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定向井的基本应用

温泉勘查钻井新方法报道价，定向钻井目前已成为陆地和海上油田开发的主要手段。定向井在石油勘探与开发中得到了广泛的应用。在地面上难以建立井场和安装钻井设备进行钻井的地区，要勘探开发地下的油气资源，*的办法就是从该地区附近打定向井。在海洋或湖泊等水域上勘探开发石油，是建立固定平台，或采用移动式钻井平台，或从岸边打定向井、丛式定向井。当在钻达油气层所经过的地层中有难以穿过的复杂地层时，用定向井可以绕过这些复杂地层，称为绕障定向井。在发生断钻具、卡钻以及井喷着火等恶性事故的情况下，采用侧钻井、救援井是处理此类事故的有效方法。近年来，各类水平井、大位移井、多分支井和二维及三维多目标井的出现和发展，更是把定向井的应用推进到了优化油藏开发方案，增加产量，提高釆收率的范围。另外，在非石油勘探开发领域，例如煤层气、卤水、地热、天然气水合物、固体矿产等的勘探和开采，以及地下核试验的采样等，定向钻井技术也有着非常广泛的应用。[2]

地面限制

温泉勘查钻井新方法报道价，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。 

钻定向的目的是： 

1、地面条件限制；如高山、大河、湖泊、海洋、城市、建筑等；

2、地下条件限制；如地下断层、盐丘、穹窿等复杂地层；

3、钻井工艺要求；如侧钻井、救援井、丛式井、分支井等；

4、开发油气藏的需要。

钻水平井的目的是： 

1、开发低渗透、低孔隙度油气藏；

2、丛式钻井和海洋钻井的需要。

主要内容有： 

1、定向井和水平井剖面设计； 

2、定向井和水平井井眼轨迹测量和计算；

3、定向井和水平井井眼轨控制原理和技术。

定向井水平井剖面设计

1、设计原则： 

A、实现定向井钻井目的；

B、充分利用地层的造斜规律；

C、有利于钻井、采油和开发的要求；

D、有利于安全、快速、低成本钻井。

2、应考虑的问题： 

A、力求使设计轨迹zuixiao；

B、应使斜直段zui长； 

C、造斜点和造斜段应选在稳定地层

D、应考虑方位漂移引起的方位变化；

E、避免严重狗腿度出现。

3、剖面类型及选择 

常用的剖面类型有： 

A直——增——稳剖面。由垂直段，造斜段及稳斜段组成（三段制剖面）；

B直——增——稳——降剖面。由垂直段，造斜段，稳斜段及降斜段组成（S型剖面）；

C直——增——稳——降——斜剖面。由垂直段，造斜段，稳斜段，降斜段及斜直段组成（修正S型剖面）。

实际井眼轨迹的测量计算    

实际井眼轨迹不可能与设计*一样，这就要求我们随时测量井斜和方位的变化情况。从而使井眼按设计钻进。目前定向井测量工具有单点及多点测量仪、随钻测量仪、陀螺测斜仪等。通过这些仪器可测量任意一点的井斜和方位。根据测量的参数可以计算井眼任意点的坐标井眼轨迹的测量  为了知道实钻井眼是否与设计井眼相*，为了判断是否能钻达设计目标，必须测定地下井眼位置。而实际地下井眼的位置和实钻井眼轨迹是通过测量不同井深处的井斜角和方位角并利用它们进行计算出来的。另外，为了给造斜工具，如射流钻头、偏心稳定器、弯接头、弯外壳等造斜工具在井下确定方向，简称为定向，也需要进行测量。扭方位时确定造斜工具的装置角，又叫工具面角也需要进行测量。因此，实钻井眼轨迹的测量需要使用能够在井下测量不同深度的井斜角和方位角、装置角的测量仪器。井眼相对于地面的位置可以根据累计测量的结果计算出来。

