【文章內(nèi)容簡介】 摩阻和壓差卡鉆；然而在海上鉆井，一定要避免污染問題。 （ 6）如果有異常高壓井段要求鉆井液密度達到 克／厘米 3 或更高，那么應考慮在鉆開該高壓地層前下一層保護套管，以封固所有正常壓力井段。 4．造斜點的選擇 造斜點的選擇要適當淺些，但是在極淺的地層中造斜時，容易形成大井眼。同時，由于地層很軟，造斜完成后下入穩(wěn)斜鉆具時，要特別小心，以免出現(xiàn)新井眼，尤其是在穩(wěn)斜鉆具剛度大或造斜率較高時。通常地說，淺層造斜比深層造斜容易一些，因為深層地層往往膠結(jié)良好，機械鉆速低，需花費較長的造斜時間。 另外，造斜點通常選在前一層套管鞋以下 30～ 50 米處，以免損壞套管鞋，同時減少水泥掉塊產(chǎn)生卡鉆的可能性。 在深層地層造斜時，應盡量在大段砂層中造斜，因為砂層的井眼穩(wěn)定，鉆速較快，而頁巖段較易受到?jīng)_蝕，鉆速較低，而且在以后長時間鉆井作業(yè)，容易在造斜段形成鍵槽而可能導致卡鉆。 5．靶區(qū)形狀和范圍 靶區(qū)形狀與范圍通常由地質(zhì)構(gòu)造、產(chǎn)層位置決定，并考慮油田油井的分布情況，靶區(qū)大小是由作業(yè)者確定的。通常認為，鞍區(qū)范圍不能定得太小，很小的靶區(qū)范圍不僅會增加作業(yè)成本，同時也會增加調(diào)整方位的次數(shù)，造成井眼軌跡不平滑，增加轉(zhuǎn)盤扭矩，同時也增加產(chǎn)生健槽卡鉆的可能性。 通常，靶區(qū)形狀為圓形（嚴格地講，應 該是球形）。淺井和水平位移小的定向井，其靶區(qū)范圍小一些，一般靶區(qū)半徑 30～ 50 米，而深井和水平位移大的井，靶區(qū)范圍可以適當?shù)卮笠恍话惆袇^(qū)半徑為 50～ 70 米。 6．造斜率和降斜率選擇 常規(guī)定向井的造斜率為 7～ 14176。 ／ 100 米，如果需要在淺層造斜并獲得較大的水平位移，造斜率可提高到 14～ 16176。 ／ 100 米。但是，淺層的高造斜率容易出現(xiàn)新井眼，也容易對套管產(chǎn)生較大的磨損。因此，淺層造斜通常選擇較低的造斜率，而深層造斜（ 1000 米～ 2020 米）可選擇較高的造斜率。 對于“ S”型井眼，通常把 降斜率選在 3～ 8176。 ／ 100 米，如果降斜后仍然要鉆較長的井段，則必須采用較小的降斜率平緩降斜，以避免鍵槽卡鉆，同時，可降低鉆進時的摩阻力。 7．最大井斜角 常規(guī)定向井的最大井斜角，一般在 15～ 45176。 ，如果井斜太小，則井眼的井斜和方位都較難控制。井斜大于 60176。 時，鉆具的摩阻力將大大增加。 8．允許的方位偏移與極限 （ 1）定向鉆進時，初始造斜方向通常在設計方位的左邊（即選定導角），然后通過自然漂移鉆達靶區(qū)，井眼軌跡是一條空間曲線。 （ 2）但是對導角也有一個限制，在井眼密集的 井網(wǎng)中，要求定向井軌跡保持在安全圓柱內(nèi)，以避免與鄰井相碰。 （ 3）同樣，由于油藏特性和地質(zhì)地層條件，也對導角的大小有一定的限制。 9．井身剖面類型 在滿足設計和工藝要求的前提下，盡可能縮短井段長度，因為井段短則鉆井時間短。在設計井身剖面形狀時，要考慮井身結(jié)構(gòu)，造斜點一般選在套管鞋以下 30～ 50 米處。目前，我國海上定向井的井身剖面通常由作業(yè)者決定，往往選擇“ J”型剖面。 四．剖面設計 1．