斜钻具组合是利用弯接头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，达到定向造斜或扭方位的目的。      造斜钻具的造斜能力主要与弯接头的弯角和动力钻具的长度有关。弯接头的弯角越大，动力钻具长度越短，造斜率也越高。    

弯接头的弯角应根据井眼大小、井下动力钻具的规格和要求造斜率的大小选择。现场常用弯接头的弯角为1.5～2.25度，一般不大于2.5度。弯接头在不同条件下的造斜率见第四节。     

造斜钻具组合使用的井下动力钻具型号应根据造斜井段或扭方位井段的井深选择。使用井段在2000米以内，一般采用涡轮钻具或普通螺杆钻具，深层走向造斜或扭方位应使用耐高温的多头螺杆钻具。     

造斜钻具组合、钻井参数和钻头水眼应根据厂家*的钻井参数设计。     

由于井下动力钻具的转速高，要求的钻压小［一般为29.4～ 78.4千牛（3～8吨）］，因此，使用的钻头不宜采用密封轴承钻头，尤其是在浅层，可钻性好的软地层应使用铣齿滚动轴承钻头或合适的PDC钻头。 

地面限制

油田埋藏在高山、城镇、森林、沼泽海洋、湖泊、河流等地貌复杂的地下，或井场设置和搬家安装碰到障碍时，通常在他们附近钻定向井。

地下地质条件要求

用直井难以穿过的复杂层、盐丘和断层等，常采用定向井。

如：安718段块的井漏、二连地区巴音区块的井，自然方位120-150度。

钻井技术需要

遇到井下事故无法处理或不易处理时，常采用定向井技术。如：掉钻头、断钻具、卡钻等。

经济有效的勘探开发油气藏的需要

Ⅰ原井钻探落空，或钻通油水边界和气顶时，可在原井眼内侧钻定向井。

Ⅱ遇多层系或断层断开的油气藏，可用一口定向井钻穿多组油气层。

Ⅲ对于裂缝性油气藏可钻水平井穿遇更多裂缝、低渗透性地层、薄油层都可钻水平井，提高单井产量和采收率。

Ⅳ在高寒、沙漠、海洋等地区，可用丛式井开采油气。

定向井基本分类

随着定向钻井技术的发展，定向井的种类越来越多。[3]

按设计井眼轴线形状分

Ⅰ两维定向井：井眼轴线在某个铅垂平面上变化的定向井，井斜变化，方位不变化。

Ⅱ三维定向井：井眼轴线在三维空间变化的定向井，井斜变化，方位变化。可分为：三维纠偏井和三维绕障井。

按设计zui大井斜角分

Ⅰ低斜度定向井：井斜xiao于15度，钻井时井斜、方位不易控制，钻井难度大。

Ⅱ中斜度定向井：井斜在15-45度之间，钻井时井斜、方位易控制，钻井难度相对较xiao，是使用zui多的一种。

Ⅲ大斜度定向井：井斜在46-85度之间，其斜度大，水平位移大，增加了钻井难度和成本。

Ⅳ水平井：井斜在86-120度之间，其钻井相对较难，需要特殊设备、钻具、工具、仪器。

按钻井的目的分

救援井、多目标井、绕障井、多底井等。

按一个井场或平台的钻井数分

Ⅰ单一定向井

Ⅱ双筒井：一台钻机，钻出井口相距很近的两口定向井。

Ⅲ丛式井（组）：在一个井场或平台上，钻出几口或几十口定向井和一口直井。

发展前景和发展趋势

（1）油气资源供应的紧缺形势和目前油气生产遇到的问题，为定向钻井技术提供了广阔的发展空间。

目前油气开发遇到的主要问题可概括为3个方面：一是新老油田如何提髙采收率，新油田如何优化布井方案，老油田如何开釆出更多的剩余油，二是海上油田如何开发更能降低成本，提髙产量；三是一大批低渗油藏、稠油油藏、裂缝油藏、薄油藏、边际油藏等特殊油藏如何开发更为有效。定向钻井技术在解决这些问题中都是大有可为的。