井眼轨迹测量的目的是：

（1）随钻监测实钻井眼轨迹以保证钻达设计目标； 

（2）当需要用造斜工具定向时，将造斜工具按要求的方向定向；

（3）确保正在钻进的井眼与已钻井眼没有相碰的危险； 

（4）确定所钻井钻过地层的真垂深，以准确地绘制出地质剖面图；

（5）为了监测油层特性及钻救援井需要确定准确的井底位置；

（6）沿井身计算井眼曲率，以评价井身质量；

（7）为固井、完井和采油提供井眼轨迹数据。 

zui早的测斜仪是氟氢酸测斜仪。其测斜原理是：仪器的内容器是玻璃筒，内装氢氟酸。如果仪器在倾斜位置停留一段时间，则酸将与玻璃起反应并在圆筒面上留下指示水平位置的刻痕，据此痕迹可计算井斜角。随着定向井不断发展，对测量仪器提出了更高更多的要求，大量和同时多点测量，氟氢酸测斜仪已不能满足要求。后来出现了井下机械照相和电子照相。到60年代已具备了很好的测斜仪器和测斜方法。大量和频繁的测量工作使测量仪器不得不进一步发展，于是又研制出来单和多点测斜仪，陀螺测斜仪等，更进一步的发展是有线和无线随钻测斜仪，可以进行连续测量井眼轨迹。

井斜和方位的测量     

实钻井眼轨迹的测量主要是井斜角和方位角的测量。根据不同的测量原理有多种井斜和方位测量仪。在实际测过程中，井斜和方位测量仪是整套装在一个壳体里面，由电池或井下发电机或地面供电。测量工具用钢丝绳下入井内或在下钻时装在钻铤里面下入，也可由地面投入。某些陀螺测量工具装在电缆上入井，这样可以在地面记录测量结果。 

（1）罗盘重垂式井斜方位测量这种仪器测量井斜角的基本原理是利用地球重力场、表面水平和悬垂原理。测量方位角是采用测量大地磁场水平分力方向的罗盘测量原理。

（2）加速度计磁力计井斜方位测量  利用安装在测量仪器内的加速度计和磁通门计可测出X、Y、Z方向的地球重力加速度分量，测量出X、Y、Z方向的地磁分量，并可由这些测量值计算出井斜角、方位角和工具面角。

（3）磁偏角与无磁钻铤     

以地磁场为基础的测量井眼方位的测量仪器要对真北极和磁北极之间的差进行修正。磁偏角是磁北极和真北极之间的夹角，该角随时间而变化，并取决于地理位置和地球表面的特征。除了对真北极进行修正外，使用磁测量工具时必须特别注意磁干扰的影响。这种干扰可能是由于紧靠钢钻铤引起的，也可能是由于邻近的套管和具有磁性的地层所致。利用无磁钻铤可以把罗盘和罗盘上下的磁钢和磁场分开，并可防止对地磁场的干扰。所需要的无磁钻铤数量取决于几个因素，包括井斜角和方位角，和按照其纬度测出的井的地理位置。在高北纬地区分磁强度很xiao，罗盘读数易受附近其他磁流的影响。因此应下入较多的无磁钻铤，将其他磁源的影响减到zui低限度。

（4）陀螺方位测量 

在已下套管的井内使用磁性罗盘时，钢套管的影响会得出错误的测量结果。在附近有下套管的井的裸眼井内测量时也会如此。丛式井平台上一口定向井初始造斜时，由于紧靠已下套管的各邻井使用磁性测量仪是不可靠的。在这种情况下必须用不受磁场影响的陀螺罗盘代替磁性罗盘。 

目前使用的陀螺测斜仪中方位角的测量是用一个二自由度万向支架自由陀螺仪。在下入陀螺仪前，必须将陀螺与已知的标准方向对准，这个方向通常是真北方向。也可以使用望眼镜准确地瞄准一个基准点来定向。因为以后的测量均是以这个方向为准，所以地面任何方向的偏差都会导致测量结果的系统误差。将陀螺方向定好再将仪器装进测斜仪内，用钢丝自钻柱内下入进行测量。当读取结果时，方位根据真北来定而无须用磁偏角矫正。新一代的陀螺测斜仪不需要在地面上对准真北。它能在每个测点上独立地指向真北，因而不会受到普通陀螺仪漂移累加的影响。这种寻北的能力消除了普通陀螺测量的内在误差。 

单点及多点测量仪

（1）单点测量仪  单点测斜仪用于监测一口定向井或控制井斜的钻井过程，并帮助改变井眼轨迹时确定工具面的方向。根据采用的测斜原理和方法不同称为磁性单点、电子单点和陀螺单点测斜仪。单点测斜仪的正常测量过程是在钻头离开井底接单根时进行。使用步骤是，组装好仪器，触发定时器，然后用钢丝绳将测斜仪下入钻柱内。在井斜角较大（60—700）的情况下需将仪器泵送下入。在仪器下入过程中应上下活动钻柱，以防止卡钻。当仪器接近测斜位置时应减缓下钻速度，在测量过程中不要活动钻柱，除应用运动定时器外。定时器被触发时，要使地面的秒表开始走动，它将告诉你仪器何时正在测量。之后将测斜工具起出地面。进行处理即可获得测斜数据。

