第5節(jié) 定向鉆井.ppt

1、第五節(jié)第五節(jié) 定向鉆井定向鉆井1 定向井的作用與定義定向井的作用與定義2 定向造斜與軌跡控制定向造斜與軌跡控制1 定向井的作用與定義定向井的作用與定義定向井定向井(directional well)：設(shè)計的目標(biāo)：設(shè)計的目標(biāo)點與井口不在同一點與井口不在同一鉛垂線上的井。鉛垂線上的井。A井口井口目標(biāo)點目標(biāo)點軌道軌道軌跡軌跡定向井的概念定向井的概念地面環(huán)境條件的限制地面環(huán)境條件的限制： 當(dāng)?shù)孛嫔鲜歉呱?，湖泊，沼澤，河流，溝壑，海洋，農(nóng)田或重要的建筑物等，難以安裝鉆機(jī)，進(jìn)行鉆井作業(yè)時，或者安裝鉆機(jī)和鉆井作業(yè)費用很高時，為了勘探和開發(fā)它們下面的油田，最好是鉆定向井。 定向井的作用定向井的作用1 定向井的

2、作用與定義定向井的作用與定義定向井的作用定向井的作用 地下地質(zhì)條件的要求地下地質(zhì)條件的要求 對于斷層遮擋油藏，定向井比直井可發(fā)現(xiàn)和鉆穿更多的油層； 對于薄油層，定向井和水平井比直井的油層裸露面積要大得多。 對于垂直裂縫的構(gòu)造帶，打直井很難鉆遇裂縫，若鉆定向井或水平井，則鉆遇裂縫的機(jī)會就大得多； 另外，多底井，分支井，側(cè)鉆水平井，徑向水平井等定向井的新種類，顯著地擴(kuò)大了勘探效果，增加了原油產(chǎn)量，提高了油藏的采收率。 1 定向井的作用與定義定向井的作用與定義 鉆井工藝的需要鉆井工藝的需要 當(dāng)井下落物或斷鉆事故最終無法撈出時，可從上部井段側(cè)鉆打定向井； 特別是遇到井噴著火常規(guī)方法難以處理時，在事故井

3、附近打定向井( 稱作救援井)，與事故井貫通，進(jìn)行引流或壓井，從而可處理井噴著火事故。 某些高陡構(gòu)造地層 ，打直井很困難，若打定向井，則更容易。定向井的作用定向井的作用1 定向井的作用與定義定向井的作用與定義 開采工藝的需要開采工藝的需要 海上為了方便采油而鉆的叢式井； 為了提高開采地?zé)?、芒硝、煤層氣的效率而鉆的井。定向井的作用定向井的作用1 定向井的作用與定義定向井的作用與定義定向井定向井水平井水平井叢式井叢式井大位移井大位移井多目標(biāo)井多目標(biāo)井分支井分支井連通井連通井定向井的類型定向井的類型1 定向井的作用與定義定向井的作用與定義叢式井叢式井（cluster wells）：在同一井場或鉆井平臺

4、按一定）：在同一井場或鉆井平臺按一定井口間距鉆出兩口或兩口以上的一組井。井口間距鉆出兩口或兩口以上的一組井。美國在美國在Freeman島上島上0.03km2面積上打了面積上打了284口井口井勝利油田河勝利油田河50叢式井組在叢式井組在0.0442km2面積上打了面積上打了42口井口井定向井的類型定向井的類型1 定向井的作用與定義定向井的作用與定義分支井分支井（multilateral wells ）：同一井口設(shè)計有）：同一井口設(shè)計有兩個或兩個以上井底的井兩個或兩個以上井底的井。定向井的類型定向井的類型1 定向井的作用與定義定向井的作用與定義水平井水平井（horizontal well）：井眼進(jìn)