（2）中靶精度和轨迹符合率将大大提髙。轨道设计曲线、轨迹控制模式和轨迹计箅方法，将趋向于三者高度统一。

造斜工具和随钻测量、随钻定向技术的发展，已经大大提高了中耙精度和轨迹符合率。在未来的发展中，轨迹符合率必将列为定向井轨迹质量的重要评定项目。轨迹符合率高，意味着轨迹优化，有利于采油作业。目前轨道设计曲线可以有4种，但是轨迹控制模式却只有一种“恒装置角模式”，理论上只能钻出恒装置角曲线，无法准确钻出其他3种曲线设计的轨道。轨迹符合率的进一步提髙，必然要求轨迹控制模式与轨道设计曲线的高度统一。

（3）未来定向钻井工作的重心将由靶前井段向靶区井段转移。工作重心的转移，有可能引出新的定向井类型。

目前的定向钻井工作主要集中在靶前井段，重点是既要打得快、打得好，还要准确中靶。除了水平井以外，靶区井段都比较短，没有多少工作量和难度。但是从发展趋势看，水平井、多分支井和三维多目标井等出现后，意味着进人耙区以后，轨迹在靶区的延伸、发展和布置越来越受到重视。特别是三维多目标井，国内根据其轨迹特点翻译为“三维多目标井”并不*恰当。所体现的重要设计思想没有被翻译出来。实际表明靶区井段在油藏开发中的重要性，设计者将更多地考虑轨迹在靶区内的延伸、变化和发展，从而优化开发方案，提高产量和采收率。一个新油藏的开发，利用多种轨迹类型的定向井优化开发方案，这种发展趋势在论文中已初现端倪。顺着这个趋势，未来很有可能出现一种*适应于设计者意愿的新型定向井。

（4）随钻技术和导向钻井技术的发展，zui终将被引导到提高采收率的方向，可能会出现剩余油导向钻井技术。

目前正在发展的各种随钻技术（随钻测惫、随钻测井、随钻地层评价、随钻地震等）和各种导向（轨迹导向、地质导向等）钻井技术，一方面*地提髙了轨迹控制能力，另一方面使得井下信息的实时获得量大大增加，*地提髙了地下的透明度。考虑到老油田剩余油的开采有着巨大的潜力和吸引力，随钻技术和导向钻井技术必然会向着开发剩余油的方向努力，利用某种原理，引导钻头向着剩余油富集的位置和方向钻进。[4] 1、目的意义  定向井和水平井是在给定造斜井深的条件下，按照预先设计的方位和井斜钻达目的层的钻井方法。到达目的层的井段如为斜直段或降斜段则为定向井；如为水平段则为水平井。 

根据测斜仪器的种类不同，分为四种定向方式：

1．单点定向     

此方法只适用造斜点较浅的情况，通常井深小于1000米。因为造斜点较深时，反扭角很难控制，且定向时间较长。施工过程如下： 

（l）下入定向造斜钻具至造斜点位置（注意：井下马达必须按厂家要求进行地面试验）。

（2）单点测斜，测量造斜位置的井斜角，方位角，弯接头工具面；     

（3）在测斜照相的同时，对方钻杆和钻杆进行打印，并把井口钻杆的印痕投到转盘面的外缘上，作为基准点；     

（4）调整工具面（调整后的工具面是：设计方位角十反扭角）。锁住转盘、开泵钻进；     

（5）定向钻进。每钻进2～4个单根进行一次单点测斜，根据测量的井斜角和方位角及时修正反扭矩的误差，并调整工具面；     

（6）当井斜角达到8～10度和方位合适时，起钻换增斜钻具，用转盘钻进。

在单点定向作业中要注意：     

①在确定了反扭角和钻压后，要严格控制钻压的变化范围，通常在预定钻压±19.6千牛（2吨）内变化；     

②每次接单根时，钻杆可能会转动一点，注意转动钻杆的打印位置至预定位置；     

③如果调整工具面的角度较大（＞90度），调整后应活动钻具2～3次（停泵状态），以便钻杆扭矩迅速传递。     

2．地面记录陀螺（SRO）定向     

在有磁干扰环境的条件下（如套管开窗侧钻井）的定向造斜，需采用SRO定向。这种仪器可将井下数据通过电缆传至地面处理系统，并显示或用计算机打印出来，直至工具面调整到预定位置，再起出仪器，