（2）多点测斜仪 

多点测斜仪工作原理与单点测斜仪相同，同样有磁性多点、电子多点及陀螺多点测斜仪。但能够在预定井段内测量并存储多组数据。在起钻前将多点测斜仪投入钻柱内，即可在起钻过程中测量全井井斜和方位。起一个立柱（约30米）测量一次。如果想得到更多的测点，可随时停止起钻等侯测量。当仪表在地面组装并开动定时器时，秒表也要同时开动。秒表与定时器同步使操作人员准确知道何时测量和测量的次数。当起出每柱钻杆时，记录人员必须记录每次测量的测量深度，和单点测斜一样，除陀螺测斜仪外，多点测斜仪也必须在无磁钻铤内进行测量。每次卸钻柱立根后应静止足够的时间而可以测量两次。这两次测量的结果应是相同的。在两次卸立根之间，钻柱正在活动时所进行的测量将忽略不计。多点测斜一般在一特定井段钻完后，下套管前进行。由于多点测斜的测点比单点更密集，所以多点测斜的井眼轨迹更具有代表性。 

随钻井眼测量仪

（1）随钻有线测量仪     

有线随钻测量仪用加速计和磁通门磁力计测量井斜和方位。井斜和方位的测量数据经电缆传递到地面计算机处理后进行记录和显示。多数有线随钻测斜仪可在钻井过程中不断检测井斜、方位和工具面角。这些数据能由装在司钻旁的显示器实时显示。因此，有线随钻测斜仪能为定向钻井提供更多、更及时的信息，以帮助操作人员调整工具面角、控制泥浆马达。由于有连续稳定的工具面角读数，使操作人员无须再对预定的反扭矩修正工具面角。

（2）无线随钻测量仪 

有线随钻测量的zui大缺点是是有线传输，这给钻井施工带来*的麻烦。特别是无法采用转盘钻井。目前已经研究了代替有线传输数据的方法。如电磁波法、声波法、压力脉冲法、压力脉冲调制法和钻杆法。而目前进入商业系统的传输方法只有压力冲和压力脉冲调制法。压力脉冲系统又分为正压力脉冲和负压力脉冲系统。  典型的随钻测量系统井下部分包括加速度计和磁通门磁力计传感器部件，由传感器转换到信号的部件，脉冲发生器部件和动力部件。在地面由压力传感器接受信号并传输到计算机进行处理。把这些信息转换成井斜角、方位角和工具面角的数据。这些信息既可传输到终端打印，也可传输到钻台显示。实际井眼轨迹绘制  使用上述任何一种方法可计算出井眼轴线上各测点三维坐标。根据这些坐标值就可以绘制定向井的实钻井眼轨迹图。根据实钻井眼轨迹图可以掌握当前井底的位置和井眼前进的方向，随时和设计进行对比，以便发现其中的偏差和及时采取措施。工程上常用的定向井实钻井眼轨迹图分为水平投影图和垂直投影图。水平投影图即为实钻井眼轨迹在水平面上的投影，垂直投影图即为实钻井眼轨迹在垂直平上的投影。

（1）水平投影图的绘制     

按比例作出直角坐标图，坐标图的纵坐标是N-S（北北），横坐标是E-W（东西），根据计算的各个测点的坐标值。即可描绘出水平投影图。

（2）垂直投影图绘制    

确定一个垂直平面，以垂直井深为纵坐标，以水平位移为横坐标，按比例作出直角坐标图，然后将各个测点计算的坐标值一一描在坐标图上，zui后将各点光滑地连接起来，即可得到井眼轨迹垂直平面图。

5、井眼轨迹的控制    

井眼轨迹的控制是钻定向井成败的关键，因为有许多影响井眼轨迹变化的因数，无论是直井或定向井都必须控制井眼轨迹，否则都不可能按设计井眼轨迹钻达目标。

利用地热建立温室，种植名贵花卉、蔬菜等作物；二是用于农田灌溉或给土壤加温。前者利用地热水温度在30～75℃之间, 后者利用地热水温度一般在40℃以下。用于农田灌溉的地热水水质应满足农田灌溉用水水质标准。