5、）：井眼進(jìn)入目的層時井斜角接近、等于或大入目的層時井斜角接近、等于或大于于90 并在目的層中延伸一定長度的并在目的層中延伸一定長度的定向井定向井 。定向井的類型定向井的類型1 定向井的作用與定義定向井的作用與定義大位移井大位移井（extended reach well）：水平位移超過）：水平位移超過3000m或水平位移與垂深比值大于或水平位移與垂深比值大于2的定向井的定向井 。多目標(biāo)井多目標(biāo)井（multi-target directional well ）：具有兩個）：具有兩個或兩個以上目標(biāo)點的定向井或兩個以上目標(biāo)點的定向井 。定向井的類型定向井的類型1 定向井的作用與定義定向井的作用與定義連

6、通井連通井或稱或稱U型井型井（U-shaped well ）:通常由兩口井組成，一通常由兩口井組成，一口直井，一口水平井。口直井，一口水平井。除了根據(jù)除了根據(jù)井的形狀井的形狀來對定向井進(jìn)行來對定向井進(jìn)行分類外，有時也根據(jù)分類外，有時也根據(jù)鉆定向井的目鉆定向井的目的的和和特殊要求特殊要求對定向井進(jìn)行分類：對定向井進(jìn)行分類：救援井救援井（relief well）：為搶救井噴失控、著火油氣井，在其一定安全距離位置設(shè)計、施工與事故井連通，達(dá)到控制井噴目的的井。繞障井繞障井（detouring obstacle well ）：為繞過井口和目標(biāo)點之間的障礙而設(shè)計的定向井。側(cè)鉆井側(cè)鉆井（sidetrack

7、well ）：從已有井眼的選定深度處側(cè)向鉆出并鉆達(dá)目標(biāo)點的井。定向井的類型定向井的類型1 定向井的作用與定義定向井的作用與定義側(cè)鉆井水平井側(cè)鉆井水平井定向井設(shè)計軌道的分類定向井設(shè)計軌道的分類三維定向井：糾偏、繞障三維定向井：糾偏、繞障(既有井斜角變化，又有既有井斜角變化，又有方位變化方位變化)按按軌軌道道類類型型分分二二維維定定向向井井常規(guī)：由直常規(guī)：由直線和圓弧組線和圓弧組成的鉛垂平成的鉛垂平面上的曲線面上的曲線非常規(guī)：由直線、圓弧和變曲率曲線（懸鏈線、拋非常規(guī)：由直線、圓弧和變曲率曲線（懸鏈線、拋物線）等組成的鉛垂平面上的曲線。物線）等組成的鉛垂平面上的曲線。三段式軌道三段式軌道五段式軌道

8、五段式軌道雙增式軌道雙增式軌道多靶式三段軌道多靶式三段軌道1 定向井的作用與定義定向井的作用與定義Power SectionKick Off SubDrive TrainDrive Subwith Bit Box傳動系統(tǒng)2 2 定向造斜與軌跡控制定向造斜與軌跡控制Drive Mechanism :Impact of mud flowTurbineDrive Mechanism :Displacement by mudMud Motor Motor Power Generation 導(dǎo)向馬達(dá)采用的軌跡導(dǎo)向馬達(dá)采用的軌跡控制原理就是控制原理就是“三點定三點定圓圓”； 工具工具1-3旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向工具旋轉(zhuǎn)

9、導(dǎo)向工具也是采用三點定圓法控也是采用三點定圓法控制軌跡，這與導(dǎo)向馬達(dá)制軌跡，這與導(dǎo)向馬達(dá)相同。理想情況下，鉆相同。理想情況下，鉆頭按照三點定圓鉆出圓頭按照三點定圓鉆出圓弧軌跡。但要注意，除弧軌跡。但要注意，除了幾何因素外，還有力了幾何因素外，還有力學(xué)因素。學(xué)因素。 但工具但工具4的原理不是的原理不是三點定圓。三點定圓。2 2 定向造斜與軌跡控制定向造斜與軌跡控制造斜工具斜向器斜向器2 2 定向造斜與軌跡控制定向造斜與軌跡控制造斜工具不對稱射流鉆頭不對稱射流鉆頭2 2 定向造斜與軌跡控制定向造斜與軌跡控制造斜工具固定扶正器組合固定扶正器組合 只能增斜、穩(wěn)斜、降斜，不能造斜只能增斜、穩(wěn)斜、降斜，不