設計步驟： （ l）選擇剖面類型； （ 2）確定增斜率和降斜率，選擇造斜點； （ 3）計算剖面上的未知參數(shù)，主要是最大井斜角； （ 4）進行井身計算，包括各井段的井斜角、水平位移、垂深和斜深； （ 5）繪制垂直剖面圖和水平投影圖。 井身剖面的設計方法有試算法、作圖法、查圖法和解析法四種。我國海洋定向井通常采用解析法，并使用計算機完成。剖面設計完成以后，應向作業(yè)者提供下列資料： （ 1）總體定向鉆井方案和技術(shù)措施。 （ 2）剖面設計結(jié)果，包括設計條件、計算結(jié)果、垂直剖面圖和水平投影圖。 （ 3）測斜儀器類型和該地區(qū)的磁偏角，以及測斜計算方法； （ 4）設備和工具計劃。 2．二維定向井設計（解析法） 解析法是根據(jù)給出的設計條件，應用解析公式計算出剖面上各井段的所有井身參數(shù)的井身設計方法。在使用計算機的條件下，還可同時給出設計井身的垂直投影圖和水平投影圖。 解析法進行井身剖面設計所用公式如下（用于三段制 J 型、五段制 S 型和連續(xù)增斜型剖面）。 （ 1）求最大井斜角 α max。 （ 2）各井段的井身參數(shù)計算： ①增斜段 ②穩(wěn)斜段 ③降斜段 ④穩(wěn)斜段 ⑤總井深 L （ 3）設計計算中特殊情況的處理 ① 當 Ho2＋ So2－ 2RoSo＝ 0 時，表示該井段設有穩(wěn)斜段，此時可由下面三個公式中任一個公式來求最大斜角 α max: ②當 2Ro－ So＝ 0 時，可用下式求最大井斜角α max: ③ 當 Ho2＋ So2－ 2RoSo＜ 0，說明此種剖面不存在，此時應該改變設計條件，改變造斜點深度、增斜率和降斜率或改變目標點坐標。 井身剖面設計計算結(jié)果應整理列表，并校核井身長度和各井段井身參數(shù)是否符合設計要求，還應該校核井上曲率，井身剖面最大曲率應小于動力鉆具和下井套管抗彎曲強度允許的最大曲率。 目前，應用計算機程序進行井身剖面設計時，設計結(jié)果列表 和均可由打印機和繪圖儀自動完成。 4． 設計方法舉例 例 某定向井設計全井垂深 H=2000 米（靶點），上部地層 300 米至 350 米是流砂層，1000 米至 1050 米有一高壓水層，作出井身剖面設計。 井口座標 X1： 3 246 Y1： 2 054 井底座標 X2： 3 245 Y2： 2 054 先根據(jù)井口與井底座標，計算出水平位移和目標方位。 （ 1）根據(jù)提供的地質(zhì)資料，在進行剖面設計時，應設法使動力鉆具造斜 的井段和增斜的井段避開流砂層和高壓水層。 （ 2）對于鉆井工藝及其它限制條件，在滿足（ l）項條件的前提下，應選擇較簡單的剖面類型。 （ 3）剖面類型選用“直一增一穩(wěn)”三段制井身剖面。此種剖面簡單，地面井口至目標點的井身長度短，有利于加快鉆井速度。 （ 4）選擇造斜點。根據(jù)垂直井深和水平位移的關(guān)系，造斜點應選在 350 米至 600 米間。如選在 1050 米以下，會使井斜角太大，是不合理的。 因 300 米至 350 米是流砂層，在井深結(jié)構(gòu)設計時應用套管封固，以利于定向造斜，防止流砂層漏失、垮塌等復雜情況出現(xiàn)。造斜點 應選在套管鞋以下不少于 50 米的地方為宜。因此，造斜點與井口之間井眼長度不應小于 450 米。 又因 1000 米至 1050 米是高壓水層，為了下部井段能順利鉆進，也應考慮下入一層中間套管封住高壓水層。