限于高温地热田，目前我国用于发电的地热田有西藏羊八井、河北后郝窑、 广东邓屋、湖南宁乡灰汤等地热田，上述地热田所建电站除西藏羊八井投入工业利用外，其余均为试验性电站　温度在30～45℃, 符合TJ35 渔业水质标准低矿化的地热水,可用于水产养殖。我国目前较多的用于养殖鳗鱼、罗非鱼、对虾、河蟹、甲鱼等。     利用地热建立温室，种植名贵花卉、蔬菜等作物；二是用于农田灌溉或给土壤加温。前者利用地热水温度在30～75℃之间, 后者利用地热水温度一般在40℃以下。用于农田灌溉的地热水水质应满足农田灌溉用水水质标准

与此同时，对即将开采的温泉地区的地质情况的掌握，也是*的。准确的地质调查分析，不仅能够提高温泉打井效率和成功率，还能节省成本。但同时，进行地热地质勘察也是需要人力物力和时间的，这些占据了温泉打井价格的一部分。不过，在已进行过温泉勘察的地区进行温泉钻井，整体项目的价格就会相应便宜一些，也就是利用已有的温泉勘察成果，打多口井，这当然也是一个降低价格成本的手段。温泉打井中，投资温泉钻井的客户，对温泉井本身的需求，也是影响价格的一个主要因素。

首先是深度的需求。不考虑资源因素本身，打一眼5000米的井，和一眼2000米的井，价格当然不同，从10000元/平到2000元/平不等，越深越贵，这是因为钻井越深，对整体设备的要求就越高，深层钻进难度会加大，各种复杂的地质情况也会影响钻机等设备的损耗。

此外，温泉打井的zui终目的，是进行洗浴，还是进行温泉井供暖，这也是造成价格不同的因素，温泉的利用方式不同，采取的设备、技术、人力都会有相应的不同，这就造成了价格的差异。此外，客户对工期的要求和其他一些特殊的要求，也会影响温泉打井价格。根据地热勘察结果所进行的成井工艺，不仅要考虑到地质岩性和岩层分布状况进行钻井，还要考虑到温泉水的含水层，通过合理设计，将含水层的水进行疏通，使其能够自由的流入井内，在此基础上封闭或隔离非含水层，以防止地下含水层的水互相串通或污染含水层。这样，才能确保温泉水有一个相对稳定的生成区域，从而*地提供来自地下的水和热。温泉打井中，投资温泉钻井的客户，对温泉井本身的需求，也是影响价格的一个主要因素。

首先是深度的需求。不考虑资源因素本身，打一眼5000米的井，和一眼2000米的井，价格当然不同，从10000元/平到2000元/平不等，越深越贵，这是因为钻井越深，对整体设备的要求就越高，深层钻进难度会加大，各种复杂的地质情况也会影响钻机等设备的损耗。此外，温泉打井的zui终目的，是进行洗浴，还是进行温泉井供暖，这也是造成价格不同的因素，温泉的利用方式不同，采取的设备、技术、人力都会有相应的不同，这就造成了价格的差异。此外，客户对工期的要求和其他一些特殊的要求，也会影响温泉打井价格。通过对地质因素、地热钻井地理位置、钻进尺度和地热钻井深度的把握，为地热开发客户提供合理的地热钻井价格，同时通过前期勘察，提高地热钻井成功率。湖北地大热能科技有限公司的地热勘察在近30年的实践中，保持着*的优秀纪录，为广大的地热开发客户创造可靠持久的经济收益。

温泉开发的定律：有鸡才有蛋

对于索取各种资源的人类来说，地球像一个大工厂，不断地产出各种对人类有用的能源与矿物。不过这个工厂有点特殊，并不会根据人类的需要来进行生产，也不会根据人类的加快或者减慢产出过程，因此，人们要想持续地获得地热温泉资源，就要遵循地球本身的规律，定量合理开采，不能杀鸡取卵。

温泉打井之前，不能不做勘察和规划

温泉勘察不仅仅是帮人们找到温泉，更重要的是，它能提供关于温泉的方方面面的详细信息，从而保护与开发并重。就拿上面那口枯竭的温泉井来说，正常的程序，是在确定温泉所在的地层后，确定温泉储量和补给条件，一方面能够合理规划开采量的频率，另一方面，有利于指导钻井过程中对含水层的保护，达到*供水。温泉打井的基本流程