10、能造斜 只能改變井斜，不能改變方位只能改變井斜，不能改變方位 包括增斜組合、穩(wěn)斜組合和降斜組合包括增斜組合、穩(wěn)斜組合和降斜組合2 2 定向造斜與軌跡控制定向造斜與軌跡控制造斜工具固定扶正器組合固定扶正器組合 增斜組合增斜組合杠桿原理杠桿原理2 2 定向造斜與軌跡控制定向造斜與軌跡控制造斜工具固定扶正器組合固定扶正器組合 穩(wěn)斜組合穩(wěn)斜組合剛性滿眼原理剛性滿眼原理2 2 定向造斜與軌跡控制定向造斜與軌跡控制造斜工具固定扶正器組合固定扶正器組合 降斜組合降斜組合鐘擺原理鐘擺原理2 2 定向造斜與軌跡控制定向造斜與軌跡控制造斜工具彎接頭彎接頭+井下動力鉆具井下動力鉆具彎外殼螺桿鉆具彎外殼螺桿鉆具電動鉆

11、具電動鉆具渦輪鉆具渦輪鉆具螺桿鉆具螺桿鉆具2 2 定向造斜與軌跡控制定向造斜與軌跡控制造斜工具螺桿鉆具螺桿鉆具2 2 定向造斜與軌跡控制定向造斜與軌跡控制造斜工具可復(fù)合旋轉(zhuǎn)的螺桿鉆具可復(fù)合旋轉(zhuǎn)的螺桿鉆具2 2 定向造斜與軌跡控制定向造斜與軌跡控制造斜工具可變徑穩(wěn)定器組合可變徑穩(wěn)定器組合2 2 定向造斜與軌跡控制定向造斜與軌跡控制造斜工具可調(diào)彎角螺桿鉆具可調(diào)彎角螺桿鉆具2 2 定向造斜與軌跡控制定向造斜與軌跡控制造斜工具旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)PowerDrive完全的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)：完全的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)： 整個鉆柱，從上到下，全部都在旋轉(zhuǎn)，沒有靜止的部分；整個鉆柱，從上到下，全部都在旋轉(zhuǎn)，

12、沒有靜止的部分； 但在下部控制總成內(nèi)部，有不旋轉(zhuǎn)的部分；但在下部控制總成內(nèi)部，有不旋轉(zhuǎn)的部分；PowerDrive結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)： 下部偏置部分：在旋轉(zhuǎn)過程中始終給鉆頭一個側(cè)向力；下部偏置部分：在旋轉(zhuǎn)過程中始終給鉆頭一個側(cè)向力； 中部控制部分：始終控制側(cè)向力的方向；中部控制部分：始終控制側(cè)向力的方向； 上部上部MWD部分：測量信息及傳輸；部分：測量信息及傳輸；關(guān)鍵是控制總成內(nèi)的不轉(zhuǎn)動的部分，具有一個稱作關(guān)鍵是控制總成內(nèi)的不轉(zhuǎn)動的部分，具有一個稱作“慣性平臺慣性平臺”的部分，實的部分，實際上是由井下計算機(jī)控制的際上是由井下計算機(jī)控制的“電子液壓伺服系統(tǒng)電子液壓伺服系統(tǒng)”，可以保證控制軸不受整，可以保