為了減少井下復雜情況和有利于定向井井眼軌跡控制，在進行套管設計時，應避免套管鞋下在井眼曲率較大的井段中，中間套管的下入深度應進入穩(wěn)斜井段 150米左右為宜。在考慮上述因素后，造斜點的位置應在高壓水層以上不少于 400 米處，也就是造斜點與井口之間的井眼長度不應大于 600 米。 經(jīng)過上述的分析，如果造斜點應在 450 米至 600 米之間選擇，那么，把造斜點確定在500 米處是比較合理的。 （ 5）選擇造斜率 K 為 7176。 ／ 100 米。根據(jù)造斜率計算造斜井段的曲率半徑 R。 （ 6）計算最大井斜角 α max R—— 造斜段曲率半徑，米。 把已知條件代入上式得： α max=176。 （ 7）分段井眼計算： 增斜段 穩(wěn)斜段 4．三維定向井 設計的井眼軸線，既有井斜角的變化，又有方位角的變化，這類井段為三維定向井，實際作業(yè)中，有時會碰到三維定向井的問題，大體上分為三種情況。 第一種情況 原設計為兩維定向井，在實鉆中偏離了目標方位，如果偏得不多，只要調(diào)整鉆具組合或扭一次方位就可以了。嚴格地說，實鉆的定向井軌跡，都有井斜角的變化和方位角的變化，這種三維定向井可以簡化為二維的。 第二種情況 在地面井位和目標點確定的情況下，在這兩點的鉛垂平面內(nèi)，存在著不允許通過或難以穿過的障礙物，不能在鉛垂平面上設計軌道，需要繞過障礙，設計繞障三維定向井。在海上叢式井經(jīng)常碰到這類井。 第三種情況在地面井位確定的情況下，要鉆多目標井。地面井位和多目標點不在同一鉛垂平面內(nèi)，只有井斜 角和方位角都變化，才能鉆達設計的多個目標點。 三維定向井的軌跡設計和測斜計算很復雜，通常使用計算機軟件完成這些工作。 第三節(jié) 井眼軌跡控制技術(shù) 井眼軌跡控制的內(nèi)容包括：優(yōu)化鉆具組合、優(yōu)選鉆井參數(shù)、采用先進的井下工具和儀器、利用計算機進行井眼軌跡的檢測預測、利用地層的方位漂移規(guī)律、避免井下復雜情況等等。 軌跡控制貫穿鉆井作業(yè)的全過程，它是使實鉆井眼沿著設計軌道鉆達靶區(qū)的綜合性技術(shù)，也是定向井施工中的關(guān)鍵技術(shù)之一。 井眼軌跡控制技術(shù)按照定向井的工藝過程，可分為直井段、造斜段、增斜段、穩(wěn) 斜段、降斜段和扭方位井段等控制技術(shù)，其中直井段的控制技術(shù)見第七章第四節(jié)。 一．定向選斜井段 初始造斜方法有五類，即井下馬達和彎接頭定向、噴射法、造斜器法、彎曲導管定向、傾斜鉆機定向。目前，我國海洋定向井一般采用第一種方式，常用造斜鉆具組合為：鉆頭十井下馬達十彎接頭十非磁鉆鋌十普通鉆鋌（ 0～ 30 米）十撓性接頭十震擊器十加重鉆桿。 這種造斜鉆具組合是利用彎接頭使下部鉆具產(chǎn)生一個彈性力矩，迫使井下動力鉆具驅(qū)動鉆頭側(cè)向切削，使鉆出的新井眼偏離原井眼軸線，達到定向造斜或扭方位的目的。 造斜鉆具的造斜能力主要與彎接頭的彎角和動力鉆具的長度有關(guān)。彎接頭的彎角越大，動力鉆具長度越短，造斜率也越高。 彎接頭的彎角應根據(jù)井眼大小、井下動力鉆具的規(guī)格和要求造斜率的大小選擇?，F(xiàn)場常用彎接頭的彎角為 ～ 度，一般不大于 度。彎接頭在不同條件下的造斜率見第四節(jié)。 造斜鉆具組合使用的井下動力鉆具型號應根據(jù)造斜井段或扭方位井段的井深選擇。