【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(dá)到 克／厘米 3 或更高，那么應(yīng)考慮在鉆開該高壓地層前下一層保護(hù)套管，以封固所有正常壓力井段。 4．造斜點(diǎn)的選擇 造斜點(diǎn)的選擇要適當(dāng)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?yàn)樯顚拥貙油z結(jié)良好，機(jī)械鉆速低，需花費(fèi)較長的造斜時間。 另外，造斜點(diǎn)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(yīng)盡量在大段砂層中造斜，因?yàn)樯皩拥木鄯€(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(dǎo)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(rèn)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(yán)格地講，應(yīng) 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(dāng)?shù)卮笠恍?，一般靶區(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(jìn)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(jìn)時，初始造斜方向通常在設(shè)計(jì)方位的左邊（即選定導(dǎo)角），然后通過自然漂移鉆達(dá)靶區(qū)，井眼軌跡是一條空間曲線。 （ 2）但是對導(dǎo)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(dǎo)角的大小有一定的限制。 9．井身剖面類型 在滿足設(shè)計(jì)和工藝要求的前提下，盡可能縮短井段長度，因?yàn)榫味虅t鉆井時間短。在設(shè)計(jì)井身剖面形狀時，要考慮井身結(jié)構(gòu)，造斜點(diǎn)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(shè)計(jì) 1．設(shè)計(jì)步驟： （ l）選擇剖面類型； （ 2）確定增斜率和降斜率，選擇造斜點(diǎn)； （ 3）計(jì)算剖面上的未知參數(shù)，主要是最大井斜角； （ 4）進(jìn)行井身計(jì)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(shè)計(jì)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(jì)算機(jī)完成。剖面設(shè)計(jì)完成以后，應(yīng)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(shè)計(jì)結(jié)果，包括設(shè)計(jì)條件、計(jì)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(jì)算方法； （ 4）設(shè)備和工具計(jì)劃。 2．二維定向井設(shè)計(jì)（解析法） 解析法是根據(jù)給出的設(shè)計(jì)條件，應(yīng)用解析公式計(jì)算出剖面上各井段的所有井身參數(shù)的井身設(shè)計(jì)方法。在使用計(jì)算機(jī)的條件下，還可同時給出設(shè)計(jì)井身的垂直投影圖和水平投影圖。 解析法進(jìn)行井身剖面設(shè)計(jì)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(jì)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(shè)計(jì)計(jì)算中特殊情況的處理 ① 當(dāng) Ho2＋ So2－ 2RoSo＝ 0 時，表示該井段設(shè)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(dāng) 2Ro－ So＝ 0 時，可用下式求最大井斜角α max: ③ 當(dāng) Ho2＋ So2－ 2RoSo＜ 0，說明此種剖面不存在，此時應(yīng)該改變設(shè)計(jì)條件，改變造斜點(diǎn)深度、增斜率和降斜率或改變目標(biāo)點(diǎn)坐標(biāo)。 井身剖面設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果應(yīng)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(shè)計(jì)要求，還應(yīng)該校核井上曲率，井身剖面最大曲率應(yīng)小于動力鉆具和下井套管抗彎曲強(qiáng)度允許的最大曲率。 目前，應(yīng)用計(jì)算機(jī)程序進(jìn)行井身剖面設(shè)計(jì)時，設(shè)計(jì)結(jié)果列表 和均可由打印機(jī)和繪圖儀自動完成。 4． 設(shè)計(jì)方法舉例 例 某定向井設(shè)計(jì)全井垂深 H=2000 米（靶點(diǎn)），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(shè)計(jì)。 井口座標(biāo) X1： 3 246 Y1： 2 054 井底座標(biāo) X2： 3 245 Y2： 2 054 先根據(jù)井口與井底座標(biāo)，計(jì)算出水平位移和目標(biāo)方位。 （ 1）根據(jù)提供的地質(zhì)資料，在進(jìn)行剖面設(shè)計(jì)時，應(yīng)設(shè)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(xiàng)條件的前提下，應(yīng)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(biāo)點(diǎn)的井身長度短，有利于加快鉆井速度。 （ 4）選擇造斜點(diǎn)。根據(jù)垂直井深和水平位移的關(guān)系，造斜點(diǎn)應(yīng)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(shè)計(jì)時應(yīng)用套管封固，以利于定向造斜，防止流砂層漏失、垮塌等復(fù)雜情況出現(xiàn)。造斜點(diǎn) 應(yīng)選在套管鞋以下不少于 50 米的地方為宜。因此，造斜點(diǎn)與井口之間井眼長度不應(yīng)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(jìn)，也應(yīng)考慮下入一層中間套管封住高壓水層。為了減少井下復(fù)雜情況和有利于定向井井眼軌跡控制，在進(jìn)行套管設(shè)計(jì)時，應(yīng)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(yīng)進(jìn)入穩(wěn)斜井段 150米左右為宜。