施工过程如下： 

（l）选择参照物，参照物应选择易于观察的固定目标，距井40米左右；

（2）预热陀螺不少于15分钟，工作正常才可下井；    

（3）瞄准参照物，并调整陀螺初始读数； 

（4）接探管，连接陀螺外筒，再瞄准参照物，对探管和计算机初始化；

（5）下井测量，按规定作漂移检查； 

（6）起出仪器坐在井口，再次瞄准参照物记录陀螺读数；

（7）校正陀螺漂移，确定测量的精度；    

（8）定向钻进。    

 3．有线随钻测斜仪（SST）定向     

造斜钻具下到井底后，开泵循环半小时左右，然后接旁通头或循环接头。把测斜仪的井下仪器总成下入钻杆内，使定向鞋的缺口坐在定向键上。定向造斜时，可从地面仪表直接读出实钻井眼的井斜、方位和工具面，司钻和定向井工程师要始终跟踪预定的工具面方向，保持井眼轨迹按预定方向钻进。     

4．随钻测量仪（MWD）定向     

MWD井下仪器总成安装在下部钻具组合的非磁钻铤内，其下井前要调整好工作模式和传输速度，并准确地测量偏移值，输入计算机。仪器在井下所测的井眼参数通过钻井液脉冲传至地面，信息经地面处理后，可迅速传到钻台。MWD不仅可用于定向造斜，也可用于旋转钻进中的连续测量，是一种*的测量仪器。    

5．定向造斜中的注意事项：     

（1）如果定向作业前的裸眼段较长，应短起下钻一趟，保证井眼畅通。

（2）井下马达下井前应在井口试运转，测量轴承间隙；记录各种参数，工作正常方可下井； 

（3）MWD等仪器下井前，必须输入磁场强度、磁倾角等参数；     

（4）定向造斜钻进，要按规定加压，均匀送钻，以保持恒定的工具面。     

（5）造斜钻进或起下钻，用旋扣钳或动力水上卸扣，不得用转盘上卸扣；    

（6）起钻前方位角必须在20～30米井段内保持稳定，且保证预定的提前角。目前，“一次造斜  到位法”也经常在我国海洋定向井中使用，这种方法适用于造斜点较浅，且机械钻速很快的造斜井段，常常配合使用随钻测量仪。 

（7）井下马达出井时，按规定程序进行清洗、保养施工注意事项：     

1．按设计钻井参数钻进，均匀送钻，使井眼曲率变化平缓。     

2．每钻进25～50米测量一次，随时作图，掌握井斜、方位的变化趋势。如果增斜率不能满足设计要求，应及时采取措施：     

（1）调整钻压改变增斜率。增加钻压可使增斜率增大，减小钻压，则使增斜率降低。    

（2）更换钻具组合，改变近钻头稳定器与相邻稳定器之间的距离。改变的范围为10～30米，距离越短，增斜率越低，距离越长，增斜率越高；     

（3）改变近钻头稳定器与相邻稳定器之间的钻铤刚性，刚性越高，增斜率越低；刚性越低，增斜度越高。     

（4）钻头底部距近钻头稳定器翼片中部的距离为0.7～1.2米。    

3．如果增斜率比设计值稍低（5°／100米以内），可采用强行增斜法。  

（l）接单根后，开泵至设计排量，慢慢加压至设计钻压的75％左右；  

（2）转动转盘至设计转速，同时逐步增加钻压至允许的zui大钻压；  

（3）钻完一个单根时，马上停转盘，钻压不回零，上提钻具。  

（4）划眼时，井底的zui后2米左右不划眼。