【正文】 C 點(diǎn)； （ 5）．按步驟（ 3）中的比例， CA＝△α （ 6）．連接 A、 B，并量 AB 長(zhǎng)度， 按步驟（ 3）比例換算成角度，此角度及狗腿角γ。 定向井水平井鉆井技術(shù) 第 13 頁(yè) 共 76 頁(yè) 9）全角變化率（狗腿嚴(yán)重或井眼曲率）：從井眼內(nèi)的一個(gè)點(diǎn)到另一個(gè)點(diǎn)，井眼前進(jìn)方向變化的角度（兩點(diǎn)處井眼前進(jìn)方向線之間的夾角），該角度既反映了井斜角度的變化又反映了方位角度的變化，通常稱(chēng)為全 角 變 化 值 。進(jìn)行磁偏角校正時(shí)按以下公式 計(jì)算： 定向井水平井鉆井技術(shù) 第 12 頁(yè) 共 76 頁(yè) 真方位角＝磁方位角＋東偏磁偏角 真方位角＝磁方位角一西偏磁偏角 圖 1． 3 磁偏角示意圖 7）井斜變化率：是指井斜角隨井深變化的快慢程度，常以 Ka 表示，精確的講井斜變化率是井斜角度（α）對(duì)井深（ L）的一階導(dǎo)數(shù)。實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中常常簡(jiǎn)稱(chēng)為方位角。 3）井斜角：該測(cè)點(diǎn)處的井眼方向線與重力線之間的夾角（見(jiàn)圖 1． 1）。－ 300176。－ 20176。 / 191－ 95 m 短 60176。 / m 2865－ 716 m 中 8176。 300176。 （ 2）不同曲率水平井的基本特征及優(yōu)缺點(diǎn) ① 不同曲率水平井的基本特征表 井型 項(xiàng)目 長(zhǎng)半徑水平井 中半徑水平井 短半徑水平井 造斜率 ＜ 6176。 ) 開(kāi)窗或側(cè)鉆井深 位移 (m) 最大造斜率 （176。中原油田 中原油田在 1991 年施工了一口長(zhǎng)半徑水平井衛(wèi) 2— 25 井，當(dāng)時(shí)鉆井施工非常成功，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)屬?lài)?guó)內(nèi)領(lǐng)先水平，但是由于后續(xù)技術(shù)手段不足，造成該井未獲得預(yù)期的開(kāi)采效果（到 2020 年，該井才獲得較好的工業(yè)投產(chǎn)） 。并保持這種角度鉆完一定長(zhǎng)度水平段的定向井。數(shù)據(jù)測(cè)量石油電測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)。最大的叢式井組是勝利油田完成的河 50 叢式井組，該叢式井組長(zhǎng)384 米，寬 115 米，共完成定向井 42 口。 我 國(guó)定向鉆井技術(shù)的發(fā)展可以分為三個(gè)階段， 50— 60 年代開(kāi)定向井水平井鉆井技術(shù) 第 2 頁(yè) 共 76 頁(yè) 始起步，首先在玉門(mén)和四川油田鉆成定向井及水平井：玉門(mén)油田的 C2— 15 井和四川磨三井，其中磨三井總井深 168 米，垂直井深350 米，水平位移 444． 2 米，最大井斜 92176。有記錄定向井實(shí)例是美國(guó)在二十世紀(jì)三十年代初在加利福尼亞油田鉆成的。當(dāng)時(shí)沒(méi)有考慮控制井身軌跡的問(wèn)題，認(rèn)為鉆出來(lái)的井必定是鉛垂的，但通過(guò)后來(lái)的井筒測(cè)試發(fā)現(xiàn)，那些垂直井遠(yuǎn)非是垂直的。 定向井水平井鉆井技術(shù) 目 錄 第一章 定向井（水平井）鉆井技術(shù)概述 ...................................... 1 第二章 定向井、叢式井、水平井設(shè)計(jì)與計(jì)算分析 .................... 