使用井段在 2020 米以內(nèi)，一般采用渦輪鉆具或普通螺桿鉆具，深層走向造斜或扭方位應使用耐高溫的多頭螺桿鉆具。 造斜鉆具組合、鉆井參數(shù)和鉆 頭水眼應根據(jù)廠家推薦的鉆井參數(shù)設計。 由于井下動力鉆具的轉(zhuǎn)速高，要求的鉆壓?。垡话銥?～ 千牛（ 3～ 8 噸）］，因此，使用的鉆頭不宜采用密封軸承鉆頭，尤其是在淺層，可鉆性好的軟地層應使用銑齒滾動軸承鉆頭或合適的 PDC 鉆頭。 根據(jù)測斜儀器的種類不同，分為四種定向方式： 1．單點定向 此方法只適用造斜點較淺的情況，通常井深小于 1000 米。因為造斜點較深時，反扭角很難控制，且定向時間較長。施工過程如下： （ l）下入定向造斜鉆具至造斜點位置（注意：井下馬達必須按廠家要求進行地面試驗）。 （ 2）單點測斜，測量造斜位置的井斜角，方位角，彎接頭工具面； （ 3）在測斜照相的同時，對方鉆桿和鉆桿進行打印，并把井口鉆桿的印痕投到轉(zhuǎn)盤面的外緣上，作為基準點； （ 4）調(diào)整工具面（調(diào)整后的工具面是：設計方位角十反扭角）。鎖住轉(zhuǎn)盤、開泵鉆進； （ 5）定向鉆進。每鉆進 2～ 4 個單根進行一次單點測斜，根據(jù)測量的井斜角和方位角及時修正反扭矩的誤差，并調(diào)整工具面； （ 6）當井斜角達到 8～ 10 度和方位合適時，起鉆換增斜鉆具，用轉(zhuǎn)盤鉆進。在單點定向作業(yè)中要注意： ①在確定了反扭角和鉆 壓后，要嚴格控制鉆壓的變化范圍，通常在預定鉆壓 177。 千牛（ 2 噸）內(nèi)變化； ②每次接單根時，鉆桿可能會轉(zhuǎn)動一點，注意轉(zhuǎn)動鉆桿的打印位置至預定位置； ③如果調(diào)整工具面的角度較大（＞ 90 度），調(diào)整后應活動鉆具 2～ 3 次（停泵狀態(tài)），以便鉆桿扭矩迅速傳遞。 2．地面記錄陀螺（ SRO）定向 在有磁干擾環(huán)境的條件下（如套管開窗側(cè)鉆井）的定向造斜，需采用 SRO 定向。這種儀器可將井下數(shù)據(jù)通過電纜傳至地面處理系統(tǒng)，并顯示或用計算機打印出來，直至工具面調(diào)整到預定位置，再起出儀器，施工過程如下： （ l）選擇參照物，參照物應選擇易于觀察的固定目標，距井 40 米左右； （ 2）預熱陀螺不少于 15 分鐘，工作正常才可下井； （ 3）瞄準參照物，并調(diào)整陀螺初始讀數(shù)； （ 4）接探管，連接陀螺外筒，再瞄準參照物，對探管和計算機初始化； （ 5）下井測量，按規(guī)定作漂移檢查； （ 6）起出儀器坐在井口，再次瞄準參照物記錄陀螺讀數(shù)； （ 7）校正陀螺漂移，確定測量的精度； （ 8）定向鉆進。 3．有線隨鉆測斜儀（ SST）定向 造斜鉆具下到井底后，開泵循環(huán)半小時左右，然后接旁通頭或循環(huán)接頭。把測斜儀的 井下儀器總成下入鉆桿內(nèi)，使定向鞋的缺口坐在定向鍵上。定向造斜時，可從地面儀表直接讀出實鉆井眼的井斜、方位和工具面，司鉆和定向井工程師要始終跟蹤預定的工具面方向，保持井眼軌跡按預定方向鉆進。 4．隨鉆測量儀（ MWD）定向 MWD 井下儀器總成安裝在下部鉆具組合的非磁鉆鋌內(nèi)，其下井前要調(diào)整好工作模式和傳輸速度，并準確地測量偏移值，輸入計算機。儀器在井下所測的井眼參數(shù)通過鉆