13、證控制軸不受整個鉆柱轉(zhuǎn)動的影響?？刂戚S可以給定偏置部分一個軌跡控制所需要的導(dǎo)向方個鉆柱轉(zhuǎn)動的影響?？刂戚S可以給定偏置部分一個軌跡控制所需要的導(dǎo)向方位角。位角。PowerDrive鉆頭側(cè)向力的產(chǎn)生原理鉆頭側(cè)向力的產(chǎn)生原理 控制軸和上盤，是由慣性平臺控制控制軸和上盤，是由慣性平臺控制的獨立部分。上盤的水眼方位，就的獨立部分。上盤的水眼方位，就是給鉆頭側(cè)向力的方位。該方位確是給鉆頭側(cè)向力的方位。該方位確定后，不管鉆柱如何轉(zhuǎn)動，上盤都定后，不管鉆柱如何轉(zhuǎn)動，上盤都不轉(zhuǎn)動。不轉(zhuǎn)動。 下盤與偏置機(jī)構(gòu)以及鉆頭相連接，下盤與偏置機(jī)構(gòu)以及鉆頭相連接，隨鉆柱轉(zhuǎn)動而轉(zhuǎn)動。隨鉆柱轉(zhuǎn)動而轉(zhuǎn)動。 只有上下盤水眼相通時，才

14、能有泥只有上下盤水眼相通時，才能有泥漿流過，并推動支撐塊伸出，給井漿流過，并推動支撐塊伸出，給井壁一作用力，同時給鉆頭一反方向壁一作用力，同時給鉆頭一反方向的作用力。的作用力。PowerDrive怎樣調(diào)整軌道？方位？怎樣調(diào)整軌道？方位？2 2 定向造斜與軌跡控制定向造斜與軌跡控制造斜工具造斜及調(diào)造斜及調(diào)方位能力方位能力無無：固定穩(wěn)定器組合、可變徑穩(wěn)定器組合：固定穩(wěn)定器組合、可變徑穩(wěn)定器組合有有：斜向器、彎接頭：斜向器、彎接頭+渦輪或螺桿鉆具、彎外殼螺桿鉆具、可渦輪或螺桿鉆具、彎外殼螺桿鉆具、可復(fù)合旋轉(zhuǎn)螺桿鉆具、可調(diào)彎角鉆具、旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)復(fù)合旋轉(zhuǎn)螺桿鉆具、可調(diào)彎角鉆具、旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)連續(xù)造斜連續(xù)造

15、斜能力能力無無：斜向器斜向器有有：固定穩(wěn)定器組合、可變徑穩(wěn)定器組合、彎接頭：固定穩(wěn)定器組合、可變徑穩(wěn)定器組合、彎接頭+渦輪或螺渦輪或螺桿鉆具、彎外殼螺桿鉆具、可復(fù)合旋轉(zhuǎn)螺桿鉆具、可調(diào)彎角桿鉆具、彎外殼螺桿鉆具、可復(fù)合旋轉(zhuǎn)螺桿鉆具、可調(diào)彎角鉆具、旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)鉆具、旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)造斜過程中造斜過程中旋轉(zhuǎn)能力旋轉(zhuǎn)能力無無：斜向器、彎接頭：斜向器、彎接頭+渦輪或螺桿鉆具、彎外殼螺桿鉆具渦輪或螺桿鉆具、彎外殼螺桿鉆具有有：固定穩(wěn)定器組合、可變徑穩(wěn)定器組合、可復(fù)合旋：固定穩(wěn)定器組合、可變徑穩(wěn)定器組合、可復(fù)合旋轉(zhuǎn)螺桿鉆具、可調(diào)彎角鉆具、旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)轉(zhuǎn)螺桿鉆具、可調(diào)彎角鉆具、旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向系統(tǒng)唯一具有主動造斜能力的是：旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)唯一具有主動造斜能力的是：旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井系統(tǒng)2 2 定向造斜與軌跡控制定向造斜與軌跡控制鉆進(jìn)方式與工具面角鉆進(jìn)方式鉆進(jìn)方式滑動鉆進(jìn)方式滑動鉆進(jìn)方式：井口不旋轉(zhuǎn)，利用井下動力鉆具帶動鉆：井口不旋轉(zhuǎn)，利用井下動力鉆具帶動鉆頭旋轉(zhuǎn)頭旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)方式旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)方式：井口旋轉(zhuǎn)：井口旋轉(zhuǎn)工具面角：工具面角：井斜鉛垂面與造斜工具面的夾角井斜鉛垂面