【文章內容簡介】 常用單彎動力鉆具、雙彎動力鉆具、 DTU（異向雙彎）造斜率表。 第四節(jié) 定向井、水平井基本施工步驟簡介 1）定向井井位的確定 井位坐標要求：基本數同一般直井。叢式井坐標需一同下發(fā)，以便作出叢式井整體設計。注明各中靶點的坐標及垂直深度，提供最新井位構造圖。 2）地面井口位置的選擇 工程、地質設計及測量人員根據井位坐標和地面實際條件確定井口位置和井架整托方向（叢式井）。井口位置選擇盡量利用地層自然造斜規(guī)律。多目標井井口位置在第一靶點和最后一個靶點聯(lián)線的延長線上。井架立好后需要進行井口坐標的復測。 3）定向井設計 地質設計在坐標初測后提出初步設計，在坐標復測后提出正式設計。地質 設計除包括一般井內容外，在工程施工中要求必須說明靶點相對與井口的位移和方位，多目標井說明靶點之間的穩(wěn)斜角度。附最新井位構造圖、油藏剖面圖、設計軌跡水平投影圖和垂直投影 圖。 工程設計必須符合地質設計要求。井身軌跡設計數據表，特殊工藝技術措施。井身結構及分段鉆具組合和鉆井參數等。 4）設備要求（鉆機） 13 根據定向井垂直井深、水平位移、井身結構和井眼曲率選擇設備類型。推薦設備標準（使用于 位移／垂深〈 ）： 垂深〈 2800米、水平位移〈 600米，選用 3200米鉆機； 垂深〈 3500米、水平位移〈 1200米，選用 4500米鉆機； 垂深〈 4500米、水平位移〈 2020米，選用 6000米鉆機； 垂深〈 4500米、水平位移〉 1500米，選用 7000米鉆機。 5）定向井靶區(qū)半徑標準 不同井深靶區(qū)半徑要求（總公司標準） 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 14 第二章 定向井、叢式井、水平井設計與計算分析 第一節(jié) 定向井、水平井二維軌道設計 一口定向井的實施，首先要有一個軌道設計，才能以此設計為依據進行具體的定向井鉆井施工。對于不同的勘探、開發(fā)目的和不同的設計限制條件，定向井的 設計方法有多種多樣。而每種設計方法，都有一定的設計原則。 定向井設計是一個非常重要的環(huán)節(jié)?！昂玫脑O計是成功的一半”。因此，合理地設計好井身軌道，是定向井成功的保證。 一、設計原則： 一口定向井的總設計原則，應該是能保證實現鉆井目的，滿足采油工藝及修井作業(yè)的要求，有利于安全、優(yōu)質、快速鉆井。在對各個設計參數的選擇上，在自身合理的前提下，還要考慮相互的制約。要綜合地進行考慮。 (一 )選擇合適的井眼形狀 復雜的井眼形狀，勢必帶來施工難度的增加，因此井眼形狀的選擇，力求 越簡單越好。 從鉆具受力的角度來看：目前普遍認為，降斜井段會增加井眼的摩阻，引起更多的復雜情況。如圖所示 (211)，增斜井段的鉆具軸向拉力的徑向分力，與重力在軸向的分力方向相反，有助于減小鉆具與井壁的摩擦阻力。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，會增加鉆具與井壁的摩擦阻力。因此，應盡可能不采用降斜井段的軌道設計。 圖 211 (二 )選擇合適的井眼曲率 井眼曲率的選擇，要考慮工具造斜能力的限制和鉆具剛性的限制，結合地層的影響，留出充分的余地，保證設計軌道能夠實 現。 在能滿足設計和施工要求的前提下，應盡可能選擇比較低的造斜率。這樣，鉆具、儀器 15 和套管都容易通過。當然，此處所說的選擇低造斜率，沒有與增斜井段的長度聯(lián)系在一起進行考慮。 另外，造斜率過低，會增加造斜段的工作量。因此，要綜合考慮。 常用的造斜率范圍是 4176。 10176。 /100米。此處應為每 30 米 （三）選擇合適的造斜井段長度 造斜井段長度的選擇，影響著整個工程的工期進度，也影響著動力鉆具的有效使用。 若造斜井段過長，一方面由于動力鉆具的機械鉆速偏低，使施工周期加長，另一方面由于長井段使用動力鉆具，必然造成鉆井成本 的上升。所以，過長的造斜井段是不可取的。 若造斜井段過短，則可能要求很高的造斜率，一方面造斜工具的能力限制，不易實現，另一方面過高的造斜率給井下安全帶來了不利因素。所以，過短的造斜井段也是不可取的。 因此，應結合鉆頭、動力馬達的使用壽命限制，選擇出合適的造斜段長，一方面能達到要求的井斜角，另一方面能充分利用單只鉆頭和動力馬達的有效壽命。 （四）選擇合適的造斜點 造斜點的選擇，應充分考慮地層穩(wěn)定性、可鉆性的限制。盡可能把造斜點選擇在比較穩(wěn)定、均勻的硬地層，避開軟硬夾層、巖石破碎帶、漏失地層、流沙層、易膨脹或 易坍塌的地段，以免出現井下復雜情況，影響定向施工。 造斜點的深度應根據設計井的垂深、水平位移和選用的軌道類型來決定。并要考慮滿足采油工藝的需求。 應充分考慮井身結構的要求，以及設計垂深和位移的限制，選擇合理的造斜點位置。 （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。 井斜角太小時，方位不好控制。而井斜角太大時，施工難度卻又增加。因此，穩(wěn)斜段井斜角和入靶井斜角的選擇，應充分滿足軌跡控制的需要。