19 第三章 定向井、水平井井身軌跡控制技術(shù) ................................ 34 第四章 定向井、水平井測(cè)量技術(shù) ................................................ 60 第五章 長(zhǎng)、中曲率半徑水平井鉆井專(zhuān)用工具 ............................ 70 定向井水平井鉆井技術(shù) 第 1 頁(yè) 共 76 頁(yè) 第一章 定向井（水平井）鉆井技術(shù)概述 第一節(jié) 定向井、水平井基本概 念 定向井、叢式井、水平井發(fā)展介紹 定向井是按照預(yù)先設(shè)計(jì)的井斜角、方位角和井眼軸線形狀進(jìn)行鉆進(jìn)的井。并由于井斜原因造成了侵犯別人租界而造成被起訴的案例。 第一口救援井是 1934 年在東德克薩斯康羅油田鉆成的。水平段長(zhǎng) 160 米；70 年代擴(kuò)大試驗(yàn)，推廣定向井鉆井技術(shù)； 80 年代通過(guò)進(jìn)行集團(tuán)化聯(lián)合技術(shù)攻關(guān)，使得我國(guó)定向鉆井軟件到硬件都有了一個(gè)大的發(fā)展。 2． 定向鉆井的分類(lèi) 按定向鉆井的用途分類(lèi)可分為以下幾種類(lèi)型： 普通定向井 多目標(biāo)定向井 叢式井 定向井 救援定向井 水平井 空間三維多目標(biāo)水平井 分枝井、多底井 定向井水平井鉆井技術(shù) 第 3 頁(yè) 共 76 頁(yè) 國(guó)外定向鉆井發(fā)展簡(jiǎn)況 內(nèi)容 年代 50 年代 60 年代 70 年代 80 年代 90 年代 剖面設(shè)計(jì)及軌跡 計(jì)算方法 誤差很大的正切法進(jìn)行軌跡計(jì)算 發(fā)展到三維設(shè)計(jì)和大組叢式井整體設(shè)計(jì) 計(jì)算機(jī)專(zhuān)家系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)和指導(dǎo)施工 井斜控制理論 斜井段二維分析 三維數(shù)據(jù)分析，由靜態(tài)發(fā)展到動(dòng)態(tài) 發(fā)展了多種分析計(jì)算方法并編制了計(jì)算機(jī)程序 定向造斜工藝 渦輪加彎接頭 斜向器配合轉(zhuǎn)盤(pán)鉆 渦輪、螺桿動(dòng)力田具向低速大扭矩發(fā)展。 使用精度高的磁性單多點(diǎn)測(cè)斜儀進(jìn)行定向和軌跡數(shù)據(jù)測(cè)量，發(fā)展了有線隨鉆測(cè)斜儀定向。 水平井鉆井技術(shù)發(fā)展概況 1863 年，瑞士工程師首先提出鉆水平井的建議； 1870 年，俄國(guó)工程師在勃良斯克市鉆成井斜角達(dá) 60176。經(jīng)過(guò) 10 年的反復(fù)論證， 2020 年中原油田部署了云 2平 1 井、胡 5平 1 井、文 92平 1 井，鉆井過(guò)程中由于油定向井水平井鉆井技術(shù) 第 6 頁(yè) 共 76 頁(yè) 層與地質(zhì)設(shè)計(jì)的偏差，出現(xiàn)了井眼軌跡上翹下扣的現(xiàn)象，對(duì)施工安全造成了很大隱患。 /m） 水平段長(zhǎng)(m) 完成年份 施工地點(diǎn) 1 TK318CH1 短半徑側(cè)鉆水平井 5396 273 213 2020 塔河油田 2 TK318CH2 短半徑側(cè)鉆水平井 2020 塔河油 田 3 豐收 3平1 8 1/2″井眼常規(guī)水平井 1690 2020 江蘇油田 4 周953CH 5 1/2″套管開(kāi)窗側(cè)鉆水平井 2685 2400 300 150 2020 江漢油田 5 濮側(cè)平 130 9 5/8″套管開(kāi)窗側(cè)鉆水平井 3068 92 1760 285 70 2020 中原油田 6 濮側(cè)平 16 5 1/2″套管開(kāi)窗側(cè)鉆水平井 2393 2107 242 2020 中原油田 7 橋 69平 1 8 1/2″常規(guī)天然氣水平井 4248 3280 2020 中原油田 8 濮 1側(cè)平239 5 1/2″套管開(kāi)窗側(cè)鉆水平井 2662 2156 61 2020 中原油田 9 濮 6側(cè)平65 5 1/2″套管開(kāi)窗側(cè)鉆水平井 76 2503 80 2020 中原油田 定向井水平井鉆井技術(shù) 第 8 頁(yè) 共 76 頁(yè) 附表 1：近期完成的部分水平井技術(shù)服務(wù) 序號(hào) 井 號(hào) 類(lèi)型 井深 (m) 垂深 (m) 最大井斜(176。／ 30 米 6176。／ 30 米 曲率半徑 304— 914 米 291— 87 米 12— 6 米 井眼尺寸 無(wú)限制 121／ 4″ 43／ 4″ 61／ 4″ 43／ 4″ 鉆井方式 轉(zhuǎn)盤(pán)鉆或?qū)蜚@井系統(tǒng) 造斜段：特種馬達(dá)或?qū)蜚@井系統(tǒng) 水平段：轉(zhuǎn)盤(pán)鉆或?qū)蜚@井系統(tǒng) 以使用特種工具的轉(zhuǎn)盤(pán)鉆進(jìn)為主，目前也使用特種馬達(dá)方式 鉆 桿 常規(guī)鉆桿 ＞ 15176。－ 30176。－ 200176。 /30m － 86m 中短 20176。 /30m 24－ 定向井水平井鉆井技術(shù) 第 11 頁(yè) 共 76 頁(yè) 第三 節(jié) 定向井、水平井基本術(shù)語(yǔ) 1）井深：指井口（轉(zhuǎn)盤(pán)面）至測(cè)點(diǎn)的井眼實(shí)際長(zhǎng)度，人們常稱(chēng)為斜深。井斜角常以希臘字母α表示，單位為度。 5）磁方位角：磁力測(cè)斜儀測(cè)得的井斜方位角是以地球磁北方位線為準(zhǔn)的，稱(chēng)磁方位角。 dα Kα＝ dL 井斜變化率的單位常以每 100 米度表示。 兩 點(diǎn) 間 的 全 角 變 化 值 γ 相 對(duì) 與 兩 點(diǎn) 間 井 眼長(zhǎng)度△ L 變化的快慢及為全角變化率。 第二套公式：（由于誤差較大，現(xiàn)場(chǎng)使用略少） 第三套公式：γ＝ SQR（α 1+α 2－ 2α 1α 2COSΔΦ） 圖 第三套公式的圖解法 第三套公式圖解法（參見(jiàn)圖 ）： （ 1）．選取一定比例，經(jīng)一定長(zhǎng)度代表單位角度，作線段 OA，使其長(zhǎng)度代表α l； （ 2）．作 OB 線段，使 ∠ BOA＝△Φ； （ 3）．按步驟①的比例，量 OB＝α 2； （ 4）．連接 A、 B，并量取 AB 的長(zhǎng)度，按步驟（ 1）的比例換算成角度，即為γ。以 S 表示。 14）視平移：又稱(chēng)為投影位移，井身上的某點(diǎn)在垂直投影面上的水平位移。 16）工具面：工具面就是造斜工具彎曲方向的平面。 定向井水平井鉆井技術(shù) 第 16 頁(yè) 共 76 頁(yè) 20）反扭矩：在用井底動(dòng)力鉆具鉆進(jìn)時(shí)，都存在一個(gè)與鉆頭轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反的扭矩 ，該扭矩被稱(chēng)為反扭矩。叢式井坐標(biāo)需一同下發(fā)，以便作出叢式井整體設(shè)計(jì)。多目標(biāo)井井口位置在第一靶點(diǎn)和最后一個(gè)靶點(diǎn)聯(lián)線的延長(zhǎng)線上。 3）定向井設(shè)計(jì) 地質(zhì)設(shè)計(jì)在坐標(biāo)初測(cè)后提出初步設(shè)計(jì)，在坐標(biāo)復(fù)測(cè)后提出正式設(shè)計(jì)。