在考慮上述因素后，造斜點(diǎn)的位置應(yīng)在高壓水層以上不少于 400 米處，也就是造斜點(diǎn)與井口之間的井眼長度不應(yīng)大于 600 米。 經(jīng)過上述的分析，如果造斜點(diǎn)應(yīng)在 450 米至 600 米之間選擇，那么，把造斜點(diǎn)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(jì)算造斜井段的曲率半徑 R。 （ 6）計(jì)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(jì)算： 增斜段 穩(wěn)斜段 4．三維定向井 設(shè)計(jì)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(shí)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(shè)計(jì)為兩維定向井，在實(shí)鉆中偏離了目標(biāo)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(yán)格地說，實(shí)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(biāo)點(diǎn)確定的情況下，在這兩點(diǎn)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(shè)計(jì)軌道，需要繞過障礙，設(shè)計(jì)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(biāo)井。地面井位和多目標(biāo)點(diǎn)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(dá)設(shè)計(jì)的多個目標(biāo)點(diǎn)。 三維定向井的軌跡設(shè)計(jì)和測斜計(jì)算很復(fù)雜，通常使用計(jì)算機(jī)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(jìn)的井下工具和儀器、利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行井眼軌跡的檢測預(yù)測、利用地層的方位漂移規(guī)律、避免井下復(fù)雜情況等等。 軌跡控制貫穿鉆井作業(yè)的全過程，它是使實(shí)鉆井眼沿著設(shè)計(jì)軌道鉆達(dá)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(dá)和彎接頭定向、噴射法、造斜器法、彎曲導(dǎo)管定向、傾斜鉆機(jī)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(dá)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(dá)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(yīng)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。現(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(yīng)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(yīng)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(yīng)根據(jù)廠家推薦的鉆井參數(shù)設(shè)計(jì)。 由于井下動力鉆具的轉(zhuǎn)速高，要求的鉆壓小［一般為 ～ 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(yīng)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(diǎn)定向 此方法只適用造斜點(diǎn)較淺的情況，通常井深小于 1000 米。因?yàn)樵煨秉c(diǎn)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(diǎn)位置（注意：井下馬達(dá)必須按廠家要求進(jìn)行地面試驗(yàn)）。 （ 2）單點(diǎn)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(jìn)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(zhǔn)點(diǎn)； （ 4）調(diào)整工具面（調(diào)整后的工具面是：設(shè)計(jì)方位角十反扭角）。鎖住轉(zhuǎn)盤、開泵鉆進(jìn)； （ 5）定向鉆進(jìn)。每鉆進(jìn) 2～ 4 個單根進(jìn)行一次單點(diǎn)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(dāng)井斜角達(dá)到 8～ 10 度和方位合適時，起鉆換增斜鉆具，用轉(zhuǎn)盤鉆進(jìn)。在單點(diǎn)定向作業(yè)中要注意： ①在確定了反扭角和鉆 壓后，要嚴(yán)格控制鉆壓的變化范圍，通常在預(yù)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(diǎn)，注意轉(zhuǎn)動鉆桿的打印位置至預(yù)定位置； ③如果調(diào)整工具面的角度較大（＞ 90 度），調(diào)整后應(yīng)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(jì)算機(jī)打印出來，直至工具面調(diào)整到預(yù)定位置，再起出儀器，施工過程如下： （ l）選擇參照物，參照物應(yīng)選擇易于觀察的固定目標(biāo)，距井 40 米左右； （ 2）預(yù)熱陀螺不少于 15 分鐘，工作正常才可下井； （ 3）瞄準(zhǔn)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(zhǔn)參照物，對探管和計(jì)算機(jī)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(zhǔn)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(jìn)。 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(shí)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(yù)定的工具面方向，保持井眼軌跡按預(yù)定方向鉆進(jìn)。 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(zhǔn)確地測量偏移值，輸入計(jì)算機(jī)。儀器在井下所測的井眼參數(shù)通過鉆