另外，它對方位控制、電測、鉆速都有明顯的影響。 一般來講，井斜角的大小與軌跡控制的難 度有下面的關系： 1． 井斜角小于 15176。時，方位難以控制； 2． 井斜角在 15176。40176。時，既能有效地調整井斜角和方位，也能順利地鉆井、固井和電測。是較理想的井斜角控制范圍； 3． 井斜角在 40176。50176。時，鉆進速度慢，方位調整困難； 4． 井斜角大于 60176。，電測、完井作業(yè)施工的難度很大，易發(fā)生井壁垮塌。 二、設計方法 定向井的設計方法分為常規(guī)設計方法和特殊井的設計方法。 常規(guī)設計方法指的是在兩維平面內作的軌道設計，即設計的井眼軸線只在某個給定的鉛垂面內變化，也就是說，只有井斜角的變化，沒有方位角的變化。 把常規(guī)設計之外的所有 設計方法都叫做特殊設計方法。 （一） 常用兩維軌道設計方法 目前常用的兩維定向井軌道設計，采用的是恒定造斜率的設計，設計軌道由鉛垂面內的圓弧和直線組成。對于這種恒定造斜率的設計，通常有下列三種設計方法。 1． 查圖法 這是國外以前常用的設計方法之一。使用這種方法設計定向井軌道，需要事先將每種造斜率鉆達不同最大井斜角的數據作在同一張圖上。這樣，各種不同的造斜率下作出的圖形，就可得到一套圖表。在進行軌道設計時，根據設計造斜率的不同選擇一套適用的圖表。在該圖上，就可查出未知的設計數據。 16 下面就是 2176。 / 30米標準造斜率曲線 圖。 圖 212 查圖法圖表 2． 幾何作圖法 這種設計方法是根據已知的設計條件，應用平面幾何作圖的原理，用圓規(guī)和直尺，按比例畫出符合設計要求的設計軌道的圖形。然后用比例尺和量角規(guī)量出需要的設計數據。 H0 a R H b S C 圖 213 幾何作圖法 17 由于計算機在石油鉆井領域的廣泛應用，查圖法和幾何作圖法已很少在我國采用。目前使用最多的是下面將要介紹的解析計算法。 3． 解析計算法 解析計算法是根據已知設計條件，應用解析計算公式求解出設計軌道的各個未知參數的方法。這種方法由于計算復雜、工作量太大，在計算機普及之前，未能得到廣泛的應用。而在現在，已經廣泛應用于定向井的設計之中。這種計算方法的最大特點是計算準確、求解對象可靈活改變。 下面以“直 — 增 — 穩(wěn)”三段制軌道類型，介紹解析計算法的設計步驟。 已知條件： Kop— 造斜點 Kb造斜率 Tv設計垂深 Tb設計位移 求：α m求最大井斜角 H穩(wěn)斜段長度 求解步驟： ① 求造斜段的曲率半徑： R=1/Kb ② 求θ的角度值： Δ S=TbR Δ V=TvKop θ =arctg(Δ S/Δ V) ③ 求φ的角度值 : φ =arccos(R/L) ④求最大井斜角 :am=φ θ ④ 求穩(wěn)斜段段長度 : KOP R Δ S L Δ V θ α m TV TB 圖 214 解析計算法圖形 以前在采用查圖法和幾何作圖法進行軌道設計時，通常都是只能求解某個固定的未知參數，由于計算機在石油鉆井領域的廣泛應用，現在的定向井軌道設計已經基本上采用了計算機設計，這就使得軌道設計的靈活性得到了充分的體現，配合解析幾何設計方法，能22 VSL ????22 RLH ?? 18 夠對任何兩個未知參數進行求解，這就使得定向井軌道設計變得更加靈活，更加多樣化了。 （二） 特殊定向井軌道設計方法 對于特殊定向井的軌道設計，則根據其鉆井目的和設計條件的限制，采用了各種不同的方法。如： 1． 多增降軌道設計 3. 緩降軌道設計 5. 三維軌道設計 三、特殊要求定向井的軌道設計 （一） 多目標井設計 圖 215 多目標井示意圖 如圖 215所示，在斷塊油田內，由于非垂直斷層的封閉，沿斷層聚集形成了一串的 多套含油、氣層。 多目標井的鉆探目的是為了讓定向井井眼軌跡按規(guī)定的井斜角和方位角鉆穿這一串油、氣藏，以使該井眼軌跡能代替多口直井的作用，發(fā)揮更大的經濟效益， 因此，地質方面給出了兩個靶點。分別代表井眼貫穿油層的開始點和終止點。 該如何這樣的井設計呢？ 如圖 216 所示，這種井的設計是這樣進行的：由兩個靶點計算出入靶井斜角和方位角，然后反推井口位置。其中包括了對造斜率的選擇、穩(wěn)斜段長和造斜點的選擇。 KOP R α m α m H TV TB 圖 216 19 已知條件： α m求最大井斜角 Kb造斜率 Tv設計垂深 Tb設計位移 求： Kop造斜點 H穩(wěn)斜段長度 求解步驟： ① 求造斜段的曲率半徑： R=1247。 Kb ② 求穩(wěn)斜段段長度： ③求造斜點 Kop=TvH*cosα mR*sinα m 多目標井的設計靶區(qū)仍然是水平面上的圓形區(qū)域，其軌跡控制難度較一般定向井略難。 （二） 二維水平井軌道設計 水平井的軌道設計在算法上類似于多目標井，但其設計思想有根本的不同。它的鉆探目的是要在油層內水平鉆進一段距離，盡量增加油層的暴露面積，以提高單井的產量。 水平井的設計靶區(qū)是一垂直于設計入靶線的平面（稱作法面）上的矩形區(qū)域。也稱作入靶窗口。由于入靶窗口的上下限通常在十米之內，因此其控制難度