井身軌跡設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)表，特殊工藝技術(shù)措施。 5）定向井靶區(qū)半徑標(biāo)準(zhǔn) 不同井深靶區(qū)半徑要求（總公司標(biāo)準(zhǔn)）： 靶區(qū)垂深（米） 靶區(qū)半徑（米） 靶區(qū)垂深（米） 靶區(qū)半徑（米） ≤ 1000 ≤ 30 ≤ 3000 ≤ 80 ≤ 1500 ≤ 40 ≤ 3500 ≤ 100 ≤ 2020 ≤ 50 ≤ 4000 ≤ 120 ≤ 2500 ≤ 65 ≤ 4500 ≤ 140 定向井水平井鉆井技術(shù) 第 19 頁(yè) 共 76 頁(yè) 第二章 定向井、叢式井、水平井設(shè)計(jì)與計(jì)算分析 第一節(jié) 定向井、水平井二維軌道設(shè)計(jì) 一口定向井的實(shí)施，首先要有一個(gè)軌道設(shè)計(jì)，才能以此設(shè)計(jì)為依據(jù)進(jìn)行具體的定向井鉆井施工。“好的設(shè)計(jì)是成功的一半”。要綜合地進(jìn)行考慮。而降斜井段的鉆具軸向分力，與重力在軸向的分力方向相同，會(huì)增加鉆具與井壁的摩擦阻力。這樣，鉆具、儀器和套管都容易通過(guò)。 常用的造斜率范圍是 4176。 （三）選擇合適的造斜井段長(zhǎng)度 造斜井段長(zhǎng)度的選擇，影響著整個(gè)工程的工期進(jìn)度，也影響著動(dòng)力鉆具的有效使用。了方面造斜工具的能力限制，不易實(shí)現(xiàn)，另一方面過(guò)高的造斜率給井下安全帶來(lái)了不利因素。盡可能把造斜點(diǎn)選擇在比較 穩(wěn)定、均勻的硬地層，避開(kāi)軟硬夾層、巖石破碎帶、漏失地層、流沙層、易膨脹或易坍塌的地段，以免出現(xiàn)井下復(fù)雜情況，影響定向施工。 （五）選擇合適的穩(wěn)斜段井斜角和入靶井斜角 井斜角的大小，直接影響了軌跡的控制。另外，它對(duì)方 位控制、電測(cè)、鉆速都有明顯的影響。時(shí)，既能有效地調(diào)整井斜角和方位，也能順利地鉆井、固井和電測(cè)。電測(cè)、完井作業(yè)施工的難度很大，易發(fā)生井壁垮塌。 定義： 得： R3=A21/B21 （ 2— 57） SZ=（ A11— B11） R3 （ 2— 58） 第三節(jié) 定向井測(cè)斜數(shù)據(jù)處理 實(shí)際鉆出的定向井的井眼軌跡是一條空間曲線，為了了解這條空間曲線的形狀，需要進(jìn)行井斜角和方位角的測(cè)量。因此只好依靠假設(shè)，如：直線、折線或各種曲線來(lái)擬合。 圖 2— 3— 2 平均角法幾何圖 計(jì)算公式如下： 平衡正切法 定向井水平井鉆井技術(shù) 第 26 頁(yè) 共 76 頁(yè) 平衡正切法假定兩測(cè)點(diǎn)間的井段為兩段各等于測(cè)段長(zhǎng)度一半的直線構(gòu)成的折線。 圓柱螺線的水平投影是圓弧，垂直投影也是圓弧。 圖 2— 3— 4 圓柱螺線法幾何圖 計(jì)算公式如下： 最小曲率法 最小曲率法假設(shè)兩測(cè)點(diǎn)之間的井段是一段空間平面上的圓弧，圓弧在兩端點(diǎn)處與上下兩測(cè)點(diǎn)處的井眼方向線相切。因此，叢式井防碰是一個(gè)非常關(guān)鍵的技術(shù)問(wèn)題。即水平面掃描法、法面掃描法和最小距離掃描法。 （二）法面掃描法 如圖 2— 4— 3 所示，法面掃描是以掃描井軌跡上任一掃描點(diǎn)，作一垂直子井眼軌跡軸線的平面（即法面），然后計(jì)算該平面與周?chē)嚓P(guān)鄰井井眼軌跡在三維空間中的截點(diǎn)座標(biāo)，截點(diǎn)到掃描點(diǎn)的相對(duì)距離和相對(duì)方向，即是